从材料到结构的散热革新：探索粉末挤出3D打印氮化硅的无限可能

随着电子电力器件朝着大功率、高密度、集成化方向飞速发展，传统散热材料的局限性日益凸显。在高速铁路、新能源汽车、航空航天、太阳能及风力发电等应用领域，电子器件的散热能力直接决定了系统的可靠性、效率乃至安全性。面对日益严峻的热管理挑战，兼具高强度、高韧性、高热导率等卓越性能的氮化硅（Si3N4）陶瓷，正从备选材料中脱颖而出，成为高端散热组件的首选、�/p>

▲氮化硅一体化流道设计散热�?nbsp; ?升华三维

从核心部件到全场景渗透：氮化硅在散热领域的应用现犵�/strong>

在追求极致性能的电子电力领域，散热基板扮演重要的角色。氧化铝（Al2O3）成本低廉但热导率低，氮化铝（AlN）导热性好但机械可靠性与抗热震性不足。而氮化硅凭借其独一无二的综合性能成为破局者。它的热导率可达90-120 W/(m·K），与第三代半导体衬底碳化硅（SiC）接近的热膨胀系数�?.2×10-6/℃）接近，确保了工作时的界面稳定性、�/p>

2025年全球氮化硅陶瓷基板市场规模预计突破50亿美元，中国已成为最大生产和消费国。新能源汽车电机控制器和光伏逆变器是两大核心应用领域，分别占据了全球需求总量�?2%�?8%。但其应用不限于平面基板，在航空发动机燃烧室、核能装置热防护等极端环境中，氮化硅是耐受1200℃以上高温、强腐蚀与交变载荷的不可替代的关键材料、�/strong>

优势与局限的双重博弈：传统工艺制备氮化硅散热组件的优缺点

然而，传统制造工艺在应对复杂、精密、个性化的散热结构设计时显得力不从心。目剌�span style="color: rgb(0, 112, 192);">氮化硅散热组件的传统制备工艺以“粉末冶�?机械加工”为主，后处理包括热压烧结、气压烧结、金刚石磨削等。传统工艺的核心优势在于材料性能稳定：通过优化烧结工艺可实现高致密度，导热系数与力学性能达到工业级应用标准；及批量生产成熟：适用于结构简单的标准化部件（如平板基板、简单散热片），量产成本相对可控、�/p>

工艺局陏�/span>

• 复杂结构难以实现９�/strong>传统工艺依赖模具成型与机械加工，无法制备内部流道、晶格填充、悬浮叶片等复杂结构，限制了散热效率的提升（散热面积无法优化）；

• 制造周期长９�/strong>模具开发周期需2�?个月，复杂部件加工余量达50%以上，金刚石磨削成本高昂，小批量定制化生产性价比极低；

• 性能一致性差９�/strong>机械加工易产生微裂纹，晶界损伤导致导热系数波动�?5%以上，高温工况下易发生失效；

• 尺寸受限９�/strong>大尺寸一体化部件成型难度大，易出现气孔、变形等缺陷、�/p>

这些局限使得传统工艺难以满足高端装备对散热组件“复杂结构、定制化、高可靠性”的核心需求，市场迫切需要颠覆性的制造技术、�/p>

增材制造带来的范式变革：粉末挤�?D打印氮化硅散热组件的特点

升华三维的粉末挤�?D打印氮化硅增材方案，正在突破这一瓶颈，它不仅赋予设计师前所未有的几何结构自由度，更通过精确的微观结构调控，为氮化硅散热组件的制造带来了范式变革、�/strong>该技术采用“颗粒喂料－挤出3D打印－脱脂烧结”的全新工艺方式，彻底摆脱了对模具的依赖、�/p>

复杂结构一体化成型，解锁散热设计自由度９�/strong>PEP技术无需模具，可直接实现设计即制造。无论是内部螺旋流道、镂空晶格填充，还是悬浮式散热叶片，均能一体化成型，无需后续拼接。例如，升华三维为能源领域打造的氮化硅轻量一体化叶轮，在保证叶片悬浮角度满足使用条件的前提下，最大限度免除额外支撑，散热面积较传统结构提�?0%，重量降�?5%。这种设计自由度使散热组件从“被动散热”向“主动优化”升级，大幅提升热交换效率�?nbsp;

精准成型与大尺寸兼顾，满足多元应用需求：PEP设备打印层厚最小可�?0μm，能还原复杂结构设计。而采用UPRISE 3D软件进行打印模拟与尺寸补偿，可精准控制成品烧结收缩率。其中大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556，最大打印尺寸可�?00×500×600mm，既能实现微型散热的批量生产，也能完成大型热交换器的一体化制备，且支持更大尺寸打印设备定制、�/p>

▲升华三�?D打印设备

高效低成本，加速产业化落地９�/strong>PEP技术将产品开发周期缩�?0%�?0%，从设计到样品标准交付流程仅需7�?5天，较传统模具开发大幅提速；材料利用率达95%以上，避免了机械加工的大量浪费，小批量生产成本降�?0%以上。同时，打印材料采用自主研发的蜡基体系氮化硅颗粒喂料，固含量�?0vol.%，，经烧结后产品耐高温、耐磨、抗冷热冲击性能优异、�/p>

环境适应性强，简化生产流程：PEP系列3D打印设备均可在常规办公环境下运行，无需惰性气体保护或高温预处理，设备稳定性高，支�?×24小时连续打印；兼容无压烧结、热压烧结等传统烧结工艺，客户可根据性能需求灵活选择，无需额外改造生产线，降低技术导入门槛、�/p>

从复杂结构到智能热管理：PEP打印氮化硅应用蓝国�/strong>

粉末挤出3D打印解放了氮化硅散热结构的设计枷锁，催生出传统工艺无法企及的新型解决方案、�/p>

应用蓝图

• 复杂一体化散热器：可以一次性打印出集成微通道、歧管和翅片的立体散热器，内部流道形状和分布可根据热源位置进行拓扑优化，实现散热效率和流阻的最佳平衡，消除了多部件组装和连接的可靠性隐患；

• 定制化基板与腔体９�/strong>对于雷达、相控阵等高端电子设备，可以制造出与芯片布局完全匹配的非平面、带立体凸台的异形散热基板，或带有嵌入式流道的一体化冷板腔体，实现更紧凑的封装和更高效的热传递；

• 多孔与点阵结构：该技术能精确制造孔径低�?0μm且分布可控的多孔氮化硅结构。这种结构可作为相变材料（PCM）的骨架，既能封装防止泄漏，其高导热陶瓷网络又能极大提升复合材料的整体储热和导热能力，为间歇性大功率设备提供缓冲：�/p>

• 双材料复合制备：PEP打印设备的独立双喷嘴设计可将3D打印的氮化硅骨架与氮化硼等二维填料结合，构建了“宏观骨�?微观填料”的双尺度连续导热网络，制备的复合材料在保持优异电绝缘性的同时，展现出卓越的热管理能力、�/p>

氮化硅散热组件的市场竞争，本质是材料性能与制造技术的双重竞争。升华三维粉末挤�?D打印技术的出现，不仅解决了传统工艺“造不出、造不好、造得贵”的痛点，更重新定义了氮化硅散热组件的设计与制造逻辑。未来，升华三维将持续深耕先进陶瓷增材制造领域，以更优质的技术、产品与服务，为全球氮化硅陶瓷制造客户提供“设计－制造－性能”一体化解决方案，助力先进陶瓷产业实现热管理效率的革命性突破，共同书写高端装备制造的新篇章、�/p>