Bio-inspirierte poröse Schnittstelle erhöht sowohl die Festigkeit als auch die Robustheit von Keramikmatrixverbundwerkstoffen

Im August 2026 veröffentlichten Forscher des Pekinger Instituts für Technologie eine bahnbrechende Studie inNaturkommunikation, die eine bioinspirierte Strategie vorschlägt, die den seit langem bestehenden Kompromiss "Stärke gegen Zähigkeit" bei keramischen Matrixverbundwerkstoffen (CMCs) überwindet.

Die Herausforderung

CMCs sind für Hyperschallfahrzeuge und Komponenten des Luftfahrzeugmotors von entscheidender Bedeutung.

Traditionelle Ansätze stellen lediglich einen Kompromiss zwischen den beiden Aspekten dar: Stärke und Zähigkeit bleiben im Gegensatz.

Der Durchbruch

Inspiriert von der Struktur der Mineralbrücke von Nacre entwarf das Teammit einer biologisch inspirierten porösen pyrolytischen KohlenstoffschnittstelleDurch die Schaffung von Nanoporen an der Faser-Matrix-SchnittstelleAsymmetrische Steuerungvon Schnittstellen, die die Bindungsfestigkeit und die Reibungsbelastung verringern.

Die Schnittstelle bündelt sich leicht, wenn sich Risse nähern, beibehalten aber eine hohe Reibung beim Faserrutschen – ein "Dual-Funktion"-Design, das den Kompromiss durchbricht.

Leistungsergebnisse

Mikrokomposite:

1. Zugfestigkeit:903 MPa38% höherals Dichte-Schnittstellen-Partner

2. Bruchenergie: 1.8x höher

3D-Makroskopische Kompositebene:

1. Zugfestigkeit bei Raumtemperatur: 158,5 MPa →385.4 MPa(~1.4-fache Verbesserung)

2. Zugfestigkeit bei 1200°C: 80,0 MPa →308.1 MPa

Warum es funktioniert

Das poröse Interface-Verbundwerk erzielte eine Hauptrissdichte von 19/mm (gegenüber 10/mm) mit kleineren Rissöffnungen, was bedeutet, dass Energie verwendet wurde, um neue Mikrorisse zu erzeugen, anstatt bestehende zu vergrößern.