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目前，高熵陶瓷（HECs）因其优异的高温热机械性能，已成为航天器应用领域备受关注的一类材料。近日，中国太原理工大学Yang Miao研究员带领团队《Journal of Alloys and Compounds》发表了题为《DLP 3D-printed porous dual-phase high-entropy ceramics with low thermal conductivity and high strength》的研究，本研究利用数字光处理（DLP）3D打印技术成功制备了具有三重周期极小曲面（TPMS）结构的双相HECs，实现了卓越的隔热和力学性能。
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研究内容
本研究采用DLP 3D打印技术，以树脂浆料为造孔剂，成功制备了具有双孔结构的TPMS结构多孔高熵陶瓷，并探讨了双孔调控对其热性能和力学性能的影响。通过选择具有烧绿石-萤石双相结构，制备了不同固含量的陶瓷浆料，用于制造具有可控孔隙率的Gyroid TPMS结构高熵陶瓷。通过引入双相结构降低其导热系数，并引入TPMS结构提高其整体力学性能，制备了具有优异隔热性和力学性能的多孔陶瓷。采用同步热重-差示扫描量热法(TG-DSC)研究了陶瓷生坯的热分解行为。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)对陶瓷样品进行了表征。最后，结合有限元模拟和实验方法，评估了TPMS结构高熵陶瓷的隔热性能。
以下是文章的研究方法及数据：
△图1，TPMS结构化高熵陶瓷工艺的 DLP 3D 打印
△图4，TPMS -HEO 的孔隙形态和元素分布图。
△图 5. （a，b）SAED 图案，（c，d）HR-TEM 图片和（e）TPMS-HEO 的 TEM-EDS 映射。
△图 6.不同固含量浆料在打印的 TPMS-HEO 骨架上的微孔形态轮廓：（a）35 vol%，（b）40 vol% 和（c）45 vol%。
△图 7.TPMS -HEO 在 500 °C 下的隔热模拟：（a）35 vol%，（b）40 vol%，（c）45 vol%
结论
本研究利用数字光处理技术成功制备了一种具有双孔结构的双相高熵陶瓷，该陶瓷展现出优异的隔热性和机械强度。烧结后，样品收缩均匀，结构完整性得以保持，成功保留了复杂的TPMS孔隙网络。
在双孔调控下，孔隙率为89.93%的样品表现出超低的导热系数（0.0949 W·m⁻¹·K⁻¹）、7.074 MPa的抗弯强度和3.955 MPa的抗压强度。即使是所有样品中导热系数最高的样品，其导热系数也仅为0.2282 W·m⁻¹·K⁻¹，同时还具有优异的机械性能（抗弯强度：29.350 MPa；抗压强度：28.534 MPa），从而有效解决了多孔陶瓷隔热性能和承载能力之间固有的矛盾。与传统多孔陶瓷相比，TPMS结构的引入显著提高了整体力学性能，同时保持了原有的隔热性能。本研究为高熵陶瓷的制备和成型提供了一种新思路，可指导复杂结构高熵陶瓷的制备和成型，并为其未来的应用提供参考。
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