Hoch­leis­tungs­ke­ra­mik für die Weltraumforschung

Im Zuge einer gemein­sa­men Pro­dukt­ent­wick­lung hat Cer­am­Tec, zusam­men mit der Air­bus Defence & Space sowie wei­te­ren Part­nern eines Pro­jekt­kon­sor­ti­ums, Pro­ben­be­häl­ter für Expe­ri­men­te als kom­ple­xe Bau­tei­le ent­wi­ckelt und am Stand­ort Plochin­gen gefer­tigt. Bei den Pro­ben­be­häl­tern han­delt es sich um Topf- und Käfig­pro­ben­hal­ter aus Sili­zi­um­ni­trid, die bereits 2017 zum ers­ten Mal in die Inter­na­tio­na­le Raum­sta­ti­on (ISS) ein­ge­baut wur­den. Sie kom­men im soge­nann­ten Elec­tro Magne­tic Levi­ta­tor (EML) zum Ein­satz, einer Viel­zweck-For­schungs­ein­rich­tung für natur­wis­sen­schaft­li­che Expe­ri­men­te an Bord der ISS. Der EML und sei­ne Vor­gän­ger­mo­del­le kön­nen bereits auf über vier Jahr­zehn­te erfolg­rei­che For­schungs­ar­beit durch inter­na­tio­na­le Teams aus Deutsch­land, USA, Ita­li­en, Russ­land und ande­ren Natio­nen zurückblicken.
 
Im EML wer­den die Pro­ben­be­häl­ter in eine Spu­le ein­ge­fah­ren, in der Metall­le­gie­rungs­pro­ben unter Schwe­re­lo­sig­keit schwe­bend durch elek­tro­ma­gne­ti­sche Fel­der rund­her­um kon­takt­frei fixiert sind. Für Unter­su­chun­gen wer­den die Pro­ben auf­ge­schmol­zen, im flüs­si­gen Zustand gekühlt und anschlie­ßend wie­der erstarrt. Die­se auf der Erde nicht mög­li­chen Prä­zi­si­ons­mes­sun­gen bestimm­ter ther­mo­phy­si­ka­li­scher Eigen­schaf­ten von Metal­len, Legie­run­gen und Halb­lei­tern ermög­li­chen es, die frü­hen Pha­sen der Ent­ste­hung von Werk­stoff­ge­fü­gen zu ana­ly­sie­ren und das Ver­ständ­nis von Über­gangs­pro­zes­sen, Atom­struk­tu­ren und Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten zu erweitern.
 
Die „welt­li­che“ Ziel­set­zung dabei: Pro­duk­ti­ons- und Gieß­pro­zes­se auf der Erde, dank der im Welt­raum gemes­se­nen Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten, zu ver­bes­sern, um eine Erhö­hung der Qua­li­tät bei gleich­zei­ti­ger Redu­zie­rung der Kos­ten von High­tech-Guss­tei­len (zum Bei­spiel Motor­blö­cken) zu errei­chen. So kön­nen Her­stel­lungs­me­tho­den ver­fei­nert sowie Werk­stof­fe und Pro­duk­te ver­bes­sert und neu ent­wi­ckelt wer­den. Die­se Grund­la­gen­for­schung wird in einer Zusam­men­ar­beit unter ande­rem zwi­schen Air­bus Defence & Space, der Euro­päi­schen Raum­fahrt­agen­tur ESA (Ver­trag 21788/08/NL/BJ [EML (Elec­tro-Magne­tic Levi­ta­tor) Pha­se B2/C/D Deve­lo­p­ment; Con­tract Chan­ge Noti­ce 45 [EML Expe­ri­ment Infra­st­ruc­tu­re (EXI) for Batch 3]) sowie der Raum­fahrt­agen­tur des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) (Ver­trag 50WP0505, 50WP0606, 50WP0808) realisiert.
 
Der kera­mi­sche Werk­stoff Sili­zi­um­ni­trid (Si3N4) eig­net sich hier­für beson­ders auf­grund sei­ner nicht vor­han­de­nen elek­tri­schen Leit­fä­hig­keit, die äuße­re Ein­flüs­se auf die Mes­sun­gen unter­bin­det, und der gefor­der­ten hohen Hit­ze­be­stän­dig­keit – spie­len sich die Mess­zy­klen doch in Tem­pe­ra­tur­be­rei­chen zwi­schen 500 bis 2100 Grad Cel­si­us ab. Die Pro­ben­be­häl­ter die­ser neu­es­ten Genera­ti­on haben im Juni 2021 mit der SpaceX-22 ihren Weg ins All ange­tre­ten und unter­stüt­zen dort die wei­te­ren Forschungsaktivitäten.