Dynamik elektro-magnetisch schwebender Schmelztropfen mit stabiler Mischungslücke



Legierungen aus nicht mischbaren Materialien haben prinzipiell ein großes Anwendungspotenzial. Bis heute ist es allerdings nicht gelungen, die Materialien mit für die jeweilige Anwendung sinnvoller Mikrostruktur gezielt zu erzeugen. Das in diesem Experiment untersuchte Mischungverhalten von Silber und Nickel spielt in der Starkstromtechnik eine wichtige Rolle, denn Silber hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit als Werkstoff für Schalter.

Die elektromagnetische Levitation ("Schweben") ermöglicht, die Dynamik flüssiger zweiphasiger Metalltropfen berührungsfrei zu untersuchen. Ein kräftefreier levitierter Tropfen aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten besteht aus einem flüssigen Kern, der von der zweiten Flüssigkeit vollständig umhüllt ist. Diese Konfiguration stellt sich allerdings nur in der Schwerelosigkeit ein. Bei Experimenten auf der Erde verhindert das aufgrund der Schwerkraft notwendige, viel stärkere elektro-magnetische Levitationsfeld die Trennung. Das Schwingungsspektrum eines solchen zweigeteilten Tropfens wird durch die Oberflächenspannung zwischen der Gasphase und der äußeren Flüssigkeitshülle sowie durch die Grenzflächenspannung der beiden sich benetzenden Flüssigkeiten im Innern des Tropfens bestimmt. Daher bietet dieses Verfahren eine Möglichkeit, die Grenzflächenspannung zwischen zwei flüssigen Metallen zu messen.

Mit der Legierung Silber-Nickel, die im flüssigen Zustand eine ausgedehnte Mischungslücke besitzt, sollen in der TEMPUS-Anlage Experimente zur Entmischung und Tropfendynamik durchgeführt werden. Dabei soll das Schwingungsspektrum des zweigeteilten Flüssigkeitstropfens bestimmt und mit Hilfe theoretischer Vorhersagen die Oberflächen- und Grenzflächenspannung gemessen werden.


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Prof.Dr. Ivan Egry
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

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