Reaktiv flerskiktsfolie

Reaktiva flerskiktsfolier är en klass av reaktiva material , ibland kallad en pyroteknisk initiator av två ömsesidigt reaktiva metaller, sputtrade för att bilda tunna lager som skapar en laminerad folie . Vid initiering av en värmepuls, levererad av en bryggtråd , en laserpuls , en elektrisk gnista , en låga eller på annat sätt, genomgår metallerna en självuppehållande exoterm reaktion , vilket ger en intermetallisk förening. Reaktionen sker endast i fast och flytande fas, utan att frigöra någon gas.

En speciell typ av sådana material är aluminium-nickel flerskiktsfolie, som producerar (NiAl). Andra liknande material är sammansatta av aluminium- titan , eller titanamorft kisel , används för att sammanfoga material genom reaktiv bindning . Andra liknande intermetalliska kompositioner som används inom pyroteknik är titan - bor och aluminium - palladium ("Pyrofuze").

Dessa folier tillverkas i en rad olika tjocklekar, t.ex. 60, 80, 100 och 150 mikrometer. Flamfrontens utbredningshastighet varierar i allmänhet mellan 7,5–9 m/s. Reaktionstemperaturen kan nå upp till 1500 °C under en millisekund. Energin som frigörs är cirka 1200 till 1300 joule per gram. Reaktionens hastighet och temperatur kan regleras genom att justera tjockleken på skikten. Typisk tjocklek är 50 nm per dubbelskikt. De tunna skikten maximerar kontakten mellan metallen och sänker aktiveringsenergin för reaktionen, normalt för hög för att tillåta reaktion mellan bulk aluminium och bulk nickel. Skikten avsätts genom sekventiell förstoftning av växelvis nickel och aluminium.

Nickellaluminid kommer att antändas vid uppvärmning till minst 250 °C med en hastighet av minst 200 °C/min. Långsammare uppvärmning kommer att glödga materialet, vilket leder till förlust av dess pyrotekniska egenskaper. För elektrisk initiering räcker det med en momentan kontakt vid 10A/5V; för ohmsk kontakt behövs 120-150 ampere för en kontakt med 15 mikrometer diameter och 250-300 A för en 300 mikrometer kontakt. Det kan också antändas av ett värmepapper. När flamfronten når kanten av materialet kan partiklar av smält metall sprutas ut, vilket orsakar tomrum i bindningen; detta kan förhindras genom samtidig antändning från flera sidor, så att flamfronterna möts på mitten, begränsade av underlagen.

Folien kan både skäras och antändas med laser . Pulsbredden och effekten avgör om materialet ska skäras eller initieras. Den används ofta som värmekälla för lödning och hårdlödning . När den är inklämd mellan komponenterna som ska sammanfogas, antingen med en lödfolie på varje sida, med lodbelagda komponenter eller med lödbelagd folie, levererar den jämnt en betydande mängd värmeenergi över hela området, vilket smälter lodet och endast lokalt värma upp ytan på substraten, sänka värmebelastningen på komponenten jämfört med lödning/lödning i en ugn . Ett externt applicerat jämnt tryck under reaktion och kylning tjänar till att säkerställa en bra homogen fog utan hålrum. Betydligt olika material kan bindas utan att spricka: halvledare, metaller, keramer och polymerer. Energin avsätts mycket lokalt, utan nämnvärd uppvärmning av huvuddelen av substraten, vilket minskar problem med oöverensstämmande värmeutvidgningskoefficienter mellan materialen och tillåter deras sammanfogning vid rumstemperatur.

Används

Bindningsprocessen kan användas vid montering av elektronik , gjutformsfäste till kylflänsar där hög temperaturstabilitet krävs (t.ex. högeffekts- LED eller koncentrerade solcellspaneler , sammanlödning av lager av kompositpansarplattor , limning av stora sputtermål gjorda av keramik eller eldfasta metaller där normala indiumbaserade lod inte kan användas, och andra applikationer där en enhetlig fog över stor yta måste skapas.

Folien kan användas som en pyroteknisk värmekälla , en ersättning för kaliumklorat / järnpellets , för termiska batterier . Den reagerar snabbare än den konventionella sammansättningen, når högre temperaturer och värmebuffertar av inert metall (t.ex. stål) behövs för att sänka topptemperaturen och förlänga värmetillförseln. De kan också användas som en elektriskt initierad pyroteknisk initiator , t.ex. för att antända fasta drivmedel , och i lockbete . De kan användas i vapen som reaktiva material , vilket förbättrar energileveransen till målen av projektilerna eller deras fragment.

Se även

• Reaktivt material
• Nanotermit