多伦多大学工程研究人员近期开发出一种具有突破性的金属基复合材料，该材料同时具备轻量化与高强度的特性，即使在高温环境中也能维持卓越性能。这项研究成果已发表在《自然·通讯》期刊上。

材料科学与工程系教授Yu Zou及其团队借鉴了建筑中钢筋混凝土的结构原理，通过金属增材制造技术实现了仿生设计与制造。



研究第一作者Chenwei Shao表示，铝合金虽然在航空等领域应用广泛，但其高温性能往往显著下降。为解决这一挑战，团队采用选择性激光熔化（SLM）工艺，构建了一种钛合金网状结构作为增强骨架，嵌入铝-硅-镁基体中，并在其中进一步添加氧化铝和硅微粒以提升材料性能。



实验结果显示，这种复合材料在室温下的屈服强度可达约700兆帕，远高于传统铝基材料的100-150兆帕。

在500摄氏度高温环境下，其屈服强度仍保持在300-400兆帕，而传统铝合金此时强度仅有约5兆帕。该材料的性能接近中强钢，但重量仅为钢的三分之一。

通过计算机模拟，团队还发现在高温条件下材料中存在“增强孪生”变形机制，这有助于维持其结构强度。

尽管该材料目前生产成本较高，Zou教授指出其在高性能应用领域，如航空航天和高温零部件制造中，具有重要潜力。随着增材制造技术的进一步推广与优化，相关成本有望逐步下降。

这一突破彰显了金属3D打印技术在材料创新中的核心作用，为行业带来兼具轻量化和高强度的新型解决方案。