Les véhicules à énergie nouvelle (NEVs) désignent des automobiles qui utilisent des carburants non traditionnels, associés à des technologies avancées de contrôle de la puissance et des systèmes de conduite. Ces véhicules disposent de principes techniques de pointe, de technologies innovantes et de structures novatrices, entraînant inévitablement des mises à niveau et des ajustements dans leurs composants. En conséquence, les pièces structurelles en céramiques avancées sont de plus en plus adoptées dans le secteur des NEVs.
1. Roulements céramiques pour moteur
Par rapport aux roulements traditionnels, les roulements de moteurs fonctionnent à des vitesses de rotation plus élevées, ce qui exige des matériaux de faible densité et d'une grande résistance à l'usure. De plus, le courant alternatif dans les moteurs électriques génère des champs électromagnétiques variables, nécessitant une isolation renforcée afin d'atténuer la corrosion électrique causée par les décharges dans les roulements. En outre, les billes de roulement doivent présenter des surfaces extrêmement lisses afin de minimiser l'usure.
Les roulements céramiques pour moteurs sont des roulements utilisant des matériaux céramiques comme composants principaux, offrant des avantages considérables dans des conditions de travail à haute température, à grande vitesse et sous forte charge. Voici une présentation détaillée :
Matériaux principaux
Nitrure de silicium (Si₃N₄) : C'est un matériau couramment utilisé pour les roulements céramiques de moteurs. Il possède une résistance élevée, une bonne résistance à l'usure et une excellente résistance à la chaleur, pouvant fonctionner de manière stable à des températures allant jusqu'à 1200 °C. En même temps, il a une densité relativement faible, ce qui contribue à réduire le poids du roulement.
Carbure de silicium (SiC) : Le carbure de silicium possède également une grande dureté, une résistance élevée à la température et une bonne conductivité thermique. Il peut conserver de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance à l'usure dans des environnements de travail sévères, et est souvent utilisé dans des applications où des exigences de performance plus élevées sont requises pour les roulements.
2. Substrat en cuivre céramique à base de céramique et de cuivre
Excellente conductivité thermique, faible coefficient de dilatation thermique, soudabilité remarquable, résistance élevée à la chaleur, isolation électrique supérieure et résistance exceptionnelle aux chocs thermiques.
① Substrats en cuivre céramique à base de nitrure d'aluminium (AlN) pour phares de véhicules électriques.
② Substrats en nitrure de silicium (Si₃N₄) pour modules IGBT.
③ Substrats céramiques en alumine (Al₂O₃) pour capteurs automobiles et amortisseurs.
3. Plaquettes de frein céramiques pour systèmes de freinage
Les freins en carbone-céramique présentent une faible densité, une grande résistance mécanique, des performances de friction stables, un usure minimale, un rapport de freinage élevé, une excellente résistance à la chaleur et une longue durée de vie.
Le matériau est un composite céramique renforcé, synthétisé à partir de fibres de carbone et de carbure de silicium (SiC) à 1700 °C. Cette composition avancée offre non seulement une excellente résistance aux hautes températures, mais réduit également le poids de plus de 50 % par rapport aux disques de frein traditionnels de même taille.
Avantages
Excellente performance de freinage : Grâce à un coefficient de friction élevé et stable, même lorsque la température du disque atteint 650 °C, le coefficient de friction des plaquettes de frein en céramique reste maintenu à environ 0,45 - 0,55, assurant ainsi une bonne efficacité de freinage et réduisant la distance de freinage.
Durée de vie prolongée : La durée de vie des plaquettes de frein ordinaires est inférieure à 60 000 kilomètres, tandis que celle des plaquettes en céramique peut dépasser 100 000 kilomètres. De plus, les plaquettes en céramique ne provoquent pas de rayures sur le disque de frein, ce qui permet d'augmenter la durée de vie du disque d'origine de 20 %.
Faible bruit et confort : Étant donné qu'elles ne contiennent pas de composants métalliques, elles évitent le bruit anormal généré par le frottement entre les plaquettes de frein métalliques traditionnelles et les pièces associées, offrant ainsi un environnement de conduite silencieux.
Moins de poussière de frein : Les plaquettes de frein céramiques produisent moins de poussière de frein que les plaquettes semi-métalliques traditionnelles, ce qui aide à garder les roues propres et réduit le temps et les coûts d'entretien.
