Uusenergiajajat (NEVs) tarkoittavat autoja, jotka käyttävät epäperinteisiä polttoaineita ja hyödyntävät edistyksellisiä teknologioita tehonhallinnassa ja ajosysteemeissä. Näillä ajoneuvoilla on huipputeknologisia periaatteita, innovatiivisia teknologioita ja uusia rakenteita, mikä väkisinkin johtaa niiden komponenttien päivityksiin ja säädöksiin. Tämän vuoksi edistetyt keraamiset rakennemateriaalit ovat yleistymässä NEV-sektorilla.
1. Moottorin keraamiset laakerit
Moottorilaakereissa verrattuna perinteisiin laakereihin vaaditaan korkeampia pyörimisnopeuksia, mikä edellyttää materiaaleja, joilla on alhaisempi tiheys ja parempi kulumiskestävyys. Lisäksi sähkömoottoreissa vaihteleva virta luo vaihtelevia sähkömagneettisia kenttiä, mikä vaatii parannettua eristystä laakerin purkautumisen aiheuttaman sähköisen korroosion vähentämiseksi. Lisäksi laakerikuulien tulee olla erittäin sileitä kulumisen minimoimiseksi.
Moottorin keraamiset laakerit ovat laakereita, jotka käyttävät keraamisia materiaaleja pääkomponentteina. Niillä on merkittäviä etuja korkeassa lämpötilassa, nopeassa kierrosluvussa ja raskauden alla toimivissa olosuhteissa. Seuraavassa on yksityiskohtainen esittely:
Päämateriaalit
Rikki-nitridi (Si₃N₄): Se on yleisimmin käytetty materiaali moottorin keraamisissa laakereissa. Sillä on korkea lujuus, hyvä kulumiskestävyys ja erinomainen korkean lämpötilan kestävyys, ja sitä voidaan käyttää vakiona jopa 1200 °C lämpötilassa. Samalla sillä on suhteellisen alhainen tiheys, mikä auttaa laakereiden painon keventämisessä.
Rikkihiili (SiC): Rikkihiilen kovuus, korkealämpötila- ja lämmönjohtavuus ovat hyviä. Se voi säilyttää hyvät mekaaniset ominaisuudet ja kulumisvastuksen kovissa käyttöolosuhteissa, ja sitä käytetään usein sovelluksissa, joissa laakereilta vaaditaan korkeampaa suorituskykyä.
2. Keraaminen kuparipohjainen kanta-aine
Hyvä lämmönjohtavuus, matala lämpölaajenemiskerroin, erinomainen juottavuus, korkean lämpötilan kestävyys, erinomainen sähköinen eristys ja huipputason lämpöshokkikestävyys.
① Alumiininitridiä (AlN) sisältävät keraamiset kuparikantalevyt uusien energiaveneiden etuvaloihin.
② Typen nitridi (Si₃N₄) -kantalevyt IGBT-moduuleihin.
③ Aluminaa (Al₂O₃) sisältävät keraamiset kantalevyt autojen antureihin ja jousituksiin.
3. Keraamiset jarrulevyt jarrujärjestelmiin
Hiilikeraamiset jarrut ovat kevyitä, niillä on korkea lujuus, stabiili kitkakäyttäytyminen, vähäinen kulumisa, korkea jarrusuhteet, erinomainen lämpökestävyys ja pitkä käyttöikä.
Materiaali on hiilikuitua ja rautahiilitta (SiC) 1700 °C:ssa valmistettu vahvistettu keraaminen komposiitti. Tämä edistynyt rakenne tarjoaa erinomaisen kuumuuden kestävyyden lisäksi yli 50 %:n painonkevennyksen perinteisiin jarrulevyihin samassa koossa verrattuna.
Edut
Erinomainen jarrutusteho: Korkean ja vakion kitkakertoimen ansiosta, jarrulevyn lämpötilan ollessa 650 °C, keraamisten jarrulevyjen kitkakerroin voidaan pitää edelleen noin 0,45 - 0,55 välillä, mikä takaa hyvän jarrutustehon ja lyhentää jarrutusmatkaa.
