A fémolvadékok és szilárd kerámia-fázisok közötti nedvesedési jelenségek tanulmányozása az utóbbi két évtizedben megújult az új típusú szerkezeti és szenzoranyag előállítási technológiáihoz kapcsolódóan (pl. CERMET-ek, grafitszállakkal erősített Al-mátrixok, üvegbevonatos lágymágneses szenzor-huzalok előállítása, stb.) ahol az alkotók fázisai közötti adhéziós kapcsolatok alapvető jelentőségűek.
A szerteágazó jelenségek mögött csaknem minden esetben olyan karakterisztikus méretű határrétegek fedezhetők fel, amelyekben topológiai és kémiai szempontból nem egyensúlyi atomi eloszlások érvényesülnek. Tipikusan ilyen mérettartományokba esnek a fázisok közötti nedvesedésben nagy szerepet játszó határrétegek is (10-100 nm). A kutatás témája ezen jelenségkörhöz kapcsolódó néhány makroszkópos, másrészről szubmikroszkópos (réteg) vizsgálata.
Vizsgálatainkhoz a jól ismert ”nyugvó csepp” módszert alkalmaztuk (peremszög mérés). Az egyensúlyi cseppalak kialakulásának idő- és hőmérsékletfüggését, valamint az elektrokapilláris jelenséget tanulmányoztuk nagy idő- és hőmérsékletfelbontású kamerák segítségével. Nagy hőmérsékletű nedvesedés mérésére alkalmas mérőberendezést fejlesztettünk ki, mely alkalmas a nyugvó csepp módszerrel maximum 1473K-ig vizsgálni a fázishatáron kialakuló nedvesdési peremszöget különböző nyomáson és védőgázban. A berendezéshez egyedi duplafalú kvarcüveg szigetelésű kemenceszigetelést fejlesztettünk ki. Automatikus peremszögmérő programot fejlesztettünk ki Matlab programozói környezetben, amellyel nagy hőmérsékleteken az izzó csepp peremszögét is nagy pontossággal tudja mérni. Vizsgáltunk áram bevezetés hatására bekövetkező peremszög változást, az úgynevezett eletrokapilláris jelenséget.
Az eredményekből kiderült, hogy nincsen jelentős hatása a bevezetett áramnak, főleg az abból adódó hőmérsékletkülönbségnek tudható be a változás. Nagy sebességű kamerával (Olympus i-speed-3) vizsgáltuk a cseppkialakulás folyamatát, az eredményekből meghatároztuk a felületi rétegek nagy jelentőségét. Ag alapú ötvözetsorozaton meghatároztuk az elektronszerkezet nedvesedési peremszögre gyakorolt hatását, melyet egy elméleti modellel is alátámasztottunk. Al ötvözeteken vizsgáltuk a NOCOLOK flux anyagok oxidmentesítő hatását, megfelelő nedvesítés kialakítása érdekében. XRD, SEM, TEM vizsgálatokkal követtük és ellenőriztük a nedvesedési peremszög mérésen átesett mintákon bekövetkezett átalakulásokat. Kapcsolatot találtunk a megszilárdult minták szerkezete és az olvadék állapotban mért peremszöge között.
Investigation of wetting between molten metals and ceramics
The renewed interest directed to the wetting phenomena between the molten metals and ceramics is associated with development of the new composite and sensor materials like the CERMETs, carbon-reinforced Al matrices, or the glass-coated soft magnetic micro wires. The appearance of technically promising properties is sensitively influenced by the characteristic distances, non-equilibrium topological and chemical atomic distributions in the vicinity of interface layers.
The macroscopic and sub microscopic aspects of the evolution of drop profile development were studied in these systems, using the traditional sessile drop method together with the additionally applied electrocapillary effect. The temperature and time-dependence of drop profile was monitored using high speed and high temperature resolution cameras.
The sub microscopic structure and compositional characterisation of the frozen-in interfaces was analyzed. A new experimental equipment has been developed for examination of the wetting ability at high temperature (1473K), different assisting gas and pressure, with sessile drop method. The equipment has a new double layer quartz glass furnace for heat isolation. The special software was developed in Matlab environment. It can measure automatically the contact angle with high precision. It is clear from the results of examination of the electro capillary effect on the wetting angle, that there is no major change in the inflow current on the wetting parameters. Using high speed camera (Olympus i-speed-3) the beading effect was examined.
From the results the huge importance of the surface layers can be seen. The electron structure effect to the contact angle was determined using Ag based alloys. The results were supported by a theoretical model. The removal of oxides of NOCOLOK flux materials on Al alloys was examined, in order of the good wetting. Parallel with the wetting angle measurement the structures of the samples were examined with XRD, SEM, TEM. A connection of experimental data between the solidified drop structure and the contact angle measured in the liquid phase was determined.