Verhalten von Blasen in metallischen Schmelzen unter Schwerelosigkeit
Blasen und Poren in Metallen sind schon seit der Bronzezeit als gravierende strukturelle Defekte im Material bekannt. Und auch heute noch lässt sich Blasenbildung im Laufe der Metallverarbeitung kaum vermeiden. Grund hierfür ist die unterschiedliche Gaslöslichkeit im festen Werkstoff, im Vergleich zu der im flüssigen Material. Dementsprechend ist es für Industrie und Forschung von großem Interesse, das Verhalten von solchen Gasblasen zu kennen und vorhersagen zu können. Da unter normaler Schwerkraft eine Vielzahl an Effekten (Auftrieb, Konvektion, et cetera) gleichzeitig auf die Blasen einwirken, ist es schwierig zunächst den Einfluss grundlegender Phänomene wie Temperaturaufstau, und Materialaufstau zu erfassen und zu quantifizieren.
Durch das Ausschalten von schwerkraftgetriebenen Phänomenen bei der Experimentdurchführung in Schwerelosigkeit kann das Ziel der Charakterisierung der grundlegenden Phänomene erreicht werden. Dazu steht die Parabelfluganlage X-RISE (X-Ray Investigations in Space Environment) mit zwei unterschiedlichen Öfen zur Verfügung. Mit der integrierten Röntgenradiographieanlage können das Aufschmelzen und das Erstarren der Probe und die daraus folgende Bildung und Bewegung von Gasblasen live als Video-Feed beobachtet werden.
Im Gradientenofen schmilzt und erstarrt die – zwischen zwei unterschiedlich heißen Heizern positionierte – Probe kontrolliert von der kälteren zur heißeren Seite. Dieser Aufbau ist besonders gut geeignet, um gerichtete Interaktionen (Marangoni-Fluss, „Bubble-Pushing“, Deformation der Erstarrungs/Schmelzfront) an der flüssig-fest Grenzfläche zu beobachten.
Im Isothermalofen wird die Probe in einem homogenen Temperaturfeld prozessiert. Somit beginnen Aufschmelz- und Erstarrungsvorgänge überall zugleich und die reinen Einflüsse von Temperatur und Konzentration können klar visualisiert werden.