Pitkä käyttöikä: Tavallisten jarrulevyjen käyttöikä on alle 60 000 kilometriä, kun taas keraamisten jarrulevyjen käyttöikä voi ylittää 100 000 kilometriä. Lisäksi keraamiset jarrulevyt eivät jätä naarmuja jarrulevylle, mikä voi pidentää alkuperäisen jarrulevyn käyttöikää 20 %.
Matala melu ja mukavuus: Koska ne eivät sisällä metalliosia, ne välttävät epänormaalia melua, joka aiheutuu perinteisten metallijarrulevyjen ja niiden kanssa kosketuksessa olevien osien välisestä kitkasta, tarjoten näin hiljaisen ajokokemuksen.
Vähemmän jarrutölkkyä: Keraamiset jarrulevyt tuottavat vähemmän jarrutölkkyä kuin perinteiset puolimetalliset levyt, mikä auttaa pitämään renkaat puhtaina ja vähentää huoltotarvetta sekä kustannuksia.
Hyvä kuumuuden kestävyys ja hajottaminen: Niillä on erinomainen kuumuuden kestävyys ja lämpötilan vakaus, ja ne pystyvät nopeasti hajottamaan jarrutuksen aikana syntyvän lämmön, takaamalla jarrutusominaisuuksien vakauden ja parantaen ajoneuvon turvallisuutta.
4. Keraamipinnoite
① Keraamivärjäys
Tärkeät ominaisuudet ja hyödyt:
Erinomainen suojaus: Toimii uhrautuvana esteenä ympäristön saasteita vastaan:
UV-säteily: Vähentää huomattavasti hapettumista ja maalin kohdistumista.
Kemialliset tahrat: Vastustaa haittaa happamista lintujen ulosteista, hyönteisjäljistä, puun mehusta ja tieturvasta.
Pienten naarmujen ja pyörremerkkien vähentäminen: Tarjoaa parannettua kovuutta (9H+) verrattuna lakkapintaan tai vahaan, mikä tarjoaa paremman kestävyyden lieville naarmuilta (vaikka ei olekaan täysin naarmuun kestävä).
Vesitahran muodostuminen: Vähentää mineraalijäännösten syöpymisen vaaraa maalipintaan.
Erinomainen veden hylkivyyden ja itsetuhdistavan vaikutuksen parantaminen:
Luo erittäin vedenpitävän pinnan. Vesi muodostaa tiukkoja pisaroita ja valuu pois vaivattomasti, mukanaan löysä pöly ja lika.
Tekee ajoneuvosta huomattavasti helpommin puhdistettavan ja vähentää tarvetta pesujen suorittamiselle.
Parannettu hohto ja syvyys:
Luo vertaansa vailla olevan syvän ja heijastavan "vilkas näköisen" kiillotuksen, joka ylittää perinteiset vahat tai tiivisteet.
Pintakäsittely parantaa maalipinnan läpinäkyvyyttä ja värien syvyyttä.
Pitkäkestoinen kestovuus:
Toisin kuin perinteiset vahat (kestävät viikkoja) tai synteettiset tiivisteet (kestävät kuukausia), keraamiset pinnoitteet tarjoavat suojan, joka kestää tyypillisesti 1–5 vuotta (tai enemmän), riippuen tuotteen laadusta, soveltamisesta, huollosta ja ympäristöaltistuksesta.
② Pakoputkiston keraaminen pinnoite
③ Keraaminen lämmöneristekerros
5. Korkeajännitekeraamirele
① Perinteisissä polttomoottoriautoissa releitä käytetään laajasti ohjausjärjestelmissä, käynnistysjärjestelmissä, ilman conditioning-järjestelmissä, valaistuksessa, pyyhkimissä, polttoainesuihkutusjärjestelmissä, öljynpumpuissa, sähköikkunoissa, sähköistä istuimissa, elektronisessa mittaristossa ja diagnostiikkajärjestelmissä. Näitä perinteisiä auton releitä ovat matalajännite tuotteet, joita käytetään tyypillisesti 12–48 V jännitealueella.
