1. Mechanizmus spájania rozhrania titánovej/oceľovej kompozitnej dosky
Väzba rozhrania medzi heterogénnymi kovovými materiálmi môže byť rozdelená do troch typov: fyzikálna väzba, chemická väzba a mechanická väzba. Van der Waalsove sily, vodíkové väzby a iné fyzikálne väzby sa bežne vyskytujú v kompozitných materiáloch na báze polymérov. Chemická väzba sa vzťahuje na interakciu a chemickú reakciu medzi dvoma materiálmi za špecifických podmienok procesu, čo vedie k vytvoreniu chemickej väzby, ktorá sa bežne vyskytuje v kompozitných materiáloch na báze kovu. Mechanická väzbová sila zahŕňa hlavne treciu silu, ktorá je určená drsnosťou povrchu materiálu. Čím vyššia je drsnosť povrchu kovu v kompozitných materiáloch, tým väčšia je mechanická väzbová sila. Takmer všetky kompozitné materiály majú mechanickú spojovaciu silu. Na základe vyššie uvedených troch typov kombinácií výskumníci navrhli teóriu kompozitného materiálu z viacerých perspektív.
(1) Teória difúzie
Teória difúzie tvrdí, že dva heterogénne materiály uvoľnia obrovské deformačné teplo v dôsledku úzkeho kontaktu počas spracovania veľkých plastických deformácií. Keď sa deformačné teplo postupne akumuluje, tieto deformačné tepla budú stimulovať difúziu medzi rôznymi prvkami, čím sa vytvorí metalurgická spojovacia vrstva.
(2) Teória rekryštalizácie
Podľa teórie rekryštalizácie sa heterogénne atómy v oblasti dotyku rozhrania kovovej platne preskupujú, postupne sa približujú k mriežkovej konštante a atómy kovu sa preskupujú, čo vedie k vytvoreniu spoločných zŕn na dvoch kovových platniach. Teória rekryštalizácie je účinná len pre proces zloženia horúcich kovových plechov a nemôže vysvetliť jav spájania kovových dosiek pri nízkych teplotách.
(3) Teória kovových väzieb
Keď sú kovy rôznych materiálov natlakované, postupne sa k sebe približujú a ako sa vzdialenosť medzi atómami zmenšuje, od odpudzovania k priťahovaniu, vznikajú kovové väzby. Následná energetická teória navrhla, že atómy rozhrania musia spĺňať určité energetické podmienky, aby vytvorili kovové väzby, čo je doplnkom k teórii kovových väzieb.
(4) Teória tenkého filmu
Keď kov podlieha plastickej deformácii, poškodí sa povrchová vytvrdzovacia vrstva alebo vrstva oxidu a čerstvý kov sa vytlačí pôsobením valcovacej sily, čím sa dosiahne medzifázové spojenie.
(5) Teória mechanickej kombinácie
Takzvané mechanické spojenie sa týka vzájomného spojenia medzi matricou a výstužným telesom výlučne na základe mechanickej spojovacej sily. Ide o kompozitný materiál tvorený matricou a výstužným telesom pri pôsobení trenia, ale táto forma kompozitnej dosky môže vydržať len jediné pozdĺžne zaťaženie.
Mechanizmus spájania rozhraní je zložitý a rôznorodý a mechanizmus spájania rozhraní medzi rôznymi kovovými materiálmi je tiež odlišný. Je ťažké ho komplexne opísať jediným zloženým mechanizmom. V praktických aplikáciách má rozhranie kompozitných materiálov často viacero rôznych mechanizmov spájania súčasne.
Prvý Fickov zákon môže dobre opísať difúziu v ustálenom stave, ale vo väčšine prípadov patrí difúzia k difúzii v neustálom stave. V prípade nestabilnej difúzie sa koncentrácia látky mení v závislosti od difúznej vzdialenosti a času a prvý Fickov zákon neplatí. Na vyriešenie tohto problému bol navrhnutý druhý Fickov zákon, ktorý môže efektívne vyriešiť problém nestabilnej difúzie
Atómová teória
Atómová teória vysvetľuje mechanizmus difúzie. Podľa atómovej teórie možno objaviť tri mechanizmy difúzie: medzera, výmena a vakancia. Schematické diagramy troch mechanizmov difúzie sú znázornené na obrázku 1-5.
Mechanizmus difúzie medzier: Keď sú v medzerách kryštálov malé atómy, tieto atómy môžu difundovať v medzerách mriežky. V procese difúzie sa difúzne atómy pohybujú z jednej medzery cez susedné atómy do inej medzery v mriežke, čo spôsobuje skreslenie mriežky, ktoré sa bežne vyskytuje pri atómovej difúzii v intersticiálnych tuhých roztokoch.
Mechanizmus výmeny difúzie: Atómy rozpustenej látky a atómy rozpúšťadla majú podobné veľkosti a dosahujú difúziu výmenou polohy. Tento typ výmeny polohy môže spôsobiť značné skreslenie mriežky a kvôli rôznym difúznym koeficientom odlišných atómov je ťažké dosiahnuť difúziu prostredníctvom mechanizmu výmeny, ktorý je použiteľný len pre atómy rovnakého typu. Preto je jeho úloha v zliatinách veľmi obmedzená.
Mechanizmus difúzie vakancie: Vakancia sa týka defektu v kryštálovej štruktúre, ktorý predstavuje chýbajúcu polohu atómu alebo iónu v kryštálovej štruktúre. Mechanizmus difúzie voľných miest sa týka prechodu a difúzie častíc alebo voľných miest v pevných materiáloch z jedného bodu kryštálovej mriežky do druhého.
2. Faktory ovplyvňujúce difúziu
Predchádzajúce štúdie ukázali, že faktory ako teplota, tlak/tlak, kryštálová štruktúra, vnútorné defekty kryštálov a chemické zloženie majú významný vplyv na rýchlosť difúzie.
(1) Teplota
Keď teplota stúpa, zvyšuje sa frekvencia kolízií a energia medzi časticami vo vnútri látky a zvyšuje sa aj rýchlosť častíc, čo uľahčuje časticiam difundovať z oblastí s vysokou koncentráciou do oblastí s nízkou koncentráciou.
(2) Kryštalická štruktúra
Mechanizmus atómovej difúzie opísaný v atómovej teórii zahŕňa hlavne difúziu voľných miest, medzerovú difúziu alebo výmennú difúziu. Bez ohľadu na to, ktorý difúzny mechanizmus atómy používajú na difúziu, ich difúzne trajektórie musia prejsť cez mriežkové uzly alebo mriežkové medzery. Pôvodná úplná kryštálová štruktúra je značne ovplyvnená kryštálovou štruktúrou a typom kryštálu v dôsledku skreslenia mriežky spôsobeného heterogénnymi atómami.
(3) Chyba kryštálu
Poruchy kryštálovej štruktúry možno rozdeliť na bodové, čiarové a povrchové. Rýchlosť difúzie materiálov s bodovými defektmi má podporný účinok, zatiaľ čo vplyv líniových defektov a povrchových defektov na difúziu je zložitejší. Rôzne typy a množstvá defektov môžu mať rôzny vplyv na proces difúzie.
(4) Tlak/Tlak
So zvyšujúcim sa tlakom sa priemerná vzdialenosť medzi časticami zmenšuje a ich interakcie sú silnejšie. To uľahčuje časticiam pohyb z oblastí s vysokou koncentráciou do oblastí s nízkou koncentráciou, čím sa zvyšuje rýchlosť difúzie.
