Un examen en coupe de l'alliage lourd de tungstène après un frittage sur Terre. Les scientifiques étudient des sections transversales comme celle-ci pour en savoir plus sur la densité des composants frittés et s'attendent à voir différentes densités pour les éléments frittés à bord de la station spatiale. Crédit :Rand allemand
Un processus de liaison des matériaux vieux de plusieurs siècles est testé à bord de la Station spatiale internationale dans le cadre d'une expérience qui pourrait ouvrir la voie à davantage de recherches sur les matériaux de ce type à bord du laboratoire en orbite. Le frittage est le processus de chauffage de différents matériaux pour comprimer leurs particules ensemble.
"Dans l'espace, les règles du frittage changent, " dit Rand German, chercheur principal pour l'enquête intitulée NASA Sample Cartridge Assembly-Gravitational Effects on Distortion in Sintering (MSL SCA-GEDS-allemand). "La première fois que quelqu'un essaie de faire du frittage dans un environnement gravitationnel différent au-delà de la Terre ou même de la microgravité, ils peuvent avoir une surprise. Il n'y a tout simplement pas assez d'essais pour nous dire quel pourrait être le résultat. En fin de compte, nous devons être empiriques, Essaie, et voyez ce qui se passe."
Si les disparités entre le frittage sur Terre et le frittage dans l'espace peuvent être mieux comprises par la poursuite des expérimentations, la technique pourrait être prometteuse en tant que solution de fabrication en vol ou devenir une voie fiable pour rassembler des ressources in situ. Les missions vers Mars ou la Lune pourraient tirer parti de cette nouvelle connaissance du frittage pour reconstituer des habitats du sol lunaire ou martien, connu sous le nom de régolithe. Le régolithe comprend des sédiments mixtes comme la roche meuble, poussière, et le sol.
Le processus de frittage est utilisé sur une grande variété d'articles de tous les jours qui nécessitent une liaison métallique des parties métalliques d'une montre à un ensemble de bretelles ou aux charnières de lunettes. Un exemple familier du processus en action est la liaison qui se produit lorsque les céramiques sont cuites dans un four.
Le four à faible gradient (LGF) du Material Science Laboratory lors de l'assemblage avant le vol. Crédit :NASA
Cette expérience s'appuie sur le frittage pour étudier le comportement d'un nouvel alliage en microgravité.
« Après les années 40, le frittage a vraiment commencé à prendre son envol en tant que processus de fabrication, " a déclaré l'allemand. " Une fois que l'industrie automobile l'a adopté, le domaine a connu une croissance phénoménale. Maintenant, nous voulons emmener le frittage dans l'espace."
Les composants de l'enquête ont été livrés à la station spatiale à bord de SpaceX CRS-14 et ont été tirés dans le four à faible gradient du laboratoire de science des matériaux (MSL-LGF) dans le rack 1 de recherche en science des matériaux (MSRR-1).
L'enquête utilise un processus connu sous le nom de frittage en phase liquide pour tester le degré de distorsion dans le frittage causé par la microgravité. Légèrement différent du frittage traditionnel, le frittage en phase liquide introduit des matériaux avec un point de fusion plus bas dans le mélange pour lier des particules qui ne seraient pas autrement facilement frittées. L'additif fondu accélère et améliore le processus de liaison. Les résultats pourraient permettre aux scientifiques d'ajuster les calculs futurs pour créer des liaisons plus efficaces en microgravité.
Four à faible gradient de MSL après l'installation de la poignée du four de vol. Crédit :NASA
"Le frittage se fait au niveau atomique, " a déclaré l'allemand. " L'augmentation des températures peut faire bouger ces atomes, et la phase liquide pour notre enquête aide à ce transport atomique. Sur Terre, nous avons des structures très stables où les particules sont poussées ensemble par gravité, mais nous avons trouvé dans des expériences antérieures que sans la compression de la gravité, les composants frittés peuvent se déformer énormément."
Au départ, les scientifiques de l'équipe allemande espéraient fritter un tungstène, nickel, et alliage de fer, mais l'équipe a dû faire preuve de créativité pour s'adapter à une température de 1210 C, le maximum autorisé pour le four à faible gradient de la station. Leur solution ? Créez un nouvel alliage. Bien que basé sur des recherches antérieures sur les points de fusion et les applications de frittage du manganèse, la substance créée pour cette enquête est une nouvelle combinaison de tungstène, nickel, cuivre et manganèse.
L'alliage pourrait même être utilisé pour un frittage à plus basse température sur Terre, où ce processus de collage a révolutionné et élargi les options pour l'industrie de la fabrication additive. Alors que les effets de l'attraction gravitationnelle de la Terre sont bien connus et définis pour le frittage au sol, les résultats de l'enquête pourraient encore permettre des améliorations de processus et de nouvelles informations sur la distorsion. De même, le nouvel alliage développé par l'équipe de German pourrait être utile pour une variété d'applications industrielles.
