新能源汽车的兴起是多种因素共同作用的结果,包括能源危机、环境恶化、气候变化等。 在这种趋势下,材料科学的进步成为新能源汽车发展的关键。 特别是陶瓷材料在新能源汽车智能化进程中发挥着越来越重要的作用。
在电机驱动系统等新能源汽车的核心部件中,碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)与传统硅(Si)绝缘栅双极晶体管(IGBT)相比,可将电池寿命提高5%至10%,并有望在未来逐步取代SI IGBT。 然而,SiC MOSFET芯片体积小,对散热性能要求极高。 陶瓷覆铜板作为一种铜-陶瓷-铜三层结构复合材料,不仅继承了陶瓷良好的散热性和高绝缘性能,而且具有铜的高电流承载能力和良好的焊接粘接性能,因此成为新能源汽车领域SiC MOSFET主驱动应用的理想选择。
氮化硅陶瓷衬底因其优异的散热性能和可靠性,已成为SiC MOSFET模块封装的关键材料之一。 例如,日本京瓷株式会社采用活性金属焊接技术生产氮化硅陶瓷覆铜基板,可承受5000次温度循环(-40 125),承载电流超过300A,已广泛应用于电动汽车、航空航天等领域。
电控技术是新能源汽车发展的关键指标,其中高压直流陶瓷继电器是电控系统的核心。 该继电器在真空室中使用陶瓷绝缘体,将动触点组件滑动到推杆上,以确保在导通和关断状态下具有良好的电绝缘性,从而在切换直流高压负载时具有出色的断弧能力。 目前,高压直流继电器主要由日本松下、美国TE和韩国知名企业生产,国内企业仍处于研发生产的初级阶段。
陶瓷熔断器是电路过流保护的关键器件,当电路短路或过载时,可以通过熔断器熔化产生的断裂来熄灭电弧,切断故障电路。 随着新能源汽车高压平台的发展,对熔断器的稳定性和快断能力提出了更高的要求。
片式多层陶瓷电容器(MLCC)是世界上使用最广泛的无源电子元件之一,几乎用于所有消费电子产品中。 随着电动汽车电动化水平的提高,对车载MLCC的需求也在增加。
陶瓷轴承在新能源汽车中的应用越来越广泛,因为它们具有密度低、硬度高、耐摩擦等特点,非常适合高速旋转工况。 特斯拉(Tesla)和奥迪(Audi)等品牌的电机已经采用了陶瓷轴承。
碳陶瓷刹车盘是一种新型刹车片材料,它结合了碳纤维和多晶碳化硅的物理性能,具有高温稳定性、高导热性和高比热等特点,适合新能源汽车使用。
动力电池陶瓷密封连接器和动力电池陶瓷隔膜是新能源汽车的重要组成部分,它利用陶瓷的电绝缘和机械强度来提高电池的安全性和性能。
透明陶瓷作为一种光学材料,具有与光学玻璃相媲美的透光质量,同时更坚固、更坚硬、更耐腐蚀、更耐高温,适用于极其恶劣的工作条件,被考虑用于汽车摄像头镜头、激光雷达窗口材料等。
这些陶瓷材料的应用不仅提高了新能源汽车的性能,而且推动了材料科学的进步,为新能源汽车的可持续发展提供了坚实的材料基础。