碳化硅(silicon carbide,SiC)陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、高比模量和比强度等优良性能，在各类新应用场景的需求正在逐渐增多，例如核工业领域的大尺寸复杂形状 SiC 陶瓷核反应堆芯；集成电路制造关键装备光刻机的 SiC 陶瓷工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等；新能源锂电池生产配套的中高端精密 SiC 陶瓷结构件；光伏行业生产用扩散炉配套高端精密 SiC 陶瓷结构件和电子半导体高端芯片生产制程用精密高纯 SiC 陶瓷结构件。

但是由于 SiC 是 Si-C 键很强的共价键化合物，硬度仅次于金刚石，具有极高的硬度和显著的脆性，精密加工难度大。因此，大尺寸、复杂异形中空结构精密 SiC 结构件的制备难度较高，限制了 SiC 陶瓷在诸如集成电路这类的高端装备制造领域中的广泛应用，而增材制造(additive manufacturing,AM)技术无需模具，采用逐层叠加制造的原理，理论上可整体成形任意复杂结构，是实现复杂陶瓷构件整体化、轻量化、复杂化成形的有效途径，可以有效解决这一难题。艾邦建有3D打印陶瓷微信群，欢迎3D打印陶瓷材料、设备、加工、下游应用等产业链上下游企业加入。长按下方二维码，关注公众号，通过底部菜单“微信群”即可加入：

一、SiC 陶瓷增材制造的工艺技术

1、SiC 陶瓷增材制造工艺

SiC 陶瓷增材制造工艺的原料可以分为粉末、浆料/膏体、丝材、片材等。粉末成形工艺包括激光选区烧结(selective laser sintering,SLS)和三维喷印(three-dimensional printing,3DP)；浆料/膏体成形工艺包括光固化(stereolithography,SL)和墨水直写成形(direct ink writing,DIW)；丝材增材成形工艺一般指熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM)；片材增材成形工艺一般指薄材叠层成形(laminated object manufacturing,LOM)。

图 SiC陶瓷增材制造工艺种类

目前，基于增材制造的 SiC 复杂构件整体成形工艺通常包括以下步骤：首先，设计并制备增材适应性原料，包括粉末、浆料/膏体、丝材和片材等；然后，通过增材制造工艺成形得到具有复杂结构的 SiC 陶瓷坯体；再对 SiC 陶瓷坯体进行碳化处理得到SiC陶瓷预制体；最后，对 SiC 陶瓷预制体进行烧结(包括反应烧结、化学气相渗透、先驱体浸渍裂解等)，得到最终的 SiC 陶瓷制品。

2、SiC 陶瓷增材制造难点

• 增材制造成形 SiC 陶瓷构件的精度和力学性能与传统工艺相比仍存在一定差距；
• 大型一体化(米级尺寸)或小型精细化(微米级精度) SiC 构件的增材制造仍存在一定技术难题；
• 增材制造工艺与材料间的内在联系尚不明确，如何通过工艺调控实现材料形状、性能的协同控制仍是当前亟待解决的问题;
• SiC 陶瓷构件增材制造还未建立完整的工艺和评价标准，工业化应用推广仍存在一定难度。

3、SiC 增材制造后处理工艺

二、增材制造SiC陶瓷的应用

1、光刻机用精密SiC陶瓷部件

2、空间反射镜

3、航空发动机叶片

2024年6月21日

深圳·深圳观澜格兰云天国际酒店

主办单位：艾邦智造

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原文始发于微信公众号（陶瓷科技视野）：碳化硅陶瓷的3D打印技术及其应用