Temperature-dependence of interfacial energies between solid oxide ceramics and liquid metals

The interfacial energies between solid oxide ceramic and liquid metals have been investigated for a number of systems. At the metal melting point: (1) the interfacial energies between a given oxide ceramic and various metals vary by less than 10%:_SL=2.538±0.139 J/m² for Al₂O₃-liquid metals;_SL=1.599+0.064 J/m² for ZrO₂-liquid metals;_SL=1.676±0.142 J/m² for UO₂-liquid metals; (2) the respective contact angles (>90°) idicate no wettability. Linear temperature functions of the interfacial energies in oxide ceramic-liquid metal systems have been derived. By extrapolation, temperature coefficients of interfacial energies can be estimated for oxide ceramic-liquid metal systems that have not yet been measured. The interfacial energies, together with the surface energies of the materials concerned, also provide the work of adhesion for all Al₂O₃- and ZrO₂-liquid metal combinations considered.

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Zusammenfassung Grenzflächenenergien zwischen festen Oxidkeramiken und flüssigen Metallen wurden für eine Reihe von Systemen untersucht. Beim Schmelzpunkt des Metalls: (1) variieren die Grenzflächenenergien_SL zwischen einer Keramik und verschiedenen Metallen um weniger als 10%: für Al₂O₃- Metall_SL=(2.538±0.139) J m^–1 ZrO₂ - Metall_SL=(1,599±0,064) J m^–2 UO₂ - Metall_SL=(1,676±0,142) J m^–2 (2) zeigen die Kontaktwinkel (>90°) keine Benetzung.Die Grenzflächenenergien in Oxidkeramik-Metallschmelze-Systemen hängen linear von der Temperatur ab. Temperaturkoeffizienten der Grenzflächenenergien nicht untersuchter Keramik-Metallschmelze-Systeme lassen sich durch Extrapolation ermitteln. Aus den Grenzflächenenergien und den Oberflächenenergien der beteiligten Materialen wird die Adhäsionsarbeit für die untersuchten Al₂O₃- bzw. ZrO₂-Metallschmelze-Systeme erhalten.

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- . , , 10%: _SL=2,538±0,139 ·^–2 l₂₃ - _SL=1,599±0,064 ·^–2 ZrO₂ - _SL=1,676±0,142 ·^–2 UO₂ - (>90°) . — . — . — .

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The present work was performed in the frame of bilateral German-Greek cooperation in science and technology. It was sponsored financially by the Deutsche Forschungsgemeinschaft Bonn and supported by the Internationales Büro, Kernforschungsanlage Jülich. The authors gratefully acknowledge this assistance.