Analisi delle principali applicazioni dei materiali ceramici nel settore dei veicoli a nuova energia

Mentre i nuovi veicoli energetici si sviluppano rapidamente verso tensioni più elevate, potenze più elevate e maggiore intelligenza, i materiali metallici tradizionali si trovano ad affrontare sfide crescenti in termini di isolamento, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e stabilità alle alte-frequenze. I materiali ceramici avanzati, con le loro eccellenti proprietà di isolamento elettrico, resistenza meccanica, stabilità termica e resistenza all'arco, stanno svolgendo un ruolo sempre più importante nella catena industriale dei veicoli a nuova energia e sono ampiamente utilizzati in componenti fondamentali come relè ad alta-tensione, moduli IGBT, contattori ad alta-tensione, sistemi di azionamento elettrico e componenti strutturali isolanti di precisione.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nel sistema di controllo elettronico ad alta-tensione dei veicoli a nuova energia, i relè ceramici sono uno dei componenti cruciali che garantiscono la sicurezza dell'intero veicolo. I relè tradizionali sono soggetti a formazione di archi, erosione dei contatti e guasti di adesione in ambienti CC ad alta-tensione. Tuttavia, l’utilizzo di strutture isolanti in ceramica può migliorare efficacemente le capacità di estinzione dell’arco e le prestazioni di isolamento elettrico. Attualmente, l'industria utilizza ampiamente la ceramica di allumina al 95% come materiale per l'alloggiamento dei relè, che possiede eccellenti proprietà di isolamento, resistenza al calore e stabilità strutturale, soddisfacendo i requisiti operativi a lungo-termine dei veicoli a nuova energia in condizioni operative complesse.

 

Nel campo dei relè ad alta-tensione, gli involucri ceramici dei contattori HVDC sono diventati un componente strutturale importante nei sistemi di commutazione ad alta-tensione di nuova energia. Internamente, questi dispositivi utilizzano in genere una struttura sigillata sotto vuoto-, utilizzando processi di sigillatura in ceramica e metallo per creare una cavità sigillata altamente affidabile, riducendo efficacemente l'impatto degli archi elettrici sul sistema. Nel frattempo, gli alloggiamenti in ceramica di allumina EV e gli alloggiamenti dei relè in ceramica di allumina EV sono ampiamente utilizzati anche nei relè ad alta-tensione e nei contattori CC ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia per soddisfare i requisiti di sicurezza dell'isolamento in condizioni di commutazione ad alta tensione, alta corrente e alta-frequenza.

 

Con il continuo aggiornamento dei moduli di potenza nei veicoli a nuova energia, i requisiti di efficienza di dissipazione del calore e affidabilità del confezionamento dei moduli IGBT sono in costante aumento. I substrati rivestiti in rame ceramico-, in quanto materiale importante per l'imballaggio dei semiconduttori di potenza, presentano i vantaggi principali di combinare caratteristiche di elevata conduttività termica, elevato isolamento e bassa dilatazione termica. Rispetto ai materiali tradizionali, i substrati ceramici in nitruro di silicio e allumina possono migliorare efficacemente la stabilità dei dispositivi di alimentazione in ambienti ciclici ad alta-temperatura e ridurre il rischio di affaticamento termico.

 

Attualmente, gli alloggiamenti in ceramica metallizzata per semiconduttori di potenza sono ampiamente utilizzati negli inverter per veicoli di nuova energia, nei moduli di ricarica e nei sistemi di controllo dei motori. Attraverso la metallizzazione, il substrato ceramico può ottenere saldature affidabili e connessioni ad alta-resistenza, migliorando ulteriormente l'affidabilità complessiva dell'imballaggio. Nel frattempo, le ceramiche metallizzate per componenti elettrici stanno gradualmente diventando un'importante direzione di sviluppo per l'imballaggio di componenti elettronici nei veicoli a nuova energia, mostrando vantaggi significativi soprattutto nelle applicazioni ad alta-tensione, alta-frequenza e alta-potenza.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nel campo dei contattori ad alta-tensione per veicoli a nuova energia, anche i materiali ceramici svolgono un ruolo cruciale. I contattori ad alta-tensione devono garantire una rapida estinzione dell'arco quando si interrompono istantaneamente grandi correnti, richiedendo quindi standard estremamente elevati per la resistenza alle alte-temperature, l'ermeticità e la stabilità strutturale del materiale. Le cavità sigillate in ceramica prodotte utilizzando la tecnologia di brasatura sotto vuoto possono migliorare efficacemente l'efficienza di estinzione dell'arco e la durata di servizio del contattore.

