Lámina multicapa reactiva

Las láminas multicapa reactivas son una clase de materiales reactivos , a veces denominados iniciadores pirotécnicos, de dos metales mutuamente reactivos, pulverizados para formar capas delgadas que crean una lámina laminada . ^{[ 1 ]} Al iniciarse mediante un pulso de calor, suministrado por un cable puente , un pulso láser , una chispa eléctrica , una llama u otros medios, los metales experimentan una reacción exotérmica autosostenida , produciendo un compuesto intermetálico . La reacción ocurre solo en fase sólida y líquida, sin liberar ningún gas.

Un tipo particular de estos materiales es la lámina multicapa de aluminio-níquel, que produce (NiAl). Otros materiales similares, compuestos de aluminio- titanio o titanio- silicio amorfo , se utilizan para unir materiales mediante enlaces reactivos . Otras composiciones intermetálicas similares utilizadas en pirotecnia son titanio - boro y aluminio - paladio ("Pyrofuze").

Estas láminas se fabrican en una gama de espesores, por ejemplo, 60, 80, 100 y 150 micrómetros. La velocidad de propagación del frente de llama oscila generalmente entre 7,5 y 9  m/s. La temperatura de reacción puede alcanzar hasta 1500  °C durante un milisegundo. La energía liberada es aproximadamente de 1200 a 1300 julios por gramo. ^{[ 2 ]} La velocidad y la temperatura de la reacción se pueden controlar ajustando el espesor de las capas. El espesor típico es de 50  nm por bicapa. ^{[ 3 ]} Las capas delgadas maximizan el contacto entre el metal y reducen la energía de activación para la reacción, normalmente demasiado alta para permitir la reacción entre aluminio masivo y níquel masivo. Las capas se depositan mediante pulverización catódica secuencial de níquel y aluminio alternativamente.

El aluminuro de níquel se inflama al calentarse a una temperatura de al menos 250  °C a una velocidad de al menos 200  °C/min. Un calentamiento más lento recoce el material, provocando la pérdida de sus propiedades pirotécnicas. Para la iniciación eléctrica, basta con un contacto momentáneo de 10 A/5 V; para el contacto óhmico, se necesitan entre 120 y 150 amperios para un contacto de 15 micrómetros de diámetro, y entre 250 y 300  A para un contacto de 300 micrómetros. ^{[ 4 ]} También puede encenderse con papel calefactor. Cuando el frente de llama alcanza el borde del material, pueden expulsarse partículas de metal fundido, causando huecos en la unión; esto puede evitarse mediante la ignición simultánea desde varios lados, de modo que los frentes de llama se encuentren en el centro, confinados por los sustratos. ^{[ 5 ]}

La lámina puede cortarse e incendiarse con un láser . El ancho y la potencia del pulso determinan si el material se cortará o se iniciará. ^{[ 2 ]} Se utiliza frecuentemente como fuente de calor para soldadura blanda y fuerte . Cuando se coloca entre los componentes a unir, ya sea con una lámina de soldadura a cada lado, utilizando componentes pre-recubiertos de soldadura o utilizando una lámina recubierta de soldadura, proporciona uniformemente una cantidad significativa de energía térmica en toda el área, fundiendo la soldadura y calentando solo localmente la superficie de los sustratos, lo que reduce la carga térmica sobre el componente en comparación con la soldadura blanda/fuerte en un horno . Una presión uniforme aplicada externamente durante la reacción y el enfriamiento sirve para asegurar una buena unión homogénea sin huecos. ^{[ 4 ]} Se pueden unir materiales significativamente diferentes sin agrietarse: semiconductores, metales, cerámicas y polímeros. ^{[ 3 ]} La energía se deposita muy localmente, sin calentar significativamente el volumen de los sustratos, lo que reduce los problemas con los coeficientes de expansión térmica desiguales entre los materiales y permite su unión a temperatura ambiente.

El proceso de unión se puede utilizar en el ensamblaje de componentes electrónicos , la fijación de chips a disipadores de calor donde se requiere alta estabilidad de temperatura (por ejemplo, LED de alta potencia o paneles solares fotovoltaicos concentrados ), la soldadura de capas de placas de blindaje compuestas , la unión de grandes objetivos de pulverización catódica hechos de cerámica o metales refractarios donde no se pueden utilizar soldaduras normales a base de indio , y otras aplicaciones donde se debe crear una unión uniforme en una gran área. ^{[ 6 ]}

La lámina se puede utilizar como fuente de calor pirotécnica , en sustitución de los gránulos de clorato de potasio / hierro , para baterías térmicas . Reacciona más rápido que la composición convencional, alcanza temperaturas más altas y se necesitan amortiguadores térmicos de metal inerte (por ejemplo, acero) para reducir la temperatura máxima y prolongar la liberación de calor. ^{[ 7 ]} También se pueden utilizar como iniciador pirotécnico de activación eléctrica , por ejemplo, para encender propelentes sólidos , y en bengalas de distracción . Se pueden emplear en armas como materiales reactivos , aumentando la entrega de energía a los objetivos por los proyectiles o sus fragmentos.

• Material reactivo
• Nanotermita