DLR - Institute of Materials Physics in Space

Bodenreferenzmodelle von µg-Anlagen

Wir betreiben die Bodenreferenzmodelle einiger Experimentanlagen, die auf der ISS, in Höhenforschungsraketen oder Parabelflügen genutzt werden. Nutzer können damit ihre Experimente planen, Experimentabläufe optimieren und Vergleichsexperimente unter 1g Bedingungen in Anlagen durchführen, die baugleich zu Weltraumanlagen sind.

Fallrohr - Behälterfreies Erstarren unter reduzierter Schwerkraft während des freien Falls

Das Fallrohr mit einer Höhe von 8 m wird für Erstarrungsexperimente unter reduzierter Schwerkraft im freien Fall (Fallzeit ca. 1.2 s) genutzt. Dabei werden Schmelztröpfchen mit Durchmessern zwischen 1500 µm und 50 µm mit hohen Kühlraten, die abhängig von der Tröpfchengröße zwischen 10^2 bis 10^5 K/s variieren, berührungsfrei unterkühlt und erstarrt. Die Analyse von erstarrten Partikeln verschiedener Größe hinsichtlich metastabiler Phasen und Gefüge ermöglicht die Untersuchung von Phasenselektionsphänomenen in Abhängigkeit der Kühlrate.

Elektromagnetische Levitation – Berührungsfreies Prozessieren und Erstarren von Metallschmelzen

Unsere elektromagnetischen Levitationsanlagen werden zur berührungsfreien Untersuchung von thermophysikalischen Eigenschaften und von Erstarrungsvorgängen in unterkühlten Schmelzen benutzt. Zusätzlich verfügen wir über transportable Anlagen zur Durchführung von Streuexperimenten an nationalen und internationalen Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquellen. Die elektrisch gut leitenden, ca. 6-8 mm grossen Proben werden mit einem räumlich inhomogenen elektromagnetischen Wechselfeld unter Schutzgasatmosphäre positioniert, induktiv geheizt und geschmolzen.

Elektrostatische Levitation – Berührungsfreies Prozessieren und Erstarren von Metallen und Halbleitern unter UHV-Bedingungen

Zur berührungsfreien Untersuchung elektrisch weniger gut leitender Proben, insbesondere von Oxiden und Halbleitern stehen zwei elektrostatische Levitationsanlagen zur Verfügung. Bei diesem Verfahren werden die zu untersuchenden, ca. 1-3 mm grossen Proben elektrisch geladen und in einem vertikalen statischen elektrischen Feld (20kV) zum Schweben gebracht. Sie werden mit Hilfe eines Infrarotlasers unter Hochvakuumbedingungen erwärmt und geschmolzen. Durch diese sehr sauberen Bedingung erreichen wir maximale Unterkühlungen und können u. a. Keimbildungsstatistik betreiben.

ARTEMIS - Aerogel Technology for Microgravity Solidification

Schmelzen und Erstarren von metallischen Legierungen stehen am Beginn wichtiger Fertigungsverfahren z.B. im Maschinenbau, Bauwesen, Elektrotechnik, Elektronik. Der Prozess der Erstarrung liefert die Ausgangsposition für die Bildung des inneren Werkstoffaufbaus. Dieser legt die Werkstoffeigenschaften fest.

Viskosimeter

Zur Messung der Scherviskosität von Schmelzen steht ein Schwingtiegelviskosimeter zur Verfügung, welches in Zusammenarbeit mit der Universität Chemnitz, Arbeitsgruppe Prof. Hoyer, entwickelt wurde. Unter Schutzgasatmosphäre befindet sich die flüssige Probe in einem Tiegel, welcher an einem Torsionsdraht befestigt ist und Drehschwingungen ausführt. Aus deren Dämpfung wird die Viskosität bestimmt. Das Gerät gestattet Untersuchungen in einem breiten Temperaturbereich bis zu 2000 °C, so dass auch hochschmelzende Materialien untersucht werden können.

Rasterelektronenmikroskop

Im Bereich Mikrostrukturanalyse steht mit dem Rasterelektronenmikroskop LEO 1530 VP mit INCA EDX-Analyse ein modernes Spitzengerät zur Verfügung. Es lassen sich Oberflächen elektrisch leitfähiger Materialien wie Metalle, aber auch elektrisch isolierender wie Aerogele abbilden.

Differential Scanning Calorimetry (DSC) & Differential Thermo Analysis (DTA)

Es stehen drei Anlagen zur Verfügung, mit denen das thermische Verhalten kleiner Proben sehr unterschiedlicher Substanzen bei zeitlinearem Aufheizen, während isothermer Phasen oder beim Abkühlen untersucht werden kann.

Faraday-Waage mit integrierter Ofeneinheit

Die magnetischen Momente der Probe werden in einem äusseren statischen Magnetfeld ausgerichtet, dem ein geringer Feldgradient überlagert ist.

Lichtstreuanlage für kolloide Systeme

Die Lichtstreuapparatur ist speziell für die Untersuchung hochgeladener kolloidaler Suspensionen zugeschnitten und ermöglicht neben der einfachen statischen Lichtstreuung über einen Winkelbereich von 15°-175° auch die zeitaufgelöste Erfassung kleinerer Winkelbereiche von etwa 10°. Zusätzlich ist eine Vorrichtung zur Bestimmung elastischer Eigenschaften kolloidaler Kristalle mittels torsionaler Resonanzanregung implementiert. Die Apparatur wird derzeit noch weiter ausgebaut.