Bio-geïnspireerde poreuze interface verbetert zowel de sterkte als de taaiheid van keramische matrixcomposites

In augustus 2026 publiceerden onderzoekers van het Beijing Institute of Technology een baanbrekend onderzoek in het tijdschriftNatuurcommunicatie, waarin een bio-geïnspireerde strategie wordt voorgesteld die de al lang bestaande afweging tussen ‘sterkte en taaiheid’ in keramische matrixcomposieten (CMC’s) overwint.

De uitdaging

CMC's zijn van cruciaal belang voor hypersonische voertuigen en hete onderdelen van vliegtuigmotoren. Het ontwerp van interfaces wordt echter al lange tijd geconfronteerd met een dilemma:

Traditionele benaderingen zijn slechts een compromis tussen de twee; kracht en robuustheid blijven tegenover elkaar staan.

De doorbraak

Geïnspireerd door de minerale brugstructuur van parelmoer ontwierp het team eenbio-geïnspireerde poreuze pyrolytische koolstofinterface. Door nanoporiën te creëren op het vezel/matrix-grensvlak bereikten ze dit doelasymmetrische controlevan grensvlak-onthechtingssterkte en wrijvingsspanning.

Het grensvlak laat gemakkelijk los wanneer scheuren naderen, maar handhaaft toch een hoge wrijving tijdens het glijden van de vezel – een ontwerp met dubbele functie dat de afweging verbreekt.

Prestatieresultaten

Micro-composiet niveau:

1. Treksterkte:903 MPa –38% hogerdan tegenhangers met een dichte interface

2. Breukenergie: 1,8x hoger

3D macroscopisch samengesteld niveau:

1. Treksterkte bij kamertemperatuur: 158,5 MPa →385,4 MPa(~1,4x verbetering)

2. 1200°C treksterkte: 80,0 MPa →308,1 MPa

Waarom het werkt

Het poreuze grensvlakcomposiet bereikte een hoofdscheurdichtheid van 19/mm (vs. 10/mm), met kleinere scheuropeningen – wat betekent dat energie werd gebruikt om nieuwe microscheuren te genereren in plaats van bestaande te vergroten.