Kehittyneen keramiikan sovellus ja tekninen arvo uusien energiaajoneuvojen sähköistyspäivityksen yhteydessä

Uusien energiaajoneuvojen muuttaminen perinteisestä polttoainevoimasta sähkökäyttöön, älykkääseen ohjaukseen ja suurjännitesähköjärjestelmiin ei ole vain muuttanut ajoneuvon tehorakennetta, vaan myös edistänyt keskeisten komponenttien, kuten korkeajännitereleiden, tehopuolijohteiden, moottorin laakereiden ja elektronisten ohjausjärjestelmien, materiaalin päivittämistä. 800 V:n ja korkeamman jännitteen alustojen, korkean-tehotiheyden sähkökäyttöjärjestelmien ja nopean lataus- ja purkaustekniikoiden jatkuvan kehityksen myötä komponenteille asetetaan myös korkeammat jännite-, virta-, lämpötila-, taajuus- ja luotettavuusvaatimukset.

 

Tässä prosessissa edistynyt keramiikka on vähitellen laajentunut perinteisistä rakennemateriaaleista korkeajännitteiseen sähkö-, tehoelektroniikkaan ja uusien energiaajoneuvojen voimansiirtojärjestelmiin niiden korkean dielektrisen lujuuden, korkean lämpötilan kestävyyden, korroosionkestävyyden, korkean mekaanisen lujuuden ja hyvän mittapysyvyyden ansiosta. Sen sovellus keskittyy korkeajännitteisiin tasajännitteisiin kytkinlaitteisiin, tehopuolijohdepakkauksiin, keraamisiin suurjännitekontaktoreihin ja moottorieristettyihin laakereihin.

 

 

 

Uusien energiaajoneuvojen korkeajännite{0}}sähköjärjestelmä vaatii yleensä releitä tai kontaktoreita akun ja korkeajännitepiirien, kuten invertterien, moottoreiden ja latausjärjestelmien liittämisen, katkaisun ja turvallisen eristyksen aikaansaamiseksi. Autojen pienjännitteisiin-sähköjärjestelmiin verrattuna vaihtaminen korkeajännitteisissä-DC-ympäristöissä on monimutkaisempaa. Varsinkin kun piirejä irrotetaan korkean virran olosuhteissa, koskettimien väliin syntyy todennäköisesti kaaria, mikä asettaa korkeampia vaatimuksia eristysrakenteelle ja valokaaren{6}}sammutuskyvylle.

 

Keraamisilla materiaaleilla on erinomaiset sähköeristysominaisuudet ja korkean lämpötilan kestävyys, ja niitä voidaan käyttää eristyskuorissa, eristysholkeissa ja tiivistysrakenteissa korkeajännitteisten tasavirtareleiden ja kontaktorien sisällä. Keraamisten ja metallisten materiaalien luotettavan tiivistyksen avulla voidaan muodostaa suhteellisen suljettu sisäinen työtila, joka säilyttää vakaan eristyksen korkeajännitteisten johtavien komponenttien ja ulkoisen rakenteen välillä samalla, kun se tarjoaa tarvittavat tiivistysolosuhteet valokaaren sammutusaineelle.

 

Korkeajännitekytkinlaitteissa alumiinioksidikeramiikka on yksi yleisimmistä eristysmateriaaleista. Eri puhtaus- ja suoritustasoisia alumiinioksidijärjestelmiä voidaan edelleen valita eri jännitetasojen, mekaanisen lujuuden, lämpöominaisuuksien ja kokovaatimusten perusteella. Osien, joiden on täytettävä eristyksen, mekaanisen tuen ja metallitiivistyksen vaatimukset samanaikaisesti, Alumina Metallized Ceramics voi saavuttaa luotettavat liitokset keramiikan ja metallien välille keraamisten pintojen metallointi- ja juotosprosessien avulla.

 

Tällaisten tuotteiden keraamisten materiaalien arvo ei rajoitu eristykseen. Ohimenevää lämpöä ja mekaanista rasitusta syntyy korkeajännitteisten kontaktorien käytön aikana, joten keraamisen kuoren tulee olla myös hyvä lämmönkestävyys, mittapysyvyys ja lämpöiskun kestävyys. Materiaalin valinta, rakennesuunnittelu ja metallointiprosessi on suunniteltava kattavasti todellisten käyttöjännitteen, virran, lämpötilan ja käyttöiän vaatimusten perusteella.

