Artex



 Artex auf TEXUS39 Modul
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Die Arbeitsgruppe „Aerogele und Gießen“ führt seit vielen Jahren experimentelle Untersuchungen zur gerichteten Erstarrung von metallischen Legierungen durch. Für Experimente unter Mikrogravitationsbedingungen (µg) auf einer Rakete des TEXUS-Programms wurden am Institut für Materialphysik im Weltraum die Ofenanlage ARTEX (AeRogeltechnologie für TEXUS) entwickelt, mit der metallische Legierungen und Halbleiter gerichtet erstarrt werden können.ARTEX ist die Umsetzung eines Aerogel-Ofens (ARTEMIS) für die Durchführung von Experimenten unter µg-Bedingungen.

Gemeinsam mit ASTRIUM wurde ein Experimentmodul für eine TEXUS-Raketenmission entwickelt, das bei seinem ersten Einsatz seine vollständige Funktionsfähigkeit (optische Temperaturerfassung, optische Erfassung der Position der Erstarrungsfront, Kontrolle der Prozessparameter) unter Schwerelosigkeit unter Beweis stellte. Die für das TEXUS-Programm entwickelte Ofenanlage flog erfolgreich am 08.Mai 2001 auf TEXUS 39 und am 02. Dezember 2005 auf MAXUS 7.

 Verlauf eines TEXUS-Fluges
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TEXUS ist weltweit das am längsten bestehende und erfolgreichste Raketen-Programm für wissenschaftliche Experimente und technologische Erprobungen unter Schwerelosigkeit. Mit diesen Höhenforschungsraketen kann zu vergleichsweise günstigen Konditionen Mikrogravitationsforschung betrieben werden. Eine bis zu 12m lange Skylark-7-Raketebringt das TEXUS-Forschungsprogramm auf eine Parabelflugbahn, deren Gipfelpunkt in einer Höhe von ca. 250m liegt. Die Flugbahn der Skylark-7-Rakete ist vergleichbar mit dem senkrechten Wurf eines Balls nach oben. Sobald der Ball die Hand verlässt, befindet er sich bereits im freien Fall, auch wenn er sich zunächst noch nach oben bewegt. Wenn indes der Raketenantrieb „endet“, befinden sich die Experimente im freien Fall, wobei die Dauer der Schwerelosigkeit von der Fallhöhe abhängt. Bei der TEXUS 39 Mission wurde mit 370kg Nutzlast eine Gipfelhöhe von 250km erreicht und eine Mikrogravitationszeit von fast 6 Minuten.

 Schematische Zeichnung des ARTEX Ofens
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Das wissenschaftliche Ziel des Experiments auf TEXUS 39 war die gerichtete Erstarrung einer binären Aluminium-Silizium Basislegierung (Al-6wt.%Si) mit konstanter Erstarrungsgeschwindigkeit unter µg-Bedingungen, um den Einfluss des diffusiven Materialtransportes auf die Gefügeentwicklung untersuchen zu können. Bisherige Modelle zur Beschreibung der gerichteten Erstarrung lassen Konvektion in der Schmelze unberücksichtigt. Für einen Vergleich der Modelle mit experimentellen Ergebnissen muss gewährleistet werden, dass nur diffusive Transportprozesse ablaufen. Unter Schwerelosigkeit werden Strömungen in der Schmelze ausgeschaltet und es entstehen Gefüge, die sich mit modellhaften Beschreibungen eindeutiger vergleichen lassen. Damit existiert eine Basis für die Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Prozessgrößen und Gefügegrößen auch für irdische Gussprozesse, die immer von Strömungen beeinflusst werden. Dies lässt sich innerhalb von Raketenmissionen vom Typ TEXUS mit ca. 6 Minuten µg-Zeit sehr gut realisieren. Im Vergleich zu Proben, die auf der Erde in ARTEMIS erstarrt wurden, zeigt die Probe aus ARTEX ein feineres Eutektikum, einen kleineren sekundären Dendritenarmabstand, aber größere Primardendritenabstände.

Das technologische Ziel des DLR Experiments auf TEXUS 39 war der Aufbau und Verifikation des neu entwickelten Aerogel-Ofen mit extrem geringen Wärmeverlusten im Probenbereich und optischer Messung der Erstarrungsfront und Erstarrungsgeschwindigkeit, mit individuell einstellbaren Erstarrungsgeschwindigkeiten und unterschiedlichen Gradienteneinstellungen am unteren und oberen Heizelement.


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