Der Einsatz metallischer Pulver in der sauerstofffreien Produktion erfordert eine vollständige und permanente Desoxidation der Partikeloberflächen. In diesem Teilprojekt sollen gasgetragene Partikel in einer Wirbelschicht durch plasma-induzierte chemische Prozesse in reduzierenden Gasen von ihren Oxidschichten befreit werden. Neben prozesstechnischen Fragestellungen (Fluidisierung, Zugabe der Plasma-Spezies in die Wirbelschicht) erfordert die Realisierung der Pulver-Desoxidation ein vertieftes Verständnis der Desoxidationsvorgänge an den Partikeloberflächen und des Stoßverhaltens vollständig desoxidierter Partikeln. Letzteres ist bisher unbekannt, hat jedoch erheblichen Einfluss auf alle weiterverarbeitenden Pulverprozesse.

Metallische Pulver kommen in zahlreichen Fertigungsverfahren (z. B. Fügeprozesse, Additive Fertigung, Beschichtung) als Zusatz- und Ausgangswerkstoffe zum Einsatz, deren im vorliegenden SFB geplante sauerstofffreie Verarbeitung eine vorherige Desoxidation erfordert. In diesem Projekt sollen gasgetragene Partikel durch plasma-induzierte chemische Prozesse in reduzierenden Gasen (Wasserstoff und Silan in Inertgas) von ihren Oxidschichten befreit werden. Um einen gut skalierbaren Prozess zu realisieren, soll die Desoxidation in einer Wirbelschicht durchgeführt werden. Im Gegensatz zu Flugstromreaktoren ermöglicht die Wirbelschicht höhere Konzentrationen und Verweilzeiten, bei gleichzeitig kontrollierten Bedingungen. Dabei wird die Desoxidation in einer zirkulierenden Wirbelschicht durchgeführt, um die zu desoxidierenden Partikel immer wieder an und oder durch die reaktiven Plasmazonen durchzuführen. Nach erfolgreicher Desoxidation werden die Partikel aus der Wirbelschicht über einen Zyklonabscheider ausgetragen und für den Versand vorbereitet oder direkt in einen entsprechenden Weiterverarbeitungsschritt eingeführt.

Die zentralen Ziele des Projekts sind das Verständnis der Wechselwirkung von plasma-aktivierten reduzierenden Gasspezies mit den Oberflächen von gasgetragenen Partikeln bei deren Desoxidation sowie die technische Umsetzung der Pulver-Desoxidation im Labormaßstab. Dabei wird die Forschungshypothese verfolgt, dass bei der Desoxidation von gasgetragenen Partikeln in der Wirbelschicht Transportlimitierungen der reaktiven Gasspezies, wie sie in Schüttungen und an ausgedehnten Oberflächen auftreten, vermieden werden können. Durch die uneingeschränkt zugänglichen Partikeloberflächen in der Wirbelschicht soll eine homogenere Reduktion erreicht werden. Zusätzlich sollen im Vergleich zu Pulverschüttungen die Reaktionszeiten für eine komplette Desoxidation erheblich reduziert und somit der Durchsatz erhöht werden. Die Desoxidation findet in diesem Teilprojekt ausschließlich an der Partikeloberfläche und nicht im Partikelvolumen statt.