Untersuchung der Erstarrung von Kupfer-Kobalt-Legierungen in Schwerelosigkeit-Unterkühlung und Entmischung



Die Methode des behälterlosen Experimentierens wird angewendet, um die Keimbildung und Erstarrung bei metallischen Schmelzen besser zu untersuchen. In einem Tiegel erstarrt eine Schmelze, indem sich am Schmelzpunkt zunächst Keime an den Tiegelwänden bilden. Dagegen erlaubt das behälterlose Experimentieren eine deutliche Unterschreitung des Schmelzpunktes, was als Unterkühlung bezeichnet wird. Auf der Erde kann man dies durch die Methode der so genannten elektromagnetischen Levitation erreichen. Hierbei werden über eine leitfähige Spule elektromagnetische Wechselfelder in der Probe erzeugt, welche die Probe schmelzen und gegen die Gravitationskraft in der Schwebe halten.

In diesem Experiment in der TEMPUS-Anlage werden Nicht-Gleichgewichtszustände (metastabil) von Kupfer-Kobalt-Schmelzen untersucht, die erst bei einer Unterkühlung von über 100 Grad Celsius unter den Schmelzpunkt auftreten. Die homogene Schmelze entmischt in einen Kobalt-reichen und einen Kupfer-reichen Anteil. Auf Grund der hohen Unterkühlung der Schmelze ist die schließlich eintretende Erstarrung äußerst schnell. Dadurch werden die metastabilen Zustände "eingefroren" und können nach dem Experiment im Elektronenmikroskop untersucht werden.

Experimente während der Parabelflüge 2002, 2003 und 2004 demonstrierten bereits den Vorteil der TEMPUS-Anlage in Schwerelosigkeit im Vergleich zu terrestrischen Anlagen: Die elektromagnetischen Positionierfelder können im freien Fall erheblich geringer sein. Dadurch wird das Erstarrungsexperiment weniger durch induzierte Wirbelfelder gestört und der Entmischungsvorgang kann besser analysiert werden. Kupfer-Kobalt-Legierungen sind etwa als dünne Schichten für elektronische Speichermedien im Gespräch.


Kontakt
Dr. Matthias Kolbe
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-3019

E-Mail: matthias.kolbe@dlr.de
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