 

 

 

Yksi uusien energiaajoneuvojen sähkökäyttöjärjestelmän ytimistä on tehoelektroniikkaohjain, jonka päätehtävänä on suorittaa tehokas muunnos tehoakun tasavirtatehon ja moottorin tarvitseman vaihtovirran välillä. Kun sähkökäyttöjärjestelmien tehotiheys kasvaa, tehopuolijohdelaitteiden on kestettävä suurempia virtoja ja tiheämpiä lämpöjaksoja. Siksi pakkausmateriaaleissa ei saa olla vain hyviä eristysominaisuuksia, vaan niissä on myös otettava huomioon lämmönpoisto, mekaaninen lujuus ja lämpölaajenemissovitus.

 

Keraamiset kupari{0}}päällystetyt alustat koostuvat yleensä kuparikerroksista, keraamisesta eristekerroksesta ja kuparikerroksesta. Keraaminen kerros vastaa sähköeristyksestä ja mekaanisista tukitoiminnoista ja kuparikerros virransiirrosta, siruliitännästä ja lämmönpoistosta. Verrattuna puhtaisiin orgaanisiin eristysmateriaaleihin, keraamiset alustat voivat säilyttää vakaat sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet korkeammissa lämpötiloissa, joten ne sopivat suuritehoisille-tehoelektroniikkamoduuleille.

 

Yleisiä keraamisia materiaaleja, joita tällä hetkellä käytetään uusissa energiaajoneuvojen tehomoduuleissa, ovat alumiinioksidi, alumiininitridi ja piinitridi. Alumiinioksidilla on suhteellisen kohtuulliset kustannukset, hyvä eristyskyky ja kypsä prosessi; alumiininitridillä on korkea lämmönjohtavuus ja sillä on etuja tilanteissa, joissa lämmönpoistovaatimukset ovat korkeat; piinitridillä on korkea mekaaninen lujuus, lämpöstabiilius ja lämpösyklin kestävyys, ja se soveltuu paremmin tehoelektroniikkasovelluksiin, jotka vaativat suurta-pitkäaikaista luotettavuutta.

 

Kun uusia energiaajoneuvojen tehomoduuleita kehitetään kohti korkeajännitettä, suurta virtaa ja pienentämistä, myös tarkkuuskeraamisten metalloitujen komponenttien, kuten Precision Metallized Ceramicsin, kysyntä on lisääntynyt. Keraamisen pinnan metallointikerroksella on oltava hyvä adheesiolujuus ja vakaat sähköiset ominaisuudet, ja sen on kestettävä myöhemmän hitsauksen, juotuksen ja lämpösyklin aikana syntyvä rasitus.

 

Tehopuolijohdepakkauksissa lämpölaajenemiskertoimen sovittaminen keraamisen materiaalin ja kuparikerroksen välillä on erittäin tärkeää. Varsinaisen käytön aikana uudet energiaajoneuvot kokevat käynnistystä, kiihdytystä, jarrutusta, pikalatausta ja erilaisia ​​ympäristön lämpötilan muutoksia, ja tehomoduuli kokee toistuvasti lämmitystä ja jäähdytystä. Jos materiaalien välinen lämpölaajenemisero on liian suuri, pitkäaikainen -lämpökierto voi aiheuttaa käyttöliittymän väsymistä, halkeamia tai delaminaatiota, mikä vaikuttaa moduulin käyttöikään.

 

Siksi uusien energiaajoneuvojen tehomoduulien keraamisten pakkausten suunnittelussa on otettava huomioon lämmönjohtavuus, eristyslujuus, mekaaninen lujuus, lämpölaajenemissovitus ja prosessoinnin tarkkuus samanaikaisesti, eikä valinnan perustana voi yksinkertaisesti luottaa tiettyyn materiaalin suorituskykyyn.

 

 

Keramiikalla itsessään on erinomaiset eristysominaisuudet, mutta varsinaisissa elektroniikkalaitteissa keramiikka on yleensä liitettävä metallijohtimiin, elektrodeihin tai pakkausrakenteisiin. Siksi keraamisen pinnan metalloinnista on tullut tärkeä prosessi keramiikan ja metallien luotettavan yhdistelmän saavuttamiseksi.

 

Keraamisen metalloinnin perusideana on muodostaa keraamiseen pintaan tietyn paksuinen ja tartuntavoimainen metallikerros, jotta sitä voidaan edelleen juottaa, hitsata tai muulla liitoskäsittelyllä. Metalloidulla kerroksella ei tarvitse olla vain hyvä sähkönjohtavuus, vaan sen on myös muodostettava vakaa rajapintasidos keraamisen matriisin kanssa.

 

Uusien energiaajoneuvojen{0}}suurjännitelaitteiden metallointikerroksen luotettavuus vaikuttaa suoraan pakkausrakenteen ilmatiiviyteen, eristyskykyyn ja mekaaniseen vakauteen. Esimerkiksi korkeajännitereleen sisällä olevan keraamisen eristeen on muodostettava luotettava yhteys metallikuoreen; tehopuolijohdemoduulin keraamisen substraatin on muodostettava vakaa sidos kuparikerroksen kanssa.

 

Tarkkuuselektroniikkakomponenteista -keraamisten alumiinioksidiosien tarkkuustyöstö voi täyttää monimutkaiset koon, toleranssin, reiän sijainnin ja päätypinnan tarkkuusvaatimukset. Uusien energiaajoneuvojen{2}}korkeajännitelaitteiden keraamisten osien on usein täytettävä miniatyrisoinnin, monimutkaisen rakenteen ja korkean luotettavuuden vaatimukset samanaikaisesti. Siksi materiaalin valmistelua ja tarkkaa käsittelyä on ohjattava yhteistyössä.

 

 

 

Korkea{0}}jännitekontaktori on tärkeä kytkinkomponentti uusien energiaajoneuvojen korkeajännitteisessä-sähköjärjestelmässä. Sen päätehtävänä on ohjata suurjännitepiirien kytkentää ajoneuvon käynnistyksen, pysäyttämisen, latauksen ja vikasuojauksen aikana. Koska uusien energiaajoneuvojen akut käyttävät yleensä satojen volttien tai jopa korkeampia tasajännitteitä, korkeajännitekontaktorien on toimittava luotettavasti suuressa sähkörasituksessa.

 

HVDC-kontaktorikeraamiset kotelot suorittavat yleensä useita toimintoja, kuten sisäistä eristystä, rakenteellista tukea ja tiivistystä. Keraamisten koteloiden on säilytettävä vakaa eristys korkea{1}}jännitteisessä ympäristössä samalla, kun ne kestävät sisäisiä lämpötilamuutoksia ja mekaanisia rasituksia.

 

Korkeajännitekontaktoreissa käytetään yleensä keraamisia ja metallisia tiivisterakenteita. Keramiikan ja metallin välinen liitäntäalue on yksi koko laitteen luotettavuuden avaimista. Jos tiivistysrajapinnassa on vikoja, halkeamia, vuotoja ja muita ongelmia voi ilmetä pitkäaikaisten lämpöjaksojen, mekaanisen tärinän tai sisäisen paineen muutosten seurauksena.

 

Siksi keraamisten korkeajännitekontaktorien valmistus vaatii yleensä keskittymistä keraamisten materiaalien puhtauden, sintrauslaadun, mittatarkkuuden, metallointikerroksen laadun ja keraamisen-metallitiivistyslujuuden hallintaan. Korkean-luotettavuuden tuotteille vaaditaan myös ilmatiiviys, sähköeristys, jännitevastus ja lämpökierto.

 

Materiaalitekniikan näkökulmasta keraaminen{0}}metalliliitos-ei ole yksinkertainen mekaaninen yhdistelmä, vaan siihen liittyy useita tekijöitä, kuten materiaalin lämpölaajenemiskerroin, rajapinnan kostuvuus, juotteen valinta, tiivistyslämpötila ja jäännösjännityksen hallinta. Vain saavuttamalla vakaa keraamisten ja metallisten rajapintojen yhdistelmä voidaan varmistaa korkeajännitelaitteiden tiivistys- ja eristysvarmuus-pitkäaikaisessa käytössä.

 

 

Uusien energiaajoneuvojen käyttömoottoreilla on yleensä suuret pyörimisnopeudet, ja moottorin sisällä on monimutkainen sähkömagneettinen ympäristö. Perinteisiin mekaanisiin järjestelmiin verrattuna uusien energia-ajoneuvojen moottorien laakereissa on radiaali- ja aksiaalikuormituksen lisäksi myös ongelmia, kuten nopea{1}}pyörimisnopeus, lämpötilan nousu, virta ja sähköinen korroosio.

