Approche électronique de l'adhésion thermodynamique dans les systèmes non réactifs métal SP-alumine

Laboratoire de Thermodynamique et Physico-Chimie Métallurgiques, (UA29 associé au CNRS) ENSEEG Domaine Universitaire, BP 75 38400 Saint Martin d'Hères Cédex, France. , France.

Résumé

Nous étudions par une approche simple en structure de bande électronique l'adhésion thermodynamique à l'interface entre un métal normal (électrons sp) liquide et un oxyde ionocovalent en nous limitant au cas où le métal ne réagit pas avec l'oxyde. Nous calculons le travail d'adhésion W_ad en supposant que la liaison interfaciale résulte d’un transfert d'électrons du métal vers la bande de conduction initialement vide de l’oxyde. Le travail d'adhésion peut alors se décomposer en deux contributions : l’une, négative, provient de la perte en énergie cinétique du gaz d'électrons presque libres côté métal ; la deuxième, positive, résulte de la création d'états électroniques liants à partir de la bande de conduction de l'oxyde. Nous avons appliqué ce calcul à une série de métaux sp (groupes IIB, IIIA, IVA et VA du tableau périodique) sur l'alumine. L’ordre relatif des valeurs expérimentales de Wad pour les différents couples métal-alumine est correctement prévu par le modèle.

Abstract

Thermodynamic adhesion between a liquid sp-metal and an ionocovalent oxide is studied using an electronic band structure model. Only non-reactive systems are regarded. The work of adhesion, W_ad., results from an electron transfert from the liquid metal band to the conduction band of the oxide, which was initially empty. The work of adhesion is found to be the sum of two contributions. The first one is negative and results from the decrease of the kinetic energy of the metal electron gas. The second one is positive and linked to the creation of bonding electronic states in the conduction band of the oxide. The magnitude and the relative position of the calculated values for the work of adhesion agree with experimental measurements of W_ad.