Bonne résistance à la chaleur et dissipation efficace de la chaleur : Elles disposent d'une excellente résistance à la chaleur et d'une grande stabilité thermique, et peuvent également dissiper rapidement la chaleur générée par le freinage, assurant ainsi la stabilité des performances de freinage et améliorant la sécurité du véhicule.
4. Revêtement céramique
① Revêtement de peinture automobile céramique
Caractéristiques principales et avantages :
Protection exceptionnelle : Agit comme une barrière sacrificielle contre les contaminants environnementaux :
Rayons UV : Réduit considérablement l'oxydation et le décoloration de la peinture.
Taches chimiques : Résiste aux dommages causés par les fientes d'oiseaux acides, les éclats d'insectes, la sève d'arbres et les sels de déneigement.
Rayures et tourbillons mineurs : Offre une dureté accrue (9H+) par rapport à la laque ou à la cire, offrant ainsi une meilleure résistance aux légères marques (bien qu'il ne soit pas résistant aux rayures).
Taches d'eau : Réduit le risque que les dépôts minéraux s'incrustent dans la peinture.
Hydrophobie supérieure et effet autonettoyant :
Crée une surface extrêmement répulsive à l'eau. L'eau forme des gouttelettes serrées et roule sans effort, emportant avec elle la saleté et la poussière lâche.
Rend le véhicule nettement plus facile à nettoyer et réduit la fréquence des lavages nécessaires.
Brillance et profondeur améliorées :
Crée un éclat réfléchissant profond et incomparable, similaire à l'effet « mouillé », qui dépasse celui des cires ou scellants traditionnels.
Le revêtement améliore la clarté et la profondeur des couleurs de la peinture sous-jacente.
DURABILITÉ À LONG TERME :
Contrairement aux cires traditionnelles (durée de quelques semaines) ou aux scellants synthétiques (durée de quelques mois), les revêtements céramiques offrent une protection généralement durable de 1 à 5 ans (voire plus), selon la qualité du produit, l'application, l'entretien et l'exposition environnementale.
② Revêtement céramique pour système d'échappement
③ Revêtement céramique isolant thermique
5. Relais céramique haute tension
① Dans les véhicules traditionnels à moteur à combustion interne, les relais sont largement utilisés dans les systèmes de contrôle, le démarrage, la climatisation, l'éclairage, les essuie-glaces, les systèmes d'injection de carburant, les pompes à huile, les vitres électriques, les sièges électriques, les tableaux de bord électroniques et les systèmes de diagnostic. Ces relais automobiles traditionnels sont des produits basse tension, fonctionnant généralement dans une plage de 12 à 48 V.
② Dans les véhicules à énergie nouvelle (VEN), les relais sont principalement utilisés dans des environnements à courant continu haute tension, contrôlant des circuits à courant continu de forte intensité. Ils présentent des spécifications variées avec des petites séries de production, nécessitant souvent des techniques de fabrication flexibles.
6. Condensateur céramique
Dans les véhicules à énergie nouvelle, les condensateurs céramiques à faibles pertes sont principalement utilisés dans des systèmes d'électronique de puissance tels que les systèmes de propulsion électrique, les bornes de recharge et les systèmes de gestion de batterie (BMS). Les principales applications incluent :
① Convertisseurs DC-DC et onduleurs
Fonction : Servir de condensateurs de filtrage pour réduire les pertes d'énergie dans les circuits et améliorer l'efficacité de conversion énergétique.
② Bornes de recharge
Fonction : Agir comme des condensateurs de suppression de bruit afin d'atténuer les interférences électriques et d'améliorer l'efficacité de recharge.
③ Systèmes de gestion de batterie (BMS)
Fonction : Stabiliser la tension de sortie de la batterie, prolonger la durée de vie en cycles de la batterie et assurer la sécurité.
④ Principaux avantages des condensateurs céramiques à faibles pertes
Résistance à haute température
Résistance aux hautes tensions
Performance en haute fréquence
Rôle essentiel dans les systèmes de contrôle électronique des véhicules électriques
7. Fusible céramique
① Fonction de protection des circuits
② Capacité de charge et résistance aux impulsions
③ Fonction de sécurité
Un fusible céramique est un type de fusible qui utilise un matériau céramique comme boîtier et dont la fonction est de protéger les circuits électriques. Voici une présentation détaillée :
Structure et Principe
Structure de base : Il se compose principalement d'un tube céramique, de chapeaux métalliques aux extrémités, d'un élément fusible et de sable de quartz. Le tube céramique offre une résistance élevée à la chaleur et une bonne isolation. Les chapeaux métalliques aux extrémités servent aux connexions électriques. L'élément fusible est la partie centrale qui fond en cas de surintensité. Le sable de quartz à l'intérieur du tube peut absorber l'énergie de l'arc électrique et l'éteindre.
Principe de fonctionnement : Lorsque le circuit présente un défaut de surintensité ou un court-circuit, l'élément fusible génère de la chaleur en raison de l'augmentation du courant et fond. À ce moment, le sable de quartz contenu dans le tube absorbe rapidement l'énergie de l'arc, éteint l'arc et enveloppe les débris métalliques afin d'éviter les projections, permettant ainsi une ouverture sûre du circuit et protégeant la sécurité des équipements et des circuits.
8. Connecteur étanche en céramique
L'anneau d'étanchéité se trouve juste sous le couvercle de la batterie et sert à établir une connexion étanche et conductrice entre le couvercle de la batterie et le pôle. Il garantit une bonne étanchéité de la batterie, empêche la fuite d'électrolyte et fournit un environnement hermétique adapté à la réaction interne de la batterie. En même temps, il joue également un rôle de décompression et d'amortissement lorsque le couvercle de la batterie est appuyé, assurant ainsi le fonctionnement normal des composants internes de la batterie et offrant une garantie essentielle pour la durée de vie et la sécurité de celle-ci.
Un connecteur scellé en céramique est un type de connecteur qui utilise des matériaux céramiques comme élément principal pour réaliser une connexion étanche. Il permet d'assurer l'isolation électrique et d'empêcher l'intrusion de milieux externes. Voici une présentation détaillée :
Structure et Principe
Structure de base : Elle est généralement composée d'un boîtier en céramique, d'électrodes métalliques et de composants d'étanchéité. Le boîtier en céramique offre une résistance élevée à la température, une isolation électrique et une solidité mécanique. Les électrodes métalliques servent à la connexion électrique et sont solidement fixées au boîtier céramique grâce à des procédés tels que la métallisation et le brasage. Les composants d'étanchéité, tels que des joints ou des produits d'étanchéité, permettent d'améliorer davantage les performances d'étanchéité afin de garantir que le connecteur conserve un bon niveau d'étanchéité dans différents environnements.
Principe de fonctionnement : Les caractéristiques propres des céramiques, à savoir leur haute densité et leur faible porosité, peuvent efficacement bloquer le passage des gaz et des liquides. En même temps, grâce à une conception et à une usinage précis de l'interface entre le corps céramique et les électrodes métalliques, ainsi qu'à l'utilisation de matériaux d'étanchéité appropriés, un joint fiable est créé, empêchant l'humidité, la poussière et autres substances externes de pénétrer à l'intérieur du connecteur, garantissant ainsi le fonctionnement normal de la connexion électrique ainsi que la sécurité et la stabilité du circuit électrique.
Caractéristiques
Résistance à la chaleur et isolation : Les céramiques possèdent une excellente résistance à haute température et peuvent fonctionner de manière stable dans des environnements chauds. En même temps, elles offrent des performances d'isolation haute tension, permettant efficacement d'éviter les courts-circuits électriques.
Bonne Performance d'Étanchéité : Elle peut offrir un effet d'étanchéité de haute qualité, empêchant efficacement l'intrusion des gaz, des liquides et de la poussière, et convient aux environnements sévères tels que le vide, les environnements à haute pression et corrosifs.
Grande Résistance Mécanique : Les céramiques possèdent une grande dureté et une résistance mécanique élevée, capables de supporter certaines contraintes et vibrations mécaniques, assurant ainsi la fiabilité du connecteur pendant son utilisation.
9. Chauffage Céramique PTC
Les chauffe-eau PTC présentent les avantages d'une faible résistance thermique et d'un haut rendement d'échange thermique. Ils constituent des chauffe-eau électriques automatiques, thermostatiques et économiseurs d'énergie. L'une de leurs caractéristiques marquantes réside dans leurs performances en matière de sécurité : dans n'importe quelle situation d'utilisation, ils ne présentent jamais le phénomène de « rougissement » de surface comme les chauffe-eau à tubes résistants, évitant ainsi des risques potentiels tels que des brûlures ou des incendies.
Un chauffage céramique PTC est un chauffage électrique qui utilise un élément chauffant céramique à coefficient de température positif et génère de la chaleur par le principe du chauffage résistif. Voici une présentation détaillée :
Principe de fonctionnement
Les chauffages céramiques PTC sont fabriqués à partir de matériaux céramiques spéciaux. Lorsqu'une tension est appliquée, leur résistance augmente avec l'augmentation de la température. Lorsque la température est inférieure au point de Curie, la résistivité est très faible et la vitesse de chauffage est très rapide. Une fois que la température dépasse le point de Curie, la résistivité augmente soudainement, provoquant une diminution du courant jusqu'à une valeur stable, permettant ainsi d'atteindre automatiquement un contrôle de la température et de la maintenir constante.
10. Boîtier en céramique
Le nouveau boîtier en céramique pour le encapsulage IGBT permet de réaliser la connexion et l'extraction de toutes les unités de puces du IGBT.
"Boîtier en céramique" désigne un boîtier en matériau haute performance utilisé pour l'encapsulation de dispositifs électroniques. Voici la présentation correspondante :
Caractéristiques
Excellentes propriétés physiques : Il possède une grande résistance, une résistance thermique et une résistance à la corrosion élevées, ainsi qu'un bon pouvoir isolant et une bonne conductivité thermique.
Performances électriques supérieures : Il présente une constante diélectrique élevée, des pertes diélectriques faibles et une grande rigidité diélectrique, ce qui permet d'améliorer la qualité de transmission du signal et les indicateurs de performance des produits.
Gestion thermique efficace : Sa conductivité thermique élevée et ses excellentes performances de diffusion thermique permettent efficacement de transférer la chaleur depuis la puce vers l'environnement extérieur, préservant ainsi la stabilité de la puce.
Fiabilité accrue : Il présente une meilleure tolérance dans des environnements tels que les vibrations et les chocs, garantissant que les produits conditionnés restent stables dans des conditions difficiles.
Matériaux courants
Céramiques d'alumine : Le matériau céramique le plus couramment utilisé, possédant une certaine résistance mécanique et des propriétés isolantes, mais une conductivité thermique relativement faible.
Céramiques nitrure d'aluminium : elles possèdent une excellente conductivité thermique, des propriétés diélectriques remarquables, une haute résistance d'isolation électrique, des propriétés chimiques stables, et leur coefficient de dilatation thermique s'ajuste bien à celui du silicium, ce qui en fait un matériau de substrat idéal pour l'encapsulation des semi-conducteurs.
Céramiques oxyde de béryllium : elles présentent une conductivité thermique extrêmement élevée mais sont toxiques et coûteuses à produire ; elles sont principalement utilisées dans les appareils électroniques militaires et aérospatiaux.
11. Capteur de pression céramique
Il présente d'excellentes propriétés telles que la résistance à la corrosion, la résistance aux chocs et une grande élasticité, et peut être en contact direct avec la plupart des milieux. En outre, la stabilité thermique extrêmement élevée des céramiques lui permet de fonctionner dans une plage de température allant de -40°C à 150°C, ce qui le rend largement utilisable dans des domaines tels que l'automobile et le contrôle des procédés industriels.
Un capteur de pression céramique est un dispositif qui utilise les propriétés physiques des céramiques pour mesurer la pression. Voici une présentation détaillée :
Principe de fonctionnement
Il fonctionne sur la base de l'effet piézorésistif. La pression est appliquée directement sur la surface avant de la membrane céramique, provoquant une déformation minime. Les résistances à couche épaisse sont imprimées à l'arrière de la membrane céramique et connectées de manière à former un pont de Wheatstone. En raison de l'effet piézorésistif des résistances, le pont génère un signal de tension qui est très linéaire par rapport à la pression et proportionnel à la tension d'excitation.