② Uusiutuvan energian ajoneuvoissa (NEV), releitä käytetään ensisijaisesti korkeajännite tasavirta ympäristöissä, jotka hallinnoivat suurivirtaisia tasavirtapiirejä. Niillä on monipuoliset määritykset ja pienet tuotantoseriat, ja niissä vaaditaan usein joustavia valmistustekniikoita.
6. Keraamikondensaattori
Uusiutuvan energian ajoneuvoissa matalahäviöisiä keraamisia kondensaattoreita käytetään ensisijaisesti tehoelektroniikkajärjestelmissä, kuten sähköisten ajaminen järjestelmissä, latauspisteissä ja akunhallintajärjestelmissä (BMS). Keskeisiä sovelluksia ovat:
① DC-DC-muuntajat ja invertterit
Toiminto: Toimivat suodinkondensaattoreina, jotka vähentävät tehohäviöitä piireissä ja parantavat energianmuunnostehokkuutta.
② Latauspisteet
Toiminto: Toimivat kohinansuodattimina lievittämään sähkövirran häiriöitä ja parantamaan lataustehokkuutta.
③ Akunhallintajärjestelmät (BMS)
Toiminto: Stabiloivat akun lähtöjännitettä, pidentävät akun käyttöikää ja takaavat turvallisuuden.
④ Keskeiset edut vähähäviöisissä keraamisissa kondenkaattoreissa
Korkean lämpötilan kestävyys
Korkean jännitteen kesto
Korkeataajuusominaisuudet
Kriittinen rooli NEV-elektroniikkajärjestelmissä
7. Keraaminen sulake
① Piirinsuojatoiminto
② Käyttökuorman kesto ja pulssien kesto
③ Turvatoiminto
Keraaminen sulake on sulaketyyppi, jossa käytetään keraamista materiaalia kotelona ja jolla on sähköpiirien suojaamisen toiminto. Tässä on yksityiskohtainen esittely:
Rakenne ja periaate
Perusrakenne: Se koostuu pääasiassa keraamisesta putkesta, metallisista päätykannoista, sulavasta elementistä ja kvartsihiekasta. Keraaminen putki tarjoaa korkean lämpötilankestävyyden ja eristyksen. Metalliset päätykanat ovat sähköisiä liitännöitä. Sulava elementti on ylikuormitustilanteessa sulava ydinosa. Putken sisällä oleva kvartsihiekka voi imeä kaaren energiaa ja sammuttaa kaaren.
Toimintaperiaate: Kun piirissä on ylikuormitus- tai oikosulkuvika, sulavavirtaheijastimen lämpö nousee virran kasvaessa ja se sulaa. Tällöin putkessa oleva kvartsihiekka imee kaasun energian nopeasti, sammuttaa kaasun ja käärii metallijätteen estäen sinkoamista, jolloin saavutetaan turvallinen piirin katkaisu ja varmistetaan laitteiston ja sähköpiirien turvallisuus.
8. Keraaminen tiivisliitin
Tiiviste sijaitsee juuri akun kannen alla ja sitä käytetään tiiviin ja sähköjohtavan yhteyden muodostamiseen voima-akun kanteen ja navan välille. Se varmistaa, että akulla on hyvä tiiviysominaisuus, estää elektrolyytin vuotoa ja tarjoaa hyvän ilmatiivisemmän ympäristön akun sisäiselle reaktiolle. Samalla se voi myös toimia paineenvaimennuksena ja puskurina, kun akun kantta painetaan alas, takaen akun sisäisten komponenttien normaalin toiminnan ja tarjoten tärkeän takaavan vaikutuksen akun käyttöiän ja turvallisuuden kannalta.
