Influence of initial temperature and convective heat loss on the selfpropagating reaction in Al/Ni multilayer foils

Zugehörigkeit
1 FG Nanotechnologie, Institut für Mikro-und Nanoelektronik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Institut für Werkstofftechnik, TU Ilmenau, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany; deepshikha.shekhawat@tu-ilmenau.de
Baloochi, Mostafa;
Zugehörigkeit
1 FG Nanotechnologie, Institut für Mikro-und Nanoelektronik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Institut für Werkstofftechnik, TU Ilmenau, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany; deepshikha.shekhawat@tu-ilmenau.de
Shekhawat, Deepshikha;
Zugehörigkeit
2 Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe, Universität des Saarlandes, Campus C6.3, 66123 Saarbrücken, Germany; sascha.riegler@uni-saarland.de (S.S.R.); i.gallino@mx.uni-saarland.de (I.G.)
Riegler, Sascha Sebastian;
Zugehörigkeit
3 FG Werkstoffe der Elektrotechnik, Institut für Werkstofftechnik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, TU Ilmenau, Gustav-Kirchhoff-Strasse 5, 98693 Ilmenau, Germany; sebastian.matthes@tu-ilmenau.de (S.M.); peter.schaaf@tu-ilmenau.de (P.S.)
Matthes, Sebastian;
ORCID
0000-0003-3488-6252
Zugehörigkeit
4 FG Fertigungstechnik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, TU Ilmenau, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany; marcus.glaser@tu-ilmenau.de (M.G.); jeanpierre.bergmann@tu-ilmenau.de (J.P.B.)
Glaser, Marcus;
ORCID
0000-0002-8802-6621
Zugehörigkeit
3 FG Werkstoffe der Elektrotechnik, Institut für Werkstofftechnik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, TU Ilmenau, Gustav-Kirchhoff-Strasse 5, 98693 Ilmenau, Germany; sebastian.matthes@tu-ilmenau.de (S.M.); peter.schaaf@tu-ilmenau.de (P.S.)
Schaaf, Peter;
ORCID
0000-0001-7583-8332
Zugehörigkeit
4 FG Fertigungstechnik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, TU Ilmenau, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany; marcus.glaser@tu-ilmenau.de (M.G.); jeanpierre.bergmann@tu-ilmenau.de (J.P.B.)
Bergmann, Jean Pierre;
ORCID
0000-0002-7261-1295
Zugehörigkeit
2 Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe, Universität des Saarlandes, Campus C6.3, 66123 Saarbrücken, Germany; sascha.riegler@uni-saarland.de (S.S.R.); i.gallino@mx.uni-saarland.de (I.G.)
Gallino, Isabella;
ORCID
0000-0002-2611-7720
Zugehörigkeit
1 FG Nanotechnologie, Institut für Mikro-und Nanoelektronik, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano®, Institut für Werkstofftechnik, TU Ilmenau, Postfach 100565, 98684 Ilmenau, Germany; deepshikha.shekhawat@tu-ilmenau.de
Pezoldt, Jörg

A two-dimensional numerical model for self-propagating reactions in Al/Ni multilayer foils was developed. It was used to study thermal properties, convective heat loss, and the effect of initial temperature on the self-propagating reaction in Al/Ni multilayer foils. For model adjustments by experimental results, these Al/Ni multilayer foils were fabricated by the magnetron sputtering technique with a 1:1 atomic ratio. Heat of reaction of the fabricated foils was determined employing Differential Scanning Calorimetry (DSC). Self-propagating reaction was initiated by an electrical spark on the surface of the foils. The movement of the reaction front was recorded with a high-speed camera. Activation energy is fitted with these velocity data from the high-speed camera to adjust the numerical model. Calculated reaction front temperature of the self-propagating reaction was compared with the temperature obtained by time-resolved pyrometer measurements. X-ray diffraction results confirmed that all reactants reacted and formed a B2 NiAl phase. Finally, it is predicted that (1) increasing thermal conductivity of the final product increases the reaction front velocity; (2) effect of heat convection losses on reaction characteristics is insignificant, e.g., the foils can maintain their characteristics in water; and (3) with increasing initial temperature of the foils, the reaction front velocity and the reaction temperature increased.

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