Ученые из Шэньчжэньского университета разработали метод создания сложных деталей из карбида кремния (SiC) при более низких температурах, чем это было возможно ранее. Об этом сообщается в издании International Journal of Extreme Manufacturing за май 2025 года. Их инновация открывает возможности для серийного производства легких и долговечных керамических компонентов для аэрокосмической, энергетической и медицинской отраслей.
Основой разработки, по данным сайта hao.cnyes от июля 2025 года, стало усовершенствование технологии стереолитографии1. В стандартную жидкую фотополимерную2 смолу были добавлены мелкодисперсный3 диоксид кремния и метил-фенил-полисилоксан (PSO). Особенное внимание уделялось PSO, который служит предшественником керамики и позволяет значительно снизить температуру последующего спекания напечатанных деталей. Традиционные методы требуют нагрева до 1500-2000 °C, тогда как новый процесс успешно выполняется при 1100 °C, что существенно снижает энергозатраты и себестоимость производства.
Одним из достижений стало практически полное устранение анизотропии механических свойств. Учёные смогли снизить коэффициент анизотропии4 с 1,87 до рекордного значения 1,08, что стало возможным благодаря образованию аморфной фазы оксикарбида кремния в процессе спекания. Эта фаза действует как высокотемпературный клей, заполняя микропоры и промежутки между напечатанными слоями и создавая практически монолитную структуру с однородными характеристиками.
Полученные решетчатые структуры из композита SiC/SiO2/PSO демонстрируют прочность на сжатие около 90 МПа и на изгиб около 95 МПа, что сопоставимо с традиционными керамическими материалами. Однако новые детали обладают меньшей плотностью, что обеспечивает высокую удельную прочность.
В аэрокосмической и энергетической сферах инновация позволяет создавать легкие и жаропрочные компоненты сложной геометрии, такие как лопатки турбин, теплообменники и элементы реактивных двигателей. Возможность печати цельных структур с внутренними каналами охлаждения, недостижимая стандартными методами, повышает эффективность и надежность силовых установок.
В медицине технология открывает новые горизонты для создания индивидуальных костных имплантатов. Биосовместимый карбид кремния представляет материал для замещения костной ткани, а его низкая температура обработки позволяет сохранять точную геометрию имплантата, повторяющую сложную структуру натуральной кости. Контроль анизотропии позволяет инженерам воспроизводить механические свойства естественной кости, что критически важно для успешной интеграции.
В химической промышленности технология может быть использована для производства сложной арматуры, сопел и реакторных деталей с внутренними каналами произвольной формы. Высокая устойчивость карбида кремния к агрессивным средам делает его оптимальным материалом для таких задач.
Несмотря на достигнутые успехи, ученые подчеркивают необходимость дальнейших исследований для обеспечения долговременной стабильности и устойчивости материала к высоким температурам. Аморфный оксикарбид кремния, ключевой компонент упрочнения, может кристаллизоваться или окисляться при длительном нагреве до 1100C, что может ухудшить его механические свойства. Поэтому для окончательного подтверждения пригодности технологии требуется проведение испытаний на длительную термоциклическую усталость и ползучесть.
Тем не менее, уже сегодня этот метод открывает перспективы для массового производства высокоэффективной керамики, делая её доступной не только для дорогостоящих штучных изделий, но и для серийного изготовления инновационных компонентов.
Научный обозреватель в области медицины и биологии. Моя задача — находить, анализировать и интерпретировать новейшие научные исследования, делая их понятными и доступными для широкой аудитории. С помощью критического анализа я отделяю значимые открытия от шума, объясняю сложные механизмы заболеваний, новые методы лечения и биологические открытия.
