升华三维:用氮化硅陶瓷材料,迎接3D打印高端应用的“蓝海”

发布日期:2024-07-25
来源:升华三维市场部

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。

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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


升华三维作为一直专注于金属/陶瓷间接3D打印装备及材料研发生产增材制造企业。其中突出优势之一便是直击氮化硅材料传统制造的痛点,粉末挤出打印技术(PEP)采用氮化硅粉体适配粘结剂开发颗粒喂料,通过3D打印机制备成型,再经过粉末冶金的脱脂烧结工艺进行后处理,从而获得最终致密和性能优异的结构件。高性能氮化硅陶瓷复杂结构件提供更便捷的增材制造方法

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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)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;

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3D打印氮化硅涡轮(来源:升华三维)



升华三维作为中国金属/陶瓷间接3D打印技术的开拓者,升华三维一直致力于先进陶瓷增材制造的推广及应用。从氮化硅原料、粘结剂选择、烧结工艺适配等方面进行全面探索,目前已具备了氮化硅陶瓷复杂结构件制造能力,且性能优异可为氮化硅陶瓷制造提供完整的解决方案。

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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打印的氮化硅燃气轮机漩涡叶片(来源:升华三维)



氮化硅还在国防工业中发挥着极大的作用。利用氮化硅陶瓷的高硬度、高耐磨性可以制备陶瓷刀具、陶瓷轴承、防弹装甲、阀门、耐磨衬里、密封环;其耐高温性可以制备高温陶瓷热交换器、汽车尾气过滤器、燃气轮机高温过流部件;其透明性可以应用在透明光管、导弹窗口上;其电绝缘性能和透微波性能可以用来做雷达天线罩等。

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3D打印氮化硅梯度结构天线罩(来源:升华三维)



此外,氮化硅优秀的抗菌和抗病毒能力,以及其优异的生物相容性,在医疗领域也备受关注。可适用于牙科、骨科和颅颌面植入物领域。

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△3D打印氮化硅人工椎体(来源:升华三维)


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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3D打印多孔氮化硅TEM载网(来源:升华三维)


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。