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

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的增材制造企业。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。为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。

△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，可实现几何结构的高自由度设计，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；

△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。已从氮化硅原料、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。

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。

△3D打印的氮化硅燃气轮机漩涡叶片（来源：升华三维）

而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。

△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。

△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。

△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。