Des composants en céramique Kyocera pour la SSI

Le four à lévitation est un système de 360 kg qui a été transporté en 2014 vers la SSI par l'ATV-5, le véhicule automatisé de transfert, « Georges Lemaître ». L'astronaute allemand Alexander GERST s'est ensuite chargé de son installation et de sa mise en marche dans le laboratoire en science des fluides au sein du module Columbus. Le spécialiste a également accompagné la réalisation d'échantillons. Le programme de soutien de l'Agence spatiale européenne1 est conçu pour agrandir l'EML avec un appareil de mesure, de détection, de contrôle et de régulation de l'oxygène, devant être mis en service en 2023. Ce dispositif permettra de réaliser des mesures supplémentaires dans une atmosphère dont le taux d'oxygène est réglé en conséquence.

Un matériau Kyocera essentiel à la mesure de l'oxygène
L'agrandissement supplémentaire de l'installation, prévue pour permettre de réguler l'oxygène, contiendra des tubes de céramique métallisée et soudée en DEGUSSIT FZY de l'entreprise Kyocera Fineceramics Solutions GmbH. DEGUSSIT FZY est un matériau spécial qui, grâce à sa conductivité ionique, permet de mesurer précisément l'oxygène par des températures élevées. Seul un réglage minutieux de la composition et de la microstructure en céramique permet d'obtenir cette conductivité ionique. Des tests complets ont été réalisés en amont sur les équipements afin de s'assurer de leur fonctionnalité et de leur fiabilité, y compris dans des conditions extrêmes telles que lors du lancement d'une fusée ou encore sous apesanteur.

Le dioxyde de zirconium doté d'oxyde d'yttrium (Y203) possède une conductivité aux ions d'oxygène lors de températures supérieures à 600 °C. Les capteurs à électrolyte solide utilisent cette propriété avec la céramique DEGUSSIT®. Ainsi, la céramique à base d'oxyde de zirconium forme une couche de séparation étanche entre deux gaz dont la concentration en oxygène est différente. Puisque la céramique est pourvue de conducteurs d'électrons des deux côtés, comme c'est le cas avec une couche de platine, les ions d'oxygène la traversent et créent un potentiel électrique. La tension électrique est ainsi mesurée et permet de calculer la teneur en oxygène du gaz de mesure. Ce facteur dépend de la différence en concentration d'oxygène dans les deux gaz. L'air fait souvent office de gaz de référence.

L'EML en utilisation
Le système EML positionne les échantillons métalliques et semi-conducteurs en suspension à l'aide de champs électromagnétiques. En outre, il permet également de faire fondre la matière ainsi que de saisir les données des matériaux par des températures diverses. Le processus est effectué dans une atmosphère sous vide ou de gaz inerte. Sans contact avec un mur de creuset, qui amènerait à une influence dans la technique de mesure suite au contact entre l'échantillon et le creuset, ou l'influence de la pesanteur provoquant par exemple une convection et des processus de ségrégation, les données des matériaux peuvent être déterminées avec plus de précision et le comportement des alliages de métaux et des semi-conducteurs est analysé en apesanteur. Les échantillons peuvent être fondus à des températures situées entre 400 à 2000 °C. Les données des matériaux sont collectées avec une caméra ultrarapide et un pyromètre, thermomètre à rayonnement.

Le dispositif EML a été développé par la division Airbus Defence and Space à la demande de l'Agence spatiale européenne (ESA) et du département de gestion des missions spatiales2 du Centre allemand pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR). Il est commandé et surveillé depuis le Centre d'assistance du DLR pour les expériences spatiales MUSC, le Microgravity User Support Center à Cologne. Depuis sa mise en service, le système EML obtient d'excellents résultats dans le secteur de la recherche en sciences des matériaux et sera à l'avenir soutenu par les mandants ESA et DLR, et agrandi de nouvelles fonctionnalités.

Armin KAYSER, directeur général de l'entreprise Kyocera Fineceramics Solutions, se montre très enthousiaste à l'idée de la collaboration : « Prendre part à un projet d’une telle ampleur et aussi prestigieux nous remplit de fierté. Cela montre que notre travail acharné et diversifié dans le domaine de la céramique est reconnu à l'international et qu'il contribue à faire avancer la recherche. »

¹ Contrat ESA 21788/08/NL/BJ [EML (dispositif à lévitation électromagnétique) phase de développement B2/C/D] – Changement contractuel note 49 [EML OCS (système de contrôle et de détection d'oxygène) phases de développement C/D/E1
² Contrats du DLR pour la gestion des missions spatiales 50WP0505, 50WP0606, 50WP0808

Les propos exprimés ici ne font pas office de déclaration officielle de l'Agence spatiale européenne (ESA) ou du Centre allemand pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR).