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升華三維：用氮化硅陶瓷材料，迎接3D打印高端應用的“藍?！?/div>

升華三維 2024-07-25 | 閱讀：948

氮化硅（Si3N4）是硅和氮的無機非金屬化合物，具有優(yōu)越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高抗彎強度、高冷熱沖擊等性能，能夠被應用于高要求的極端運作環(huán)境中，被認為是最具有應用前景的高溫結構陶瓷材料之一。常常用來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構件。

氮化硅的這些性能足以與高溫合金相媲美。但作為高溫結構材料，它也存在抗機械沖擊強度低，容易發(fā)生脆性斷裂等缺點，在加工上有較大的難度和局限。同時，一般的減材加工方式對于刀具磨損大，樣件易開裂，整個加工工藝復雜且代價高昂。正因如此，氮化硅陶瓷3D打印的推廣和應用有望成為整個增材行業(yè)中極具吸引力的關注點。

PEP技術助力高性能氮化硅結構陶瓷制造

升華三維作為一直專注于金屬/陶瓷間接3D打印裝備及材料研發(fā)生產(chǎn)的增材制造企業(yè)。其中突出優(yōu)勢之一便是直擊氮化硅材料傳統(tǒng)制造的痛點，粉末擠出打印技術（PEP）采用氮化硅粉體適配粘結劑開發(fā)顆粒喂料，通過3D打印機制備成型，再經(jīng)過粉末冶金的脫脂燒結工藝進行后處理，從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的結構件。為高性能氮化硅陶瓷復雜結構件提供更便捷的增材制造方法。

△升華三維氮化硅陶瓷顆粒材料及3D打印設備UPS-556

PEP工藝制備陶瓷的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

采用了3D打印與陶瓷注射成型（CIM）相結合的工藝，可實現(xiàn)幾何結構的高自由度設計，且無需模具，可降低開發(fā)和生產(chǎn)成本；
具有低溫成型、高溫成性的特性，可獲得性能一致且致密的優(yōu)良產(chǎn)品；
相比傳統(tǒng)粉末冶金工藝，可以大大加快產(chǎn)品的開發(fā)與商業(yè)化時間，極大地縮短制造周期；
打印設備結構原理簡單，不需要昂貴的高能量激光設備，整體工藝可充分利用粉末冶金的前后處理設備，極大地減少了投入成本；
設備維護方便，采用顆粒材料，且打印材料可循環(huán)使用，可有效降低運營成本；

△3D打印氮化硅渦輪（來源：升華三維）

升華三維作為中國金屬/陶瓷間接3D打印技術的開拓者，升華三維一直致力于先進陶瓷增材制造的推廣及應用。已從氮化硅原料、粘結劑選擇、燒結工藝適配等方面進行全面探索，目前已具備了氮化硅陶瓷復雜結構件制造能力，且性能優(yōu)異。可為氮化硅陶瓷制造提供完整的解決方案。

氮化硅優(yōu)勢顯現(xiàn)，航空航天或成重要應用領域

目前氮化硅陶瓷應用需求不斷擴大，數(shù)據(jù)顯示，2019年全球氮化硅陶瓷市場規(guī)模達到2.1億美元，同比上年增長5.5%，預計到2025年底市場規(guī)模將達到3.1億美元。其中航空航天中的應用占據(jù)最重要的地位，占需求總量的15%。

氮化硅在航空航天、高溫發(fā)動機等高科技領域的優(yōu)勢：

航空發(fā)動機領域：是發(fā)展高推重比航空發(fā)動機理想材料，有望取代高溫合金；
航天領域：可用于火箭發(fā)動機熱結構件、飛行器的熱防護系統(tǒng)等；
汽車工業(yè)領域：提高整車性能，減輕車身重量；
核電：可用于核電高溫部件及核燃料的包殼材料等。

△3D打印的氮化硅燃氣輪機漩渦葉片（來源：升華三維）

而氮化硅還在國防工業(yè)中發(fā)揮著極大的作用。利用氮化硅陶瓷的高硬度、高耐磨性可以制備陶瓷刀具、陶瓷軸承、防彈裝甲、閥門、耐磨襯里、密封環(huán)；其耐高溫性可以制備高溫陶瓷熱交換器、汽車尾氣過濾器、燃氣輪機高溫過流部件；其透明性可以應用在透明光管、導彈窗口上；其電絕緣性能和透微波性能可以用來做雷達天線罩等。

△3D打印氮化硅梯度結構天線罩（來源：升華三維）

此外，氮化硅優(yōu)秀的抗菌和抗病毒能力，以及其優(yōu)異的生物相容性，在醫(yī)療領域也備受關注。可適用于牙科、骨科和顱頜面植入物領域。

△3D打印氮化硅人工椎體（來源：升華三維）

先進陶瓷氮化硅迎來快速發(fā)展，前景可期

近年來我國高端制造業(yè)釋放出巨大活力，國防工業(yè)、航空航天等高端裝備領域迎來快速發(fā)展期，先進陶瓷氮化硅成為了許多國家競相發(fā)展的高科技材料，前景可期。氮化硅陶瓷的3D打印技術也將持續(xù)發(fā)展并完善，而隨著技術進步和成本的降低，會逐步滲透到更廣泛的應用領域。這將為氮化硅陶瓷市場帶來新的增長點。