 

Perinteiset metallilaakerit voivat tuottaa akselivirtoja tietyissä moottorin käyttöolosuhteissa. Kun virta kulkee laakerin sisäpuolen läpi, vierintäelementin ja kulkuradan kosketusalueelle voi muodostua kaaripurkaus, mikä aiheuttaa pistekorroosiota, eroosiota ja pintavaurioita, mikä vaikuttaa viime kädessä laakerin käyttöikään.

 

Keraamisten vierintäelementtien ominaisuudet ovat matala tiheys, korkea kovuus, hyvä kulutuskestävyys ja erinomaiset sähköeristysominaisuudet. Siksi keraamisilla hybridilaakereilla on tietty käyttöarvo-nopeissa moottoreissa ja sähköistetyissä voimajärjestelmissä. Keraamisten vierintäelementtien ja metallisten holkkien yhdistelmä voi heikentää vierintäelementtien laatua säilyttäen samalla laakerin rakenteellisen lujuuden ja parantaa kitka- ja sähköeristysominaisuuksia suurissa{3}}nopeuksissa.

 

Uusien energiaajoneuvojen moottoreiden laakereita koskevat vaatimukset ovat myös edistäneet korkean -keraamisten komponenttien, kuten korkean-lujien metalloitujen keraamisten komponenttien, kehitystä. Vaikka metalloitu keramiikka ja moottorin laakerit kuuluvat erityyppisiin sovelluksiin, ne ilmentävät samaa materiaalikehitystrendiä, joka on ratkaista perinteisten metallimateriaalien suorituskykyrajoitukset tietyissä työolosuhteissa keraamisten materiaalien eristyksen, korkean lujuuden ja korkeita lämpötiloja kestävien ominaisuuksien avulla.

 

 

Uusien energiaajoneuvojen jännitealustan parantuessa kehittyneen keramiikan käyttöalue laajenee vähitellen yksittäisistä eristyskomponenteista korkean{0}}jännitekytkimiin, tehomoduuleihin, antureisiin, liitäntärakenteisiin ja lämmönhallintaan{1}} liittyviin komponentteihin.

 

Korkeajännitteisissä sähkökomponenteissa Metallized Alumina Ceramics for Electrical Components voi integroida eristyksen, johtavuuden ja mekaaniset liitäntätoiminnot yhdistämällä keraamisen eristysmatriisin ja metalloituja johtavia kerroksia. Tämä rakenne sopii erityisesti sähkökomponentteihin, joissa on rajoitetusti tilaa ja korkeat eristysvaatimukset.

 

Korkeajännitteisille laitteille, jotka vaativat suurempaa mittatarkkuutta, Precision Metallized Alumina Ceramic Components -komponentit voivat yhdistää tarkkuusvalu-, sintraus-, metallointi- ja koneistusprosessit monimutkaisten rakenteiden ja korkeiden-tarkkuuskokoonpanovaatimusten täyttämiseksi. Uusien energiakäyttöisten autonosien kehitys jatkuu kohti pienentämistä, keveyttä ja suurta tehotiheyttä, mikä tekee myös keraamisten osien mittojen hallinnasta ja prosessoinnin johdonmukaisuudesta entistä tärkeämpää.

 

Toisaalta tehopuolijohteiden käyttöjännitteen ja kytkentätaajuuden kasvaessa keraamiset eristemateriaalit joutuvat myös kohtaamaan korkeamman sähkökentän voimakkuuden ja suuremman jännitteen muutosnopeuden. Metalloituja keraamisia eristysputkia ja metalloituja keraamisia osia voidaan käyttää erityisissä sähkökomponenteissa, jotka vaativat sekä eristystä, johtavaa liittämistä että kapselointitoimintoja, mikä tarjoaa kompaktimpia rakenneratkaisuja korkeajännitteisille sähköjärjestelmille.

 

 

 

Edistyksellisen keramiikan käyttö uusissa energiaajoneuvoissa ei ole yksinkertaista materiaalin vaihtoa, vaan systemaattista projektia, joka sisältää materiaaleja, rakenteita, prosesseja ja luotettavuuden todentamista.

 

Ensinnäkin sopivat keraamiset materiaalit on valittava käyttöjännitteen, lämpötilan, virran, mekaanisen kuormituksen ja ympäristöolosuhteiden perusteella. Toiseksi muovaus-, sintraus-, tarkkuustyöstö- ja pintametallointiprosessit on määritettävä komponenttirakenteen mukaan. Korkeapainetiivistyslaitteissa on harkittava tarkemmin keraamisten ja metallisten materiaalien lämpölaajenemista ja tiivistyksen jäännösjännitystä.

