如果未来在太空拥有生产制造的条件，会有什么制造业会比地球发展要好？ 第1页

对金属材料制备会有一些帮助

太空环境相对于地球环境来说，主要就是高真空和微重力两个特点。这俩对冶金行业都挺重要的，相比之下人工制造真空环境要简单一点，我就主要说一下微重力吧。

重力偏析

由于合金中各组分的密度不同，在重力的作用下合金会出现重元素下沉、轻元素上浮的情况。这种重力引起的的不均匀性就是重力偏析。

重力偏析对不同的合金带来的影响并不一样，有些合金可以忽略，有些合金则非常严重。比如偏晶合金，由于冷却过程中会有两个互不相溶的液相区从而导致严重的偏析。

比如下面这个就是个典型^[1]

这玩意几乎完全不能用嘛......

送炉子上天

既然是重力的原因，那就解决掉重力吧......科学家们就想着能不能把炉子送上天，在微重力环境下搞一搞呢？

20世纪70年代，天空实验室就参与过相关工作，我国的神舟3号和天宫二号也都进行过这方面的研究^[2]。当然更多的实验是通过探空火箭和地面模拟实验进行的，比如

• 正交电磁场（电磁力抵消重力）
• 落塔（扔炉子，做自由落体抵消重力）

但是空间试验和模拟实验结果都不理想......合金里确实不上下分层了......人家改这样了......图片来自^[2]

So sad......

不过幸运的是材料学家们还是从中找出了一些端倪，比如Marangoni迁移（由温度梯度引起的流体迁移）......

怎么说呢，在有重力的条件下，重力就会导致足够大的偏析......在没重力的情况下，如果凝固时温度梯度太大那么Marangoni迁移导致的偏析可以达到媲美重力的程度......

看样子真的好难啊......

不过幸运的是，对于科学问题而言知道了原因基本上就等于知道了一半的答案，经过若干年的折腾......总算是开花结果了.....

天宫二号送来的捷报

其实早在神舟3号上其实就已经传来了不错的消息，但是还有些瑕疵（试样边缘存在偏析）

2016年10月，天宫二号的材料综合实验装置得到了漂亮的Al-Bi-Sn偏晶合金样品，就是下图^[3]

上面是天宫二号的样品，下面是地面对造组样品

均匀性性完全吊打有没有......

可见航天工程的发展对材料科学的发展也是有帮助滴......

参考

1. ^ 江鸿翔. 电流作用下偏晶合金连续凝固过程研究. 博士学位论文. 沈阳: 中国科学院金属研究所, 2014. 1–2
2. ^ ^{a b} 江鸿翔,黎旺,张丽丽,何杰,赵九洲.空间微重力条件下偏晶合金凝固研究进展[J].中国科学:物理学 力学 天文学,2020,50(04):87-94.
3. ^ Li W , Jiang H , Zhang L , et al. Solidification of Al-Bi-Sn immiscible alloy under microgravity conditions of space[J]. Scripta Materialia, 2018, 162:426-431.