新エネルギー車（NEVs）とは、非伝統的な燃料を利用し、動力制御および駆動システムに関する先進技術と組み合わせた自動車を指す。これらの車両は最先端の技術原理、革新的な技術および新構造を備えており、必然的に部品のアップグレードや調整をもたらす。その結果、高機能構造用セラミックスはNEV分野でますます採用されている。
1. エンジン用セラミックベアリング
従来のベアリングと比較して、モーターベアリングはより高い回転速度で動作するため、低密度で優れた摩耗抵抗を持つ素材が必要です。さらに、電気モーター内の交流によって変動する電磁界が発生するため、ベアリング放電による電気腐食を抑えるために、より優れた絶縁性が求められます。また、ベアリングボールは超滑らかな表面を持つ必要があります。これにより摩耗を最小限に抑えることができます。
エンジン用セラミックベアリングとは、主成分としてセラミック素材を使用したベアリングであり、高温、高速、高負荷の作業条件下で顕著な利点を持っています。以下に詳細を紹介します：
主な材料
窒化ケイ素（Si₃N₄）：エンジン用セラミックベアリングに一般的に使用される材料です。高い強度、優れた耐摩耗性および優れた耐熱性を持っており、最大1200℃の温度でも安定して作動可能です。また、比較的低密度であるため、ベアリングの重量を軽減するのに役立ちます。
炭化ケイ素（SiC）：炭化ケイ素は硬度が高く、耐熱性に優れ、熱伝導性も良好です。過酷な作業環境下でも良好な機械的特性と耐摩耗性を維持でき、軸受に高い性能が要求される場面でよく使用されます。
2. セラミック銅張サブストレート
高熱伝導性、低熱膨張係数、優れたはんだ付け性、耐熱性、優れた電気絶縁性、そして優れた熱衝撃耐性。
① 新エネルギー車のヘッドライト用窒化アルミニウム（AlN）セラミック銅張サブストレート。
② IGBTモジュール用窒化ケイ素（Si₃N₄）サブストレート。
③ 自動車センサーおよびショックアブソーバー用アルミナ（Al₂O₃）セラミックサブストレート。
3. 制動システム用セラミックブレーキパッド
カーボンセラミックブレーキは密度が低く、強度が高く、摩擦性能が安定しており、摩耗が少なく、制動比率が高く、耐熱性に優れ、寿命が長いという特徴を持っています。
この素材は炭素繊維と炭化ケイ素（SiC）を1700°Cで合成した強化複合セラミックです。この高度な組成は、優れた耐熱性を発揮するだけでなく、同じサイズの従来のブレーキディスクと比較して重量を50％以上軽減します。
利点
優れたブレーキ性能：高い摩擦係数と安定性を備えており、ブレーキディスクの温度が650°Cに達しても、セラミックブレーキパッドの摩擦係数は約0.45～0.55のままで維持され、良好なブレーキ性能を確保し、停止距離を短くします。
長寿命：一般的なブレーキパッドの寿命は60,000キロ以下ですが、セラミックブレーキパッドは100,000キロ以上に達します。さらに、セラミックブレーキパッドはブレーキディスクに傷を残さないため、純正ブレーキディスクの寿命を20％延長することができます。
低騒音で快適：金属部品を含まないため、従来の金属製ブレーキパッドと相手部品との摩擦によって発生する異常な騒音を回避し、静かな走行環境を提供します。
ブレーキダストが少ない：セラミックブレーキパッドは、従来のセミメタル製パッドよりもブレーキダストを発生させないため、ホイールを清潔に保ち、メンテナンスの時間とコストを削減します。
優れた耐熱性と放熱性：優れた耐熱性および熱安定性を持ち、ブレーキによって発生する熱を迅速に放散することができ、ブレーキ性能の安定性を確保し、車両の安全性を向上させます。
4. セラミックコーティング
① カーコートセラミックコーティング
主な特性と利点：
優れた保護性能：環境中の汚染物質による損傷から車を守る犠牲バリアとして機能します：
紫外線：酸化および塗装の色あせを大幅に低減します。
化学的なシミ：酸性の鳥の糞、虫の死骸、樹液、道路の塩分などによる損傷に耐性があります。
軽微な傷や渦巻き痕：クリアコートやワックスと比較して硬度が向上（9H+）し、軽度の摩耗にはより耐性があります（ただし完全な傷防止ではありません）
