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Keramische Bauteile für Weltraum-Experimentieranlage

Technische Keramik auf Weltraummission

Plochingen, 2014-01-27

Probenhalter aus Siliziumnitrid-Keramik
 

CeramTec fertigt im Auftrag der Astrium GmbH keramische Bauteile für eine Weltraum-Experimentieranlage, die im Juli 2014 in die Internationale Raumstation (ISS) integriert wird. Die filigranen und komplexen Bauteile aus Siliziumnitrid-Keramik werden für Probenhalter benötigt. Mit ihnen werden im Weltraum materialwissenschaftliche Experimente unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit analysiert. Die Teile kommen in der Experimentieranlage „Materials Science Lab – Electromagnetic Levitator“ (MSL-EML) zum Einsatz, die im Juli 2014 in das europäische Wissenschaftslabor Columbus auf der ISS integriert wird.

Das Materials Science Lab im Test bei Astrium
 

Die Anlage kann auf der Erde nicht erreichbare Präzisionsmessungen bestimmter thermophysikalischer Eigenschaften von chemisch aggressiven Metallschmelzen in einem Temperaturbereich von +400°C bis +2.000°C vornehmen. Damit ist es möglich, die frühen Phasen der Entstehung von Werkstoffgefügen zu analysieren. Ziel solcher Untersuchungen ist es, das Verständnis von Übergangsprozessen, Atomstrukturen und Materialeigenschaften zu erweitern. So können Herstellungsmethoden verfeinert sowie Werkstoffe und Produkte verbessert und neu entwickelt werden.

Dafür kommen verschiedene Topf- und Käfigprobenhalter aus Siliziumnitrid zum Einsatz. Die Probenhalter werden in eine Spule eingefahren, in der die Metalllegierungsproben unter Schwerelosigkeit schwebend durch elektromagnetische Felder rundherum kontaktfrei fixiert sind. Für die Untersuchungen werden die Proben aufgeschmolzen, im flüssigen Zustand gekühlt und anschließend wieder erstarrt.

Siliziumnitrid-Keramik hat ideale Eigenschaften

Die elektromagnetischen Felder der Spule dürfen nicht durch die elektrische Leitfähigkeit eingesetzter Materialien in den Haltern gestört werden. Zudem muss eine enorme Hitzebeständigkeit der Probenhalter gewährleistet sein. Die verwendete Hochleistungskeramik Siliziumnitrid bringt die notwendigen Materialeigenschaften mit. Sämtliche keramischen Teile der Probenhalter stellt das baden-württembergische Unternehmen CeramTec her.

MSL-EML wurde im Auftrag der ESA (European Space Agency) und des DLR (Deutsches Luft- und Raumfahrzentrum) von Astrium entwickelt und wird von Wissenschaftlergruppen aus Europa, Nordamerika und Japan genutzt. Ein Vorläufermodell dieser weltweit einzigartigen Anlage wurde in der Vergangenheit bereits auf drei Spacelab-Missionen in Kooperation mit der NASA erfolgreich eingesetzt. Die Astrium GmbH ist ein Unternehmen der Airbus Defence and Space, das führende europäische Unternehmen in der Raumfahrtindustrie.