碳化硅陶瓷是一種具有著高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、耐酸堿腐蝕特性的材料，它在使用的過程中能夠很好地適應(yīng)外界的環(huán)境，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是最佳的防腐蝕換熱材料。普通陶瓷材料在1200~1400℃時(shí)強(qiáng)度將顯著下降，而碳化硅陶瓷在1400℃時(shí)抗彎強(qiáng)度仍保持在500~600MPa的較高水平，其工作溫度可達(dá)1600~1700攝氏度，且不會(huì)被融化損傷，穩(wěn)定性強(qiáng)；高導(dǎo)熱性、超高溫穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定。碳化硅陶瓷在化工換熱應(yīng)用尤為突出。
碳化硅陶瓷具有著全面的抗氧化的能力以及抗腐蝕的能力，是公認(rèn)的化工防腐領(lǐng)域“夢想型”換熱材料，同時(shí)還具備了較高的絕緣性能。相比傳統(tǒng)的石墨、氟塑料、貴金屬、搪玻璃等換熱材料，其換熱效率和使用壽命等具有明顯的競爭優(yōu)勢，特別是在一些復(fù)合強(qiáng)酸環(huán)境下，其超強(qiáng)的抗腐蝕能力更是具有不可替代性，對(duì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的裝備和工藝提升發(fā)揮著越來越重要的作用。
碳化硅陶瓷換熱器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：- 碳化硅陶瓷換熱器的使用方法直接、簡單、快捷、高效、環(huán)保、節(jié)能。不需摻冷風(fēng)及高溫保護(hù)，維修成本低，無需對(duì)其進(jìn)行任何操作。適用于各種環(huán)境的燃?xì)夤I(yè)窯爐的余熱回收利用，尤其解決了各種高溫工業(yè)窯爐余熱溫度過高無法利用的難題；
- 國家要求陶瓷換熱器溫度≥1000℃，由于它耐高溫，所以就可以放在高溫區(qū)域，溫度越高，換熱效果越好，節(jié)能越多；
- 適應(yīng)性強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、高溫強(qiáng)度高、抗氧化性能好、熱震性能穩(wěn)定、使用壽命長。
隨著國家更多節(jié)能減排政策的出臺(tái)，以及化工、冶金等工業(yè)的加速升級(jí)發(fā)展。傳統(tǒng)陶瓷的成型工藝已經(jīng)很難滿足新工藝、新產(chǎn)品、新市場的應(yīng)用趨勢。傳統(tǒng)陶瓷成型工藝都需要借助模具才能制備出具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷制品，流程耗時(shí)長、成本高。而相比于傳統(tǒng)的成型技術(shù)，3D打印陶瓷技術(shù)具有智能、無模、精密、高復(fù)雜度的制造能力，它能夠完成傳統(tǒng)工藝不可能完成的制造。
▲傳統(tǒng)陶瓷成型與3D打印成型工藝特性對(duì)比
碳化硅陶瓷制備同時(shí)也是特種陶瓷3D打印技術(shù)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。因?yàn)樘蓟杼沾刹牧显诔尚瓦^程中會(huì)出現(xiàn)缺陷，比如氣孔、裂紋、不均一性等，成型陶瓷器件難以抵抗脆性斷裂，極大地限制了其機(jī)械性能。而復(fù)雜幾何形狀的碳化硅陶瓷構(gòu)件往往難以用傳統(tǒng)的加工技術(shù)制造，這在很大程度上制約了復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷的應(yīng)用。
從碳化硅陶瓷的素坯成型工藝入手，并結(jié)合適宜的燒結(jié)工藝，使燒成的碳化硅陶瓷毛坯達(dá)到近凈成型，以減少后續(xù)加工量，并保證產(chǎn)品性能滿足使用要求，這將成為復(fù)雜結(jié)構(gòu)碳化硅陶瓷制備工藝的主要研究方向。升華三維通過自創(chuàng)的粉末擠出打印技術(shù)（PEP）結(jié)合反應(yīng)燒結(jié)工藝，已實(shí)現(xiàn)了碳化硅熱交換板/塊等的無模一體化制造。這為實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷熱交換部件的近尺寸、輕量化、一體化制備提供了新途徑。
▲3D打印碳化硅熱交換板/塊（來源：升華三維）
PEP技術(shù)是由升華三維推出的“3D打印+粉末冶金”相結(jié)合的金屬／陶瓷間接3D打印工藝，具有低溫成型，高溫成性的特性。該工藝合理避開了以激光為能量源的3D打印，采用顆粒熔融擠出成型方式，其擠壓噴頭系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，更好地縮減了投入成本。通過先打印生坯，然后再經(jīng)過成熟的粉末冶金脫脂和燒結(jié)工藝，得到結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的碳化硅結(jié)構(gòu)件。在碳化硅熱管理器件的制備上，升華三維利用PEP技術(shù)的優(yōu)勢，基于自主研發(fā)的碳化碳顆粒材料UPGM-SiC，采用3D打印方式實(shí)現(xiàn)了碳化硅熱交換器結(jié)構(gòu)件的輕量化、一體化設(shè)計(jì)成型，打印出具有一定強(qiáng)度和密度的生坯。再結(jié)合陶瓷注射成型的脫脂及反應(yīng)燒結(jié)工藝，得到了機(jī)械性能穩(wěn)定、近凈尺寸的構(gòu)件。其重量實(shí)現(xiàn)了大幅度降低、使用過程中不變形、燃?xì)獾南牧繙p小、使用壽命延長等。此外PEP打印工藝可以更合理地優(yōu)化熱交換器結(jié)構(gòu)，從而解決其常見的熱補(bǔ)償和氣體密封問題。可顯著提高節(jié)能效果，進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力。
▲反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷性能參數(shù)（來源：升華三維）
碳化硅熱交換部件，具有高強(qiáng)度、耐高溫、高導(dǎo)熱和全面的耐酸堿腐蝕特性，可以作為石墨、不銹鋼、金屬鉭、哈氏合金、氟塑料和其他傳統(tǒng)材料的絕佳替代品，其優(yōu)良的熱交換效率可滿足節(jié)能減排和環(huán)保的迫切需求。是化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)中高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、高磨損極端環(huán)境換熱應(yīng)用的最佳選擇和必然趨勢。
升華三維作為中國金屬·陶瓷間接3D打印技術(shù)的開拓者和領(lǐng)航者，現(xiàn)已具備了碳化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件制備能力，并朝著更多應(yīng)用領(lǐng)域積極探索。公司已建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的陶瓷3D打印前后處理工藝流程，涵蓋了材料開發(fā)、打印材料密煉造粒機(jī)、3D打印機(jī)、脫脂燒結(jié)爐等全工藝鏈設(shè)備，面向應(yīng)用市場提供高性能間接3D打印整體解決方案及打印服務(wù)。
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