水垢：塗装にミネラル分が付着してエッチングされるリスクを軽減します。
優れた撥水性およびセルフクリーニング効果：
非常に高い水弾き性を持つ表面を形成します。水が玉状に固まり、簡単に滑り落ち、その際に付着しているほこりや汚れを一緒に運び去ります。
車両の洗浄を大幅に容易にし、洗車の頻度を減らすことができます。
高輝度と深み：
従来のワックスやシーラントをはるかに超える、比類ない深みと反射性のある「ウエットルック」の輝きを実現します。
コーティングにより、下地の塗装の透明感と色の深みを高めます。
長期耐久性:
従来のワックス（数週間持続）や合成シーラント（数ヶ月持続）とは異なり、セラミックコーティングは製品の品質、施工状況、メンテナンス、環境条件によって通常1〜5年（またはそれ以上）の保護効果を持続します。
② 排気系セラミックコーティング
③ セラミック熱遮断コーティング
5. 高圧セラミックリレー
① 伝統的な内燃機関車両では、リレーは制御システム、始動装置、エアコン、照明、ワイパー、燃料噴射システム、オイルポンプ、パワーウインドウ、パワーシート、電子ダッシュボードおよび診断システムなどに広く使用されています。これらの従来の自動車用リレーは低圧製品であり、通常12〜48Vの範囲で動作します。
② 新エネルギー車（NEV）では、リレーは主に高圧直流環境で使用され、高電流の直流回路を制御します。仕様は多様で小ロット生産が多く、柔軟な製造技術が求められることが多いです。
6. セラミックコンデンサー
新エネルギー車において、低損失のセラミックコンデンサーは主に電気駆動システム、充電器、バッテリ管理システム（BMS）などのパワーエレクトロニクスシステムに使用されます。主な応用例は以下の通りです：
① DC-DCコンバータおよびインバータ
機能：フィルタコンデンサとして機能し、回路内の電力損失を低減し、エネルギー変換効率を向上させます。
② 充電スタンド
機能：ノイズ除去コンデンサとして機能し、電流干渉を軽減し、充電効率を高めます。
③ バッテリ管理システム (BMS)
機能：バッテリー出力電圧を安定化させ、バッテリーのサイクル寿命を延長し、安全性を確保します。
④ 低損失セラミックコンデンサの主な利点
高温耐性
高耐圧
高周波性能
NEV電子制御システムにおける重要な役割
7. セラミックヒューズ
① 回路保護機能
② 耐荷重能力およびパルス耐性
③ セーフティ機能
セラミックヒューズは、ハウジングにセラミック素材を使用し、電気回路を保護する機能を持つヒューズの一種です。以下に詳細を紹介します：
構造と原理
基本構造：主にセラミック管、金属端子キャップ、溶断要素、クォーツ砂で構成されています。セラミック管は高温耐性と絶縁性を提供します。金属端子キャップは電気接続に使用されます。溶断要素は過電流時に溶断するコア部分です。管内部のクォーツ砂はアークエネルギーを吸収し、アークを消弧します。
作動原理：回路に過電流または短絡故障が発生すると、ヒューズ要素に電流の増加による発熱が生じ溶断します。この時、チューブ内の石英砂がアークエネルギーを迅速に吸収し、アークを消弧するとともに金属のスラグを包み込み、飛散を防ぐことにより、安全な回路遮断を実現し、設備や回路の安全を保護します。
8. セラミックシールドコネクタ
シーリングリングはバッテリーのカバー直下に位置し、電源バッテリーカバーと端子の間に密閉かつ導通性のある接続を形成するために使用されます。これにより、バッテリーが優れた密封性能を持ち、電解液の漏洩を防止し、内部反応に適した気密環境を提供します。また、バッテリーカバーを押した際に減圧および緩衝の役割も果たし、バッテリー内部部品の正常な動作を保証し、バッテリーの寿命と安全性に対して重要な保障を提供します。
セラミックシーリングコネクターとは、セラミック素材を主体として密閉接続を実現するコネクターであり、電気絶縁を確保し、外部媒体の侵入を防ぐことができます。以下に詳細な紹介を示します：
構造と原理
