1. Titāna/tērauda kompozītmateriālu plāksnes saskarnes savienošanas mehānisms
Interfeisa savienojumu starp neviendabīgiem metālu materiāliem var iedalīt trīs veidos: fiziskā saite, ķīmiskā saite un mehāniskā saite. Van der Vālsa spēki, ūdeņraža saites un citas fiziskas saites parasti ir sastopamas kompozītmateriālos uz polimēru bāzes. Ķīmiskā saite attiecas uz mijiedarbību un ķīmisko reakciju starp diviem materiāliem īpašos procesa apstākļos, kā rezultātā veidojas ķīmiskā saite, kas parasti sastopama kompozītmateriālos uz metāla bāzes. Mehāniskais saistīšanas spēks galvenokārt ietver berzes spēku, ko nosaka materiāla virsmas raupjums. Jo augstāks ir metāla virsmas raupjums kompozītmateriālos, jo lielāks ir mehāniskās saites spēks. Gandrīz visiem kompozītmateriāliem ir mehānisks savienošanas spēks. Pamatojoties uz iepriekšminētajiem trīs veidu kombinācijām, pētnieki ir ierosinājuši kompozītmateriālu kompozītmateriālu teoriju no vairākām perspektīvām.
(1) Difūzijas teorija
Difūzijas teorija apgalvo, ka divi neviendabīgi materiāli izdalīs milzīgu deformācijas siltumu cieša kontakta dēļ lielas plastmasas deformācijas apstrādes laikā. Deformācijas siltumam pakāpeniski uzkrājoties, šie deformācijas siltumi stimulēs difūziju starp dažādiem elementiem, tādējādi veidojot metalurģisko savienojošo slāni.
(2) Rekristalizācijas teorija
Saskaņā ar rekristalizācijas teoriju metāla plāksnes saskarnes saskares zonā heterogēnie atomi tiek pārkārtoti, pakāpeniski tuvojoties režģa konstantei, un metāla atomi tiek pārkārtoti, kā rezultātā uz abām metāla plāksnēm veidojas kopīgi graudi. Rekristalizācijas teorija ir efektīva tikai karstu metāla lokšņu saliktajam procesam un nevar izskaidrot metāla plātņu saķeres fenomenu zemā temperatūrā.
(3) Metāla saišu teorija
Kad dažādu materiālu metāli tiek pakļauti spiedienam, tie pamazām tuvojas viens otram, un, attālumam starp atomiem samazinoties, no atgrūšanas līdz pievilkšanai, veidojas metālu saites. Sekojošā enerģijas teorija ierosināja, ka saskarnes atomiem jāatbilst noteiktiem enerģijas nosacījumiem, lai veidotu metāla saites, kas ir papildinājums metāla saišu teorijai.
(4) Plānās plēves teorija
Kad metāls tiek pakļauts plastiskai deformācijai, tiek bojāts virsmas cietošais slānis vai oksīda slānis, un velmēšanas spēka ietekmē tiek izspiests svaigs metāls, panākot saskarnes savienojumu.
(5) Mehāniskās kombinācijas teorija
Tā sauktā mehāniskā savienošana attiecas uz savstarpēju savienojumu starp matricu un pastiprinošo korpusu, pamatojoties tikai uz mehāniskās savienošanas spēku. Tas ir kompozītmateriāls, ko veido matrica un stiegrojuma korpuss berzes ietekmē, taču šāda veida kompozītmateriāls var izturēt tikai vienu garenisko slodzi.
Interfeisa savienošanas mehānisms ir sarežģīts un daudzveidīgs, un arī saskarnes savienošanas mehānisms starp dažādiem metāla materiāliem ir atšķirīgs. Ir grūti to vispusīgi aprakstīt ar vienu saliktu mehānismu. Praktiskajos lietojumos kompozītmateriālu saskarnei bieži vien ir vairāki dažādi savienošanas mehānismi vienlaikus.