Keramiikkatiiviste on tyyppi liitännästä, jossa käytetään keramiikkamateriaalia rungon pääasiallisena materiaalina tiiviin yhteyden muodostamiseksi, mikä varmistaa sähköeristyksen ja estää ulkoisen median tunkeutumista. Tässä on yksityiskohtainen esittely:
Rakenne ja periaate
Perusrakenne: Se koostuu yleensä keraamisesta rungosta, metallielektrodeista ja tiivisteosista. Keraaminen runko tarjoaa korkean lämpötilankestävyyden, eristyksen ja mekaanisen lujuuden. Metallielektrodit käytetään sähköisiin liitännöihin, ja ne on kiinnitetty keraamiseen runkoon metallisoinnin ja juottamisen kaltaisilla menetelmillä. Tiivisteosat, kuten tiivisteet tai tiivistemassat, käytetään parantamaan tiivistystehoa, jotta liitännän voidaan varmistaa säilyttävän hyvä tiivisominaisuus erilaisissa ympäristöolosuhteissa.
Toimintaperiaate: Keraamisten materiaalien korkea tiheys ja matala huokoisuus estävät tehokkaasti kaasujen ja nestevirtausten pääsyn. Samalla keraamisen kappaleen ja metallielektrodien rajapinnan tarkan suunnittelun ja käsittelyn sekä sopivien tiivisteiden käytön avulla muodostetaan luotettava tiiviste, joka estää ulkoista kosteutta, pölyä ja muita aineita pääsemästä liitännän sisäosaan, mikä taataan sähköisen liitännän normaali toiminta sekä sähköpiirin turvallisuus ja vakaus.
Ominaisuudet
Korkean lämpötilan kestävyys ja eristys: Keraamit kestävät hyvin korkeita lämpötiloja ja voivat toimia vakaasti kuumissa olosuhteissa. Samalla niillä on erinomainen eristyskyky korkeajännitteeseen nähden, mikä estää tehokkaasti sähköisiä läpilyöntejä.
Hyvä tiivisteominaisuus: Se voi tarjota korkealaatuisen tiivistetehon, tehokkaasti estäen kaasujen, nesteiden ja pölyn tunkeutumista, ja se soveltuu koville olosuhteille, kuten tyhjiö-, korkeapaine- ja syövyttäviin ympäristöihin.
Korkea mekaaninen lujuus: Keraamien kovuus ja mekaaninen lujuus ovat korkeat, joten ne kestävät tiettyä mekaanista rasitusta ja tärinää, mikä takaa liitännän luotettavuuden käytön aikana.
9. Keraaminen lämmittimen PTC
PTC-lämmittimillä on alhainen lämmönvastus ja korkea lämmönvaihtotehokkuus, ja ne ovat automaattisesti vakiolämpöisiä ja energiatehokkaita sähkölämmittimiä. Eräs niiden tärkeimmistä ominaisuuksista on turvallisuus: missään käyttötilanteessa ne eivät aiheuta pintahehkoa, kuten sähkölämmönputkistojen "punastumista", mikä voi aiheuttaa mahdollisia turvallisuusriskiä, kuten palovammoja ja tulipaloja.
PTC-keramiikkalämmitin on sähkölämmitin, jossa käytetään positiivisen lämpötilakerroin- eli PTC-keramiikkaa lämmityselementtinä, ja joka tuottaa lämpöä resistiivisen lämmityksen periaatteella. Tässä on yksityiskohtainen esittely:
Toimiprinssiini
PTC-keramiikkalämmitinten valmistukseen käytetään erityisiä keramiikkamateriaaleja. Kun jännite kytketään, niiden resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa. Kun lämpötila on alle Curien pisteen, resistiivisyys on erittäin alhainen ja lämmitysnopeus on hyvin nopea. Kun Curien pistettä korkeampi lämpötila saavutetaan, resistiivisyys nousee äkillisesti, mikä aiheuttaa virran laskun stabiiliin arvoon, jolloin saavutetaan lämpötilan automaattinen säätö ja vakiintunut lämpötila.
10. Keramiikkakotelo
Uusi IGBT-pakkaukseen tarkoitettu keramiikkakotelo mahdollistaa portin yhteyden ja kaikkien IGBT:n piirikorttiyksiköiden poiston.
"Keramiikkakotelo" tarkoittaa korkean suorituskyvyn omaavaa materiaalikoteloa, jota käytetään elektronisten laitteiden pakkaamiseen. Tässä on asiaa koskeva esittely:
Ominaisuudet
Erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet: Sillä on korkea lujuus, erinomainen kuumuuskestävyys, korroosionkesto, eristysominaisuudet ja lämmönjohtavuus.
