Formsteuerung von Partikeln in einer Rührwerkskugelmühle

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Cornelia Damm; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442641322

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Prozess-Struktur-Beziehungen zur Formsteuerung in einer Rührwerskugelmühle zu erarbeiten und detailliert zu charakterisieren. Der Fokus liegt dabei auf der Formsteuerung von verschiedenen Materialsystemen (Metallen, Polymeren und Gläsern) unter gezielter mechanischer Beanspruchung zwischen Malhkörpern sowie geeigneten Charakterisierung der einhergehenden Formänderung. Dabei wird die Geschwindigkeit der kontrollierten Formänderung der Materialsysteme durch die Prozess- sowie Materialfunktion gesteuert. Die Materialfunktion ist durch die Wahl verschiedener Materialsysteme (Cu, Al, Polystyrol, Borosilikatglas, Kalknatronglas) definiert, während die Prozessfunktion durch Parameter wie Rührerdrehzahl, Mahlkörpergröße- und Dichte sowie Prozesszeit leicht variiert werden kann. Daher soll das Studium verschiedener Parameter der Prozessfunktion ein noch tiefgehenderes Verständnis zur Beanspruchung unterschiedlicher Materialsysteme in einer Rührwerkskugelmühle ermöglichen. Mikromechanische Untersuchungen an Einzelpartikeln erfolgt durch in-situ Mikromanipulation in einem Rasterelektronenmikroskop. Die gezielte Beanspruchung von Einzelpartikeln mit einem in-situ REM Mikromanipulator wurde bereits für verschiedenste Materialsysteme durchgeführt und die Methodik ist etabliert. Die experimentell erhaltenen Mikromanipulationsdaten werden mittels FEM Simulationen gestützt. Zusätzlich wird das Methodenspektrum um eine vielversprechende Methode zur Charakterisierung von großen Zahlen an Einzelpartikeln mit variierenden Morphologien erweitert (Durchflusszytometrie). Diese Methode beruht auf der Einzelpartikelinteraktion mit einem fokussierten Laserstrahl. Durch die größen- und formabhängige Vorwärts- und seitliche Streuung der Einzelpartikeln kann so vom Messsignal auf das Aspektverhätnis, Verhältnis von Dicke zu lateralen Abmessungen, geschlossen werden. Zusätzlich werden REM Aufnahmen der partikulären Systeme hinsichtlich Dicken- und lateralen Abmessungen aufgenommen und ausgewertet. Die Kombination beider Methoden dient der Validierung und öffnet neue Wege zur Formbestimmung. Mit Hilfe von ICP OES, FTIR und XRD lassen sich zusätzlich wichtige Aussagen hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Struktur sowie einer Änderung der Materialsysteme durch die Prozessierung in der Rührwerkskugelmühle treffen. Zuletzt soll das im Projekt gewonnene Wissen auf Gläser mit maßgeschneiderten Zusammensetzungen übertragen und für Applikationen wie elektrochemische Speicher eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Durchflusszytometer
• Gerätegruppe: 3500 Zellzähl- und Klassiergeräte (außer Blutanalyse), Koloniezähler