Keramikrohre aus Zirkonoxid DEGUSSIT FZY auf dem Weg zu den Sternen

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Die KYOCERA Fineceramics Solutions GmbH liefert keramische Rohre zur Sauerstoffmessung für die Erweiterung des elektromagnetischen Levitators auf der internationalen Raumstation.
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Keramik als leistungsfähiger Werkstoff im Einsatz zur Sauerstoffmessung auf der ISS

Für Materialwissenschaftler stellt das EML-Forschungslabor auf der internationalen Raumstation ISS eine der wichtigsten Anlagen dar. Daher sind die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe extrem hoch und haben eine entscheidende Relevanz für die reibungslose Funktionsfähigkeit der Anlage und damit auf die zu gewinnenden Erkenntnisse und Forschungsergebnisse. Ab dem Jahr 2023 werden Rohre aus DEGUSSIT Zirkonoxid zur Erweiterung des elektromagnetischen Levitators (EML) auf der internationalen Raumstation ISS genutzt. Die Keramik-Produkte helfen bei der Sauerstoffmessung und sind somit Teil einer neuen Forschungseinrichtung, die stetig erweitert wird.

Der Levitator ist eine 360 kg schwere Anlage im Labor für Materialwissenschaft im Columbus-Modul und wurde 2014 von der ATV-5 (automated transfer vehicle) „Georges Lemaître“, einem unbemannten Versorgungsraumschiff, auf die ISS gebracht. Dort wurde die Anlage von Alexander Gerst installiert und in Betrieb genommen. Zudem hat er die Probenprozessierung begleitet. Mit dem Förderprogramm der europäischen Weltraumorganisation1 ist eine Erweiterung des EML um ein Gerät zur Sauerstoffmessung und -regulierung (EML OCS – EML Oxygen Sensing and Control System) geplant, die voraussichtlich 2023 in Betrieb gehen soll. Damit sind zusätzliche Messungen unter einer gezielt einstellbaren Sauerstoffatmosphäre möglich.


1 ESA Contract 21788/08/NL/BJ [EML (Electro-Magnetic Levitator) Phase B2/C/D Development] – Contract Change Notice 49 [EML OCS (Oxygen sensing and Control System) Phases C/D/E1 Development

Alexander Gerst am Schmelzofen der EML-Anlage (Foto: NASA/ESA)

Kyocera liefert essentielles Material zur Sauerstoffmessung

Die zusätzliche Erweiterung der Anlange um die Möglichkeit der Sauerstoffregelung (OCS) wird metallisierte und verlötete Keramikrohre aus DEGUSSIT FZY von der Kyocera Fineceramics Solutions GmbH enthalten. Bei DEGUSSIT FZY handelt es sich um ein spezielles Material, das durch seine Ionenleitfähigkeit die präzise Sauerstoffmessung bei hohen Temperaturen ermöglicht. Diese Ionenleitfähigkeit wird nur durch die gezielte Einstellung der Zusammensetzung und des keramischen Mikrogefüges erreicht. Im Vorfeld wurden ausgiebige Tests der Baugruppen durchgeführt, um die Verwendbarkeit und Zuverlässigkeit unter den extremen Bedingungen eines Raketenstarts und der Schwerelosigkeit sicherstellen zu können. 

Heated Sample Droplet in Electromagnetic Levitator (Foto: DLR)

Der EML im Einsatz

Mithilfe elektromagnetischer Felder positioniert der EML Metall- und Halbleiterproben freischwebend, zudem ermöglicht er ein Aufschmelzen der Stoffe sowie die Erfassung diverser Materialdaten bei verschiedenen Temperaturen. Der Prozess erfolgt unter einer Vakuum- oder Inertgas-Atmosphäre. Ohne den Kontakt zu einer Tiegelwand, der zu einer messtechnischen Beeinflussung durch den Kontakt zwischen Probe und Tiegel führen würde, oder den Einfluss der Schwerkraft, die zum Beispiel Konvektion und Entmischungsprozesse hervorruft, können Materialdaten genauer bestimmt und das Verhalten von Metalllegierungen und Halbleitern in der Schwerelosigkeit untersucht werden. Proben können bei Temperaturen zwischen 400 bis 2000 °C aufgeschmolzen werden. Die Materialdaten werden mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera und eines Pyrometers (Strahlungsthermometer) erfasst.   

 

Die EML-Anlage wurde von Airbus Defence and Space im Auftrag der europäischen Weltraumorganisation (ESA) und des Raumfahrtmanagements2 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Gesteuert und überwacht wird der EML vom DLR Nutzerzentrum für Weltraumexperimente MUSC (Microgravity User Support Center) in Köln. Die EML-Anlage erzielt seit ihrer Inbetriebnahme wertvolle Ergebnisse im Bereich der materialwissenschaftlichen Forschung und wird von den Auftraggebern ESA und DLR auch in Zukunft unterstützt und um neue Funktionalitäten erweitert.


2 DLR Raumfahrtmanagement Verträge 50WP0505, 50WP0606, 50WP0808

Die hier geäußerte Ansicht ist weder als offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) noch des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zu verstehen.

Stimmen zum Projekt
"Teil eines so großen und prestigewürdigen Projekts zu sein, erfüllt uns mit Stolz. Es zeigt, dass unsere harte und vielfältige Arbeit im Bereich Keramik international wertgeschätzt wird und dazu beiträgt, die Forschung weiter voranzutreiben."
Armin Kayser Geschäftsführer von KYOCERA Fineceramics Solutions GmbH

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