 

Attualmente, le custodie dei relè in ceramica metallizzata ad alta-temperatura sono diventate una delle forme di imballaggio più importanti per i relè CC ad alta-tensione, mantenendo prestazioni di isolamento stabili in ambienti ad alta-temperatura e alta-pressione. Allo stesso tempo, i componenti ceramici di allumina dei relè sono ampiamente utilizzati anche nella struttura di supporto dell'isolamento interno dei relè dei veicoli di nuova energia per migliorare la sicurezza e l'affidabilità complessive del sistema.

 

Nei sistemi di azionamento elettrico dei veicoli a nuova energia, anche l’applicazione dei cuscinetti a sfere in ceramica è in rapida crescita. Rispetto ai tradizionali cuscinetti in acciaio, le sfere in ceramica hanno una densità inferiore, una maggiore durezza, un coefficiente di attrito inferiore e una maggiore resistenza alla corrosione, riducendo efficacemente l'usura e la generazione di calore durante la rotazione ad alta-velocità. Nel frattempo, i materiali ceramici possiedono proprietà isolanti naturali, che possono ridurre l’elettrocorrosione nei cuscinetti dei motori e migliorare la stabilità dei sistemi di azionamento elettrico.

 

Soprattutto nelle applicazioni con motori ad alta- velocità, i cuscinetti ibridi che utilizzano sfere in ceramica di nitruro di silicio possono migliorare efficacemente l'efficienza operativa del motore e ridurre rumore e vibrazioni. Attualmente, la domanda di cuscinetti ceramici altamente affidabili nei motori di trasmissione dei veicoli a nuova energia continua a crescere, guidando l’applicazione crescente di materiali ceramici avanzati nei sistemi di trasmissione elettrici.

 

Oltre alla ceramica strutturale, anche la tecnologia della ceramica metallizzata si sta rapidamente sviluppando nel settore dei veicoli a nuova energia. La ceramica metallizzata in allumina raggiunge connessioni saldate affidabili tra ceramica e metalli formando uno strato metallico sulla superficie della ceramica in allumina, soddisfacendo così i requisiti di elevata tenuta all'aria, elevato isolamento e imballaggio ad alta-resistenza. Questi materiali sono ampiamente utilizzati negli alloggiamenti dei relè, negli imballaggi dei sensori, nei moduli elettronici di potenza e nei sistemi ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poiché i requisiti di precisione per i componenti dei veicoli a nuova energia continuano ad aumentare, anche la domanda del mercato per la ceramica metallizzata di precisione è in espansione. Attraverso processi di metallizzazione di precisione e tecnologie di lavorazione ad alta-precisione, la consistenza e l'affidabilità dei componenti strutturali in ceramica possono essere notevolmente migliorate. Nel frattempo, la lavorazione meccanica di precisione di parti in ceramica di alluminio è diventata un processo chiave nella produzione di ceramica avanzata, soddisfacendo i requisiti di miniaturizzazione e di alta-precisione dei componenti strutturali complessi.

 

Nei sistemi di connessione ad alta-tensione per veicoli a nuova energia, la ceramica di alluminio metallizzato per componenti elettrici e i tubi isolanti in ceramica metallizzata con parti in ceramica metallizzata sono ampiamente utilizzati nelle connessioni isolanti, nell'isolamento conduttivo e nelle strutture di protezione ad alta-tensione. Questi prodotti combinano eccellenti prestazioni di isolamento con resistenza meccanica, migliorando efficacemente la sicurezza e la stabilità dei sistemi ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia.

 

Inoltre, i componenti ceramici metallizzati ad alta resistenza vengono applicati sempre più spesso ai nuovi sistemi di ricarica dei veicoli energetici, ai sistemi di accumulo dell'energia e ai moduli di distribuzione dell'energia ad alta tensione per soddisfare i requisiti di funzionamento stabile a lungo termine con carichi meccanici elevati e condizioni operative complesse.

 

Nel complesso, i materiali ceramici avanzati stanno svolgendo un ruolo sempre più importante nella catena industriale dei nuovi veicoli energetici. Dai relè ad alta-tensione e moduli di potenza IGBT ai sistemi di azionamento elettrico e alle strutture di connessione ad alta-tensione, i materiali ceramici non solo migliorano la sicurezza, l'affidabilità e la durata dei veicoli a nuova energia, ma guidano anche lo sviluppo di veicoli verso una tensione più elevata, un peso più leggero e una densità di potenza più elevata. In futuro, con il continuo miglioramento del settore dei veicoli a nuova energia, la domanda del mercato di componenti ceramici ad alte-prestazioni come l'alloggiamento in ceramica di allumina dei relè EV eContattore ceramico CC ad alta tensionecontinuerà ad espandersi e anche i materiali ceramici metallizzati ad alta- affidabilità diventeranno un'importante direzione di sviluppo per i componenti principali dei veicoli a nuova energia.