Новите енергийни превозни средства (NEV) се отнасят до автомобили, използващи нетрадиционни горива, комбинирани с напреднали технологии в системите за управление на мощността и движението. Тези превозни средства разполагат с високотехнологични принципи, иновативни технологии и нови структури, което неизбежно води до модернизации и корекции в техните компоненти. В резултат на това, предови керамични конструктивни части все по-често се използват в сектора NEV.
1. Керамични двигатели с лагери
В сравнение с традиционните лагери, моторните лагери работят при по-високи обороти, което изисква материали с по-ниска плътност и по-добра устойчивост на износване. Освен това, променливият ток в електродвигателите генерира променливи електромагнитни полета, което изисква подобрена изолация, за да се предотврати електрическата корозия, предизвикана от разряд в лагерите. Освен това, топките на лагерите трябва да имат изключително гладки повърхности, за да се намали износването.
Керамични лагери за двигатели са лагери, които използват керамични материали като основни компоненти, които имат значителни предимства при работа в условия на висока температура, високи скорости и големи натоварвания. По-долу е даден подробен преглед:
Основни материали
Силициев нитрид (Si₃N₄): Това е често използван материал за керамични двигатели. Той притежава висока якост, добра устойчивост на износване и отлична устойчивост на високи температури и може да работи стабилно при температури до 1200°C. В същото време, той има относително ниска плътност, което помага за намаляване на теглото на лагера.
Силициев карбид (SiC): Силициевият карбид също притежава висока твърдост, устойчивост на висока температура и добра топлопроводимост. Може да запазва добри механични свойства и устойчивост на износване в сурови работни условия и често се използва при приложения, където се изисква по-висока производителност на лагерите.
2. Керамични субстрати с медно покритие
Висока топлопроводимост, нисък коефициент на топлинно разширване, отлична запояемост, устойчивост на висока температура, превъзходна електрическа изолация и изключителна устойчивост на топлинен удар.
① Субстрати от алуминиев нитрид (AlN) с медно покритие за фарове на нови енергийни превозни средства.
② Субстрати от силициев нитрид (Si₃N₄) за IGBT модули.
③ Алуминиеви (Al₂O₃) керамични субстрати за автомобилни сензори и амортизатори.
3. Керамични спирачни накладки за спирачни системи
Въглеродно-керамичните спирачки са с ниска плътност, висока якост, стабилни фрикционни характеристики, минимално износване, високо спирачно усилие, изключителна устойчивост на топлина и дълъг експлоатационен срок.
Материалът е армиран композитен керамичен материал, синтезиран от въглеродни влакна и силициев карбид (SiC) при 1700°C. Тази напреднала структура не само осигурява изключителна устойчивост на високи температури, но и намалява теглото с над 50% в сравнение с традиционни дискове за спирачки със същия размер.
Предимства
Изcellent спирачна производителност: Благодарение на високия и стабилен коефициент на триене, дори когато температурата на диска за спирачки достигне 650°C, коефициентът на триене на керамичните спирачни накладки може да се поддържа около 0.45 - 0.55, което осигурява добра спирачна производителност и съкращава спирачния път.
Дълъг експлоатационен живот: Експлоатационният живот на обикновените спирачни накладки е под 60 000 км, докато този на керамичните спирачни накладки може да надхвърли 100 000 км. Освен това, керамичните спирачни накладки няма да оставят драскотини по диска за спирачки, което може да удължи експлоатационния живот на оригиналния диск за спирачки с 20%.
Малко шумни и комфортни: Тъй като не съдържат метални компоненти, избягват необичайния шум, генериран от триенето между традиционни метални спирачни плочи и съпътстващите ги части, осигурявайки тихо шофиране.
По-малко спирачен прах: Керамичните спирачни плочи генерират по-малко спирачен прах в сравнение с традиционните полу-метални плочи, което помага за запазване на по-чистите джанти и намалява времето и разходите за поддръжка.
Добра устойчивост на топлина и отвеждане на топлина: Те притежават отлична устойчивост на топлина и термична стабилност и също така могат бързо да отведат топлината, генерирана при спиране, осигурявайки стабилност на спирачните характеристики и подобряване на безопасността на превозното средство.
4. Керамично покритие
① Керамично покритие за автомобилни бои
Основни свойства и предимства:
Изключителна защита: Действа като защитен бариер срещу замърсители от околната среда:
UV радиация: Значително намалява окисляването и избледняването на боята.
Химични петна: Устойчив на вреда от кисели птичи изпражнения, насекоми, смола от дървета и пътни соли.
Миниатюрни драскотини и вихрести следи: Осигурява увеличена твърдост (9H+), в сравнение с прозрачен лак или восък, което предлага по-добра устойчивост на леки зачервявания (въпреки че не е устойчив на драскотини).
