Kontinuierliche Pulversynthese Am Puls der Pulversynthese

Redakteur: M.A. Manja Wühr

Ob Medizintechnik, Batterien oder Spezialpigmente – um neue Anwendungen von Hochleistungswerkstoffen zu erschließen, sind Hersteller auf neue Produktionstechnologien angewiesen. Aus Weimar kommt nun ein Meilenstein.

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(Bilder: Glatt)

Weltweit stetig steigende Anforderungen an die Funktionalität und Lebensdauer von Bauteilen, Geräten und Apparaten führen zu immer neuen Herausforderungen in der Material- und Werkstoffentwicklung. Größte Funktionalität und außergewöhnliche Performance resultieren aus dem Einsatz von Hochleistungspulverwerkstoffen. Trotz großer Innovationen in den letzten Jahren sind die heutigen Pulverhersteller auf ein enges Spektrum von Werkstoffen spezialisiert. Diese verfügbaren Standardprodukte limitieren jedoch oft die Performance der Anwendung. Kundenspezifische Lösungen, wie für neue Hochleistungsmaterialien erforderlich, verlangen jedoch nach technologischen Lösungen, die oft nicht verfügbar sind.

Mit der Advanced Pulse Powder Technology (Apptec ) hat der Glatt Kompetenzbereich Process Technology Food, Feed & Fine Chemicals ein kontinuierliches, thermisches Verfahren zur Erzeugung von Pulvern entwickelt. Der Syntheseprozess gestattet mit seinen speziellen thermodynamischen Bedingungen die Konfiguration von innovativen Hochleistungsmaterialien mit Eigenschaftskombinationen, die es bislang nicht gab. Die chemische Zusammensetzung der erzeugten Partikel ist nahezu frei einstellbar, dotierte und komplexstöchiometrische Materialien können ebenso hergestellt werden wie beschichtete Partikel.

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Kontrollierte Partikelbildung

Herzstück des Synthesereaktors Proapp ist eine speziell konstruierte Brennkammer: Hier wird ein pulsierender Heißgasstrom erzeugt, in dem die Partikel gebildet und behandelt werden. Der pulsierende Gasstrom ist in Frequenz, Amplitude, Prozesstemperatur und Strömungsgeschwindigkeit genau einstellbar. Dabei ist der Synthesereaktor so konstruiert, dass ausschließlich der Gasstrom streng kontrolliert pulsiert. Der Synthesereaktor selbst pulsiert nicht und ist sicher.

Die Wärmeübertragung vom Gas zum Partikel ist dank des pulsierenden Gasstroms bis zu fünf Mal höher. Damit laufen Partikelbildung und Phasenumwandlung sehr viel schneller ab und es bilden sich einzigartige Strukturen aus. Pulsierende Gasströmungen weisen aufgrund des hohen Turbulenzgrades keine Temperatur- und Geschwindigkeitsgradienten auf, wie sie typisch für kontinuierliche Gasströmungen sind. So erfahren alle Partikel die identische Temperatur-Verweilzeit-Behandlung. Somit entstehen homogene Pulverwerkstoffe.

Zur Partikelherstellung wird eine Rohstofflösung in den pulsierenden Gasstrom in feinen Tropfen eingesprüht. Aus diesen Tropfen bilden sich Partikel. Diese werden aufgeheizt, wobei chemische und mineralogische Reaktionen ablaufen. Anschließend werden die Partikel abgekühlt. Dabei tritt keine harte Aggregation auf, weil die Prozesstemperatur strikt kontrollierbar und einstellbar ist. So kann die Bildung einer Teilschmelzphase als Ursache der Aggregation wirksam verhindert werden kann. Weitere Parameter sind:

  • homogene Prozesstemperatur zwischen 200 °C bis 900 °C,
  • homogene und definiert einstellbare Verweilzeit von 100 ms bis 10 s,
  • einstellbare Gasatmosphäre – oxidierend oder sauerstofffrei,
  • Rohmaterial: Lösungen, Suspensionen oder Feststoffe.

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