Trocknung von Werk- und Funktionswerkstoffen

Unter Trocknung versteht man in der Werkstofftechnik den definierten Entzug von Flüssigkeit – meist Wasser oder organische Lösungsmittel – aus porösen, pulverförmigen oder dünnschichtigen Systemen. Sie ist ein gekoppelter Wärme- und Stofftransportprozess, bei dem Verdampfung, Diffusion und Konvektion zusammenwirken. Die Prozessführung beeinflusst Mikrostruktur, Porosität, Restfeuchte, Eigenspannungen und damit die späteren Gebrauchseigenschaften des Werkstoffs.

Im konvektiven Trocknen wird Wärme über ein Strömungsmedium (Luft, Inertgas) zugeführt; typisch sind konstante und fallende Trocknungsraten, gesteuert durch Oberflächenverdampfung und innere Diffusion. Kontakttrocknung nutzt Wärmeleitung (z.B. Walzen-, Bandtrockner), während Strahlungstrocknung und Mikrowellentrocknung volumetrische Erwärmung ermöglichen und damit Gradienten im Feuchte- und Temperaturfeld gezielt beeinflussen.

Spezialisierte Verfahren adressieren struktursensitive Systeme: Die Gefriertrocknung sublimiert gefrorenes Lösungsmittel unter Vakuum und minimiert so Kapillarkräfte und Schrumpf, entscheidend etwa für poröse Keramiken oder Biomaterialien. Die überkritische Trocknung sowie die kritische Punkt-Trocknung umgehen die Flüssig-Gas-Phasengrenze und erhalten hochfeine Porennetze (z.B. Aerogele). Die Sprüh-Trocknung überführt Flüssigsuspensionen in Pulver durch Zerstäubung und rasche Trocknung von Tropfen; der Sprüh-Trocknungsprozess bestimmt Partikelmorphologie, Dichte und Fließverhalten.

Für die Auslegung von Trocknungsprozessen sind sorptionsisotherme Daten, Transportkoeffizienten, Phasengleichgewichte und mechanische Stabilität des feuchten Körpers essenziell. Moderne Ansätze nutzen gekoppelte CFD/FE-Simulation und in-situ-Charakterisierung, um Trocknung als gezielte Prozessstufe zur Mikrostruktur- und Eigenschaftseinstellung von Werkstoffen zu optimieren.

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