Водни петна: Намалява риска от вкаменелости, които изяждат боята.
Превъзходна хидрофобност и самоочистващ ефект:
Създава изключително водоотблъскваща повърхност. Водата се събира на капки и се стича без усилие, отнасяйки със себе си несвързания мръсот и прах.
Прави автомобила значително по-лесен за почистване и намалява честотата на миенето.
Усилена гладкост и дълбочина:
Създава непревзойден, дълбок, отразяващ "мокър вид" блясък, който надминава традиционните восъци или уплътнения.
Покритието подобрява яснотата и дълбочината на цвета на основната боя.
Дългосрочна прочност:
За разлика от традиционните восъци (с продължителност от седмици) или синтетични уплътнения (с продължителност от месеци), керамичните покрития предлагат защита, която обикновено трае от 1 до 5 години (или повече), в зависимост от качеството на продукта, прилагането, поддръжката и околната среда.
② Керамично покритие за изпускателна система
③ Керамично покритие за термална изолация
5. Високоволтово керамично реле
① В традиционните двигатели с вътрешно горене релетата се използват широко в системи за управление, стартиране, климатични инсталации, осветление, изтривачи, системи за впръскване на гориво, маслени помпи, електрически прозорци, електрически седалки, електронни табла и диагностични системи. Тези конвенционални автомобилни релета са нисковолтови продукти, които обикновено работят в диапазона 12-48V.
② В новите енергийни превозни средства (NEV), релетата се използват предимно в среди с високо напрежение и постоянен ток, като управляват вериги с висок ток. Те се характеризират с разнообразни спецификации и малки производствени серии, често изискващи гъвкави производствени технологии.
6. Керамичен кондензатор
В новите енергийни превозни средства нискотокои керамични кондензатори се използват предимно в системи за силова електроника като електрически задвижвания, зарядни станции и системи за управление на батерии (BMS). Основни приложения включват:
① DC-DC преобразуватели и инвертори
Функция: Да служат като филтриращи кондензатори за намаляване на загубите на енергия в електрическите вериги и подобряване на ефективността на преобразуване на енергията.
② Зарядни станции
Функция: Да действат като кондензатори за потиснате на смущения, за намаляване на токовите интерференции и за подобряване на ефективността при зареждане.
③ Системи за управление на батерии (BMS)
Функция: Стабилизират изходното напрежение на батерията, удължавайки нейния експлоатационен живот и осигурявайки безопасност.
④ Основни предимства на керамичните кондензатори с ниски загуби
Устойчивост към високи температури
Издръжливост на високо напрежение
Високочестотни характеристики
Ключова роля в електронните системи за управление на NEV
7. Керамичен предпазител
① Функция за защита на веригата
② Носеща способност и устойчивост на импулси
③ Функция за безопасност
Керамичен предпазител е вид предпазител, който използва керамичен материал като корпус и изпълнява функцията за защита на електрическите вериги. Следва подробно представяне:
Строеж и принцип
Основна конструкция: Състои се предимно от керамична тръба, метални крайни капаци, топящ елемент и кварцов пясък. Керамичната тръба осигурява устойчивост на висока температура и изолация. Металните крайни капаци се използват за електрическо свързване. Топящият елемент е основната част, която се топи при превишена сила на тока. Кварцовият пясък вътре в тръбата може да абсорбира енергията на електрическата дъга и да я загаси.
Принцип на действие: Когато в веригата възникне неизправност вследствие претоварване или късо съединение, топлинният елемент генерира топлина поради увеличаването на тока и се стопява. В този момент квартсният пясък в тръбката бързо абсорбира енергията на дъгата, угасява дъгата и обвива металните отпадъци, за да предотврати разпръскване, по този начин осигурявайки безопасно прекъсване на веригата и защитавайки безопасността на оборудването и електрическите мрежи.
8. Керамичен уплътнен конектор
Уплътнителният пръстен се намира непосредствено под капака на батерията и се използва за създаване на уплътнена и проводяща връзка между капака на силовата батерия и полюса. Той осигурява добра уплътняваща способност на батерията, предотвратява изтичането на електролит и осигурява добро херметично обкръжение за вътрешната реакция на батерията. В същото време, той също така изпълнява роля при разтоварване и буфериране, когато капакът на батерията се натиска надолу, което гарантира нормалната работа на вътрешните компоненти на батерията и осигурява важно предпоставка за нейния експлоатационен живот и безопасност.
