氮化硅（Si₃N₄）的维氏硬度高达HV1500-1800，在1200℃以上的极端环境中，是金属都自愧不如的关键结构材料。

但它的"硬"，既是优点也是诅咒——传统工艺几乎"打不出复杂形状，也加工不动"。而粉末挤出打印（PEP）技术，正在为氮化硅松绑。

氮化硅传统制造工艺的"三道锁"

在航空发动机燃烧室、核能装置热防护部件等极端环境（>1200℃）中，氮化硅凭借优异的高温力学稳定性、极强抗氧化性、低热膨胀系数及耐腐蚀性，成为金属材料无法替代的关键结构材料。

▲全球最大的整体式氮化硅陶瓷燃烧室兼喷嘴由日本三菱重工[MHI]为深空探测器开发，其出口直径达到了约280mm，长度约460mm，代表了目前宏观大尺寸制备的极限)。 ©《三菱重工业技术评论》

需求在持续攀升。据统计，2025年碳化硅和氮化硅复合材料在耐高温部件中的用量实现翻倍，市场潜力巨大。

但矛盾也在这里：性能越极端，制造越困难。

传统等静压成型结合机加工的制造模式，长期受限于工艺特性：

传统工艺的“三道锁”

• 第一道锁：复杂结构做不出。复杂内腔、晶格结构、异形曲面，传统工艺难以高效制备，严重制约工程化应用边界。

• 第二道锁：加工成本极高。氮化硅HV1500-1800的硬度，意味着刀具磨损快、加工周期长、良品率堪忧。

• 第三道锁：材料利用率低。大块料坯经大量切削，贵重的陶瓷粉体一半变切屑。

PEP的解法："低温成形+高温致密"

升华三维PEP技术以"低温成形+高温致密"的柔性路线，突破传统工艺瓶颈，实现氮化硅陶瓷高性能与复杂结构的双重兼顾。

关键一：拥有完善的密炼造粒设备和喂料开发配方。自主研发有UPGM-Si₃N₄喂料，基于蜡基体系构建，复合蜡基粘结剂对Si₃N₄原粉具有极高包覆率，有效避免挤出不均、生坯开裂。

▲UPGM-Si₃N₄打印喂料 ©升华三维

关键二：拥有全应用场景PEP打印设备矩阵。挤出动力学精准调控通过系统试验建立挤出速率与孔隙率的二次函数关系，实现孔隙率精准调控，兼顾生坯强度与脱脂烧结致密化效率。层厚、挤出直径等关键参数明确，为实际生产提供精确操作指引。

▲PEP打印氮化硅陶瓷的能力 ©升华三维

关键三：具备适配PEP工艺的系统化脱脂-烧结装备和性能优化数据库。二段式脱脂+高温烧结脱脂速率严格控制在0.8wt%/h以下，温和去除粘结剂，确保生坯尺寸稳定、无变形；在1750℃氮气气氛下，添加复合助剂促进β-Si₃N₄晶粒定向生长，进一步提升力学性能。通过热压烧结后的氮化硅陶瓷构件，性能十分出色，能在高温极端环境下稳定工作。

▲PEP打印氮化硅陶瓷应用样品及性能参数 ©升华三维

PEP的能力体现在哪里？

依托完整工艺链，可充分体现出PEP在制造氮化硅陶瓷的能力：

①大尺寸复杂构件：利用大尺寸UPS-556打印机可制备大尺寸氮化硅轻量化一体化叶轮，生坯密度达1.83g/cm³，成型精度高、无明显缺陷，可稳定承受高温、腐蚀、高速等严苛工况。

②精细多孔结构：可实现50μm孔径晶格结构的精准设计。制备的多孔氮化硅陶瓷，Weibull模数较传统泡沫陶瓷显著增强，结构稳定性与力学性能大幅提升，可用于精密装置热防护、高温过滤、生物植入等。

③后处理兼容性强：可直接接入传统氮化硅无压烧结工艺，无需对现有生产线大规模改造，降低企业升级成本。

PEP制造氮化硅的挑战与前景

PEP技术相对于DLP/SLS等陶瓷3D打印，在大尺寸成型、采购运营成本及材料复合打印能力均具有明显的市场化应用优势。如PEP设备搭载的独立双喷嘴系统，可制造"外层耐磨氮化硅陶瓷+内层高强金属"的复合结构，进一步拓展高端装备多材料协同服役场景。

▲PEP vs其他陶瓷3D打印

但行业仍面临挑战：大尺寸构件内应力梯度控制、结构性能一致性等问题，需结合原位表征与智能算法进一步优化。国内已有企业通过改性粉体和烧结工艺优化，将氮化硅烧结收缩率控制在0.5%以内，为规模化应用奠定基础。

▲升华三维3D打印设备矩阵

氮化硅的"硬度壁垒"，曾是应用的"制造壁垒"。PEP用一条低温成形的柔性路径，让这块硬骨头，拥有了更自由的设计