新能源汽車的興起是多種因素共同作用的結果,包括能源危機、環境惡化、氣候變化等。 在這種趨勢下,材料科學的進步成為新能源汽車發展的關鍵。 特別是陶瓷材料在新能源汽車智慧型化程序中發揮著越來越重要的作用。
在電機驅動系統等新能源汽車的核心部件中,碳化矽(SiC)金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)與傳統矽(Si)絕緣柵雙極電晶體(IGBT)相比,可將電池壽命提高5%至10%,並有望在未來逐步取代SI IGBT。 然而,SiC MOSFET晶元體積小,對散熱效能要求極高。 陶瓷覆銅板作為一種銅-陶瓷-銅三層結構複合材料,不僅繼承了陶瓷良好的散熱性和高絕緣性能,而且具有銅的高電流承載能力和良好的焊接粘接效能,因此成為新能源汽車領域SiC MOSFET主驅動應用的理想選擇。
氮化矽陶瓷襯底因其優異的散熱效能和可靠性,已成為SiC MOSFET模組封裝的關鍵材料之一。 例如,日本京瓷株式會社採用活性金屬焊接技術生產氮化矽陶瓷覆銅基板,可承受5000次溫度迴圈(-40 125),承載電流超過300A,已廣泛應用於電動汽車、航空航天等領域。
電控技術是新能源汽車發展的關鍵指標,其中高壓直流陶瓷繼電器是電控系統的核心。 該繼電器在真空室中使用陶瓷絕緣體,將動觸點元件滑動到推桿上,以確保在導通和關斷狀態下具有良好的電絕緣性,從而在切換直流高壓負載時具有出色的斷弧能力。 目前,高壓直流繼電器主要由日本松下、美國TE和南韓知名企業生產,國內企業仍處於研發生產的初級階段。
陶瓷熔斷器是電路過流保護的關鍵器件,當電路短路或過載時,可以通過熔斷器熔化產生的斷裂來熄滅電弧,切斷故障電路。 隨著新能源汽車高壓平台的發展,對熔斷器的穩定性和快斷能力提出了更高的要求。
片式多層陶瓷電容器(MLCC)是世界上使用最廣泛的無源電子元件之一,幾乎用於所有消費電子產品中。 隨著電動汽車電動化水平的提高,對車載MLCC的需求也在增加。
陶瓷軸承在新能源汽車中的應用越來越廣泛,因為它們具有密度低、硬度高、耐摩擦等特點,非常適合高速旋轉工況。 特斯拉(Tesla)和奧迪(Audi)等品牌的電機已經採用了陶瓷軸承。
碳陶瓷剎車盤是一種新型剎車片材料,它結合了碳纖維和多晶碳化矽的物理效能,具有高溫穩定性、高導熱性和高比熱等特點,適合新能源汽車使用。
動力電池陶瓷密封聯結器和動力電池陶瓷隔膜是新能源汽車的重要組成部分,它利用陶瓷的電絕緣和機械強度來提高電池的安全性和效能。
透明陶瓷作為一種光學材料,具有與光學玻璃相媲美的透光質量,同時更堅固、更堅硬、更耐腐蝕、更耐高溫,適用於極其惡劣的工作條件,被考慮用於汽車攝像頭鏡頭、雷射雷達視窗材料等。
這些陶瓷材料的應用不僅提高了新能源汽車的效能,而且推動了材料科學的進步,為新能源汽車的可持續發展提供了堅實的材料基礎。