Керамичен уплътнен конектор е вид конектор, който използва керамични материали като основа за осигуряване на уплътнена връзка, което може да гарантира електрическата изолация и да предотврати проникването на външни среди. Следва подробно представяне:
Строеж и принцип
Основна конструкция: Обикновено се състои от керамично тяло, метални електроди и уплътнителни компоненти. Керамичното тяло осигурява устойчивост на висока температура, изолация и механична якост. Металните електроди се използват за електрическо свързване и са здраво свързани с керамичното тяло чрез процеси като металлизация и запояване. Уплътнителните компоненти, като уплътнения или уплътнителни маси, се използват за допълнително подобряване на уплътняването, за да се осигури добро уплътняване на конектора в различни среди.
Принцип на работа: Високата плътност и ниската порьозност на керамичните материали по принцип ефективно блокират преминаването на газове и течности. В същото време чрез прецизното проектиране и обработка на границата между керамичното тяло и металните електроди, както и използването на подходящи уплътнителни материали, се формира надеждно уплътнение, което предотвратява проникването на влага, прах и други вещества отвън към вътрешната част на конектора, осигурявайки нормалната работа на електрическото свързване и безопасността и стабилността на електрическата верига.
Характеристики
Термостойкост и изолация: Керамичните материали притежават отлична термостойкост и могат да работят стабилно в условията на висока температура. В същото време те разполагат с високоволтова изолационна способност, която ефективно предотвратява електрическия пробив.
Добра уплътняваща способност: Тя може да осигури висококачествен ефект на уплътнение, ефективно предотвратявайки проникването на газове, течности и прах, подходяща е за сурови среди като вакуум, високо налягане и корозивни среди.
Висока механична якост: Керамичните материали притежават висока твърдост и механична якост, могат да поемат определено механично напрежение и вибрации, осигурявайки надеждност на конектора по време на употреба.
9. Керамичен нагревател PTC
PTC нагревателите притежават предимствата на ниско термично съпротивление и висока ефективност на топлообмен, те са автоматични постоянни температурни и енергоспестяващи електрически нагреватели. Една от техните основни особености е свързана с безопасността: във всяка област на приложение те няма да създадат явление на "червенееща" повърхност, както при електрическите тръбни нагреватели, което може да предизвикат потенциални опасности като изгаряния и пожари.
PTC керамичен нагревател е електрически нагревател, който използва керамичен нагревателен елемент с положителен температурен коефициент и генерира топлина чрез принципа на резистивното нагряване. Следва подробно въведение:
Работен принцип
PTC керамичните нагреватели са изработени от специални керамични материали. Когато се подаде напрежение, съпротивлението им нараства с повишаването на температурата. Когато температурата е под Кюриевата точка, удельното съпротивление е много ниско и скоростта на нагреване е много висока. След като се премине температурата на Кюри, удельното съпротивление рязко нараства, което води до намаляване на тока до стабилна стойност, по този начин се постига целта автоматично регулиране на температурата и поддържането ѝ постоянна.
10. Керамичен корпус
Новият керамичен корпус за IGBT опаковка може да осъществи връзката и извода на всички чипови елементи на IGBT.
"Керамичен корпус" се отнася до високопроизводителен материален корпус, използван за опаковане на електронни устройства. Ето съответното въведение:
Характеристики
Отлични физически свойства: Има висока якост, изключителна топлоустойчивост, корозионна устойчивост, изолация и топлопроводимост.
Отлични електрически параметри: Притежава висока диелектрична константа, ниски диелектрични загуби и висока електрическа изолационна якост, което помага да се подобри качеството на предаване на сигнала и експлоатационните показатели на продуктите.
Добра термична управление: Неговата отлична топлопроводимост и способност за разсейване на топлината могат ефективно да прехвърлят топлината от чипа към външната среда, поддържайки стабилността на чипа.
По-висока надеждност: То има по-добра устойчивост в среди с вибрации и удари, което гарантира, че опакованите продукти могат да останат стабилни в тежки условия.
Общи материали
Алуминиева керамика: Най-често използваният керамичен материал, притежаващ определена механична якост и изолационни свойства, но сравнително ниска топлопроводимост.
Керамика от нитрид на алуминий: Тя притежава висока топлопроводимост, отлични диелектрични свойства, висока електрическа изолационна якост, стабилни химични свойства, а коефициентът ѝ на топлинно разширение добре съответства на този на кремния, което я прави идеален подложков материал за полупроводникови пакети.
Керамика от оксид на берил: Тя притежава изключително висока топлопроводимост, но е токсична и има високи разходи за производство, основно използвана в военни и аерокосмически електронни устройства.
11. Керамичен сензор за налягане
Той притежава отлични характеристики като корозионна устойчивост, удароустойчивост и висока еластичност и може да бъде в непосредствен контакт с повечето среди. Високата термична стабилност на керамиката осигурява работен температурен диапазон от -40℃ до 150℃, което позволява широко приложение в области като автомобилната индустрия и индустриалния процесен контрол.
