用氮化硅陶瓷材料，迎接3D打印高端應(yīng)用的“藍(lán)海”

氮化硅（Si3N4）是硅和氮的無機(jī)非金屬化合物，在一百五十多年前被國外科學(xué)家成功研制，20世紀(jì)50年代開始應(yīng)用，作為工程材料，到60年代受到重視。氮化硅作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有同其他金屬和材料更為優(yōu)越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高抗彎強(qiáng)度等性能，能夠被應(yīng)用于傳統(tǒng)材料所不能適應(yīng)匹配的高要求極端運(yùn)作環(huán)境，被認(rèn)為是zui具有應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一。 

氮化硅：新材料中耀眼的明珠
氮化硅是新材料領(lǐng)域中一顆耀眼的明珠，和常規(guī)材料相比，它具有巨大的優(yōu)勢：它是一種超硬物質(zhì)，密度小，本身具有潤滑性，并且耐磨損，除氫氟酸外，不與其他無機(jī)酸反應(yīng)，抗腐蝕能力強(qiáng)；高溫時也能抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。正是擁有如此優(yōu)異的特性，氮化硅被譽(yù)為是結(jié)構(gòu)陶瓷家族中綜合性能zui為優(yōu)良的一類，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、*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)，很難通過機(jī)械加工等減法成型方法成型，正因如此，陶瓷3D打印技術(shù)的推廣和應(yīng)用成為在整個3D打印行業(yè)中*吸引力的關(guān)注點(diǎn)。 

航空航天應(yīng)用快速增長，或成為zui重要的應(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規(guī)模達(dá)到2.1億美元，同比上年增長5.5%，預(yù)計到2025年底市場規(guī)模將達(dá)到3.1億美元。值得注意的是，隨著氮化硅陶瓷市場規(guī)模持續(xù)增長，氮化硅陶瓷3D打印在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷加大，從氮化硅下游行業(yè)需求占比來看，航空航天仍然占據(jù)zui重要的地位，占需求總量的15%。
氮化硅尤其在航空航天、高溫發(fā)動機(jī)等高科技領(lǐng)域具有優(yōu)勢。1）航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域：是發(fā)展高推重比航空發(fā)動機(jī)理想材料，有望取代高溫合金；2）航天領(lǐng)域：可用于火箭發(fā)動機(jī)熱結(jié)構(gòu)件、飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)等；3）汽車工業(yè)領(lǐng)域：提高整車性能，減輕車身重量；4）核電：可用于核電高溫部件及核燃料的包殼材料等；5）兵器：用于炮筒。
提起氮化硅在國家高端武器配備上的應(yīng)用，其實(shí)，它還在我國軍工建設(shè)中發(fā)揮著更大的作用，讓氮化硅這顆“明珠”更加璀璨耀眼。利用氮化硅結(jié)構(gòu)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、各種閥門、耐磨襯里、密封環(huán)；利用氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷的耐高溫性能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；利用氮化硅機(jī)構(gòu)陶瓷的透明性可以制備透明光管、導(dǎo)彈窗口材料；利用氮化硅功能陶瓷的電絕緣性能和透微波性能可以制備雷達(dá)天線罩等。
此外，由于其*的抗菌和抗病毒能力，以及其優(yōu)異的生物相容性，氮化硅在醫(yī)療領(lǐng)域也廣受歡迎。特別適用于牙科、骨科和顱頜面植入物領(lǐng)域。
PEP技術(shù)助力，輕松加工高致密陶瓷零部件
氮化硅雖然擁有眾多優(yōu)勢，但其本身的硬度高，脆性大，陶瓷樣件的加工上有較大的難度和局限。同時，一般的加工方式對于刀具磨損大，樣件易開裂，整個加工工藝復(fù)雜且代價高昂。
作為一家專注于金屬/陶瓷間接3D打印裝備及材料研發(fā)生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，升華三維的突出優(yōu)勢之一便是直擊氮化硅材料傳統(tǒng)加工制造的痛點(diǎn)，很好地規(guī)避了精密加工帶來的問題，為高致密陶瓷零部件加工用戶提供更穩(wěn)定的解決方案。通過獨(dú)有的粉末擠出打印技術(shù)（Powder Extrusion printing，PEP）加持，工程師可以自由設(shè)計復(fù)雜的樣件結(jié)構(gòu)，整個成形過程不需要磨具，降低了時間和生產(chǎn)成本，具有不可比擬的優(yōu)勢。
以3D打印氮化硅燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片為例。渦輪葉片是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中渦輪段的重要組成部件，其作為世界公認(rèn)zui難制備的部件，僅就工作環(huán)境而言，高溫、高速、高應(yīng)力和高腐蝕的工作環(huán)境就極為嚴(yán)苛，同時其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，對組織性能和加工質(zhì)量要求極高。

對此，升華三維擁有的氮化硅陶瓷3D打印技術(shù)為高性能燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的設(shè)計與制造開辟了新的工藝途徑，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從氮化硅原料、燒結(jié)助劑種類、燒結(jié)工藝等多方面探索提升產(chǎn)品質(zhì)量，克服了發(fā)動機(jī)在多行業(yè)應(yīng)用發(fā)展過程中對材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及應(yīng)用等方面提出的多種挑戰(zhàn)。
近年來我國高端制造業(yè)釋放出巨大活力，國防軍工、航空航天等高端裝備領(lǐng)域迎來快速發(fā)展期，高端裝備輕量化的先進(jìn)陶瓷材料氮化硅成為許多國家競相發(fā)展的高科技材料，前景可期。升華三維將加快科技研發(fā)與自主創(chuàng)新，通過3D打印出高精尖的陶瓷裝備與配件，幫助用戶提升高端裝備的研發(fā)速度，降低造價成本，為國防軍工、航天事業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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