多倫多大學工程學院科研團隊在材料科學領域取得重大突破，成功研發出一種兼具超輕量化與超高強度特性的新型復合材料，其耐高溫性能尤為突出，有望為航空航天及高端工業制造帶來革新性應用。該材料突破了傳統鋁基材料在高溫環境下的性能瓶頸，在500℃極端溫度下仍能保持穩定力學性能，相關研究成果已發表于國際頂級學術期刊《自然·通訊》。
研究團隊通過仿生學設計，將建筑領域廣泛應用的鋼筋混凝土結構原理引入金屬材料開發。項目負責人解釋稱，這種新型金屬基復合材料（MMC）的微觀結構如同將鋼筋混凝土體系縮小至微米尺度：以鈦合金細桿構建三維網狀骨架作為"鋼筋"，通過激光粉末床熔融技術實現精準成型，細桿直徑可控制在0.2毫米級；隨后采用微鑄造工藝將鋁、硅、鎂合金填充至骨架間隙形成"混凝土基體"，并嵌入氧化鋁微粒與硅納米析出相作為"骨料增強相"。這種多尺度協同強化設計使材料兼具高強度與耐熱性。
實驗數據顯示，該材料在室溫下屈服強度達700兆帕，是普通鋁基復合材料的4-7倍；在500℃高溫環境下仍能保持300-400兆帕的屈服強度，而傳統鋁基材料在相同溫度下強度衰減至不足5兆帕。研究第一作者特別指出，這種性能表現已接近中等強度鋼的水平，但密度僅為鋼材的三分之一，真正實現了"減重不減強"的設計目標。這種特性對于航空發動機部件、火箭推進系統等對重量極為敏感的高溫應用場景具有重大價值。
研發團隊通過高精度計算機模擬揭示了材料的強化機制：鈦合金骨架有效阻礙位錯運動，納米級析出相抑制晶界滑動，氧化鋁顆粒則通過載荷傳遞效應增強基體。這種多層次強化機制使材料在高溫下仍能維持結構完整性，突破了傳統鋁基材料"高溫軟化"的技術瓶頸。項目負責人表示，增材制造技術的突破性應用是關鍵，激光精準熔融技術使得復雜三維網狀結構的批量制備成為可能，為新型材料設計開辟了新路徑。
當前航空航天領域正面臨嚴峻的減重挑戰，據統計，商用飛機每減輕1公斤重量，全年可減少數千升燃油消耗。傳統鋁合金雖因密度優勢成為主流結構材料，但其耐熱性不足嚴重限制了在發動機艙等高溫區域的應用。這項研究通過材料基因組方法，成功將建筑領域的結構智慧轉化為金屬材料設計范式，為開發下一代高溫輕質材料提供了全新思路。研究團隊已著手開展工程化驗證，計劃與航空制造企業合作推進技術轉化。
