Schwingungs-Dynamik elektromagnetisch schwebender Schmelztropfen mit stabiler Mischungslücke



Legierungen aus nicht mischbaren Komponenten (Phasen) haben im Prinzip ein großes Anwendungspotenzial. Leider ist es bis heute nicht gelungen, den Herstellungs­prozess der zu mischenden Metalle so zu führen, dass die für die jeweilige Anwendung geeignete Mikrostruktur gezielt eingestellt werden kann. Bei diesem Experiment soll das System Silber-Kupfer-Nickel untersucht werden. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit von Silber spielt es in der Starkstromtechnik als Werkstoff für Schalter eine wichtige Rolle.

Die elektromagnetische Levitation bietet die Möglichkeit, die Dynamik flüssiger zweiphasiger Metalltropfen berührungsfrei zu untersuchen. Ein kräftefrei schwebender 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: in der erdgebundenen Levitation verhin­dert das starke Levitationsfeld die Phasentrennung.

Das Schwingungsspektrum eines solchen zweiphasigen 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 anderen Methoden ist dies kaum möglich.

An dem System Silber-Kupfer-Nickel sollen in der TEMPUS-Anlage Experimente zur Entmischung und Tropfendynamik durchgeführt werden. Das System besitzt im flüssigen Zustand oberhalb des Schmelzpunktes eine ausgedehnte Mischungslücke, also einen Bereich, in dem sich die Schmelze entmischt. Bei dem Experiment soll das Schwingungsspektrum des zweiphasigen Flüssigkeitstropfens bestimmt und mit Hilfe theoretischer Vorhersagen die Oberflächen- und Grenzflächenspannung gemessen werden.


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

Institut für Materialphysik im Weltraum

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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

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