基本構造：一般的に、セラミック本体、金属電極、シール部品などで構成されています。セラミック本体は耐高温性、絶縁性および機械的強度を提供します。金属電極は電気接続に使用され、メタライズやろう付けなどの工程を通じてセラミック本体にしっかりと結合されています。ガスケットやシーラントなどのシール部品は、さらにシール性能を高めるために使用され、コネクタがさまざまな環境下でも良好なシール状態を維持できるようにしています。
作動原理：セラミック自体の高密度かつ低孔性の特性により、ガスや液体の通過を効果的に遮断できます。同時に、セラミック本体と金属電極との界面の精密な設計および加工、および適切なシーリング材の使用により、信頼性の高いシール構造を形成し、外部の湿気やほこりなどの異物がコネクタ内部へ侵入することを防ぎ、これにより電気接続の正常な動作および電気回路の安全性と安定性を確保しています。
特徴
耐熱性および絶縁性：セラミックは優れた耐熱性を持っており、高温環境下でも安定して動作できます。同時に、高圧絶縁性能を備えており、効果的に電気的破壊を防止します。
優れたシール性能：高品質なシール効果を発揮し、ガスや液体、粉塵の侵入を効果的に防ぐことができます。真空や高圧、腐食性環境など過酷な条件下でも使用可能です。
高い機械的強度：セラミックは硬度および機械的強度に優れており、一定の機械的ストレスや振動に耐えることができ、使用中におけるコネクタの信頼性を確保します。
9. セラミックヒータ PTC
PTCヒータは熱抵抗が低く熱交換効率が高いという利点があり、自動定温式で省エネルギー型の電気ヒータです。その顕著な特徴の一つは安全性にあります。どのような使用状況でも、従来の電熱管ヒータのように表面が「赤熱」することなく、やけどや火災などの潜在的な危険を引き起こす心配がありません。
PTCセラミックヒーターとは、正の温度係数を持つセラミック加熱素子を使用し、抵抗加熱の原理によって熱を発生させる電気ヒーターです。以下に詳細な紹介を示します：
動作原理
PTCセラミックヒーターは特殊なセラミック材料で構成されています。電圧が印加されると、温度が上昇するにつれて抵抗も増加します。温度がキュリー点以下にあるときは抵抗率が非常に低く、加熱速度が非常に速くなります。しかし、キュリー点温度を超えると抵抗率が突然増加し、電流が安定した値まで低下することで、自動的に温度を制御し、一定温度を維持する目的を果たします。
10. セラミックパッケージハウジング
新しいIGBTパッケージ用セラミックハウジングは、IGBTのすべてのチップユニットにおけるゲート接続および引き出しを実現できます。
"Ceramic Package Housing"（セラミックパッケージハウジング）とは、電子デバイスのパッケージングに使用される高性能素材のハウジングを指します。以下に関連する紹介を示します：
特徴
優れた物理的特性：高強度、優れた耐熱性、耐食性、絶縁性および熱伝導性を備えています。
優れた電気特性：誘電率が高く、誘電損失が低く、絶縁破壊強度が高いという特徴があり、これにより製品の信号伝送品質および性能指標を向上させます。
良好な熱管理：優れた熱伝導性と熱拡散性能により、チップからの熱を外部環境に効果的に移動させ、チップの安定性を維持します。
高い信頼性：振動や衝撃などの環境においても優れた耐性を持ち、パッケージングされた製品が過酷な環境下でも安定して動作し続けられることを保証します。
一般的な材料
アルミナセラミックス：もっとも一般的に使用されるセラミック材料で、ある程度の機械的強度および絶縁特性を備えていますが、熱伝導性は比較的低いです。
窒化アルミニウムセラミックス：熱伝導性が高く、優れた誘電特性、高い絶縁破壊強度、安定した化学的性質を持ち、その熱膨張係数はシリコンとよく一致しており、半導体パッケージングにおける基板材料として理想的です。
酸化ベリリウムセラミックス：非常に高い熱伝導性を持ちますが毒性があり、製造コストが高いです。主に軍事および航空宇宙電子機器で使用されます。
11. セラミック圧力センサー
腐食性に強く、耐衝撃性に優れ、高弾性を持つため、ほとんどの媒体と直接接触することが可能です。また、セラミックの非常に高い耐熱性により、動作温度範囲が-40℃～150℃と広く、自動車や産業プロセス制御などの分野で広く使用されています。
