Reactive Spreading in Ceramic/Metal Systems

Mouillage réactif des systèmes métaux/céramiques

University of California

Corresponding author: esaiz@lbl. gov

Abstract

Reactive spreading, in which a chemically active element is added to promote wetting of noble metals on nonmetallic materials, is evaluated mechanistically. Theories for the energetics and kinetics of the steps involved in spreading are outlined to permit comparison to the steps in the compound formation that typically accompanies reactive wetting. These include: fluid flow, active metal adsorption, including nonequilibrium effects, and triple line ridging. They can all be faster than compound nucleation under certain conditions. This analysis plus assessment of recently reported experiments in metal/ceramic systems lead to a focus on those conditions under which spreading proceeds ahead of the actual formation of a new phase. This scenario may be more typical than commonly believed, and perhaps is the most effective situation leading to enhanced spreading. A rationale for the slow spreading rates plus the pervasive variability and hysteresis observed during high-temperature wetting also emerges.

Résumé

Le mouillage réactif, dans lequel un élément chimiquement actif est ajouté pour favoriser le mouillage de métaux nobles sur des matériaux non-métalliques, est évalué d'un point de vue mécanique. Les théories pour décrire la formation et la cinétique des marches impliquées dans cette forme de mouillage sont révisées pour mieux souligner les spécificités du mouillage réactif. Ceci inclut l'hydrodynamique, l'adsorption de métaux actifs, y compris les effets de non-équilibre, ainsi que les ondulations de la ligne triple. Tous ces processus peuvent être plus rapides que la nucléation des composés sous certaines conditions. Cette analyse, complétée par des résultats expérimentaux récents pour des systèmes métaux/céramiques, a conduit à une étude plus poussée de ces conditions sous lesquelles le mouillage intervient avant la formation d'une nouvelle phase en surface. Ce scénario peut être plus général qu'initialement attendu, et constitue peut-être la situation la plus efficace pour améliorer le mouillage. Cette approche fournit ainsi une meilleure compréhension des faibles vitesses de mouillage, ainsi que des hystérèses observées lors de ces mouillages à haute température.