Elektromagnetische Levitation
Eines der eingesetzten Schwebeschmelzverfahren des Instituts für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum ist die elektromagnetische Levitationstechnik. Hier befindet sich eine massive elektrisch leitende Probe mit einem typischen Durchmesser von 5-10 Millimetern in einem inhomogenen elektromagnetischen Wechselfeld, das von einer Levitationsspule, die von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird, erzeugt wird. Hierdurch werden Wirbelströme in die Probe induziert.
Die durch Ohmsche Verluste bedingte Erwärmung der Probe ermöglicht es, die Probe aufzuschmelzen. Gleichzeitig resultiert aus der Wechselwirkung des magnetischen Dipolmoments der von den Wirbelströmen durchflossenen Probe mit dem inhomogenen magnetischen Wechselfeld der Levitationsspule eine auf die Probe wirkende Kraft.
Wird diese Kraft so eingestellt, dass sie die Schwerkraft kompensiert, so kann die Probe im festen und flüssigen Zustand frei schwebend prozessiert werden. Zur Abfuhr überschüssiger Wärme werden die Proben unter einer hochreinen Schutzgasatmosphäre prozessiert.
Unser Institut besitzt mehrere elektromagnetische Levitationsanlagen, die mit unterschiedlichen diagnostischen Methoden ausgestattet sind. Darunter befinden sich auch mobile Anlagen für die Durchführung von Streuexperimenten mit Neutronen- oder Synchrotronstrahlung an externen Strahlungsquellen. Die in den bodengebundenen Levitationsanlagen des Instituts durchgeführten Arbeiten ergänzen ähnliche Levitationsexperimente unter Mikrogravitationsbedingungen während Parabelflügen (TEMPUS) oder in einer von der ESA auf der internationalen Raumstation zur Verfügung gestellten elektromagnetischen Levitationsanlage (EML-ISS). Der Prozess unter Mikrogravitationsbedingungen hat hierbei den Vorteil, dass eine stabile Positionierung der Proben mit um mehrere Größenordnungen schwächeren elektromagnetischen Wechselfeldern erreicht werden kann als auf der Erde, wodurch zum Beispiel Flüssigkeitsströmungen in den Proben reduziert werden und ein Prozess der Proben im Vakuum ermöglicht wird