Dokument: Bestimmung der Geschwindigkeit und Größe von Partikeln in einer ICP-Plasmaquelle bei Atmosphärendruck

Titel:	Bestimmung der Geschwindigkeit und Größe von Partikeln in einer ICP-Plasmaquelle bei Atmosphärendruck
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2538
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20030617-000538-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Weiß, Matthias [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,55 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Uhlenbusch, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter]
Stichwörter:	Plasma, Geschwindigkeit, Partikel, Größe, Laser, Doppler, Anemometrie, induktiv, Verdampfung, NanopartikelICP, plasma flash evaporation, LDV, nano particles,
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibung:	In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Prozess zur Herstellung von Nano-Keramikpulvern im thermischen HF-Plasma, ausgehend von gewöhnlichen Pulvern im µm-Bereich, mit Hilfe von Lichtstreuung an Partikeln diagnostiziert und die Trajektorien sowie das Verdampfungsverhalten der Partikel numerisch untersucht. Schwerpunkt der Messungen sind Geschwindigkeits- (Verweilzeiten-), Größen- und Anzahlmessung eingebrachter fester oder flüssiger Teilchen. Mit Hilfe von Modellen wird das Plasma und Partikelverhalten beschrieben. Zur Optimierung des Syntheseprozesses werden die Plasmaparameter und die Strömungsgeometrie variiert sowie die Möglichkeiten verschiedener Materialeinbringungsmethoden untersucht. Die experimentelle Bestimmung der Geschwindigkeiten mittels LDA und Leuchtspurmethode liefert maximale Geschwindigkeiten der eingebrachten Materialien beim Scheibenförderer von bis zu 60 m/s und beim Fließbettförderer von maximal 30 m/s. Die Form der Profile der Axialgeschwindigkeiten zeigt bei der Bestimmung mittels LDA ein ähnliches Profil wie die simulierten Verteilungen. Die Messungen von Partikelzahlen und Größen sowie die Simulation der Verdampfung der Materialien im Plasma zeigen, dass mit der vorgestellten Versuchsanordnung zur Erzeugung von Nano-Pulvern eine vollständige Verdampfung von Zirkoniumpulver (in technischen Maßstäben) nicht möglich ist. Berechnungen des Abdampfvorgangs von der Oberfläche der Ausgangspulver zeigen, dass bei Einbringung fester Ausgangsstoffe weniger als 0,02% des ZrO2-Pulvers verdampft. Auf theoretischer und experimenteller Basis werden die Bedingungen für eine vollständige Partikelverdampfung ermittelt, in denen die Verweilzeiten und Temperaturen möglichst hoch sind. Technische Voraussetzungen dafür sind im Fall der Materialzufuhr als Feststoff die Einführung eines kontinuierlich arbeitenden Fließbettförderers und im Fall der Flüssigkeitszufuhr die Erarbeitung gleichmäßiger Transport- und Zerstäubungseinrichtungen. Es zeigt sich, dass die Länge des Plasmas möglichst groß bei möglichst geringen Trägergasmengen sein muss, um eine lange Verweilzeit und damit vollständige Verdampfung zu gewährleisten. Die Erhöhung des Plasmadrucks senkt die Partikelgeschwindigkeiten und verlängert dadurch ebenfalls die Verweildauer im Plasma. Weiterhin muss die Plasmatemperatur hoch sein, was mit Leistungserhöhung bewirkt wird, und die Wärmeleitfähigkeit groß, was durch eine Erhöhung der Leistung und durch Zugabe von Molekülgasen wie Wasserstoff realisiert werden kann. Entscheidend ist letztlich auch die Verwendung von Materialien, bei der die Ausgangspartikelgröße bereits im sub-µm-Bereich liegt, was mit festen Ausgangsstoffen technisch kaum noch zu realisieren ist. Daher kommen hierfür nur noch gelöste Ausgangsstoffe in Frage. Die beste Einbringungsmethode fester Partikel ins Plasma ist die Fließbettförderung. Für die flüssige Injektion hat sich die Verwendung eines externen Verneblers als vorteilhaft herausgestellt. Mit diesem kann eine vollständige Verdampfung erzielt werden, was jedoch nur zu analytischen Zwecken eine ernsthafte Anwendung hat, da diese Fördermethode für einen industriellen Einsatz und eine sinnvolle Produktion zu geringe Förderraten besitzt. Als alternative Einbringungsmöglichkeit kann die Flüssigkeits-Hochdruckinjektion mit höheren Durchflussraten betrieben werden, mit der allerdings keine vollständige Verdampfung erzielt werden kann. Zur Erzeugung kleiner Tröpfchengrößen sind bei diesem Verfahren hohe Flüssigkeitsdrücke erforderlich, die zu großen Fördermengen führen, bei geringeren Drücken hingegen steigt der Durchmesser der Tropfen und verhindert somit eine ausreichende Verdampfungsrate.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	17.06.2003
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	13.06.2003
Datum der Promotion:	13.06.2003