Metallraffination

Das Vorhaben zielt auf die Erforschung einer alternativen Methode zur Synthese reinster Metalle mittels fraktioneller Kristallisation, umgesetzt mit einem innengekühlten rotierenden Kristallisator („Kühlfinger“), an dem das Reinstmetall aus einer verunreinigten Schmelze aufwächst. Die Methode hat das Potential, das aktuelle Zonenschmelz-Verfahren abzulösen. Das Verständnis für eine effektive Anwendung dieses Verfahrens, insbesondere der prozesskontrollierenden Parameter, als auch eine Beschreibung der im Prozess wirksamen Mechanismen, werden im Projekt entwickelt. 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 die für die Simulation benötigten thermodynamischen- und physikalischen Daten vorliegen und so eine quantitative Untersuchung der grundlegenden Prinzipien und der dominierenden Prozessparameter für das Kühlfingerverfahren ermöglicht wird. Als Projektergebnisse werden Prozessfenster für eine effiziente Reinigung und die dazugehörigen Parameter und Prozessmodelle für die Kontrolle der Erstarrungsfrontdynamik angestrebt. Durch die Zusammenarbeit der drei Projektpartner IME (Betrieb der Anlage), IOB (Prozessimulation), beides Institute der RWTH und ACCESS (Gefügesimulation) 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.