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Kick-off Meeting des vom Institut für Materialphysik im Weltraum koordinierten ESA Topical Teams "SOL-EML" beim DLR in Köln-Porz



Am 09. Juli 2010 fand das kick-off Meeting des vom Institut für Materialphysik im Weltraum koordinierten ESA Topical Teams "SOL-EML" (TT Containerless Solidification of Undercooled Melts) beim DLR in Köln-Porz statt. Forscher aus Belgien, China, Frankreich, Großbritannien, Indien, Japan, Kanada, Russland, Ungarn, USA und Deutschland diskutierten wissenschaftlich-technische Fragestellungen im Bereich der Nicht-Gleichgewichtserstarrung von Metallschmelzen, die durch Elektro-Magnetische Levitation (EML) auf der Erde und in reduzierter Schwerkraft behälterfrei unterkühlt werden, bevor sie aus dem metastabilen Zustand einer unterkühlten Schmelze in metastabile Festkörperphasen erstarren.

 Propagation der festen Phase (rot) in die unterkühlte Schmelze (grün) während der Erstarrung einer behälterfrei prozessierten Probe
zum Bild Propagation der festen Phase (rot) in die unterkühlte Schmelze (grün) während der Erstarrung einer behälterfrei prozessierten Probe

Die Unterkühlung einer Schmelze wird als zusätzlicher Freiheitsgrad eingesetzt, um dem System der Schmelze eine Vielzahl von unterschiedlichen Erstarrungspfaden zu eröffnen. Dabei entstehen Werkstoffe mit ganz unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Vergleichende Experimente auf der Erde und in reduzierter Schwerkraft dienen dazu, den Einfluss forcierter Konvektion auf die Wärme- und Massenumverteilung an einer Erstarrungsfront zu untersuchen und den Einfluss der Konvektion in Modellen zum dendritischen Wachstum zu berücksichtigen und zu integrieren.

Die große Bedeutung solcher wissenschaftlicher Untersuchungen kommt dadurch zum Ausdruck, dass derzeit sieben europäische Verbundprojekte der ESA Experimente zur Thematik der Nichtgleichgewichtserstarrung unterkühlter Metallschmelzen unter Nutzung des Elektro-Magnetischen Levitators (EML) auf der Internationalen Raumstation vorbereiten. Einige dieser Verbundprojekte werden durch Wissenschaftler des Instituts koordiniert. Der EML basiert auf einer Entwicklung, die im damaligen Institut für Raumsimulation der DFVLR bereits 1984 ihren Anfang genommen hat. Der EML wurde seitdem in seinem experimentell-wissenschaftlichen Anwendungs – Spektrum auch in Kooperation mit externen Wissenschaftlern kontinuierlich zu einer Mehrzweckanlage weiterentwickelt. Eine Anlage zum Tiegelfreien Elektro-Magnetischen Prozessieren Unter Schwerelosigkeit (TEMPUS) wurde im Auftrag der Deutschen Agentur für Raumfahrtangelegenheiten durch DORNIER/ASTRIUM entwickelt und sehr erfolgreich auf Spacelab – Missionen der NASA (IML 2, 1994 und MSL 1, 1997) unter realistischen Weltraumbedingungen geflogen. Der Start der nun in Kooperation der DLR Raumfahrtagentur und der ESA entwickelten Mehrzweckanlage zur Akkommodation auf der Internationalen Raumstation ist für 2012 vorgesehen. Durch das AO2009 der ESA sind weitere sechs europäische Verbundprojekte durch die European Science Foundation empfohlen worden, die die Nutzung des EML auf der ISS für ihre Forschungszwecke nutzen wollen. Ein wichtiges Ziel des TT SOL-EML wird es sein, sowohl die Kooperation zwischen den oben erwähnten ESA Verbundprojekten zu fördern und zu unterstützen, als auch Brücken zu Experimentatorenteams aus Nicht-ESA Mitgliedsstaaten, die sich mit äquivalenter wissenschaftlicher Thematik beschäftigen, aufzubauen.

Die Mitglieder des TT SOL-EML decken ein breites Spektrum der Erstarrungsforschung ab, die durch Nutzung der elektromagnetischen Levitation für behälterfreies Erstarren von Schmelzen derzeit weltweit betrieben wird:



Jan Fransaer, Katholieke Universiteit Leuven (B)

Modelling of heat transport

Peter Galenko, Ruhr-University Bochum und Institut für Materialphysik im Weltraum DLR Köln (D)

Mesoscopic modelling of crystal growth

Dr. Phanikumar Gandham, Indian Institute of Technology, Chennai (IND)

Non-equilibrium solidification of intermetallic compounds

Dr. Charles-Andre Gandin, MINES –ParisTech, Sophia Antipolis (F)

Modelling of macro- and micro-segregation during solidification

Prof. Dr. Jianrong Gao, Northeastern University Shenyang (CN)

Containerless solidification in strong electromagnetic fields

Prof. Dr. Laszlo Granasy, Institute of Solid State Research, Budapest (HUN)

Phase-field modelling of crystal nucleation

Prof. Dr. Hani Henein, University of Alberta, Edmonton (CAN)

Operation of impulse atomization of a spray of droplets

PD Dr. Dirk Holland-Moritz, Institut für Materialphysik im Weltraum DLR Köln (D)

Short-range order and solid-liquid Interfacial energy

Prof. Dr. Robert Hyers, University of Massachusetts, Amherst (USA)

Modelling of hydrodynamics of electromagnetically processed liquid metals

Prof. Dr. Ken Kelton, Washington University, St. Louis (USA)

Short-range-order and crystal nucleation

Dr. Matthias Kolbe, Institut für Materialphysik im Weltraum DLR Köln (D)

Liquid-liquid demixing of monotectic alloys showing a metastable miscibility gap

Dr. Mikhael Krivilyov, Udmurt State University, Ishevsk (RUS)

Internal and external heat transport of containerless processed drops

Dr. habil. Wolfgang Löser, Leibniiz Institut für Festkörperforschung, Dresden (D)

Phase selection in undercooled melts

Prof. Dr. Douglas Matson, TUFTS University, Cambridge (USA)

Solidification of metastable crystalline phases in undercooled melts

Prof. Dr. Takeshi Okutani, Yokohama National University, Yokohama (JP)

Unidirectional solidification in electro-magnetically processed samples

Prof. Dr. Koulis Pericleous, University of Greenich, Greenich (UK)

Modelling of hydrodynamics of metallic melts

Dr. Thomas Volkmann, Institut für Materialphysik im Weltraum DLR Köln (D)

Experimental Investigations of phase selection and dendrite growth dynamics in undercooled melts

Dr. Mikhael Volkov, Ioffe Physico-Technical Institute, St. Petersburg (RUS)

Solidification of detached melts

Prof. Dr. Hideyuki Yasuda, Osaka University, Osaka (JP)

Containerless solidification in high external magnetic DC fields

Prof. Dr. Dieter Herlach, Institut für Materialphysik im Weltraum DLR Köln (D)

Coordinator of the TT SOL-EML; containerless undercooling, nucleation and crystal growth of melts




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