超高強度・軽量金属複合材料の開発(U of T researchers develop ultra-strong, lightweight metal composite that can withstand extreme heat)

2025-11-14 トロント大学(U of T)

トロント大学の研究チームは、軽量でありながら極めて高強度・高耐熱性を持つ新しい金属マトリックス複合材料を開発した。基材となるアルミニウム–シリコン–マグネシウム合金の内部に、チタン合金製の微細ストラット構造を「金属版の鉄筋」のように組み込み、さらに酸化アルミナなどの微粒子を分散させることで強化している。3D金属プリンティングを利用し、直径0.2mmほどのストラットを精密に形成できる点が技術的特徴である。新材料は常温で約700MPaの降伏強度を示し、500℃でも300〜400MPaを維持するなど、従来のアルミ合金を大きく上回る耐熱性能を持つ。中級鋼並みの強度を持ちながら重量は約1/3で、航空・宇宙、輸送機器、極限環境での構造部材など幅広い応用が期待されている。

超高強度・軽量金属複合材料の開発(U of T researchers develop ultra-strong, lightweight metal composite that can withstand extreme heat)
Microscopic image of the new metal matrix composite, which mimics the structure of concrete on a tiny scale (photo by Chenwei Shao)

<関連情報>

鉄筋コンクリート構造を採用したアルミニウムマトリックス複合材料の機械的性能向上を実現 Achieving improved mechanical performance in aluminum matrix composites with rebar-reinforced concrete-inspired structures

Chenwei Shao,Huicong Chen & Yu Zou
Nature Communications  Published:27 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65234-9

Abstract

The strength of aluminum matrix composites (AMCs) often suffers from degradation at elevated temperatures, rendering them generally unsuitable for use in high-temperature environments. Inspired by ubiquitous rebar steel-reinforced concrete (RC) structures, we develop a series of RC-like AMCs by integrating the additive manufacturing and micro-casting methods. Such RC-AMC, with a high volume fraction of thermotolerant particulate reinforcements, effectively mitigate the strength degradation up to 500 °C. Through structural optimization, we demonstrate that such RC-AMCs achieve extraordinarily high compressive yield strength (up to 938 MPa) and specific strength (up to 235 kN·m/kg) at 400 °C — among the highest reported values for all the aluminum-based alloys and composites. The enhanced resistance to high-temperature softening in RC-AMCs is associated with abnormal thermal twinning in Al3Ti when the temperature increases. This design strategy, combining anomalous temperature-dependent deformation behavior and multiscale reinforcing architectures, offers a pathway toward structure-material integrated manufacturing for a wide range of engineering alloys and composites.

0703金属材料
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました