您是否正在考虑在下一个 3D 打印项目中使用碳化硅？碳化硅陶瓷凭借其卓越的热性能和机械性能，正在彻底改变层压技术。
这篇综合性文章将提供有关碳化硅 3D 打印的所有信息，涵盖从实际应用到购买注意事项的基本技术。
碳化硅 ：基本属性和特征
我们将首先了解碳化硅作为工程材料的重要性。然后，我们将讨论3D打印的不同方面。
碳化硅陶瓷的主要性能
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优异的硬度： 碳化硅碳化硅 硬度为9.5，几乎相当于钻石的硬度10。这种硬度使其成为理想的切削工具和磨料。
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耐高温： 碳化硅可承受极高的温度而不会熔化。 碳化硅的熔化温度 为2700°C，适合在极高的温度下使用。
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热导率： 目前，碳化硅作为半导体的使用正在增加。这是因为 高SiC热导率 碳化硅，即120-270W/M。
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化学稳定性： 它能抵抗大多数酸、碱和盐的侵蚀。良好的化学稳定性对于其作为化学加工设备的应用至关重要。
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低热膨胀： SiC的热膨胀系数（4.0×10^-6/K）非常低，即使温度变化也能保持其形状。
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密度： 这 SiC密度 通常为3.1至3.2 g/cm3，比许多金属轻，但保持强度。
晶体结构和形态
碳化硅晶体 结构包括200多种形式（多型）。最常见的是：
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α型SiC： 六方晶的晶体结构最稳定，是工业上最常用的。
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β型SiC：。 β型碳化硅在低于1700°C的温度下形成。其晶体结构与钻石相似。β型碳化硅的商业用途相对较少。
这 SiC结构 晶体结构直接影响材料的机械和电气性能。晶体结构的不同会给特定的应用带来各种优势。
碳化硅陶瓷 3D打印 方法
一些 3D打印陶瓷 用于开发SiC基陶瓷的技术有很多，每种方法都有其优点和局限性。
SiC立体光刻技术（SLA）
该工艺使用光固化树脂和SiC粉末的混合物。步骤如下：
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创建 SiC 粉末和感光聚合物的混合物
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使用激光固化树脂并为每一层构建形状
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通过加热去除聚合物
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高温加热（1400-2000°C）以制造最终的陶瓷部件
SLA 可提供光滑的表面和精细的细节。然而，其组件的密度和最终质量存在问题。
化学气相渗透（CVI）集成
采用粘结剂喷射打印与化学气相渗透法相结合的先进技术，制备出高纯度全晶体SiC。该材料热导率达37W/(m·K)，抗弯强度达297MPa，最高工作温度达1000℃，可为高温应用提供优质的核级材料。
粘合剂喷射 （适用于碳化硅）
该技术的工作原理
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铺一层薄薄的碳化硅粉
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将粘合剂添加到选定的粉末部分
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重复此操作以创建完整的零件
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通过加热后处理去除粘合剂并增强零件
粘合剂喷射技术可以实现更快的生产速度和更优异的成型效果。但是，与其他方法相比，它可能导致零件密度较低。
反应耦合碳化硅（RBSiC）
我们采用先进的粉末床技术，制造出硬度接近金刚石的SiC反应结合硅渗透件。该工艺可制造底切和空心部件，最高工作温度超过1400°C，但残留硅仍然是一个难题。
SiC 直接墨水照明 (DIW)
此方法使用以下内容：
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可控制流动特性的糊状碳化硅“墨水”
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直接通过喷嘴挤压，每层形成结构
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小心干燥以保持形状
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高温加热以获得最终性能
DIW 的材料浪费很少，但是对于非常精细的形状的形成却有限制。
SiC 熔丝制造 (FFF)
一种突破性的方法，使用填充有 67.6% SiC 的线材，在标准 FFF 打印机上运行。该方法仅需 0.6 毫米硬化钢喷嘴，可像普通 PLA 材料一样打印，烧结后可生成 100% 陶瓷。陶瓷部件密度为 1.9 g/cc，可使用任何开放式架构打印机生产。
SiC选择性激光烧结（SLS）
该方法涉及
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铺一层薄薄的碳化硅粉
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使用高功率激光熔化选定区域
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逐层构建零件
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后处理以提高密度和表面光洁度
SLS 可以制造复杂的形状。然而，它很难实现陶瓷部件的完全致密化。
SiC陶瓷3D打印挑战
3D打印方法取得了重大进展 碳化硅陶瓷 最近。它仍然有一些局限性。
技术挑战
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全密度成就： 这是主要挑战之一。大多数 SiC 器件需要额外加工才能达到所需的密度。目前 SiC 3D打印 该方法无需额外处理即可达到95-98%的理论密度。这会导致结构的机械性能较差。
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收缩控制： 影响收缩的因素包括温度、压力、颗粒大小和冷却速度。收缩会导致难以保持尺寸精度。一般收缩率为15%至20%。
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表面粗糙度： 表面粗糙度是另一个挑战。粗糙的表面通常需要额外的精加工才能使其变得光滑。
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内部缺陷： 在印刷和加热过程中，产品会出现裂纹和孔隙，这些缺陷会削弱整体结构。
材料挑战
