碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、导热性、抗氧化性及优异的高温力学性能等优点。不仅在传统工业领域获得了广泛应用，而且在半导体、核能、国防及空间技术等高科技领域的应用也在不断拓展，应用前景十分广阔。
▲碳化硅陶瓷应用领域
碳化硅陶瓷的主要制备工艺及应用方向
碳化硅陶瓷在粉末的制备技术方面：溶胶－凝胶法、化学气相法和高温自蔓燃法合成三足鼎立；而在传统成形技术方面：热等静压、注浆成形、挤压和注射成型得到了广泛应用。
▲碳化硅陶瓷制备的主要步骤
碳化硅是强共价键结合的化合物，烧结时的扩散速率相当低，导致其烧结致密化难度大，为此发展出了多种碳化硅的烧结制备技术。目前，较为成熟的工业化生产碳化硅陶瓷材料的主要方式有反应烧结、常压烧结和重结晶烧结、热压烧结、热等静压烧结。此外，放电等离子烧结、闪烧、振荡压力烧结等新型烧结技术也得到了研究与发展。用到较多的为反应烧结、常压烧结和重结晶烧结三种烧结技术，其所制备的碳化硅显微结构和性能及应用领域也有不同。
不同烧结工艺制备的碳化硅陶瓷特点及应用方向：
反应烧结的烧结温度低，生产成本低，制备的产品收缩率极小，致密化程度高，适合大尺寸复杂形状结构件的制备，反应烧结碳化硅多用于高温窑具、喷火嘴、热交换器、光学反射镜等方面。
常压烧结的优势在于生产成本低，对产品的形状尺寸没有限制， 制备的产品致密度高，显微结构均匀，材料综合性能优异，所以更适合制备精密结构件，如各类机械泵中的密封件、滑动轴承及防弹装甲、光学反射镜、半导体晶圆夹具等。
重结晶碳化硅拥有纯净的晶相，不含杂质，且有较高的孔隙率、优异的导热性和抗热震性，是高温窑具、热交换器或燃烧喷嘴的理想候选材料。
PEP制备碳化硅陶瓷的特点及工艺优势
而相比于传统的成型技术，3D打印技术具有智能、无模、精密、高复杂度的制造能力，它能够完成传统工艺不可能完成的制造。而碳化物陶瓷没有熔点，如碳化硅会在高温下氧化成二氧化硅，或者是其他的气体、激光的作用下直接分解，导致无法直接3D打印，需打印出一个素坯再去烧结。
▲升华三维PEP工艺流程示意图
升华三维通过独创的粉末挤出打印技术（PEP）实现碳化硅陶瓷的近净尺寸制备，且性能可达到甚至超越铸造工艺。PEP技术是一种“3D打印+粉末冶金”相结合的金属／陶瓷间接3D打印工艺，其合理避开了以激光为能量源的3D打印，采用颗粒熔融挤出成型方式。通过先打印生坯，然后再经过合理的烧结等工艺，得到性能优良的碳化硅结构件。
PEP的优势主要体现在：
采用打印与烧结分开的工艺模式，打印设备利用了螺杆挤出系统，不需要昂贵的高能量激光器件，能极大地减少3D打印设备投入成本。
PEP具有低温成型、高温成性的特性，可规避碳化硅陶瓷在制备过程中会出现比如气孔、裂纹、不均一性等缺陷，能很大程度上实现高自由度结构的碳化硅陶瓷产品制造及应用。
PEP对主流的反应烧结、常压烧结和重结晶烧结技术均具有高适配性，可充分利用原有工艺的脱脂烧结设备，节省工艺投入成本的同时，帮助传统产业用户快速实现增材制造的转型升级。
相比传统注射成型工艺，充分发挥了3D打印的优势，实现碳化硅陶瓷的快速制备，可加快产品的开发与商业化时间。
采用颗粒材料、无粉尘、不含有害物质，生坯可生新造料循环再使用，有效利用率高。
▲3D打印常压烧结碳化硅样品 © 升华三维
PEP工艺制备碳化硅陶瓷的发展方向及前景
PEP技术在制备碳化硅陶瓷方面具有显著的优势，但同时随着碳化硅应用领域的不断扩展，对PEP工艺也提出更多挑战。在碳化硅陶瓷制造中的发展方向主要包括：
材料创新：基于PEP工艺对材料的高适配性，快速开发新型碳化硅基复合材料，提高复合材料的力学性能和稳定性，助力科研型客户的新材料新技术开发；
装备研发：研究和开发更高效、更大尺寸的PEP打印设备，以满足航空航天、核工业等领域对大型复杂结构部件的需求；
工艺优化：通过材料应用的深入、不断优化打印参数和后处理工艺，提高碳化硅陶瓷部件的精度、表面质量和力学性能；
应用拓展：深化PEP技术在现有如空间反射镜、高温炉具、热交换器、晶圆载具等应用，继续深挖在空间技术、核工业、国防、光伏半导体等领域的应用。
▲3D打印反应烧结碳化硅样品（来源：升华三维）
随着工业4.0和智能制造的发展，对高性能陶瓷材料的需求不断增长，特别是在航空航天、国防、新能源和半导体等领域。而随着研究的深入和技术的成熟，PEP技术在碳化硅陶瓷制造中的应用将更加广泛，能够制造出更多复杂形状和高性能的部件。PEP技术具成本效益优势，能够缩短生产周期，降低生产成本，具有更高的材料利用率和更低的能耗，符合环保和可持续发展的趋势。
▲上海硅酸盐研究所采用PEP工艺制备的大尺寸、轻量一体化碳化硅元件
升华三维现已建成完整的粉末挤出3D打印工艺链，支持从材料配方开发、打印设备定制、到脱脂烧结工艺灵活适配的解决方案，在碳化硅陶瓷制造中具有广阔的发展前景，有望成为推动新材料发展和制造业创新的重要力量。