Un esame in sezione trasversale della lega pesante di tungsteno dopo una sinterizzazione sulla Terra. Gli scienziati studiano sezioni trasversali come questa per saperne di più sulla densità dei componenti sinterizzati e si aspettano di vedere densità diverse per gli oggetti sinterizzati a bordo della stazione spaziale. Credito:Rand German
Un secolare processo di incollaggio dei materiali è in fase di sperimentazione a bordo della Stazione Spaziale Internazionale in un esperimento che potrebbe aprire la strada a ulteriori ricerche sui materiali nel suo genere a bordo del laboratorio orbitante. La sinterizzazione è il processo di riscaldamento di diversi materiali per comprimere insieme le loro particelle.
"Nello spazio cambiano le regole della sinterizzazione, "disse Rand German, ricercatore principale per l'indagine intitolata NASA Sample Cartridge Assembly-Gravitational Effects on Distortion in Sintering (MSL SCA-GEDS-tedesco). "La prima volta che qualcuno prova a fare la sinterizzazione in un ambiente gravitazionale diverso al di là della Terra o addirittura della microgravità, potrebbero avere una sorpresa. Non ci sono ancora abbastanza prove per dirci quale potrebbe essere il risultato. In definitiva dobbiamo essere empirici, Provaci, e vediamo cosa succede".
Se le disparità tra la sinterizzazione sulla Terra e la sinterizzazione nello spazio possono essere meglio comprese attraverso la continua sperimentazione, la tecnica potrebbe essere promettente come soluzione di produzione in volo o diventare un percorso affidabile per mettere insieme le risorse in loco. Le missioni su Marte o sulla Luna potrebbero sfruttare questa nuova conoscenza della sinterizzazione per mettere insieme gli habitat del suolo lunare o marziano, noto come regolite. La regolite include sedimenti misti come roccia sciolta, polvere, e suolo.
Il processo di sinterizzazione viene utilizzato su un'ampia varietà di oggetti di uso quotidiano che richiedono l'incollaggio di metalli dalle parti metalliche di un orologio a un set di bretelle o alle cerniere degli occhiali. Un esempio familiare del processo in atto è l'incollaggio che si verifica quando la ceramica viene cotta in un forno.
Il forno a basso gradiente (LGF) del laboratorio di scienza dei materiali durante l'assemblaggio pre-volo. Credito:NASA
Questo esperimento si basa sulla sinterizzazione per studiare il comportamento di una nuova lega in condizioni di microgravità.
"Dopo gli anni Quaranta, la sinterizzazione ha davvero iniziato a decollare come processo di produzione, " ha detto German. "Una volta che l'industria automobilistica lo ha adottato, il campo ha visto una crescita fenomenale. Ora vogliamo portare la sinterizzazione nello spazio".
I componenti per l'indagine sono stati consegnati alla stazione spaziale a bordo di SpaceX CRS-14 e sono stati sparati nel Material Science Laboratory Low Gradient Furnace (MSL-LGF) all'interno del Materials Science Research Rack One (MSRR-1).
L'indagine utilizza un processo noto come sinterizzazione in fase liquida per testare il grado di distorsione nella sinterizzazione causata dalla microgravità. Leggermente diverso dalla sinterizzazione tradizionale, la sinterizzazione in fase liquida introduce nella miscela materiali con un punto di fusione più basso per legare particelle non altrimenti facilmente sinterizzabili. L'additivo fuso accelera e migliora il processo di adesione. I risultati potrebbero consentire agli scienziati di adeguare i calcoli futuri per creare legami più efficaci in condizioni di microgravità.
Forno a basso gradiente di MSL dopo l'installazione della maniglia del forno di volo. Credito:NASA
"La sinterizzazione avviene a livello atomico, " disse German. "L'aumento delle temperature può far muovere quegli atomi, e la fase liquida per la nostra indagine aiuta con questo trasporto atomico. Sulla terra, abbiamo strutture molto stabili in cui le particelle sono spinte insieme dalla gravità, ma abbiamo scoperto in esperimenti precedenti che senza la compressione della gravità, i componenti che vengono sinterizzati possono distorcere enormemente."
Inizialmente gli scienziati del team di German speravano di sinterizzare un tungsteno, nichel, e lega di ferro, ma il team ha dovuto essere creativo per adattarsi a una temperatura di 1210 C, il massimo consentito per il forno a bassa pendenza della stazione. La loro soluzione? Crea una nuova lega. Pur basandosi su precedenti ricerche sui punti di fusione e sulle applicazioni di sinterizzazione del manganese, la sostanza creata per questa indagine è una nuova combinazione di tungsteno, nichel, rame e manganese.
La lega potrebbe anche essere utilizzata per la sinterizzazione a temperatura più bassa sulla Terra, dove questo processo di incollaggio ha rivoluzionato e ampliato le opzioni per l'industria della produzione additiva. Mentre gli effetti dell'attrazione gravitazionale terrestre sono ben noti e definiti per la sinterizzazione al suolo, i risultati dell'indagine potrebbero ancora consentire miglioramenti del processo e nuove intuizioni sulla distorsione. Allo stesso modo, la nuova lega sviluppata dal team di German potrebbe essere utile per una varietà di applicazioni industriali.