碳化硅（SiC）被誉为“陶瓷之王”，凭借超高硬度、耐高温、耐磨损、低热膨胀系数与高导热性能，成为半导体装备、新能源光伏、航空航天等高端领域不可或缺的关键材料。在半导体光刻机工件台、导轨、陶瓷吸盘，以及光伏扩散炉舟托等部件中，SiC可将使用寿命提升5倍以上，市场需求持续高速增长。2025年，碳化硅与氮化硅复合材料在耐高温部件中的用量已实现翻倍，全球陶瓷3D打印材料市场规模快速扩容。

但SiC陶瓷长期面临制造瓶颈：传统反应烧结SiC残留游离硅通常大于30vol%，硅熔点仅1410℃，高温性能严重受限；常压固相烧结则因有机粘结剂含量高达40%–50vol%，烧结线性收缩率超20%，极易变形、开裂，尺寸精度难以控制。如何在保留SiC本征高温性能的同时，实现低收缩、高精度、复杂结构成形，成为行业共同攻关的核心课题。

以中科院上海硅酸盐所最新科研成果为依托，粉末挤出3D打印（PEP/MEX）给出了系统性解决方案，通过创新复合工艺突破反应烧结与常压烧结的双重短板，为SiC陶瓷走向极端服役环境开辟全新道路。

一、上硅所科研突破：MEX+PIP+常压烧结复合工艺

中科院上海硅酸盐所黄政仁研究员团队、陈健研究员首次提出材料挤出打印（MEX）+前驱体渗透裂解（PIP）+常压固相烧结复合路线，从原理上破解SiC制造困局，实现两大关键突破：

彻底消除游离硅相，从根源上解决高温性能短板，使SiC可稳定用于1500℃以上极端环境。大幅抑制烧结收缩，通过PIP过程构建纳米SiC支撑骨架，将线性收缩率从21.71%降至6.38%，尺寸精度与成型稳定性显著提升。

该工艺先通过MEX完成复杂结构生坯制造，再经PCS前驱体真空浸渍裂解，在1300℃原位生成纳米SiC填充孔隙，并配合1750–2050℃预烧结强化坯体强度，最终实现高精度、高性能致密化。

实测性能达到国际先进水平：密度：3.17g/cm³；抗弯强度：359MPa；1500℃高温抗弯强度：357MPa；弹性模量：381GPa；热导率：165.76W·m⁻¹·K⁻¹。这一成果证明，PEP/MEX技术可真正释放SiC在高温、高精度、复杂结构场景下的应用潜力。

二、PEP粉末挤出技术的核心优势

上硅所采用粉末挤出3D打印创新路线与常压固相烧结工艺高度兼容，形成可工程化落地的SiC增材制造体系。

材料体系适配：采用聚乙烯/蜡协同粘结剂，构建均匀聚合物骨架，流变稳定、打印成型质量高，为后续PIP与烧结提供优质坯体。

设备兼容性强：PEP可对接反应烧结、PIP、常压烧结等多种后处理路线，企业可依托现有粉末冶金设备快速升级，降低改造成本。

大尺寸复杂成型：可实现500mm级大尺寸SiC构件一体化打印，轻松制备内腔、流道、晶格等传统工艺无法实现的结构。

三、核心应用场景：SiC+PEP赋能高端制造

半导体装备
SiC高刚性、低热膨胀特性，配合PEP复杂成型能力，可制造光刻机工件台、导轨、陶瓷吸盘等精密运动部件，保障纳米级定位精度。

新能源光伏
用于扩散炉、LPCVD舟托等载具，耐高温、耐腐蚀，寿命较传统材料提升5倍以上，显著降低产线运维成本。

航空航天与国防
面向高温结构件、光学反射镜支架、热防护部件，在极端温度与载荷下保持尺寸稳定与性能可靠。

四、未来前景

全球SiC增材制造正快速从实验室走向产业化。数据显示，2024年全球陶瓷3D打印材料收入约6.9亿元，预计2031年接近41.3亿元，年复合增长率达29.4%。随着大尺寸内应力控制、粉体改性、智能烧结等技术持续进步，SiC陶瓷将在更多高端装备中替代金属与传统陶瓷。

PEP+PIP+常压烧结复合工艺，是突破SiC高温性能瓶颈、实现复杂结构高精度制造的关键路径。它既解决了反应烧结残硅导致的高温短板，又克服了常压烧结高收缩的精度难题，使“陶瓷之王”真正具备工程化、规模化应用条件。