Schwerelose Metallschäume

Zu einem ungewöhnlichen Experiment in die Schwerelosigkeit brechen Forscher des Berliner Hahn-Meitner-Instituts (HMI) in der nächsten Woche auf. Sie fliegen nicht etwa zur Weltraumstation ISS, sondern in den Westen Frankreichs zum Flughafen Bordeaux-Mérignac, wo sie in einen speziell ausgebauten Airbus 300 der Firma Novespace steigen werden. Mit ihrer Laborausrüstung im Gepäck starten sie am 13., 14. und 15. November zu einem jeweils dreistündigen Parabelflug. Der Airbus wird dabei dreißig Mal zunächst scharf aufsteigen und dann antriebslos im freien Fall entlang einer Wurfparabel fliegen. Das dauert jeweils 20 Sekunden, in denen Schwerelosigkeit herrscht und die Wissenschaftler ihre Experimente durchführen können. Finanziert wird das Projekt von der Europäischen Weltraumagentur Esa, die es aus einer Vielzahl von Anträgen ausgewählt hat.

Mit dem Experiment wollen die Forscher um Francisco Moreno den Herstellungsprozess von Metallschäumen beobachten. Metallschäume haben eine Struktur wie Schaumstoff, bestehen aber aus Metall. Sie sind leicht und gleichzeitig stabil - im Auto oder Flugzeug könnten sie helfen, Gewicht zu sparen ohne dass die Sicherheit leidet. Schon einige Jahre suchen die Wissenschaftler sowohl im HMI als auch in den Laboren der Technischen Universität Berlin nach dem Weg zum perfekten Schaum. Wie schafft man es, dass die Schäume homogen sind und die Poren möglichst gleichmäßig wachsen, und wie beeinflusst der Herstellungsprozess die Eigenschaften des Schaums? Viele Faktoren spielen dabei eine Rolle, unter anderem auch die Erdanziehung. Sie lässt das Metall im flüssigen Schaum entlang der Wände herabfließen - ein Phänomen, das die Werkstoffforscher Drainage nennen.

Das Verfahren, mit dem Metallschäume hergestellt werden, ähnelt dem Kuchenbacken - man vermischt ein 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. Mit den Versuchen in der Schwerelosigkeit können die Forscher die Erdanziehung ausschalten und so deren Einfluss auf die Schaum-Herstellung bestimmen.

"In 20 Sekunden können wir allerdings nur das Aufschäumen beobachten, mehr nicht" sagt Francisco Garcia-Moreno. Er hofft, dass er möglichst viele der Parabeln für Experimente nutzen kann und möglichst wenige fürs Justieren und Probieren verwenden muss. Dabei ist alles gut vorbereitet: sein ganzes Labor hat Garcia-Moreno in einem koffergroßen Kasten dabei. Darin ein Ofen, in dem das Metall erhitzt und aufgeschäumt wird und eine Röntgenapparatur. Damit lässt sich ein kurzer Film aufnehmen, in dem man beobachten kann, wie sich der Schaum bildet.

Im Frühjahr 2008 gibt es für die Schaumforscher dann sechs Minuten Schwerelosigkeit. Dann können sie ihr Mini-Labor in der schwedischen unbemannten Rakete MASER 11 mitfliegen lassen und die gesamte Schaumentstehung und -entwicklung verfolgen. Weil sie dazu aber nur einen einzigen Versuch haben, nutzen sie die Flugzeugexperimente auch, um den langen Flug vorzubereiten.


Bild- und Videomaterial:

Metallschaum und Baguette im Vergleich - Struktur und Herstellungsprinzip sind ähnlich
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Airbus A 300, konstruiert für Parabelflüge. Damit sind Experimente in der Schwerelosigkeit möglich.
Bild: Novespace
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9. November 2007