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氮化硅（Si3N4）是硅和氮的無機(jī)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(qiáng)度、高冷熱沖擊等性能，能夠被應(yīng)用于高要求的極端運(yùn)作環(huán)境中，被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一。常常用來制造軸承、氣輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)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(jié)構(gòu)材料，它也存在抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度低，容易發(fā)生脆性斷裂等缺點(diǎn)，在加工上有較大的難度和局限。同時(shí)，一般的減材加工方式對(duì)于刀具磨損大，樣件易開裂，整個(gè)加工工藝復(fù)雜且代價(jià)高昂。正因如此，氮化硅陶瓷3D打印的推廣和應(yīng)用有望成為整個(gè)增材行業(yè)中極具吸引力的關(guān)注點(diǎn)。

PEP技術(shù)助力高性能氮化硅結(jié)構(gòu)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(shì)之一便是直擊氮化硅材料傳統(tǒng)制造的痛點(diǎn)，粉末擠出打印技術(shù)（PEP）采用氮化硅粉體適配粘結(jié)劑開發(fā)顆粒喂料，通過3D打印機(jī)制備成型，再經(jīng)過粉末冶金的脫脂燒結(jié)工藝進(jìn)行后處理，從而獲得最終致密和性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)件。為高性能氮化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(shè)備UPS-556

PEP工藝制備陶瓷的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

• 采用了3D打印與陶瓷注射成型（CIM）相結(jié)合的工藝，可實(shí)現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)的高自由度設(shè)計(jì)，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(shí)間，極大地縮短制造周期；

• 打印設(shè)備結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，不需要昂貴的高能量激光設(shè)備，整體工藝可充分利用粉末冶金的前后處理設(shè)備，極大地減少了投入成本；

• 設(shè)備維護(hù)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(yùn)營(yíng)成本；

△3D打印氮化硅渦輪（來源：升華三維）

升華三維作為中國(guó)金屬/陶瓷間接3D打印技術(shù)的開拓者，升華三維一直致力于先進(jìn)陶瓷增材制造的推廣及應(yīng)用。已從氮化硅原料、粘結(jié)劑選擇、燒結(jié)工藝適配等方面進(jìn)行全面探索，目前已具備了氮化硅陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造能力，且性能優(yōu)異?？蔀榈杼沾芍圃焯峁┩暾慕鉀Q方案。

氮化硅優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，航空航天或成重要應(yīng)用領(lǐng)域

目前氮化硅陶瓷應(yīng)用需求不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)顯示，2019年全球氮化硅陶瓷市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到2.1億美元，同比上年增長(zhǎng)5.5%，預(yù)計(jì)到2025年底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3.1億美元。其中航空航天中的應(yīng)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(dòng)機(jī)等高科技領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)：

• 航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域：是發(fā)展高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)理想材料，有望取代高溫合金；

• 航天領(lǐng)域：可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱結(jié)構(gòu)件、飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)等；

• 汽車工業(yè)領(lǐng)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?xì)廨啓C(jī)漩渦葉片（來源：升華三維）

而氮化硅還在國(guó)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?xì)廨啓C(jī)高溫過流部件；其透明性可以應(yīng)用在透明光管、導(dǎo)彈窗口上；其電絕緣性能和透微波性能可以用來做雷達(dá)天線罩等。

△3D打印氮化硅梯度結(jié)構(gòu)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(lǐng)域也備受關(guān)注。可適用于牙科、骨科和顱頜面植入物領(lǐng)域。

△3D打印氮化硅人工椎體（來源：升華三維）

先進(jìn)陶瓷氮化硅迎來快速發(fā)展，前景可期

近年來我國(guó)高端制造業(yè)釋放出巨大活力，國(guó)防工業(yè)、航空航天等高端裝備領(lǐng)域迎來快速發(fā)展期，先進(jìn)陶瓷氮化硅成為了許多國(guó)家競(jìng)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(shù)也將持續(xù)發(fā)展并完善，而隨著技術(shù)進(jìn)步和成本的降低，會(huì)逐步滲透到更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。這將為氮化硅陶瓷市場(chǎng)帶來新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

△3D打印多孔氮化硅TEM載網(wǎng)（來源：升華三維）

升華三維也將順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，進(jìn)一步加快研發(fā)創(chuàng)新，通過自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)制備出高要求的氮化硅產(chǎn)品，幫助用戶提升高端裝備的研發(fā)速度，降低制造成本，迎接3D打印高端應(yīng)用的“藍(lán)?！保瑸閲?guó)防、航天等事業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。