Achieving improved mechanical performance in aluminum matrix composites with rebar-reinforced concrete-inspired structures

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作者
Chenwei Shao,Huicong Chen,Yu Zou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 9487-9487 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-025-65234-9
摘要

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. Inspired by rebar steel-reinforced concrete (RC) structures used in buildings, aluminum matrix composites are designed which achieve nearly 1 GPa in yield strength and specific strength of (235 kN·m/kg) at 400 °C.
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