 

Tehoelektroniikassa keraamiset alustat vaativat myös keskittymistä lämpösyklin kestoon ja käyttöliittymän luotettavuuteen. Kun uudet energiaajoneuvot kehittyvät vähitellen perinteisistä IGBT-ajoneuvoista korkean-suorituskykyisten laajakaistaisten-tehopuolijohteisiin, tehomoduulien kytkentänopeus ja tehotiheys kasvavat edelleen, ja vaatimukset eristysmateriaaleille ja pakkausrakenteille myös kasvavat entisestään.

 

High Purity Alumina Precision Advanced Ceramic Metallization Parts soveltuvat erikoiselektroniikkakomponentteihin, jotka vaativat korkeaa puhtautta, eristyskykyä, mittatarkkuutta ja metalloinnin luotettavuutta. Tällaiset tuotteet vaativat yleensä täyden prosessinhallinnan keraamisesta jauheesta, muovauksesta, sintrauksesta tarkkuuskoneistukseen ja metallointiin.

 

 

Uusien energiaajoneuvojen kokonaisteknologian kehityssuunnan näkökulmasta edistyneen keramiikan sovelluksessa on pääasiassa kolme suuntausta.

 

Ensinnäkin korkea jännite lisää eristävän keramiikan kysyntää. Kun 800 V:n ja korkeamman jännitteen alustat otetaan vähitellen käyttöön, korkeajännitekontaktoreiden, releiden, tehomoduulien ja latausjärjestelmien eristemateriaalien vaatimukset kasvavat jatkuvasti. Keraamisilla materiaaleilla on korkea dielektrinen lujuus ja lämmönkestävyys, joten niillä on hyvä sovelluspohja korkeajännitteisissä sähkökomponenteissa.

 

Toiseksi suuri tehotiheys ajaa keraamisten pakkausmateriaalien päivitystä. Uusien energiaajoneuvojen sähkökäyttöjärjestelmien on saavutettava suurempi teho pienemmässä tilassa, ja tehopuolijohteiden lämpövirtaustiheys jatkaa kasvuaan. Siksi keraamiset alustat ja pakkausmateriaalit, joilla on hyvä lämmönjohtavuus ja mekaaninen luotettavuus, saavat enemmän huomiota.

 

Kolmanneksi tarkkuusvalmistus edistää keraamisten osien kehittymistä monimutkaisiksi rakenteiksi. Uusilla energiakäyttöisillä autonosilla on yhä korkeammat vaatimukset painolle, tilalle ja luotettavuudelle. Keraamiset komponentit eivät ainoastaan ​​suorita perinteisiä eristystoimintoja, vaan ne voivat myös integroida toimintoja, kuten tuki, lämmönpoisto, pakkaus ja sähköliitäntä.

 

Kaiken kaikkiaan edistyneestä keramiikasta on tullut tärkeä materiaalijärjestelmä uusien energiaajoneuvojen{0}}sähkö- ja tehoelektroniikka-aloilla. Korkeajännitteisten releiden eristävästä kotelosta, keraamisiin kupari-päällystettyihin substraatteihin tehopuolijohdemoduuleissa, suurjännitekontaktoreihin, eristäviin laakereihin ja metalloituihin keraamisiin liitososiin, keramiikka omaksuu yhä enemmän keskeisiä toimintoja uudessa energia-ajoneuvojen arkkitehtuurissa.

 

Tulevaisuudessa, kun uudet energiaajoneuvot kehittyvät kohti korkeampaa jännitettä, suurempaa tehotiheyttä, parempaa luotettavuutta ja pienempää kokoa,Tarkkuusmetallisoidut alumiinioksidikeraamiset komponentitmateriaalit muuttuvat edelleen yksinkertaisista eristemateriaaleista tehokkaiksi{0}}rakenne- ja toiminnallisiksi materiaaleiksi. Teknologioiden, kuten materiaalien formuloinnin, tarkkuusmuovauksen, metalloinnin, keraamisen -metallitiivistyksen-ja luotettavuustestauksen, jatkuvasta kehityksestä tulee tärkeä perusta edistyneen keramiikan pääsylle uusien energiaajoneuvojen ydinosien toimitusketjuun.