Een eeuwenoud materiaalbindingsproces wordt getest aan boord van het internationale ruimtestation ISS in een experiment dat de weg zou kunnen effenen voor meer materiaalonderzoek in zijn soort aan boord van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium. Sinteren is het proces waarbij verschillende materialen worden verhit om hun deeltjes samen te persen.

"In de ruimte veranderen de regels van sinteren, " zei Rand Duits, hoofdonderzoeker van het onderzoek getiteld NASA Sample Cartridge Assembly-Gravitational Effects on Distortion in Sintering (MSL SCA-GEDS-German). "De eerste keer dat iemand probeert te sinteren in een andere zwaartekrachtomgeving buiten de aarde of zelfs microzwaartekracht, ze kunnen voor een verrassing komen te staan. Er zijn gewoon nog niet genoeg proeven om ons te vertellen wat de uitkomst zou kunnen zijn. Uiteindelijk moeten we empirisch zijn, probeer het eens, en kijk wat er gebeurt."

Als de verschillen tussen sinteren op aarde en sinteren in de ruimte beter kunnen worden begrepen door voortdurende experimenten, de techniek zou veelbelovend kunnen zijn als een productieoplossing tijdens de vlucht of een betrouwbaar pad worden voor het samenstellen van in-situ middelen. Missies naar Mars of de maan zouden deze nieuwe kennis van sinteren kunnen gebruiken om habitats van de maan- of Marsbodem samen te voegen, bekend als regoliet. Regolith omvat gemengd sediment zoals losse rots, stof, en bodem.

Het sinterproces wordt gebruikt op een breed scala aan alledaagse voorwerpen die metalen verlijming vereisen van de metalen onderdelen van een horloge tot een set beugels of de scharnieren van een bril. Een bekend voorbeeld van het proces in actie is de hechting die optreedt wanneer keramiek in een oven wordt gebakken.

Dit experiment is gebaseerd op sinteren om het gedrag van een nieuwe legering in microzwaartekracht te bestuderen.

"Na de jaren veertig sinteren begon echt een vlucht te nemen als productieproces, ", zei German. "Toen de auto-industrie het eenmaal had aangenomen, het veld kende een fenomenale groei. Nu willen we sinteren naar de ruimte brengen."

Onderdelen voor het onderzoek werden geleverd aan het ruimtestation aan boord van SpaceX CRS-14 en werden afgevuurd in de Material Science Laboratory Low Gradient Furnace (MSL-LGF) binnen Materials Science Research Rack One (MSRR-1).

Het onderzoek maakt gebruik van een proces dat bekend staat als sinteren in de vloeibare fase om de mate van vervorming in sinteren te testen die wordt veroorzaakt door microzwaartekracht. Iets anders dan traditioneel sinteren, sinteren in de vloeibare fase introduceert materialen met een lager smeltpunt in het mengsel om deeltjes te binden die anders niet gemakkelijk te sinteren zijn. Het gesmolten additief versnelt en verbetert het hechtproces. De resultaten kunnen wetenschappers in staat stellen toekomstige berekeningen aan te passen om meer succesvolle bindingen in microzwaartekracht te creëren.

"Sinteren gebeurt op atomair niveau, " zei German. "Verhoogde temperaturen kunnen ervoor zorgen dat die atomen gaan bewegen, en de vloeibare fase voor ons onderzoek helpt bij dit atomaire transport. Op aarde, we hebben zeer stabiele structuren waar deeltjes door de zwaartekracht tegen elkaar worden gedrukt, maar we vonden in eerdere experimenten dat zonder de compressie van de zwaartekracht, de componenten die worden gesinterd kunnen enorm vervormen."

Aanvankelijk hoopten wetenschappers van het Duitse team een ​​wolfraam te sinteren, nikkel, en ijzerlegering, maar het team moest creatief zijn om een ​​temperatuur van 1210 C aan te kunnen, het maximum dat is toegestaan ​​voor de Low Gradient Furnace van het station. Hun oplossing? Maak een nieuwe legering. Hoewel gebaseerd op eerder onderzoek naar de smeltpunten en sintertoepassingen van mangaan, de stof die voor dit onderzoek is gemaakt, is een nieuwe combinatie van wolfraam, nikkel, koper en mangaan.

De legering kan zelfs worden gebruikt voor sinteren bij lagere temperaturen op aarde, waar dit verlijmingsproces een revolutie teweeg heeft gebracht en de opties voor de additieve productie-industrie heeft uitgebreid. Hoewel de effecten van de aantrekkingskracht van de aarde algemeen bekend en gedefinieerd zijn voor sinteren op de grond, de onderzoeksresultaten kunnen nog steeds aanleiding geven tot procesverbeteringen en nieuwe inzichten in vervorming. Hetzelfde, de nieuwe legering die door het Duitse team is ontwikkeld, kan nuttig zijn voor een verscheidenheid aan industriële toepassingen.