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深圳升華三維科技有限公司
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在航天航空領域，氮化硅（Si3N4）與碳化硅（SiC）憑借其獨特性能成為高性能陶瓷材料的“雙子星”。氮化硅以輕量化、耐高溫和抗沖擊性見長，碳化硅則以高導熱性和抗輻射性能著稱。隨著升華三維粉末擠出3D打印技術（PEP技術）的突破，這兩種材料的應用邊界正被不斷拓寬，為航天器性能提升和成本優化帶來新機遇。
氮化硅的3D打印革新：從結構材料到功能器件
航空發動機核心部件的升級
氮化硅陶瓷葉片是航空發動機的關鍵部件，傳統制造工藝難以滿足復雜結構和高精度要求。升華三維的PEP技術通過顆粒熔融擠出成型，結合粉末冶金脫脂燒結工藝，成功制備出耐高溫、高耐磨的氮化硅渦輪葉片，在高溫燃燒環境中表現出卓越的熱穩定性，可替代傳統鎳基合金，使發動機熱效率提升15%以上。此外，PEP技術還可優化燃燒室與噴嘴的結構設計，通過拓撲優化形成樹形多級孔道，進一步提升熱防護性能。
▲PEP打印的氮化硅渦輪葉片樣品 ?升華三維
透波功能件的一體化制備
氮化硅陶瓷的高介電性能使其成為高超音速飛行器雷達罩的理想材料。傳統雙溶劑模板法雖能實現輕量化（孔隙率56%），但復雜結構的成型精度受限。PEP技術通過顆粒材料熔融擠出，可直接打印出具有梯度孔隙結構的雷達罩，電磁波傳輸效率提升至98%以上。例如，升華三維為某航天項目定制的氮化硅雷達罩，采用多孔晶格填充設計，在減輕重量30%的同時，仍保持優異的機械強度和透波性能。
▲氮化硅殼體結構燒結樣品 ?升華三維
碳化硅的3D打印突破：從微反應器到光學系統
微反應器的性能革新
碳化硅微反應器在航天化學反應系統中發揮關鍵作用。PEP技術憑借低溫成型與高溫燒結工藝，成功制備出高性能碳化硅微反應器，其耐高溫、抗腐蝕性能較傳統材質提升60%，反應效率從78%躍升至92%。此外，PEP技術制備的碳化硅微反應器可適用于深空探測器的燃料合成系統，實現資源循環利用的高效催化反應。
▲PEP一體化成型的碳化硅微反應器 ?升華三維
光學元件的大尺寸精密制造
碳化硅的高比剛度和熱穩定性使其成為空間光學反射鏡的首選材料。傳統膠態成型工藝難以實現復雜輕量化結構，而PEP技術結合反應燒結工藝，能制造出輕量結構一體化的大尺寸碳化硅反射鏡，解決了傳統工藝加工誤差大、成本高的問題。例如，中科院上海硅酸鹽研究所利用升華三維UPS-556系統，通過PEP技術打印出碳化硅光學元件，經拋光后處理，其力學性能接近傳統反應燒結水平。
▲PEP工藝制備的RBSC反射鏡 ?升華三維（左）&上硅所（右）
PEP技術的應用優勢與未來趨勢
工藝創新與成本優化
PEP技術采用“3D打印+粉末冶金”的間接成型方式，避免了激光燒結的高成本和復雜性。通過低溫成型和高溫燒結，熱應力管理更高效，產品性能一致性顯著提升。例如，碳化硅熱交換器采用PEP技術制造，重量減輕50%，使用壽命延長3倍，成本降低40%。此外，獨立雙噴嘴設計允許同時打印金屬和陶瓷材料，支持Si?N?-SiC復合陶瓷的開發，為航天發動機葉片等極端工況部件提供解決方案。
▲PEP一體化成型的碳化硅微反應器 ?升華三維
復合材料的協同發展
Si?N?-SiC復合陶瓷結合了氮化硅的韌性和碳化硅的硬度，可用于航天發動機葉片等極端工況部件。PEP技術通過雙噴嘴打印和反應燒結，可實現兩種材料的梯度復合，進一步提升抗裂性和耐高溫性能。例如，納米纖維增韌氮化硅的研究表明，其抗裂性可提升20%以上。
▲PEP獨立雙噴嘴的不同打印模式 ?升華三維
空間3D打印的探索
PEP技術的顆粒熔融擠出方式避免了微重力環境下粉體打印的潛在危害，為未來空間制造提供可能。例如，在空間站或深空探測器上，可利用PEP技術現場打印氮化硅密封件或碳化硅散熱模塊，減少地面發射重量和成本。
結語
升華三維的粉末擠出3D打印技術為氮化硅和碳化硅在航天領域的應用注入了新活力。通過工藝創新和智能化制造，這兩種材料正從單一結構材料向多功能器件拓展，推動航天器性能突破與成本優化。未來，隨著復合材料開發和空間制造技術的進步，氮化硅與碳化硅的“雙雄爭霸”將引領航天材料進入全新的復合化與智能化時代。
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