Materialwissenschaftliche Experimente in TEMPUS während des 12. DLR Parabelflugs

TEMPUS Anlage an Bord des A300 Zero-g

Vom 31.3. bis 11.4.2008 fand in Bordeaux die 12. DLR Parabelflugkampagne statt. Mit an Bord des A300 war bereits zum neunten mal die TEMPUS Anlage (Tiegelfreies elektromagnetisches Prozessieren unter Schwerelosigkeit), die im Auftrag des DLR und derESA vom Institut für Materialphysik im Weltraum und Astrium betrieben wird. An den 4 Flugtagen wurden in insgesamt 124 Parabeln 12 materialwissenschaftliche Experimente in TEMPUS durchgeführt. Neben der Nutzerunterstützung zur Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Experimente war das Institut für Materialphysik im Weltraum dabei auch mit 7 eigenen Experimenten vertreten.

In TEMPUS können 6-8mm große Metallstückchen behälterfrei geschmolzen werden. Aufgrund der nur relativ geringen Positionierkräfte während des Parabelfluges ist der störende Einfluss von Magnetfeldern und von Konvektion deutlich reduziert und die Proben können unter definierten Bedingungen in situ untersucht werden. Am ersten Flugtag stand die Messung thermophysikalischer Eigenschaften flüssiger Legierungen im Vordergrund.

Nickel Aluminium Probe in der TEMPUS Anlage; gut zu erkennen sind die rosettenförmigen Reflexe des Probenhalters auf der Oberfläche der flüssigen Probe

Über die Schwingungen des Metalltröpfchens konnte die Viskosität glasbildender Zirkon-Nickel Legierungen bestimmt werden. Hier soll geklärt werden, inwieweit viskoses Fließverhalten auf atomare Diffusionsvorgänge zurückgeführt werden kann. In einer Serie an Experimenten wurden die Erstarrungsgeschwindigkeiten einer industriellen Stahllegierung, einer intermetallischen Nickel-Bor Legierung und hochtemperaturfesten Titan- und Nickel-Aluminium Legierungen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera (Bis zu 30.000 Bilder pro Sekunde) gemessen. Mit vergleichenden Messungen im Labor kann so die Mikrostrukturbildung in Abhängigkeit von Unterkühlung und induzierten Strömungen gezielt untersucht werden. Anhand der Ergebnisse werden Modelle zum dendritischen Wachstum getestet und weiterentwickelt. Ein weiteres Experiment beschäftigte sich mit Metall-Keramik Kompositmaterialien. Mit keramischen Partikeln kann die Hochtemperaturfestigkeit metallischer Werkstoffe verbessert werden. In Kupfer-Nickelproben wurde die Wechselwirkung der Erstarrungsfront mit den Keramik-Partikeln untersucht. So können quantitative Aussagen zur Modellierung dieser Prozesse abgeleitet werden. Zur Messung elektrischer Leitfähigkeiten wurde eine am Institut entwickelte Messelektronik in TEMPUS integriert und konnte erfolgreich getestet werden. Damit steht einem Einsatz dieser Messelektronik im Elektromagnetischen Levitator EML auf der Internationalen Raumstation ISS nichts mehr im Weg.