氮化硅(Si3N4)是硅和氮的无机非金属化合物,具有优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨性、高抗弯强度、高冷热冲击等性能,能够被应用于高要求的极端运作环境中,被认为是最具有应用前景的高温结构陶瓷材料之一。常常用来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
氮化硅的这些性能足以与高温合金相媲美。但作为高温结构材料,它也存在抗机械冲击强度低,容易发生脆性断裂等缺点,在加工上有较大的难度和局限。同时,一般的减材加工方式对于刀具磨损大,样件易开裂,整个加工工艺复杂且代价高昂。正因如此,氮化硅陶瓷3D打印的推广和应用有望成为整个增材行业中极具吸引力的关注点。
PEP技术助力高性能氮化硅结构陶瓷制造
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△升华三维氮化硅陶瓷颗粒材料及3D打印设备UPS-556
PEP工艺制备陶瓷的优势主要体现在:
采用了3D打印与陶瓷注射成型(CIM)相结合的工艺,可实现几何结的高自由度设计,且无需模具,可降低开发和生产成本; 具有低温成型、高温成性的特性,可获得性能一致且致密的优良产品;
相比传统粉末冶金工艺,可以大大加快产品的开发与商业化时间,极大地缩短制造周期;
打印设备结构原理简单,不需要昂贵的高能量激光设备,整体工艺可充分利用粉末冶金的前后处理设备,极大地减少了投入成本;
设备维护方便,采用颗粒材料,且打印材料可循环使用,可有效降低运营成本;
氮化硅优势显现,航空航天或成重要应用领域
目前氮化硅陶瓷应用需求不断扩大,数据显示,2019年全球氮化硅陶瓷市场规模达到2.1亿美元,同比上年增长5.5%,预计到2025年底市场规模将达到3.1亿美元。其中航空航天中的应用占据最重要的地位,占需求总量的15%。
氮化硅在航空航天、高温发动机等高科技领域的优势:
航空发动机领域:是发展高推重比航空发动机理想材料,有望取代高温合金;
航天领域:可用于火箭发动机热结构件、飞行器的热防护系统等;
汽车工业领域:提高整车性能,减轻车身重量;
核电:可用于核电高温部件及核燃料的包壳材料等。
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△3D打印氮化硅梯度结构天线罩(来源:升华三维)
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先进陶瓷氮化硅迎来快速发展,前景可期
近年来我国高端制造业释放出巨大活力,国防工业、航空航天等高端装备领域迎来快速发展期,先进陶瓷氮化硅成为了许多国家竞相发展的高科技材料,前景可期。氮化硅陶瓷的3D打印技术也将持续发展并完善,而随着技术进步和成本的降低,会逐步渗透到更广泛的应用领域。这将为氮化硅陶瓷市场带来新的增长点。
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升华三维也将顺应时代发展,进一步加快研发创新,通过自身技术优势制备出高要求的氮化硅产品,帮助用户提升高端装备的研发速度,降低制造成本,迎接3D打印高端应用的“蓝海”,为国防、航天等事业发展做出贡献。