Podczas gdy typowe kompozyty AMC ulegają degradacji pod wpływem wysokiej temperatury, w skład nowego materiału wkomponowano elementy zapewniające podwyższoną wytrzymałość termiczną. Budowa materiału inspirowana jest stosowanymi w budownictwie strukturami żelbetonowymi. Kompozyt zbrojony jest więc wytwarzaną przyrostowo siatką ze stopu tytanu Ti6Al4V, z drutami o średnicy około 0,2 mm. Podobnie jak beton domieszkowany jest kruszywem, osnowa ze stopu aluminium AlSi7Mg została domieszkowana mikrometrycznymi drobinami Al3Ti. Funkcję analogiczną do wchodzącego w skład betonu piasku pełnią zaś krążkowate wytrącenia z AlSi3Ti6 i krzemkowe kuliste. Drukowane w 3D zbrojenie zalewane jest osnową w ramach procesu mikro-odlewania.
W temperaturze pokojowej tak otrzymany materiał charakteryzuje się granicą plastyczności na poziomie 700 MPa, a więc kilkakrotnie większą niż w przypadku typowej osnowy aluminiowej w kompozytach AMC. Z kolei w temperaturze 500 °C granica plastyczności prezentowanego materiału wynosi od 300 do 400 MPa, podczas gdy w takiej temperaturze, w zwykłych kompozytach AMC, matryca zaczyna ulegać nieodwracalnym odkształceniom już przy 5 MPa.
Jak zauważa Chenwei Shao, jeden z współautorów wynalazku, opracowany kompozyt wykazuje parametry mechaniczne typowe dla stali średniowęglowej, waży jednak trzykrotnie mniej. Badania komputerowe wykazały, że za wytrzymałość materiału w wysokiej temperaturze odpowiada nietypowy przebieg zjawisk poślizgu i bliźniakowania na poziomie mikrostrukturalnym.
Mimo obiecujących właściwości kompozytowego materiału, jego otrzymywanie na razie jest ograniczone do warunków laboratoryjnych, ze względu na wymagające technologicznie połączenie wytwarzania przyrostowego i mikro-odlewania. Autorzy wiążą jednak nadzieję z upowszechnieniem technologii przyrostowych, zapewniającym warunki do otrzymywania takich kompozycji materiałowych w sposób bardziej ekonomiczny, nadający się do zastosowania na skalę przemysłową.
utoronto.ca
Shao, C., Chen, H. & Zou, Y.: Achieving improved mechanical performance in aluminum matrix composites with rebar-reinforced concrete-inspired structures. Nat Commun 16, 9487, 2025
