Arayüz, matris ve fiber arasında yükün transferinde kuvvetli
olmalı, aşındırıcı veya paslandırıcı girişini en aza indirmeli ve bağlanmanın
kopmasını kontrol edebilmelidir. Arayüzün kompozitin kesilmesi, bükülgenliği,
darbe direnci, kırılmanın ilerlemesi ve fiberlerin dizilişleri gibi özellikler
üzerinde önemli etkileri vardır.
Arayüz çeşitli işlevlere cevap verebilmelidir; örneğin, yüzey
arası kuvvetleri kontrol edebilmeli, fiber/matris arasındaki reaksiyonları
engelleyebilmelidir. Bu tür fonksiyonları prosesler, fabrikasyon ve hatta
yüksek sıcaklıklarda ve sert çevre koşullarında da sürdürebilmelidir.
Arayüz iki-boyutlu bir bölgedir, içinde bulunduğu hacim
boyunca bir veya daha fazla parametrede farklılaşmalar (süreksizlik) meydana
gelir; örneğin, elastik modül, kimyasal potansiyel, kimyasal bileşikler
oluşumu, termal genleşme katsayısı bu tür parametrelerdir.
Kompozit malzemeye uygulanan yük matristen, iyi bağlanmış
bir arayüz vasıtasıyla takviye malzemeye iletilir. Fiber-matris arayüzde bir
kimyasal potansiyel gradienti vardır, böylece oluşan arayüz bölgenin
özellikleri, her iki (fiber ve matris) elamandan farklıdır.
Arayüz çeşitli bileşimlerde ve/veya formlarda olabilir:
örneğin, basit bir atomik bağlar dizisi olabilir (alumina ve saf aluminyum
arasında olduğu gibi); matris/takviye malzemelerin reaksiyon ürünlerini
içerebilir (aluminyum ve karbon fiberler arasındaki reaksiyonla aluminyum
karbür oluşması gibi); çeşitli takviye kaplamalar olabilir (SiC monofilamentler
ve titanyum matrisler arasındaki yüzey kaplamalar gibi).
Arayüzler, kompozit türleri de dikkate alındığında, çeşitli
şekillerde tanımlanabilir:
·
Kompozit mikroyapının matris ve takviye
malzemeleri arasında yer alan kısmıdır, takviye ve matris arasındaki teması
sağlayan alandır.
·
Bir kompozitin birbirinden ayrı, fiziksel olarak
farklı elemanları arasındaki sınırdır. Bazı hallerde ilave edilen ayrı bir faz
bölgedir.
·
Bir arayüz bölgede, bu arayüzün iki tarafında
eklenmiş elemanların yer aldığı birer arayüz, yani iki arayüz bulunur.
·
Fiberlerde cam ve sizingin karşılaştığı alandır.
·
Bir laminatta takviye ve laminatlayıcı reçinenin
karşılaştığı alandır.
Şekil-36:
(a) Matris ve takviye fazların çeşitli bağlanma tipleri, (b) kompozit arafazın
şematik görünümü
Şekil-37: Değişik
skalalarda arayüzler
Kompozitlerde, fiber-matris arayüzler tarafından işgal
edilen alan çok geniştir; örneğin, büyük miktarlarda fiber hacim fraksiyonu
içeren bir kompozitte 3000 m2/m3 dolayındadır. Arayüz
etrafındaki matrisin özellikleri fiber tarafından modifiye edilir.
Fiber/hacim oranı 2/r ile değişir, ve arayüz
bölgesinin önemi fiber çapının küçülmesiyle artar.
Nanopartikül (çap: 10-100 nm) takviyeler durumunda, çok
küçük hacim fraksiyonlarında (≈ %1) kompozitin özelliklerinde çarpıcı
değişikliklerle karşılaşılır.
Kompozitlerin optimum özelliklerde dizayn edilebilmesi için arayüz
bölgesi ile ilgili detaylı bilgiye gereksinim vardır. Ayrıca arayüz
özelliklerinin, kaplama uygulamalarla modifiye edilmesi üzerinde de
durulmalıdır. Şekil-37’de, matris ve takviye fazların
çeşitli bağlanma tipleri gösterilmiştir.
