1. Mehanizem povezovanja vmesnika kompozitne plošče iz titana/jekla
Vmesniško vez med heterogenimi kovinskimi materiali lahko razdelimo na tri vrste: fizično vez, kemično vez in mehansko vez. Van der Waalsove sile, vodikove vezi in druge fizikalne vezi so pogosto najdene v kompozitnih materialih na osnovi polimerov. Kemična vez se nanaša na interakcijo in kemično reakcijo med dvema materialoma pod posebnimi procesnimi pogoji, kar povzroči nastanek kemične vezi, ki jo običajno najdemo v kompozitnih materialih na osnovi kovin. Mehanska sila lepljenja vključuje predvsem torno silo, ki jo določa hrapavost površine materiala. Večja kot je površinska hrapavost kovine v kompozitnih materialih, večja je mehanska sila lepljenja. Skoraj vsi kompozitni materiali imajo mehansko silo lepljenja. Na podlagi zgornjih treh vrst kombinacij so raziskovalci predlagali teorijo kompozitnih materialov z več vidikov.
(1) Teorija difuzije
Teorija difuzije trdi, da bosta dva heterogena materiala zaradi tesnega stika med obdelavo velike plastične deformacije sprostila ogromno deformacijske toplote. Ko se deformacijska toplota postopoma kopiči, bo ta deformacijska toplota spodbudila difuzijo med različnimi elementi in s tem oblikovala metalurško vezno plast.
(2) Teorija rekristalizacije
V skladu s teorijo prekristalizacije se heterogeni atomi v kontaktnem območju kovinske plošče prerazporedijo, postopoma se približajo konstanti rešetke, kovinski atomi pa se prerazporedijo, kar povzroči nastanek skupnih zrn na obeh kovinskih ploščah. Teorija prekristalizacije je učinkovita le za kompozitni postopek vročih kovinskih plošč in ne more razložiti pojava lepljenja kovinskih plošč pri nizkih temperaturah.
(3) Teorija kovinske vezi
Ko so kovine iz različnih materialov pod pritiskom, se postopoma približujejo ena drugi in ko se razdalja med atomi zmanjšuje, od odbijanja do privlačnosti, nastajajo kovinske vezi. Kasnejša energetska teorija je predlagala, da morajo atomi vmesnika izpolnjevati določene energijske pogoje, da tvorijo kovinske vezi, kar je dopolnilo k teoriji kovinskih vezi.
(4) Teorija tankega filma
Ko je kovina podvržena plastični deformaciji, se površinsko utrjena plast ali oksidna plast poškoduje in sveža kovina se iztisne pod delovanjem sile valjanja, kar doseže medfazno vez.
(5) Teorija mehanskih kombinacij
Tako imenovana mehanska vezava se nanaša na medsebojno povezavo med matriko in ojačitvenim telesom izključno na podlagi mehanske sile lepljenja. Gre za kompozitni material, ki ga tvorita matrica in ojačitveno telo pod delovanjem trenja, vendar ta oblika kompozitne plošče prenese le enkratno vzdolžno obremenitev.
Mehanizem povezovanja vmesnikov je zapleten in raznolik, različen pa je tudi mehanizem povezovanja vmesnikov med različnimi kovinskimi materiali. Težko ga je celovito opisati z enim samim sestavljenim mehanizmom. V praktičnih aplikacijah ima vmesnik kompozitnih materialov pogosto več različnih mehanizmov lepljenja hkrati.
Fickov prvi zakon lahko dobro opiše difuzijo v stabilnem stanju, vendar v večini primerov difuzija spada med difuzijo v nestabilnem stanju. V primeru neenakomerne difuzije se koncentracija snovi spreminja glede na difuzijsko razdaljo in čas, Fickov prvi zakon pa ne velja. Za rešitev tega vprašanja je bil predlagan Fickov drugi zakon, ki lahko učinkovito reši problem neenakomerne difuzije
Atomska teorija
Atomska teorija pojasnjuje mehanizem difuzije. Po atomski teoriji je mogoče odkriti tri difuzijske mehanizme: vrzel, izmenjavo in prosto mesto. Shematski diagrami treh difuzijskih mehanizmov so prikazani na sliki 1-5.
Mehanizem difuzije med režami: Ko so v kristalnih režah atomi majhne velikosti, lahko ti atomi difundirajo v režah rešetke. V procesu difuzije se atomi, ki difuzirajo, premaknejo iz ene reže skozi sosednje atome v drugo mrežno vrzel, kar povzroči popačenje mreže, ki ga običajno vidimo pri atomski difuziji v intersticijskih trdnih raztopinah.
Mehanizem izmenjave difuzije: Atomi topljenca in atomi topila imajo podobne velikosti in dosežejo difuzijo z izmenjavo položaja. Ta vrsta pozicijske izmenjave lahko povzroči znatno popačenje mreže in zaradi različnih difuzijskih koeficientov različnih atomov je težko doseči difuzijo prek mehanizma izmenjave, ki je uporaben le za atome iste vrste. Zato je njegova vloga v zlitinah zelo omejena.
Mehanizem difuzije prostih delov: praznina se nanaša na napako v kristalni strukturi, ki predstavlja manjkajoči položaj atoma ali iona v kristalni strukturi. Mehanizem difuzije prostih mest se nanaša na prehod in difuzijo delcev ali prostih mest znotraj trdnih materialov iz ene točke kristalne mreže v drugo.
2. Dejavniki, ki vplivajo na difuzijo
Prejšnje študije so pokazale, da imajo dejavniki, kot so temperatura, tlak/tlak, kristalna struktura, notranje napake kristalov in kemična sestava, pomemben vpliv na hitrost difuzije
(1) Temperatura
Ko se temperatura dvigne, se frekvenca trkov in energija med delci znotraj snovi povečata, prav tako se poveča hitrost delcev, zaradi česar delci lažje difundirajo iz območij z visoko koncentracijo v območja z nizko koncentracijo.
(2) Kristalna struktura
Mehanizem atomske difuzije, opisan v atomski teoriji, vključuje predvsem difuzijo prostih mest, difuzijo vrzeli ali izmenjalno difuzijo. Ne glede na to, kateri difuzijski mehanizem atomi uporabljajo za difuzijo, morajo njihove difuzijske trajektorije potekati skozi mrežna vozlišča ali mrežne vrzeli. Na prvotno celotno kristalno strukturo močno vplivata kristalna struktura in vrsta kristala zaradi popačenja mreže, ki ga povzročajo heterogeni atomi.
(3) Kristalna napaka
Napake kristalne strukture lahko razdelimo na točkovne, črtaste in površinske. Hitrost difuzije materialov s točkastimi napakami ima pospeševalni učinek, medtem ko je vpliv linijskih in površinskih napak na difuzijo bolj zapleten. Različne vrste in količine napak imajo lahko različne vplive na proces difuzije.
(4) Pritisk/pritisk
Z naraščanjem tlaka se povprečna razdalja med delci zmanjšuje in njihove interakcije postajajo močnejše. Delcem olajša prehod iz območij z visoko koncentracijo v območja z nizko koncentracijo, s čimer se poveča hitrost difuzije.
