Metallkristallisation an rotierenden Kühlzylindern – Mechanismen und Prozessmodell zur Kontrolle einer Hochreinigung von Metallen am Beispiel von Aluminium

For­schungs­stel­len
RWTH Aachen, Insti­tut für Indus­trie­ofen­bau und Wär­me­tech­nik
RWTH Aachen, IME Metall­ur­gi­sche Pro­zess­tech­nik und Metall­re­cy­cling
ACCESS e.V.

Lauf­zeit
01.06.2019 — 31.05.2022

Zusam­men­fas­sung

Die­ses Vor­ha­ben zielt auf die Erfor­schung einer alter­na­ti­ven Metho­de zur Syn­the­se reins­ter Metal­le. Das Kern­ele­ment ist die frak­tio­nel­le Kris­tal­li­sa­ti­on, umge­setzt mit einem innen­ge­kühl­ten rotie­ren­den Kris­tal­li­sa­tor (kurz „Kühl­fin­ger“), an dem das Reinst­me­tall aus einer ver­un­rei­nig­ten Schmel­ze auf­wächst. Die­se Metho­de hat im Erfolgs­fal­le das Poten­ti­al, das aktu­el­le Zonen­schmelz-Ver­fah­ren abzu­lö­sen. Jedoch ist das Ver­ständ­nis für eine effek­ti­ve Anwen­dung die­ses Ver­fah­rens, ins­be­son­de­re der Pro­zess kon­trol­lie­ren­den Para­me­ter als auch eine Beschrei­bung der im Pro­zess wirk­sa­men Mecha­nis­men, der­zeit nicht vorhanden.

Durch Zusam­men­spiel von ther­mo­phy­si­ka­li­schen Berech­nun­gen und Erstar­rungs­si­mu­la­ti­on auf makro­sko­pi­scher Pro­zess- und mikro­sko­pi­scher Gefü­geska­la sol­len die Ent­mi­schungs­vor­gän­ge an der fort­schrei­ten­den Pha­sen­gren­ze quan­ti­ta­tiv beschrie­ben und mit Ver­fah­rens­pa­ra­me­tern in Bezie­hung gesetzt wer­den. Umfang­rei­che DoE gestütz­te expe­ri­men­tel­le Unter­su­chun­gen zur Über­prü­fung und Absi­che­rung der nume­ri­schen Vor­her­sa­gen wer­den mit Alu­mi­ni­um durch­ge­führt. Alu­mi­ni­um wur­de hier als Modell­me­tall gewählt, da es wegen sei­ner aus­rei­chend vor­han­de­nen Daten­la­ge eine ver­ein­fach­te Simu­la­ti­on und so eine tief­ge­hen­de Unter­su­chung zum Para­me­ter­ein­fluss im Kühl­fin­ger­ver­fah­ren ermög­licht. Dar­über hin­aus führt die Aus­wahl von Alu­mi­ni­um zu einer erheb­li­chen Redu­zie­rung der Forschungskosten.

Als Ergeb­nis soll das Pro­zess­fens­ter für eine effi­zi­en­te Rei­ni­gung und die dazu­ge­hö­ri­gen Para­me­ter für die Kon­trol­le der Erstar­rungs­front­dy­na­mik ent­wi­ckelt wer­den. Durch die Zusam­men­ar­beit von drei Arbeits­grup­pen mit unter­schied­li­chen For­schungs­schwer­punk­ten soll ein quan­ti­ta­ti­ves Ver­ständ­nis für die Poten­tia­le die­ses bis­lang uner­forsch­ten Kris­tal­li­sa­ti­ons­ver­fah­rens geschaf­fen wer­den. Das phy­si­ka­lisch gestütz­te Simu­la­ti­ons­mo­dell wird eine ver­ein­fach­te Über­tra­gung auf ande­re Legie­rungs­sys­te­me ermöglichen.

Das Pro­jekt wird durch die Deut­sche For­schungs­ge­mein­schaft (DFG) unter dem Geschäfts­zei­chen PF 394/28–1 gefördert.