如今,车企电动化转型已成大流,燃油汽车向新能源电动汽车的生产转变,也必然导致其背后的各项组装零部件进行更替调整,陶瓷在新能源汽车领域是核心功能性材料,凭借耐高温、耐高压、耐磨、绝缘等特性,覆盖动力系统、电子控制、车身结构等关键环节,成为提升车辆性能与安全性的重要支撑。先进陶瓷能在其中能扮演怎样的角色?
一、动力系统核心部件
新能源汽车对汽车轴承的要求更为严格,首先电机轴承相比传统轴承转速高,需要密度更低、更耐磨的材料;其次,由于电机的交变电流引起周围磁场变化,需要更换的绝缘性来减小轴承放电产生的电腐蚀;再者,要求轴承球表面更加光滑由此来减少磨损。
陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特点,适宜高速旋转工程,在高温强磁高真空等领域,陶瓷球具有不可替代性。在新能源汽车中,陶瓷轴承的应用成为一种趋势。
电控技术是衡量新能源节能电动汽车发展水平的重要标志。高压直流陶瓷继电器也可成为电控系统的核心元件。
传统的继电器受自身制造技术(特别是触点间隙小)的限制,在接通高压直流、低功率因素感性负载时,继电器触点极其容易出现粘结失效或连接电弧烧火接触系统失效。
针对此现象,有研究人员就研发出一种新型高压直流真空继电器,在由金属与陶瓷封接的真空腔体中,陶瓷绝缘子滑动连接在动触点组件与推杆之间,使得动触点和静触点无论是在导通或断开的任何状态下都能与继电器的导磁轭铁板、铁芯等零件构成的磁路系统保持良好的电绝缘,由此保证继电器在切换直流高电压负载时的断弧能力。
图. 高压继电器陶瓷壳
二、电子与电气系统关键材料
陶瓷覆铜基板则是IGBT模块的关键封装材料之一。作为铜-陶瓷-铜“三明治”结构的复合材料,其具有陶瓷的散热性好、绝缘性高、机械强度高、热膨胀与芯片匹配的特性,又兼有无氧铜电流承载能力强、焊接和键合性能好、热导率高的特性。
目前陶瓷覆铜基板根据陶瓷材料的不同分为氧化铝陶瓷覆铜板、氮化铝陶瓷覆铜板及氮化硅陶瓷覆铜板,性能对比下氮化硅覆铜基板更为优秀,其最大特点是具有与其他陶瓷基板所无可比拟的可靠性,即具有氮化硅陶瓷高强度、高导热的特性,结合活性金属焊接工艺后又具有高可靠性,使其成为高压大功率IGBT模块封装中最具有发展前景的材料。特别是在可靠性和小型化要求更高的电动汽车领域。
图. 陶瓷高压接触器