27 Septembre 2013

AGHF (Advanced Gradient Heating Facility)

AGHF est un four qui permet d'étudier la fusion et la solidification en micropesanteur.

Objectif

L'AGHF (Advanced Gradient Heating Facility) est un four développé par l'ESA destiné à la réalisation d'expériences de croissance cristalline et plus généralement à des expériences de fusion/solidification de semi-conducteurs ou d'alliages métalliques en condition de micropesanteur.


L’ESA a délégué au CNES la tâche de support aux expérimentateurs du four AGHF, allant de l'étude de faisabilité des expériences à la livraison des modèles de vol des cartouches expérimentales.

Concept Opérationnel

Four à gradient thermique contrôlé, basé sur la méthode classique de solidification dirigée de type "Bridgman". (La spécificité de la méthode Bridgman est l’emploi d’un creuset qui contient la charge polycristalline et un germe monocristallin. Cette charge polycristalline est fondue ainsi qu’une partie du germe, puis le creuset est déplacé dans un gradient de température à une vitesse contrôlée. La solidification s’opère ainsi à partir du germe orienté).

Ce four est placé dans le SPACEHAB (“Space Habitat”), un module pressurisé inséré dans la navette de la NASA, il a volé 2 fois lors de la mission LMS STS 78 (navette Columbia) en 1996 et STS 95 (navette Discovery) en 1998.

Les expériences

Différentes expériences ont été menées concernant l’étude des changements de la matière d’un état à un autre afin de comprendre les mécanismes fondamentaux qui interviennent pendant la solidification d’alliages métalliques et la croissance d'un cristal, un des effets indésirables masqué par la gravité étant la séparation des différents éléments de sa composition lors de la croissance de ce dernier.


Exemple sur le vol LMS STS 78 :
- étude de la solidification à faible gradient d'alliage d'aluminium
- étude de l'effet de la convection sur le rayon de courbure de l'interface liquide/solide de composés ternaires, GaInSb (semi-conducteurs).


Et sur le vol STS 95
- étude de la transition entre structure dendritique et cellulaire d'un alliage d'aluminium afin d’améliorer les qualités microscopiques du matériau par le contrôle du procédé.


En effet, les formes des cellules et des dendrites variant très rapidement en fonction de la température, il est difficile de déterminer précisément les processus physiques mis en œuvre lors de la solidification.
Aussi grâce à l’AGHF qui utilise des impulsions électriques (effet Peltier) pour marquer la forme de l’interface solide/liquide, il est possible d’étudier ces transitions et de déterminer la vitesse de croissance ainsi que la forme du cristal à l’instant du pulse.

Caractéristiques :

- 2 réchauffeurs,
- Zone adiabatique de 50 mm,
- Valve thermostatique pour réguler la zone froide,
- Cartouches pouvant être refroidies par radiation (pour les semi-conducteurs) ou par conduction (pour les alliages expérimentaux),
- Four et mécanismes de poussée contenus dans une enceinte maintenue sous vide par une pompe turbo moléculaire,
- Cartouches insérées à travers le panneau avant,
- Possibilité de démarcation du front de solidification grâce aux marquages par impulsion (système Peltier),
- Couplage thermique de la cartouche avec la zone froide à l’aide d’un anneau de métal liquide,
- 4 modules : l'électronique, le four, le stockage du gaz, le stockage des cartouches,
- Rafraichissement dans le Spacehab par boucles d’eau et boucles d’air
- Stabilité en haute température (+/- 0,2°C en vol),
- Vitesse de tirage : 0,01 à 10 mm/min.

Voir aussi