Diffusion und Dotierung für nanostrukturierte Materialien

Konzentrationsunterschiede werden durch Diffusion ausgeglichen.

Obwohl sich die Gase in einem geschlossenen Gefäß scheinbar in Ruhe befinden, führen die Gasmoleküle gegeneinander minimale Zickzackbewegungen aus und regen die Gasmoleküle in ihrer Nachbarschaft an. Die Stärke der Zickzackbewegungen und des Impulsaustausches hängt von der herrschenden Temperatur ab. Diese Mikrobewegungen der Moleküle kommen erst zum Stillstand, wenn das Gas auf den absoluten Nullpunkt, also minus 273,15 °C, abgekühlt würde.

Befinden sich Gase unterschiedlicher Dichte oder Temperatur in einem Behälter, so findet automatisch eine Homogenisierung statt. Die unterschiedlichen Gase diffundieren ineinander. Dies ist auf die hohe Effizienz der Gasdiffusion zurückzuführen. Diffusion ist ein Massentransport. Sie gleicht Konzentrationsunterschiede wie Dichte, Temperatur und Druck aus.

Auch Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte vermischen sich selbsttätig durch Diffusion, allerdings dauert dieser Homogenisierungsprozess sehr viel länger als bei Gasen.

Noch länger dauert es, wenn Feststoffe ineinander diffundieren.

Effiziente Formen der Diffusion in der technischen Keramik und Pulvermetallurgie

Die Diffusion spielt in der Pulvermetallurgie eine wichtige Rolle, wenn artfremde Stoffe in feindisperser Form zu einem Formkörper verpresst werden. In diesem Fall spricht man von einer „mechanischen Legierung“.

An den Phasengrenzen, Korngrenzen und Oberflächen des Gefüges findet sogenannte Fremddiffusion statt. Atomgruppen aus Bereichen höheren Potentials wandern langsam in Bereiche niedrigeren Potentials. Diese Vorgänge sind umso intensiver, je kleiner die beteiligten Gefügeteilchen sind und je stärker sie gegeneinander gepresst werden.

Diffusion kann eine geeignete Methode zur Dotierung von Hochleistungswerkstoffen sein, indem Fremdatome in gestörte Gitterstrukturen eingebracht werden. Die Diffusion ist besonders stark, wenn Konzentrationsgradienten in Form von nanoskaligen Pulvern aufeinandertreffen. Insbesondere an Phasen- und Korngrenzen ist dies der Fall.  

Die Diffusion ist dann besonders stark,

1. wenn die Güter als nanofeine Dispersion vorliegen.

2. wenn ein möglichst großer Konzentrationsgradient vorliegt.

3. wenn die Prozesstemperaturen hoch sind.

4. wenn Teilchen/ Partikel mit hoher Konzentration möglichst oft mit Teilchen/ Partikel mit niedriger Konzentration zusammentreffen.

5. wenn die Partikel dicht aneinander entlanggleiten – ohne von einer gasförmigen Phase umgeben zu sein.

Gyraton® Mischer für die Homogenisierung großer Chargen.

Hochleistungswerkstoffe werden meist in kleinen Chargen verarbeitet. Betrachtet man beispielsweise die Herstellung von Batterien, Windkraftanlagen, Komponenten für die Energieübertragung oder Nachrichtentechnik oder Meerwasserentsalzungsanlagen, so werden diese Stoffe in immer größeren Mengen benötigt. Diese großen Stoffmassen müssen allerdings homogen sein.

Hier kann amixon® einen wertvollen Beitrag leisten. Gyraton® Mischer können große Schüttgutmengen (70 m³) chargenweise homogenisieren. Der gleiche Gyraton® Mischer kann aber auch kontinuierlich mischen. In jedem Fall können Qualitätsschwankungen ausgeglichen werden.

Gyraton® Mischer mischen totraumfrei, homogen und äußerst schonend - unabhängig von den Schüttguteigenschaften. Die Antriebsleistung eines Gyraton® Mischers ist sehr gering. Die Produkte können nanodispers, agglomeriert, trocken, feucht oder nass sein.