深圳升華三維科技有限公司
已認證
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氮化硅(Si3N4)是硅和氮的無機非金屬化合物,具有優越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高抗彎強度、高冷熱沖擊等性能,能夠被應用于高要求的極端運作環境中,被認為是最具有應用前景的高溫結構陶瓷材料之一。常常用來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環、永久性模具等機械構件。
氮化硅的這些性能足以與高溫合金相媲美。但作為高溫結構材料,它也存在抗機械沖擊強度低,容易發生脆性斷裂等缺點,在加工上有較大的難度和局限。同時,一般的減材加工方式對于刀具磨損大,樣件易開裂,整個加工工藝復雜且代價高昂。正因如此,氮化硅陶瓷3D打印的推廣和應用有望成為整個增材行業中極具吸引力的關注點。
PEP技術助力高性能氮化硅結構陶瓷制造
升華三維作為一直專注于金屬/陶瓷間接3D打印裝備及材料研發生產的增材制造企業。其中突出優勢之一便是直擊氮化硅材料傳統制造的痛點,粉末擠出打印技術(PEP)采用氮化硅粉體適配粘結劑開發顆粒喂料,通過3D打印機制備成型,再經過粉末冶金的脫脂燒結工藝進行后處理,從而獲得最終致密和性能優異的結構件。為高性能氮化硅陶瓷復雜結構件提供更便捷的增材制造方法。
△升華三維氮化硅陶瓷顆粒材料及3D打印設備UPS-556
PEP工藝制備陶瓷的優勢主要體現在:
采用了3D打印與陶瓷注射成型(CIM)相結合的工藝,可實現幾何結構的高自由度設計,且無需模具,可降低開發和生產成本;
具有低溫成型、高溫成性的特性,可獲得性能一致且致密的優良產品;
相比傳統粉末冶金工藝,可以大大加快產品的開發與商業化時間,極大地縮短制造周期;
打印設備結構原理簡單,不需要昂貴的高能量激光設備,整體工藝可充分利用粉末冶金的前后處理設備,極大地減少了投入成本;
設備維護方便,采用顆粒材料,且打印材料可循環使用,可有效降低運營成本;
△3D打印氮化硅渦輪(來源:升華三維)
升華三維作為中國金屬/陶瓷間接3D打印技術的開拓者,升華三維一直致力于先進陶瓷增材制造的推廣及應用。已從氮化硅原料、粘結劑選擇、燒結工藝適配等方面進行全面探索,目前已具備了氮化硅陶瓷復雜結構件制造能力,且性能優異。可為氮化硅陶瓷制造提供完整的解決方案。
氮化硅優勢顯現,航空航天或成重要應用領域
目前氮化硅陶瓷應用需求不斷擴大,數據顯示,2019年全球氮化硅陶瓷市場規模達到2.1億美元,同比上年增長5.5%,預計到2025年底市場規模將達到3.1億美元。其中航空航天中的應用占據最重要的地位,占需求總量的15%。
氮化硅在航空航天、高溫發動機等高科技領域的優勢:
航空發動機領域:是發展高推重比航空發動機理想材料,有望取代高溫合金;
航天領域:可用于火箭發動機熱結構件、飛行器的熱防護系統等;
汽車工業領域:提高整車性能,減輕車身重量;
核電:可用于核電高溫部件及核燃料的包殼材料等。
△3D打印的氮化硅燃氣輪機漩渦葉片(來源:升華三維)
而氮化硅還在國防工業中發揮著極大的作用。利用氮化硅陶瓷的高硬度、高耐磨性可以制備陶瓷刀具、陶瓷軸承、防彈裝甲、閥門、耐磨襯里、密封環;其耐高溫性可以制備高溫陶瓷熱交換器、汽車尾氣過濾器、燃氣輪機高溫過流部件;其透明性可以應用在透明光管、導彈窗口上;其電絕緣性能和透微波性能可以用來做雷達天線罩等。
△3D打印氮化硅梯度結構天線罩(來源:升華三維)
此外,氮化硅優秀的抗菌和抗病毒能力,以及其優異的生物相容性,在醫療領域也備受關注。可適用于牙科、骨科和顱頜面植入物領域。
△3D打印氮化硅人工椎體(來源:升華三維)
先進陶瓷氮化硅迎來快速發展,前景可期
近年來我國高端制造業釋放出巨大活力,國防工業、航空航天等高端裝備領域迎來快速發展期,先進陶瓷氮化硅成為了許多國家競相發展的高科技材料,前景可期。氮化硅陶瓷的3D打印技術也將持續發展并完善,而隨著技術進步和成本的降低,會逐步滲透到更廣泛的應用領域。這將為氮化硅陶瓷市場帶來新的增長點。
△3D打印多孔氮化硅TEM載網(來源:升華三維)
升華三維也將順應時代發展,進一步加快研發創新,通過自身技術優勢制備出高要求的氮化硅產品,幫助用戶提升高端裝備的研發速度,降低制造成本,迎接3D打印高端應用的“藍海”,為國防、航天等事業發展做出貢獻。
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