Utilização de multicamadas reativas no desenvolvimento de atuadores para reparação de fissuras

Abstract

Este trabalho teve como foco a deposição de multicamadas reativas Me1/Me2 (Me – metal) sobre fios de tungsténio e posterior ignição, com o intuito de promover a ocorrência de reações autopropagáveis, com a consequente libertação de calor. Estes fios têm potencial para serem utilizados, em conjunto com um material reparador de baixo ponto de fusão, no desenvolvimento de atuadores responsáveis pela reparação de fissuras. Neste trabalho assumiram particular relevância as multicamadas do sistema Al-Pd mais energético.A deposição de filmes multicamada Al/Pd, Al/Ni e Ni/Ti foi realizada por pulverização catódica em modo magnetrão utilizando dois alvos de diferentes metais. As deposições foram efetuadas de modo a obter filmes com composição química global equiatómica. Os filmes multicamada foram depositados sobre fios de tungsténio com 0,05 e 0,20 mm de diâmetro e com períodos (espessura da bicamada) nominais de 12, 25 e 50 nm. Os filmes foram sujeitos a ignição por descarga elétrica aplicando uma tensão de 9V. A caracterização dos filmes foi efetuada, após deposição e após ignição, por microscopia eletrónica de varrimento e de transmissão.A utilização de um porta-substratos feito inteiramente em cobre mostrou diminuir os defeitos visíveis nos filmes. A reação por autopropagação apenas ocorreu num filme replicado de um trabalho anterior. Trata-se de um filme Al/Ni depositado sobre um fio com  = 0,05 mm, difícil de manusear. No entanto, o fio de W com 0,20 mm de diâmetro não mostrou ser uma boa opção para ser utilizado como substrato devido à não ocorrência de autopropagação nos filmes multicamada Me1/Me2 de diferentes sistemas e com diferentes períodos de modulação. De notar, contudo, que após ignição, o filme Al/Pd com 25 nm de período apresenta um maior tamanho de grão o que indicia ter sido atingida uma temperatura mais elevada, eventualmente capaz de fundir um material reparador.

The aim of this work was the deposition of Me1/Me2 (Me – metal) reactive multilayers onto tungsten wires, followed by ignition with the purpose of promoting a self-propagating reaction, with the consequent heat release. These wires have potential to be used, together with a low melting point material, in the development of actuators responsible for repairing cracks. In this work, the multilayers from the more energetic Al-Pd system assumed particular relevance.The Al/Pd, Al/Ni and Ni/Ti multilayer films deposition was performed by magnetron sputtering using two targets of different metals. The depositions were carried out in order to obtain films with an overall equiatomic chemical composition. The multilayer films were deposited onto tungsten wires with 0.05 and 0.20 mm of diameter and with nominal periods (bilayer thickness) of 12, 25 and 50 nm. The films were ignited with an electrical discharge by applying a tension of 9V. The characterization of the films was performed by scanning and transmission electron microscopy, after deposition and after ignition.The use of a substrate holder entirely made of copper has shown to decrease the defects in the films. Self-propagation was observed in a film replicated from a previous work. It is an Al/Ni film deposited onto a W wire with  = 0.05 mm, which is difficult to handle. However, using the W wire with 0.20 mm of diameter, self-propagating reaction did not occur in Me1/Me2 multilayer films of different systems and with different periods, making this wire not useful as substrate for the intended purpose. Nevertheless, it should be noted that, after ignition, a 25 nm period Al/Pd film has a larger grain size, which indicates that a higher temperature has been reached, eventually capable of melting a repairing material.