Керамичен сензор за налягане е устройство, което използва физичните свойства на керамиката за измерване на налягане. Следва подробно представяне:
Работен принцип
Тя работи въз основа на пьезорезистивния ефект. Налягането се прилага директно към предната повърхност на керамичната мембрана, което кара тя да създаде миниатюрна деформация. Дебелопленовите резистори са отпечатани на гърба на керамичната мембрана и са свързани, за да образуват мост на Уиътстоун. Поради пьезорезистивния ефект на пьезорезисторите, мостът генерира напрежение, което е високо линейно спрямо налягането и пропорционално на възбуждащото напрежение.
Основна структура
Основно се състои от три части: керамичен пръстен, керамична мембрана и керамична капачка. Керамичната мембрана, като еластично тяло за измерване на сила, е произведена от 95% Al₂O₃ керамика чрез прецизна обработка. Керамичният пръстен се формира чрез горещо пресоване и високотемпературно спечатване. Керамичната мембрана и керамичният пръстен се обработват заедно с високотемпературна стъклена паста чрез дебелопластова печатна технология и термично обработване, за да се получи чашковидно еластично тяло за измерване на сила с фиксиран периметър. Керамичната капачка има кръгова канавка в долната част, която създава определен зазор с мембраната, за да предотврати нейното счупване вследствие на прекомерно огъване при претоварване.
Характеристики
Висока прецизност и стабилност: Керамиката притежава висока еластичност, устойчивост на корозия, устойчивост на износване, както и устойчивост на удар и вибрации. Диапазонът на работна температура може да достигне от -40°C до 135°C, осигурявайки висока точност на измерване и стабилност. Електрическата изолация е над 2 kV, изходният сигнал е силен, а дългосрочната стабилност е добра.
Добра устойчивост на корозия: Керамичната мембрана може директно да се допира до повечето среди без допълнителна защита, което ѝ придава уникални предимства в приложения като охлаждане, химични технологии и опазване на околната среда.
Керамичният сензор за налягане може да се използва и в други индустрии.
Той намира широко приложение в процесния контрол, контрола на околната среда, хидравлични и пневматични устройства, серво клапани и трансмисии, химичната промишленост, медицинските инструменти и много други области.
12. Пиезоелектрични керамики за измерване на налягането в гумите
Електрическа връзка се установява между пиезолелектричните керамики и чипа за наблюдение на налягането в гумите, така че пиезолелектричните керамики да могат да захранват чипа за наблюдение на налягането в гумите. В това устройство за наблюдение на налягането в гумите, промяната на въздушното налягане в гумата на превозното средство по време на движението на превозното средство предизвиква деформация на въздушния мембран, което от своя страна предизвиква деформация на пиезолелектричните керамики. Токът, генериран при деформацията на пиезолелектричните керамики, се използва за захранване на чипа за наблюдение на налягането в гумите.
Пиезолелектрични керамики могат да се прилагат в системи за детекция на налягане в гумите, като използват уникалния пиезолелектричен ефект (преобразуване на механичното налягане в електрически сигнали) за наблюдение на налягането в гумите. Ето кратък преглед:
Работен принцип
Когато гума се накачва, вътрешното въздушно налягане оказва механично усилие върху пиезолелектричния керамичен елемент (обикновено вграден в засичащия вентил или във вътрешната облицовка).
Пиезоелектричната керамика генерира малък електрически заряд, пропорционален на приложеното налягане.
Този електрически сигнал се обработва от сензорен модул (усилен, преобразуван в цифрови данни) и се предава безжично към бордовата система на превозното средство, която показва налягането в гумите в реално време.
13. Пиезоелектричен сензор за ускорение
Пиезоелектричният сензор за ускорение работи въз основа на пиезоелектричния ефект на пиезоелектричните кристали. Пиезоелектричните сензори за ускорение се използват и в аспекти на безопасността като въздушни възглавници, системи за противозаблокировъчно спиране и системи за контрол на сцеплението.
В етапите на проучване, разработка и производство на нови енергийни превозни средства все по-често се използват нови материали и нови технологии, което прави възможно удовлетворяването на изискванията на потребителите към новите енергийни превозни средства относно лекота, ниска цена, интелигентност, икономичност и надеждност. Във връзка с използването на нови материали, керамичните материали, благодарение на своите разнообразни отлични и уникални свойства, когато се прилагат към новите енергийни превозни средства, имат положително значение за намаляване на собственото тегло на превозното средство, подобряване на ефективността на двигателя, намаляване на енергийния разход, увеличаване на срока на издръжливост на уязвимите части и подобряване на интелигентните функции на новите енергийни превозни средства.
EN