Structure de base
Il se compose principalement de trois parties : un anneau en céramique, une membrane en céramique et un couvercle en céramique. La membrane en céramique, agissant comme élément élastique de détection de force, est fabriquée en céramique Al₂O₃ à 95 % par un usinage fin. L'anneau en céramique est formé par moulage à chaud et frittage à haute température. La membrane en céramique et l'anneau en céramique sont assemblés grâce à une technique d'impression en couche épaisse et de cuisson thermique, en utilisant une pâte de verre à haute température, formant ainsi un élément élastique en forme de coupe destiné à la détection de force, avec une périphérie fixe. Le couvercle en céramique présente une gorge circulaire à sa base, créant un espace défini avec la membrane, ce qui permet d'éviter que la membrane ne se casse en cas de courbure excessive due à une surcharge.
Caractéristiques
Haute précision et stabilité : Les céramiques possèdent une élasticité élevée, une résistance à la corrosion, à l'usure ainsi qu'aux chocs et vibrations. La plage de température de fonctionnement peut atteindre -40°C à 135°C, assurant une grande précision et stabilité de mesure. Le degré d'isolation électrique est supérieur à 2 kV, le signal de sortie est fort et la stabilité à long terme est bonne.
Bonne résistance à la corrosion : La membrane céramique peut être en contact direct avec la plupart des milieux sans protection supplémentaire, ce qui lui confère des avantages uniques dans des applications telles que le froid, la chimie et la protection de l'environnement.
Le capteur de pression céramique peut également être utilisé dans d'autres industries.
Il est largement utilisé dans les domaines du contrôle des processus, du contrôle environnemental, des équipements hydrauliques et pneumatiques, des vannes servo et des transmissions, de l'industrie chimique, des instruments médicaux, entre autres.
12. Les céramiques piézoélectriques détectent la pression des pneus
Une connexion électrique est établie entre les céramiques piézoélectriques et la puce de surveillance de la pression des pneus, ce qui permet aux céramiques piézoélectriques d'alimenter la puce de surveillance de la pression des pneus. Dans ce dispositif de surveillance de la pression des pneus, la variation de la pression de l'air dans le pneu du véhicule pendant la conduite provoque la déformation de la vessie de pression, ce qui entraîne à son tour la déformation des céramiques piézoélectriques. Le courant généré par la déformation des céramiques piézoélectriques est utilisé pour alimenter la puce de surveillance de la pression des pneus.
Les céramiques piézoélectriques peuvent être utilisées dans des systèmes de détection de pression des pneus, exploitant leur effet piézoélectrique unique (conversion de la pression mécanique en signaux électriques) pour surveiller la pression des pneus. Voici un aperçu concis :
Principe de fonctionnement
Lorsqu'un pneu est gonflé, la pression interne de l'air exerce une force mécanique sur l'élément en céramique piézoélectrique (généralement intégré à la valve du pneu ou au revêtement intérieur).
La céramique piézoélectrique génère une petite charge électrique proportionnelle à la pression appliquée.
Ce signal électrique est traité par un module de capteur (amplifié, converti en données numériques) et transmis sans fil vers le système embarqué du véhicule, qui affiche en temps réel la pression des pneus.
13. Capteur d'accélération piézoélectrique
Le capteur d'accélération piézoélectrique fonctionne selon l'effet piézoélectrique des cristaux piézoélectriques. Les capteurs d'accélération piézoélectriques sont également utilisés dans les aspects de performance de sécurité tels que les airbags automobiles, les systèmes de freinage antiblocage et les systèmes de contrôle de traction.
Dans les étapes de recherche et développement ainsi que de production des véhicules électriques, de plus en plus de nouveaux matériaux et procédés sont adoptés, rendant ainsi possible la satisfaction des exigences des consommateurs en matière de légèreté, de faible coût, d'intelligence, d'économie et de fiabilité. En ce qui concerne l'utilisation de nouveaux matériaux, les céramiques, grâce à leurs propriétés excellentes et uniques, présentent une importance positive lorsqu'elles sont appliquées aux véhicules électriques pour réduire le poids propre du véhicule, améliorer l'efficacité du moteur, diminuer la consommation d'énergie, accroître la durée de vie des pièces fragiles et perfectionner les fonctions intelligentes des véhicules électriques.
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