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Metallschäume im freien Fall
Redaktion /
idw / Pressemitteilung des Hahn-Meitner-Institut
Berlin GmbH
astronews.com
19. Dezember 2007
Metallschäume könnten ein Werkstoff der Zukunft werden: Sie
sind leicht und trotzdem stabil und würden es erlauben, das Gewicht von Autos
oder Flugzeugen deutlich zu reduzieren. Während einer Parabelflug-Kampagne
untersuchten Berliner Forscher nun das Verhalten von Metallschäumen in
Schwerelosigkeit. Weitere Experimente in Schwerelosigkeit sind geplant.
Röntgenbild eines flüssigen Metallschaums in
Schwerelosigkeit. Bild:
Hahn-Meitner-Institut Berlin / idw
Röntgenbild eines flüssigen Metallschaums bei
1,8-facher Erdanziehung. Bild:
Hahn-Meitner-Institut Berlin / idw |
Erfolgreich haben drei Forscher des Berliner
Hahn-Meitner-Instituts (HMI) in Schwerelosigkeit untersucht, wie die
Erdanziehung die Eigenschaften eines Metallschaums beeinflusst. Sie haben ihre
Experimente in einem umgebauten Airbus 300 durchgeführt (astronews.com
berichtete im Vorfeld). Das Flugzeug fliegt auf einer Art Buckelbahn. Dabei
steigt es immer wieder zunächst steil auf, um danach im freien Fall entlang
einer Wurfparabel zu fliegen. Während eines solchen Fluges herrscht immer wieder
kurzzeitig fast doppelte Erdanziehung, die von einer 20 Sekunden dauernden Phase
der Schwerelosigkeit abgelöst wird.
Für ihre Versuche haben die Wissenschaftler ein transportables Labor in der
Größe eines Umzugskartons gebaut. Darin: ein Ofen, in dem der Metallschaum
erzeugt wird und eine Röntgenanlage, die die Evolution des Schaums festhält. Die
mitgebrachten Filme zeigen, was mit dem flüssigen Schaum während des Fluges
passiert: bei starker Erdanziehung bildet sich am unteren Rand des Schaums ein
großer Tropfen flüssigen Metalls. In Schwerelosigkeit verschwindet der Tropfen
sofort - seine Flüssigkeit verteilt sich gleichmäßig über den gesamten Schaum.
Metallschaum soll einer der Werkstoffe der Zukunft werden: leicht und
zugleich stabil könnte er im Auto oder Flugzeug helfen, Gewicht zu sparen ohne
dass die Sicherheit leidet. Die Herstellung der schaumförmigen Metalle erinnert
an Kuchenbacken: man vermischt Metallpulver mit einem Treibmittel, presst die
Mischung zusammen und heizt sie auf. Das Metall wird flüssig und das Treibmittel
gibt ein Gas frei, welches die Blasen entstehen lässt. Kühlt man das Ganze ab,
hat man den fertigen Metallschaum.
Forscher interessieren sich besonders für die Zeit, in der der Schaum noch
flüssig ist, denn diese entscheidet über die Eigenschaften des Schaums. Zwei
Effekte spielen dabei eine besondere Rolle: Drainage und Koaleszenz.
HMI-Forscher Francisco Garcia-Moreno erklärt ihre Bedeutung am Beispiel eines
Bierschaums: "Zum einen kann man beobachten, wie das Bier im Schaum nach unten
fließt, so dass die Wände der Schaumbläschen immer dünner werden. Das ist
Drainage. Zum anderen platzen oft Wände zwischen zwei Bläschen, so dass ein
größeres Bläschen entsteht. Das ist Koaleszenz".
Während des Airbus-Fluges hat die Zeit gerade gereicht, die Drainage zu
beobachten. Die Filme des wandernden Metalltropfens sind das erste Ergebnis.
Eine genaue wissenschaftliche Auswertung wird folgen. Aber der Flug hatte noch
ein weiteres Ziel: die Ausrüstung sollte für ein weiteres spektakuläres
Experiment getestet werden, welches im Frühjahr 2008 stattfinden soll. Dann wird
die ganze Apparatur im Rahmen der MASER 11-Mission in einer unbemannten
Rakete der schwedischen Raumfahrtagentur SSC sechs Minuten in Schwerelosigkeit
fliegen. Bei diesem Experiment wird man auch die Koaleszenz untersuchen können.
Da die Geräte auf den Raketenflug hin geplant werden müssen, haben die
schwedischen Kollegen von Anfang an beim Aufbau und auch während des
Parabelfluges im Airbus geholfen. Einmal haben sie es sogar geschafft, die
Anlage in einer fünfminütigen Pause zwischen zwei Phasen der Schwerelosigkeit zu
reparieren. Sie wissen jetzt, was sie tun müssen, damit ein ähnliches Problem
nicht auch in der Rakete entsteht. Der Flug fand im Rahmen eines Projekts der
Europäischen Raumfahrtagentur ESA statt und wurde auch von dieser finanziert.
Das Flugzeug wird von der französischen Firma Novespace betrieben.
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