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粉末特性：。 SiC粉末的质量取决于粒度、分布和纯度。这些因素极大地影响着打印质量和最终性能。
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粘合剂相容性：。 粘合剂是将陶瓷粉末粘合在一起的胶水。很难找到与碳化硅粉末兼容的粘合剂。
碳化硅3D打印的最新进展
研发持续改进 SiC 3D打印 功能：
复合加工：。 通过将3D打印与传统加工方法相结合，我们可以获得出色的效果。例如，我们可以先用3D打印创建初始形状，然后通过热压实现近乎完美的密度。
新混合物：。 研究人员使用各种化学品来改善打印和加热性能。一些成分含有可降低所需处理温度的添加剂。
多材料打印：。 通过实验，现在可以用其他陶瓷打印 SiC，包括 氧化铝3D打印 复合材料和金属。它能够混合具有定制属性的结构，以满足特定应用的需求。
工业应用和市场趋势
3D打印碳化硅 正在扩张 多个行业:
航空航天和国防
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飞机发动机的轻质高温部件
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航天器隔热罩
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火箭喷管复合冷却通道
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高耐热雷达传输结构
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拓扑优化的组件减轻了质量并提高了性能
反应堆技术
3D打印碳化硅 (SiC) 技术将粘合剂喷射打印与CVI技术相结合，用于TRISO燃料颗粒的封装，并可用作转型挑战反应堆的燃料基质。该应用表现出优异的抗中子辐照性能，最高可达2.3 dpa，且强度不会降低。
高功率电子应用
3D打印导电SiC陶瓷可应用于需要高效散热的结构电极和电气元件。由于其宽带隙特性，这些材料在600°C以上仍能保持电气可靠性。
半导体制造
耐磨性、纯度和热性能使碳化硅成为一种良好的半导体。在 半导体陶瓷 行业中，晶圆加工设备采用SiC元件。 3D碳化物 碳化硅等组件可提供定制解决方案，例如：
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晶圆载体和晶圆舟
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气体扩散部件
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耐等离子部件
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用于硅片加工的定制支架
熔模铸造革命
与传统材料相比，碳化硅模具具有更小的热质量和更高的热导率，从而减少了后处理，改善了表面光洁度，提高了铸造效率，并改善了有限体积熔炉中的空间填充。
汽车行业
高性能制动盘和汽车离合器部件，具有更高的耐用性，适用于热管理应用。
能量场
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太阳能零件
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核燃料外壳
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高温热交换器
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发电涡轮机部件
化学加工
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耐腐蚀阀门和泵
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定制反应容器
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具有复杂内部形状的催化剂载体
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恶劣环境热交换器
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静态混合器具有传统方法无法实现的内部功能
国防应用
莫氏硬度达9.5的个人防护服，可提供无与伦比的钝器攻击和弹道冲击防护。组合式喷胶的灵活性使其能够定制贴合，避免霉菌滋生。
成本考虑和 投资回报率
使用碳化硅 3D 打印的成本和投资回报率取决于几个因素。
生产量：。 对于复杂零件的小规模生产，3D打印的成本通常较低。而传统制造方法由于使用昂贵的模具，成本较高。然而，对于批量生产，传统技术可能更具成本效益。
设计复杂性：。 SiC 3D打印的真正价值在于制造复杂的设计。这些设计是传统方法无法实现的。复杂的冷却通道、内部结构和定制设计的价值足以证明其成本的合理性。
使用材料：。 3D打印通常比基于切割的制造方法更高效地利用材料。鉴于SiC粉末的高成本（通常为每公斤50-150美元，具体取决于等级和纯度），这一点尤为重要。
ROI 驱动因素
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无需昂贵的复杂形状加工工具
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缩短交货时间从几周到几天
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高性能组件的总体拥有成本更低
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实现特殊应用的大规模定制
未来方向
领域 3D打印碳化硅 持续增长：
流程集成： 整个制造过程的自动化和集成提高了一致性并降低了成本。
实时监控：。 先进的打印监控技术可实现即时质量控制和工艺变更，减少缺陷并提高组件一致性。
新应用：。 随着技术的进步，新的应用不断涌现。这些领域需要定制的高性能陶瓷，尤其是在恶劣环境下。
可扩展性解决方案： 圣戈班等领先制造商使用先进的粘合剂喷射系统来研究、开发和扩大从实验室研究到全面生产的商业应用。
最后的想法
碳化硅3D打印 使得创建复杂、高性能的组件成为可能。这些 技术陶瓷 适用于极端环境。尽管加工工艺面临挑战，但这项技术仍在不断发展。碳化硅 (SiC) 是要求严苛的工业、半导体和航空航天应用领域的可行选择。
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常见问题
我可以打印碳化硅吗？
我们可以使用粘合剂喷射、SLA、DIW 或 FFF 方法，搭配 67.6% 碳化硅载丝打印碳化硅。这使我们能够生产用于高级应用的高强度、耐高温组件。我们也提供导电版本。
哪些类型的 3D 打印方法使用陶瓷材料？
粘合剂喷射、立体光刻 (SLA)、直接油墨绘制技术 (DIT) 和熔丝制造 (FFF) 是三种主要技术。这些技术可用于 3D打印陶瓷 例如碳化硅。
硅 3D 打印如何工作？
硅胶 3D 打印采用 SLA 或挤压成型技术来制作柔软、灵活的部件。这与使用碳化硅制作坚硬、坚固部件截然不同。
碳化硅在陶瓷中有哪些用途？
碳化硅用于制造具有优异耐热性、耐磨性和耐化学性的陶瓷部件，常用于航空航天、半导体、能源系统、核反应堆和个人防护设备。
碳化硅陶瓷是如何制成的？
碳化硅陶瓷 采用SiC粉末或糊料层压而成，然后进行烧结或渗透，以确保强度和耐用性。先进的工艺包括CVI集成和常压处理，以实现卓越的品质。