Bern / Dübendorf – Schweizer Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler forschen gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) an einem Projekt, das auf der Internationalen Raumstation ISS läuft. Im Mittelpunkt stehen sogenannte metallische Gläser – besonders widerstandsfähige und zugleich elastische Werkstoffe, die sowohl für industrielle Anwendungen als auch für Weltraumtechnologien von großem Interesse sind.
Metallische Gläser unterscheiden sich grundlegend von herkömmlichen Metallen: Anders als die kristalline Struktur klassischer Metalllegierungen besitzen diese Materialien eine amorphe Struktur, ähnlich der von Glas. Diese Struktur verleiht ihnen außergewöhnliche Eigenschaften – unter anderem eine hohe Härte, sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und eine Rückfederung nach elastischer Verformung. Während konventionelle Metalle nach einer Belastung plastisch verformen, kehren metallische Gläser häufig in ihre ursprüngliche Form zurück, was sie besonders attraktiv für anspruchsvolle technische Anwendungen macht.
Warum Forschung in der Schwerelosigkeit?
Die Herstellung und das Verständnis metallischer Gläser sind aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften komplex. Auf der Erde beeinflusst die Schwerkraft entscheidend das Verhalten der Materialien in der Schmelze und während des Erstarrens. Deshalb forscht ein Team der Empa – der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt – gemeinsam mit der ESA im Rahmen des Projekts THERMOPROP an Bord der ISS. Durch die Mikrogravitation der Raumstation kann die Forschung ohne die störende Wirkung der Schwerkraft stattfinden, was wichtig ist, um die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der Materialien unter kontrollierten Bedingungen zu analysieren.
Die Daten aus diesen Schwerelosigkeitsversuchen fließen direkt in Computersimulationen und industrielle Prozesse ein, die darauf ausgerichtet sind, die Herstellung metallischer Gläser auf der Erde zu verbessern. Parallel zu den Experimenten im All laufen an der Empa in Dübendorf bodengebundene Versuche, bei denen modernste Röntgentechniken eingesetzt werden, um die Mikrostruktur dieser Materialien weiter zu entschlüsseln.
Brücken zwischen Raumfahrt und Industrie
Die gewonnenen Erkenntnisse tragen nicht nur zur Wissenschaft bei, sondern finden auch praktische Anwendung. Schweizer Unternehmen wie die PX Group aus La Chaux-de-Fonds nutzen die neuen Forschungsergebnisse bereits, um Herstellungsverfahren für metallische Gläser in der Uhrenindustrie zu optimieren – einem Sektor, in dem Präzision und Materialbeständigkeit entscheidend sind. Auch in der Medizintechnik könnten metallische Gläser zukünftig etwa für Implantate oder Prothesen interessant werden, weil sie langlebig und belastbar sind.
Neben der Industrie sind metallische Gläser auch für die Raumfahrt selbst von Bedeutung: Ihre elastischen Eigenschaften könnten bei Bauteilen in Satelliten oder Raumfahrzeugen für langfristig zuverlässige und wartungsfreie Mechanismen sorgen. Einen Schritt weiter führt das Projekt SESAME, mit dem metallische Gläser unter Weltraumbedingungen außen an der ISS untersucht werden. Die dort exponierten Proben werden nach ihrer Rückkehr zur Erde detailliert analysiert, um zu erforschen, wie Strahlung, Vakuum und Temperaturschwankungen die Materialstruktur verändern.
Internationale Zusammenarbeit und Zukunftsperspektiven
Das Projekt, das im Rahmen des ESA-PRODEX‑Programms durchgeführt wird, steht exemplarisch für die enge Kooperation zwischen Schweizer Forschungsinstitutionen und internationalen Partnern. Es zeigt zugleich, wie Grundlagenforschung im Weltall direkt auf terrestrische Anwendungen übertragen werden kann – ein klarer Vorteil für Wirtschaft und Wissenschaft in der Schweiz.
Mit der Fortführung der Versuche bis voraussichtlich zum Ende der Lebensdauer der ISS im Jahr 2030 entsteht ein wertvoller Datenpool, der tiefere Einblicke in metallische Gläser und deren technologische Potenziale geben wird – von der Luftfahrt bis zur Präzisionsindustrie.
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