Erinomainen sähköinen suorituskyky: Sillä on korkea dielektrisyysvakio, alhainen dielektrinen häviö ja korkea sähköinen eristyslujuus, mikä auttaa parantamaan tuotteiden signaalin siirtolaatua ja suorituskykyä.
Tehokas lämmönhallinta: Sen erinomainen lämmönjohtavuus ja lämmönsiirtokapasiteetti voivat tehokkaasti siirtää lämpöä piiristä ulkoiseen ympäristöön, säilyttäen piirin stabiilisuuden.
Korkeampi luotettavuus: Sillä on parempi siedävyys tärinä- ja iskuympäristöissä, mikä varmistaa pakattujen tuotteiden stabiilisuuden kovissa olosuhteissa.
Yleiset materiaalit
Alumiiniseramiikka: Yleisimmin käytetty seramiikkamateriaali, jolla on tietty mekaaninen lujuus ja eristysominaisuudet, mutta suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus.
Alumiinitridi-keramiikka: Sillä on korkea lämmönjohtavuus, erinomaiset dielektriset ominaisuudet, korkea sähköinen eristyskestävyys, stabiilit kemialliset ominaisuudet ja sen lämpölaajenemiskerroin vastaa hyvin piin lämpölaajenemiskerrointa, mikä tekee siitä ideaalisen substraattimateriaalin puolijohjepakkauksiin.
Berylliumoksidikeramiikka: Sillä on erittäin korkea lämmönjohtavuus, mutta se on myrkyllistä ja sen valmistuskustannukset ovat korkeat. Sitä käytetään pääasiassa sotilaallisissa ja ilmailu- ja avaruuselektroniikkasovelluksissa.
11. Keraaminen paineanturi
Sillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten korroosionkestävyys, iskunkestävyys ja korkea kimmoisuus, ja sitä voidaan käyttää suorassa kosketuksessa useimpien media-aineiden kanssa. Samalla keraamin erittäin suuri lämpötilavakavuus mahdollistaa käyttölämpötila-alueen -40 °C:sta 150 °C:een, mikä tekee siitä soveltuvan laajasti muun muassa auto- ja teollisuusprosessiohjaussovelluksiin.
Keraaminen paineanturi on laite, joka käyttää keraaminen fysikaalisia ominaisuuksia paineen mittaamiseen. Tässä on yksityiskohtainen esittely:
Toimiprinssiini
Se toimii pohjautuen pientenvastukselliseen vaikutukseen. Paine kohdistuu suoraan keraamisen kalvon etupintaan, mikä aiheuttaa siihen hyvin pienen muodonmuutoksen. Paksumman kerroksen vastuksia on painettu keraamisen kalvon takapintaan ja ne on yhdistetty muodostamaan Wheatstone-silta. Pientenvastusten pientenvastuksellisen vaikutuksen vuoksi silta tuottaa jännitesignaalin, joka on hyvin lineaarinen paineen suhteen ja myös verrannollinen herätteeseen.
Perusrakenne
Se koostuu pääasiassa kolmesta osasta: keraaminen rengas, keraaminen kalvo ja keraaminen kansi. Keraaminen kalvo toimii voiman tunnistavana jousena ja se on valmistettu 95 %:n Al₂O₃-keraamista tarkan käsittelyn kautta. Keraamista rengasta valmistetaan kuuman muovauksen ja korkealämpötilaisen sintrauksen avulla. Keraaminen kalvo ja keraaminen rengas yhdistetään yhdessä korkealämpötilaisella lasimassalla käyttäen pakkopiirteistä painotekniikkaa ja lämpökäsittelyä, jolloin saadaan voiman tunnistava kupomainen jousirakenne, jonka reuna on kiinteä. Keraamisessa kannessa on pohjassa pyöreä ura, joka muodostaa tietyn etäisyyden kalvoon nähden ja estää kalvon murtumisen liiallisen taipumisen vuoksi ylikuormituksen aikana.
