مراجعة شاملة لفشل واجهات المواد المزدوجة: الآليات، التنبؤ، واستراتيجيات التخفيف

تُعد أنظمة المواد المزدوجة ذات أهمية متزايدة في مجالات الطيران، والسيارات، والميكروإلكترونيات، والهندسة الطبية الحيوية نظرًا لقدرتها على دمج خصائص المواد المكملة، مثل نسب القوة إلى الوزن العالية، والعزل الحراري المخصص، والتوافق الحيوي المستهدف، التي لا يمكن للمواد الأحادية تحقيقها. بالرغم من هذه المزايا، تتعرض سلامة عمل البُنى ثنائية الطبقات في كثير من الأحيان للانتهاك بسبب أوضاع فشل على المستويات البينية ناجمة عن تعارض في معامل المرونة، معاملات التمدد الحراري (CTE)، والضغوط المتبقية الناتجة عن المعالجة. تظهر هذه الضعف عادة كشروخ منسّبة للطبقات، أو تشقق التعب، أو التدهور البيئي، مما يؤدي لفشل هيكلي مبكر. بينما تناولت الأبحاث الحديثة أزواج المواد المعزولة أو آليات محددة، إلا أن تحليلًا شاملاً يربط الميكانيكا الأساسية عبر قطاعات متنوعة غائب حاليًا. تعالج هذه المراجعة هذه الفجوة الحرجة من خلال تقديم دراسة شاملة ومتعددة التخصصات لواجهات المواد المزدوجة. نصنف مصادر الفشل الشائعة، بدءًا من تركيزات الضغوط الحرارية الميكانيكية إلى الشيخوخة الرطبية الحرارية، ونوفر إطارًا تقيميًا لمنهجيات التنبؤ الميكانيكية، بما في ذلك ميكانيكا الشقوق المرنة الخطية (LEFM)، ونمذجة المنطقة التماسكية (CZM)، ونمذجة المجال المرحلي (PFM). علاوة على ذلك، نقيم استراتيجيات التخفيف المتقدمة، مثل الطبقات البينية المتدرّجة وظيفيًا، والهياكل التداخلية المستوحاة من الطبيعة، والتعديل السطحي المتقدم. من خلال توحيد الملاحظات التجريبية مع الأُطر الحاسوبية، يؤسس هذا العمل خارطة طريق استراتيجية لتحسين أداء الواجهات، مقدّمًا للباحثين والممارسين دليلاً حاسمًا لتصميم أنظمة مواد مزدوجة مقاومة ومتطورة للأجيال القادمة للتطبيقات عالية الأداء.