在太空微重力環境下，將懸浮固定在無容器柜中的樣品先加熱熔化，再冷卻凝固，我們能夠獲得純度高且均勻的材料。通過控制樣品的熔化和冷凝速度等變量，我們記錄下實驗過程中產生的大量數據，這些數據將為在地面制造出質量更高的材料以及探索新材料提供指導。

無容器材料實驗柜

兩年以來，無容器材料實驗柜中已開展多項關鍵研究項目，目前正在進行的項目包括偏晶合金殼/核型結構及彌散型組織形成機理研究、空間站靜電懸浮復相合金相選擇與無容器制備研究、Pd基/Fe基非晶合金深過冷條件下的凝固行為研究等等，這些研究成果未來將會在許多領域發揮重要作用。

偏晶合金

以偏晶合金殼/核型結構及彌散型組織形成機理研究項目為例，研究對象偏晶合金是難混熔合金，在常規的凝固條件下，極易形成相偏析嚴重乃至兩相分層的凝固組織。當這種合金凝固形成彌散或者核/殼與層狀結構時，便具有獨特的物理與力學性能，在航空、汽車、電氣與國防等工業領域具有廣闊應用前景。

殼/核型樣品熔化

近年來，偏晶合金凝固理論及凝固組織控制研究受到了材料科學領域的高度重視，人們在空間和地面上開展了大量實驗，嘗試了用電場、磁場、微合金化等方法控制偏晶合金凝固組織的可行性，并結合實驗開展了深入的建模與模擬研究。

較低冷速形成相殼合金

通過觀察偏晶合金在無容器柜中的實驗過程，我們可以看到，以較低冷卻速度凝固的樣品，呈現出獨特的殼-核結構，材料表面呈現出一層白色的殼，而內部分布著粗大的白色顆粒。

較高冷速形成彌散型結構

隨著冷卻速度的提高，表面殼的厚度也在逐漸變薄、趨于消失，內部顆粒顯著細化，形成了兩種成分均勻彌散分布的復合材料。

中科院金屬研究所趙九洲研究員研究團隊研究表明，在空間環境下，重力導致的相的浮動與熔體對流不復存在，合金凝固過程主要由元素擴散和相間界面能控制。這也證明，空間站為材料凝固研究提供了理想的條件。

復相合金

再比如，空間站靜電懸浮復相合金相選擇與無容器制備研究。其中，極具代表性的是鈮硅合金（Nb-Si合金）。鈮硅合金的熔點在2000K以上，是極具戰略價值的難熔合金，也是新一代航發的關鍵材料。目前，西北工業大學王海鵬教授研究團隊開展的空間無容器實驗，完成首次新一代航發葉片高溫難熔合金空間懸浮熔化和凝固實驗，得到了不同過冷凝固實驗樣品，科學家正在對這些樣品展開分析研究。

Nb-Si合金在無容器柜中的實驗過程

非晶合金

此外，參與無容器實驗的還有一類關鍵的合金材料，叫作非晶合金。由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結晶，得到的固態合金是長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在，因此稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學的一項革命。

無容器柜中Pd基樣品熔化

這種非晶合金具有許多獨特的性能，比如優異的磁性、耐蝕性、耐磨性，高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。由于它的性能優異、工藝簡單，從80年代開始成為國內外材料科學界的研究開發重點。

Pd基樣品熔化前后

例如，利用非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗下降約80%，可以起到降低電耗的作用，特別適用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。非晶合金變壓器既節能又便宜，未來發展前景非?？捎^。但目前還存在抗短路性能差、噪聲大等問題，若太空中對非晶合金的研究項目取得突破，能夠促成相關產品質的飛躍。

清華大學姚可夫教授研究團隊成功完成了Pd基非晶合金在軌凝固實驗，探索了Pd基合金熱物性參數測量，正在開展樣品組織結構分析等研究。

目前，無容器材料實驗柜已下行四批實驗樣品，科學家正在開展研究，屆時或將產生更多豐碩的研究成果。

從天和核心艙發射入軌，到中國空間站全面建成，不到兩年時間，工程已從空間站關鍵技術驗證階段全面轉入空間站應用與發展階段。中國空間站將持續開展大規模的空間科學實驗，在不久的將來，航天員乘組中也將出現載荷專家的身影，相信未來一定會取得更多更好的科研成果?？臻g科學的春天已經到來，讓大家一起拭目以待吧！