氮化硅（Si₃N₄）陶瓷凭借优异的高温力学稳定性、极强的抗氧化性、低热膨胀系数及耐腐蚀性，成为航空发动机燃烧室、核能装置热防护部件等极端环境（>1200℃）中，金属材料无法替代的关键结构材料。作为高性能结构陶瓷的核心品类，氮化硅在高端装备领域的需求持续攀升，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。然而，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，难以实现复杂内腔、晶格结构、异形曲面等构件的高效制备，严重制约了氮化硅陶瓷的工程化应用边界。

▲氮化硅陶瓷应用样品 ©升华三维

升华三维粉末挤出3D打印（PEP）技术以“低温成形+高温致密”的创新路线，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，成为推动其从实验室研究迈向工程化应用的关键推动力，为航空航天、核工业等高端领域提供了全新的制造解决方案。

PEP制备氮化硅的完整工艺

PEP技术制备氮化硅陶瓷的核心优势的在于工艺全链条的精准调控，从颗粒喂料到烧结致密，每一步均围绕“无缺陷、高性能、可量产”展开，形成标准化制备体系。

▲粉末挤出打印(PEP)技术原理及工艺链设备

在颗粒喂料设计上，升华三维自主研发了UPGM-Si₃N₄喂料。其基于蜡基体系构建，复合蜡基粘结剂对Si₃N₄原粉具有极高包覆率，可有效避免打印过程中出现挤出不均、生坯开裂等问题，为后续成型与烧结奠定基础。

挤出动力学层面，通过系统试验建立挤出速率与孔隙率的二次函数关系，可实现孔隙率的精准调控，兼顾生坯强度与后续脱脂、烧结的致密化效率，解决传统成型中孔隙率不均导致的性能离散问题。升华三维还明确了PEP打印氮化硅陶瓷的一系列关键参数，如层厚、挤出直径等，为实际生产提供了精确的操作指引，确保了打印过程的高效与精准。

▲PEP打印机制备的氮化硅应用样品

烧结工艺采用二段式脱脂与高温烧结协同控制，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，进一步提升氮化硅陶瓷的力学性能，使其满足极端工况服役要求。适用于航空装备、空间技术、核工业、国防、光伏半导体、生物医疗、能源等领域的应用。升华三维可提供整套设备销售、整体解决方案及打印服务。

PEP技术突破与应用展示：从实验室到工程化落地

依托完整的工艺链，PEP技术在氮化硅陶瓷制造中实现多项突破，成功落地多个高端应用场景，彰显其工程化价值。

在大尺寸复杂构件制造方面，利用大尺寸UPS-556打印机（最大成型尺寸500×500×600mm），成功制备出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，打破了传统工艺无法实现大尺寸复杂叶轮一体化制造的局限，适配航空发动机、高端装备等领域需求。

在精细结构制备上，PEP技术可实现50μm孔径晶格结构的精准设计，制备的多孔氮化硅陶瓷，其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，可用于极端环境中精密装置热防护、高温过滤等场景。

▲氮化硅多孔植入体和多孔梯度壳体 ©升华三维

同时，PEP技术具备良好的后处理兼容性，可直接接入传统氮化硅无压烧结工艺，无需对现有生产线进行大规模改造，降低企业升级成本，烧结后氮化硅陶瓷致密度高、性能优异，可快速实现产业化落地。

PEP相比其他陶瓷3D打印的差异化优势

相较于DLP/光固化、SLS等主流陶瓷3D打印工艺，PEP技术在氮化硅陶瓷制造中展现出显著的差异化优势，更适配工程化应用需求。

• 与DLP/光固化工艺相比，PEP技术无需复杂的浆料制备过程，材料开发难度更低、成本更可控，且大尺寸成形能力突出，可实现500mm级构件一体化打印，避免了DLP/光固化工艺大尺寸成型易变形、精度下降的问题。

• 与SLS工艺相比，PEP设备无需高能量激光系统，设备采购与运维成本显著降低，且成型过程无激光辐射、无粉尘污染，操作更安全，更适合规模化生产部署。

• 此外，PEP设备搭载独立双喷嘴系统，支持金属与陶瓷复合打印，可制造外层耐磨氮化硅陶瓷+内层高强金属的复合结构，进一步拓展氮化硅陶瓷的应用场景，满足高端装备多材料协同服役需求。

▲氮化硅异形鼻锥 ©升华三维

未来前景与挑战

随着高端装备对高温结构材料需求的不断提升，氮化硅陶瓷的应用前景日益广阔，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，为规模化应用奠定了基础。PEP技术作为氮化硅陶瓷工程化应用的核心驱动力，将持续推动其在航空航天、核工业等战略领域的渗透。

同时，行业仍面临部分挑战：大尺寸构件内应力梯度控制和结构性能一致性等问题，仍需结合原位表征与智能算法进一步优化解决。PEP技术作为氮化硅陶瓷从实验室研究迈向工程化应用的关键推动力，将逐步突破这些关键技术瓶颈，推动氮化硅陶瓷制造向更复杂、更高性能、规模化的方向发展。