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. Dies wird als Unterkühlung bezeichnet. Ab einer bestimmten Temperatur setzt aber auch hier die Erstarrung ein. Diese verläuft dann sehr schnell.

In diesem Experiment in der TEMPUS-Anlage werden Nicht-Gleichgewichtszustände von Kupfer-Kobalt-Schmelzen untersucht. Sie treten erst bei einer Unterkühlung von über 100 Grad Celsius unter den Schmelzpunkt auf. Bei geeigneter Zusammensetzung trennt sich die homogene Schmelze - ähnlich dem Phänomen von Öl in Wasser - 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, wie etwa Oberflächenspannung und Viskosität. Zusätzlich kann aufgrund der Entmischung eine Schwingung des inneren Kerns in Relation zum äußeren Mantel auftreten.

Aus dieser Schwingung können die Wissenschaftler die so genannte Grenzflächenenergie für das Kupfer-Kobalt-Gemisch bestimmen. Diese ist unter normalen Schwerkraft-Bedingungen auf der Erde nur näherungsweise zu ermitteln. Die aktuellen Experimente stehen im Zusammenhang mit einem TEXUS-Raketenflug im Januar 2008. Bei diesem Experiment soll unter anderem die Grenzflächenenergie von Kupfer-Kobalt gemessen werden.


Kontakt
Prof. Dr. Dieter Herlach
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-2332

E-Mail: Dieter.Herlach@dlr.de
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
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-4692/7772_read-12056/