Entwicklung von speziellen Hochdruck-Hochtemperatur Apparaten, spektroskopische in situ Untersuchungen und Strömungssimulation

Ziele

Ein Ziel des Projektes ist es die Grundlagen der Stofferkennung wie die Löslichkeit von Nitriden im Autoklaven durch spektroskopische Methoden (UV-Vis) zu erarbeiten und sowohl alle denkbaren Edukte einzeln als auch als binäre oder ternäre Gemische oder auch Mischungen höherer Ordnung mit optischen Methoden eindeutig erkennen zu können. Ein weiteres Ziel ist es zusammen mit dem TP Z und TP 6 Beschichtungswerkstoffe und Methoden zu finden, um die Reinheitsanforderungen der Halbleiterzüchtung zu erfüllen und die vorhandene Sensorik um notwendige Komponenten zu erweitern. Weiterhin erfolgt die Prototypenfertigung von speziellen Reaktortypen, wie z.B. eines Reaktors zur Probenentnahme und die Entwicklung einer optimierten Prozessregelung. Durch die Kombination der Untersuchungsmethoden mit den anderen Teilprojekten sollen so die Lösungsvorgänge und Reaktionsmechanismen aufgeklärt werden. Ebenso sollen Apparate und Verfahren entwickelt werden, die es ermöglichen Stoffparameter unter realen Reaktionsbedingungen zu ermitteln.

Das Gesamtziel ist nur als Gruppe zu erreichen. Innerhalb der Forschergruppe erfolgt im Besonderen mit den Teilprojekten TP 4 zur Probenentnahme unter Realbedingungen mit dem TP Z in der Apparateentwicklung und TP 6 bei der Bereitstellung einer Anlage mit hoher Reinheit und der Bestimmung von Temperaturfeldern eine enge Zusammenarbeit. Hinsichtlich der Fertigung von Reaktoren erfolgt die Planung für die verschiedenen Teilprojekte. Spezielle Prototypen werden in der eigenen Werkstatt gefertigt bzw. der Fertigungsprozess bei Fremdleistungen geplant und überwacht.

Die Ergebnisse der in situ Untersuchungen zusammen mit den Teilprojekten TP 4, TP 5 ergeben mit chemischen Analysen der Phasen (TP 2) und Verbindungen (TP 1) ein ganzheitliches Bild der Vorgänge im Reaktor. Weiterhin steht für die Anlage am Lehrstuhl ein spezieller, sicherer Raum im Hochdrucklabor der FAU Erlangen-Nürnberg zur Verfügung.

Im Hinblick auf den zweiten Projektabschnitt soll die Sichtzelle auch eingesetzt werden, um erstmals die Strömungsverhältnisse in Autoklaven mit High-Speed-Kamera-Aufnahmen und Laser-Doppler-Anemometrie zu bestimmen. Da sich z.B. GaN-Partikel im überkritischen Ammoniak ohne Hilfsstoffe nicht wesentlich lösen, können diese direkt als Tracer Partikel eingesetzt werden. Außerdem ist eine Optimierung des verwendeten Mineralisators hinsichtlich der Prozesstemperatur mit in situ Untersuchungen angestrebt. Durch die im ersten Projektabschnitt entwickelten Prototypen zur Stoffparameterbestimmung können die Grundlagen für verlässliche Simulationen gelegt werden. Aus den gewonnenen Kenntnissen der Strömungs- und Temperaturfeldmessungen sind verifizierbare CFD-Simulationen möglich, die wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung eines sicheren up-scalings der Anlage im TP Z ermöglichen.