Fika pirmais likums var labi aprakstīt līdzsvara stāvokļa difūziju, bet vairumā gadījumu difūzija pieder pie nestacionāras difūzijas. Nestabilas difūzijas gadījumā vielas koncentrācija mainās atkarībā no difūzijas attāluma un laika, un Fika pirmais likums nav spēkā. Lai risinātu šo problēmu, tika ierosināts Fika otrais likums, kas var efektīvi atrisināt nestabilas difūzijas problēmu
Atomu teorija
Atomu teorija izskaidro difūzijas mehānismu. Saskaņā ar atomu teoriju var atklāt trīs difūzijas mehānismus: spraugu, apmaiņas un vakances. Trīs difūzijas mehānismu shematiskās diagrammas ir parādītas attēlā 1-5.
Spraugas difūzijas mehānisms: Ja kristāla spraugās ir maza izmēra atomi, šie atomi var izkliedēties režģa spraugās. Difūzijas procesā izkliedējošie atomi pārvietojas no vienas spraugas caur blakus esošajiem atomiem uz citu režģa spraugu, izraisot režģa kropļojumus, ko parasti novēro atomu difūzijā intersticiālos cietos šķīdumos.
Apmaiņas difūzijas mehānisms: izšķīdināto vielu atomiem un šķīdinātāju atomiem ir līdzīgi izmēri un tie nodrošina difūziju, izmantojot pozīcijas apmaiņu. Šāda veida pozicionālā apmaiņa var izraisīt ievērojamus režģa kropļojumus, un atšķirīgo atomu dažādo difūzijas koeficientu dēļ ir grūti panākt difūziju, izmantojot apmaiņas mehānismu, kas ir piemērojams tikai viena veida atomiem. Tāpēc tā loma sakausējumos ir ļoti ierobežota.
Vakances difūzijas mehānisms: Vakance attiecas uz kristāla struktūras defektu, kas atspoguļo trūkstošo atoma vai jonu pozīciju kristāla struktūrā. Vakanču difūzijas mehānisms attiecas uz daļiņu vai vakanču pāreju un difūziju cietos materiālos no viena kristāla režģa punkta uz citu.
2. Difūziju ietekmējošie faktori
Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka tādi faktori kā temperatūra, spiediens/spiediens, kristāla struktūra, kristālu iekšējie defekti un ķīmiskais sastāvs būtiski ietekmē difūzijas ātrumu.
(1) Temperatūra
Paaugstinoties temperatūrai, palielinās sadursmes biežums un enerģija starp daļiņām vielas iekšienē, kā arī palielinās daļiņu ātrums, kas atvieglo daļiņu izkliedi no augstas koncentrācijas zonām uz zemas koncentrācijas zonām.
(2) Kristāla struktūra
Atomu teorijā aprakstītais atomu difūzijas mehānisms galvenokārt ietver vakances difūziju, spraugu difūziju vai apmaiņas difūziju. Neatkarīgi no tā, kādu difūzijas mehānismu atomi izmanto difūzijai, to difūzijas trajektorijām jāšķērso režģa mezgli vai režģa spraugas. Sākotnējo pilnīgu kristāla struktūru lielā mērā ietekmē kristāla struktūra un kristāla tips neviendabīgu atomu radīto režģa kropļojumu dēļ.
(3) Kristāla defekts
Kristāla struktūras defektus var iedalīt punktu, līniju un virsmas defektos. Punktu defektu materiālu difūzijas ātrumam ir veicinoša iedarbība, savukārt līniju defektu un virsmas defektu ietekme uz difūziju ir sarežģītāka. Dažādiem defektu veidiem un daudzumiem var būt dažāda ietekme uz difūzijas procesu.
(4) Spiediens/Spiediens
Palielinoties spiedienam, vidējais attālums starp daļiņām samazinās un to mijiedarbība kļūst spēcīgāka. Tas atvieglo daļiņu pārvietošanos no augstas koncentrācijas apgabaliem uz zemas koncentrācijas zonām, tādējādi palielinot difūzijas ātrumu.
