Erstarrung von Kupfer-Kobalt-Legierungen in Schwerelosigkeit



Normalerweise werden metallische Schmelzen in einem Behälter, einem so genannten Tiegel erhitzt. Beim Abkühlen bilden sich an den Tiegelwänden Keime, sobald die Temperatur auf den Schmelzpunkt absinkt. Die Schmelze erstarrt. Bei der elektromagnetischen Levitation wird die Schmelze durch elektromagnetische Wechselfelder erhitzt und in der Schwebe gehalten. Es wird also kein Behälter für die Flüssigkeit benötigt. Dadurch wird die Keimbildung an den Tiegelwänden vermieden und das Metall bleibt auch unterhalb des Schmelzpunktes noch flüssig. Ab einer bestimmten Temperatur setzt aber auch hier die Erstarrung ein. Diese verläuft sehr schnell und ein Teil der Probe kristallisiert in Form einer dendritischen Struktur (Bäumchenstruktur).

In diesem Experiment in der TEMPUS-Anlage werden metastabile Zustände (Nicht-Gleichgewichtszustände) von Kupfer-Kobalt-Schmelzen untersucht. Sie treten erst bei einer Unterkühlung von über 100 Grad Celsius unter den Schmelzpunkt auf. Die homogene Schmelze trennt sich in einen Kobalt-reichen und einen Kupfer-reichen Anteil. Aufgrund der hohen Unterkühlung der Schmelze ist die schließlich eintretende Erstarrung extrem schnell. Dadurch werden die metastabilen Zustände "eingefroren" und können nach dem Experiment im Elektronenmikroskop untersucht werden.

Experimente während vergangener Parabelflüge demonstrierten bereits den Vorteil der TEMPUS-Anlage in Schwerelosigkeit im Vergleich zu terrestrisch Anlagen: Die elektromagnetischen Positionierfelder können im unter Schwerelosigkeit erheblich geringer sein. Dadurch wird das Erstarrungsexperiment weniger durch induzierte Wirbelfelder gestört und der Entmischungsvorgang kann besser analysiert werden. Kupfer-Kobalt-Legierungen sind 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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