Ominaisuudet
Korkea tarkkuus ja stabiilius: Keraamilla on korkea kimmoisuus, korrosionkestävyys, kulumis- ja iskunkestävyys. Käyttölämpötila-alue voi olla -40 °C – 135 °C, mikä takaa korkean mittatarkkuuden ja stabiiliuden. Sähköinen eristyskyky on >2 kV, lähtösignaali on vahva ja pitkän ajan stabiilius on hyvä.
Hyvä korrosionkestävyys: Keraaminen kalvo voi olla suoraan kosketuksessa useimpiin aineisiin lisäsuojauksen vailla, mikä antaa sille ainutlaatuisen edun sovelluksissa, kuten kylmäteollisuudessa, kemian teollisuudessa ja ympäristönsuojelussa.
Keraaminen paineanturi voidaan myös käyttää muissa teollisuuden aloissa.
Sitä käytetään laajasti prosessien ohjauksessa, ympäristön hallinnassa, hydraulisissa ja pneumaattisissa laitteissa, servosäätimissä ja vaihteistoissa, kemian teollisuudessa, lääkinnällisissä laitteissa ja monilla muilla aloilla.
12. Pientekivistä keraamia havaitaan renkaan paine
Sähköinen yhteys on muodostettu piezoelektristen keraamisten ja renkaan paineenseurantapiirin välille, jotta piezoelektriset keraamit voivat tarjota virtaa renkaan paineenseurantapiirille. Tässä renkaan paineenseurantalaitteessa ajon aikana renkaan ilmanpaineen muutos aiheuttaa ilmanpaineen säiliön muodonmuutoksen, mikä puolestaan aiheuttaa piezoelektristen keraamien muodonmuutoksen. Piezoelektristen keraamien muodonmuutoksen aikana syntyvä sähkövirta käytetään renkaan paineenseurantapiirin virranlähteenä.
Piezoelektriset keraamit voidaan soveltaa renkaan paineentunnistusjärjestelmiin hyödyntämällä niiden ainutlaatuista piezoelektristä vaikutusta (mekaanisen paineen muuttaminen sähkösignaaleiksi) renkaan paineen seurauksena. Tässä on lyhyt katsaus:
Toimiprinssiini
Kun rengas täytetään, sisäinen ilmanpaine kohdistaa mekaanista voimaa piezoelektriseen keraamiosaan (yleensä upotettu rengasventtiiliin tai sisävuoraan).
Keraaminen piezoelektrinen materiaali luo pienen sähkövarauksen, joka on suhteellinen kohdistetun paineen mukaan.
Tätä sähkösignaalia käsitellään anturimoduulilla (vahvistetaan, muunnetaan digitaalisiksi tiedoiksi), ja se lähetetään langattomasti ajoneuvon järjestelmään, joka näyttää reaaliaikaisen renkaan paineet.
13. Piezoelektrinen kiihtyvyysanturi
Piezoelektrinen kiihtyvyysanturi toimii piezoelektristen kristallien piezoelektrisen ilmiön perusteella. Piezoelektrisiä kiihtyvyysantureita käytetään myös turvallisuusominaisuuksissa, kuten auton turvaviljoihin, lukkiutumattomaan jarrujärjestelmään ja vetovoimaohjausjärjestelmiin.
Uusien energiakulkuneuvojen tutkimus- ja kehitystyövaiheissa sekä tuotannossa käytetään yhä enemmän uusia materiaaleja ja valmistusmenetelmiä, mikä mahdollistaa kuluttajien vaatimusten täyttämisen keveysrakenteen, matalan hinnan, älykkyyden, taloudellisuuden ja luotettavuuden suhteen. Uusien materiaalien käytön osalta keraamiset materiaalit, joilla on useita erinomaisia ja ainutlaatuisia ominaisuuksia, ovat sovellettuna uusille energiakulkuneuvoille merkityksellisiä kevennettäessä kulkuneuvon omaa painoa, parhaessa moottorin tehokkuutta, vähennettäessä energiankulutusta, pidentäessä kulumisosiin liittyvän huoltovälin kestoa ja parhaessa uusien energiakulkuneuvojen älykkäitä toimintoja.
EN