セラミック圧力センサーとは、セラミックの物理的特性を利用して圧力を測定する装置です。以下に詳細を紹介します：
動作原理
圧電抵抗効果に基づいて動作します。圧力がセラミックダイヤフラムの表面に直接加わり、わずかな変形を生じさせます。厚膜抵抗体はセラミックダイヤフラムの背面に印刷されており、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）を形成するように接続されています。圧電抵抗体の圧電抵抗効果により、ブリッジ回路からは圧力と非常に直線的な関係を持つ電圧信号が生成され、この信号は励起電圧に比例します。
基本構造
主にセラミックリング、セラミックダイヤフラム、およびセラミックカバーの3つの部分から構成されています。力感知用の弾性体であるセラミックダイヤフラムは、95％Al₂O₃セラミックを精密加工して作られています。セラミックリングは熱間ダイカストと高温焼結によって形成されます。セラミックダイヤフラムとセラミックリングは、厚膜印刷および加熱焼結技術により高温ガラスペーストと共に焼結され、周辺部が固定されたカップ状の力感知弾性体となります。セラミックカバーの底部には円形の溝があり、ダイヤフラムと一定の隙間を形成して過負荷時にダイヤフラムが過度な曲げにより破損しないように防止します。
特徴
高精度と安定性：セラミックは弾性、耐腐食性、耐摩耗性、衝撃・振動耐性に優れています。動作温度範囲は-40°C～135°Cに達し、測定精度と安定性が非常に高いです。絶縁耐圧は2kV以上で、出力信号が強く、長期安定性に優れています。
優れた耐腐食性：セラミックダイヤフラムは追加の保護なしにほとんどの媒体に直接接触でき、冷凍、化学、環境保護などの用途において特有の利点を持っています。
セラミック圧力センサーは他の産業分野にも利用可能です。
プロセス制御、環境制御、油圧・空気圧機器、サーボバルブおよびトランスミッション、化学・石油化学産業、医療機器など、多くの分野で広く利用されています。
12. 圧電セラミックがタイヤ空気圧を検出
圧電セラミックスとタイヤ空気圧モニタリングチップの間には電気的な接続が設けられており、これにより圧電セラミックスがタイヤ空気圧モニタリングチップに給電できるようになっている。このタイヤ空気圧モニタリング装置において、車両走行中の車両タイヤ内の空気圧の変化により空気圧ブランケットが変形し、その結果として圧電セラミックスが変形する。圧電セラミックスの変形によって発生した電流が、タイヤ空気圧モニタリングチップへの給電に使用される。
圧電セラミックスは、その特異な圧電効果（機械的圧力を電気信号に変換する機能）を活用してタイヤ空気圧検出システムに適用することが可能である。以下に簡潔な概要を示す：
動作原理
タイヤに空気を入れると、内部の空気圧が圧電セラミック素子（通常はタイヤバルブまたはインナーライナー内に組み込まれている）に機械的な力として作用する。
圧電セラミックは、印加された圧力に比例した微少電気信号を発生させます。
この電気信号はセンサモジュールによって処理され（増幅、デジタルデータへの変換）、ワイヤレスで車両のオンボードシステムに送信され、タイヤの空気圧がリアルタイムに表示されます。
13. 圧電型加速度センサ
圧電型加速度センサは、圧電結晶の圧電効果に基づいて動作します。圧電型加速度センサは、自動車のエアバッグやアンチロックブレーキシステム、トラクションコントロールシステムなど、安全性に関する機能にも応用されています。
新エネルギー車両の研究開発および生産段階において、越来越多くの新材料や新工法が採用されており、これにより軽量性、低コスト性、知能化、経済性、信頼性といった新エネルギー車両に対する人々の要求を満たすことが可能となっています。新材料の利用に関して、セラミック材料はその多様な優れた特徴と独自性により、新エネルギー車両に適用された場合、車両自体の重量低減、モーター効率の向上、エネルギー消費の削減、消耗品部品の寿命延長、および新エネルギー車両の知能機能の向上などにおいて、有意義な効果をもたらします。
EN
