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



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 dann. Bei der elektromagnetischen Levitation wird die Schmelze durch elektromagnetische Wechselfelder, welche über eine Spule erzeugt werden, 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 dann 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 dem Schmelzpunkt auf. Bei geeigneter Zusammensetzung trennt sich die homogene Schmelze dann in einen Kobalt-reichen Kern und einen Kupfer-reichen Mantel.

Aus den Schwingungen des flüssigen Tropfens lassen sich Materialparameter messen, die unter anderem für technische Gießprozesse benötigt werden: Oberflächenspannung, Viskosität und die Grenzflächenenergie für Kupfer-Kobalt. Letztere ist unter terrestrischen Bedingungen nur näherungsweise zu bestimmen. Kupfer-Kobalt-Legierungen sind als dünne Schichten für elektronische Speichermedien im Gespräch.

Die aktuellen Experimente dienen der Vorbereitung eines TEXUS-Raketenfluges im November dieses Jahres. Bei diesem Experiment soll unter anderem die Grenzflächenenergie von Kupfer-Kobalt gemessen werden.


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

Institut für Materialphysik im Weltraum

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Fax: +49 2203 601-2255

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