随着航空航天、核能以及高功率电子器件等领域对高效热管理组件的需求急剧增长，开发兼具优异力学性能、高效换热性能和轻量化特征的多功能部件已成为当前工程材料研究的核心焦点。

传统解决方案主要依赖铝合金体系。然而，这些材料在实际应用中存在诸多局限性。尤其是，当工作温度超过200°C时，铝合金的屈服强度急剧下降，极大限制了其在高温环境下的应用。这些挑战促使研究者从材料与结构设计两个维度探索创新路径，但现有技术框架内仍存在诸多亟待解决的问题。
华中科技大学研究团队提出了一种结合材料成分和宏观结构设计的优化方法。通过激光粉末床融合（LPBF）技术制造了由氧化物弥散强化（ODS）CuCrZr合金组成的三周期最小表面（TPMS）点阵结构。相关研究论文发表在Journal of Materials Research and Technology期刊。本期谷·专栏将简要分享该研究成果。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.07.041

材料成分与TPMS晶格结构协同设计

研究团队制备了四种具有不同Y₂O₃掺杂水平的CuCrZr-Y₂O₃复合材料：CuCrZr-0.5 wt.% Y₂O₃、CuCrZr-1.0 wt.% Y₂O₃、CuCrZr-1.5 wt.% Y₂O₃和CuCrZr-2.0 wt.% Y₂O₃。Y₂O₃，纯度≥99.99%，平均粒径为50 nm。CuCrZr合金粉末和Y₂O₃纳米粉末混合30小时。

这项研究的主要结论如下：

随着Y₂O₃掺杂浓度的增加，复合材料的机械强度和导热系数先增加后降低。CuCrZr-0.5 wt.%Y2O3复合材料表现出最佳的整体性能，室温抗拉强度为309.92MPa，导热系数为123.519 W/（m·K）。微观分析表明，机械性能的提高主要是由于四种强化机制（如沉淀强化）的协同作用和成形质量的提高，而导热性的提高主要归因于更好的材料成形性所实现的热传导途径的优化。

四种TPMS晶格结构的体积分数偏差顺序为：Diamond>I-WP> Gyroid> Primitive。这种偏差主要归因于与更高比表面积相关的粉末粘附力增加。关于热交换性能，Diamond在相同的泵送流量下表现出最佳效果，这是由于其较大的比表面积和曲折的内部流动通道引起的湍流增强。在机械和能量吸收性能方面，Diamond也优于其他结构。这种优势主要是由于其剪切主导的破坏模式，与Primitive等结构中观察到的逐层破坏模式相比，它在承载能力和能量吸收方面具有显著优势。

这项研究为基于L-PBF技术制备的晶格结构设计提供了新思路，实现了轻量化、高承载与高效散热性能的一体化整合，有望推动TPMS晶格结构在高强度轻质热管理部件开发中的工程应用。

转载来源：增材制造硕博联盟