Транспортные средства с новыми источниками энергии (NEV) обозначают автомобили, использующие нетрадиционные виды топлива, в сочетании с передовыми технологиями в системах управления мощностью и привода. Эти транспортные средства обладают новейшими техническими принципами, инновационными технологиями и новыми конструкциями, что неизбежно приводит к обновлениям и корректировкам в их компонентах. В результате, все большее применение в сфере NEV находят передовые керамические конструкционные элементы.
1. Керамические подшипники двигателя
По сравнению с традиционными подшипниками, моторные подшипники работают на более высоких скоростях вращения, что требует материалов с меньшей плотностью и превосходной износостойкостью. Кроме того, переменный ток в электродвигателях создает изменяющиеся электромагнитные поля, что требует усиленной изоляции для уменьшения электрической коррозии, вызванной разрядами в подшипниках. Более того, шарики подшипников должны обладать сверхгладкими поверхностями для минимизации износа.
Керамические подшипники двигателя — это подшипники, в которых в качестве основных компонентов используются керамические материалы, обладающие значительными преимуществами в условиях высоких температур, высоких скоростей и высоких нагрузок. Ниже приведено подробное описание:
Основные материалы
Нитрид кремния (Si₃N₄): это часто используемый материал для керамических подшипников двигателя. Он обладает высокой прочностью, хорошей износостойкостью и отличной термостойкостью, обеспечивая стабильную работу при температурах до 1200 °C. В то же время он имеет относительно низкую плотность, что способствует снижению веса подшипника.
Карбид кремния (SiC): Карбид кремния также обладает высокой твёрдостью, устойчивостью к высоким температурам и хорошей теплопроводностью. Он может сохранять хорошие механические свойства и износостойкость в тяжёлых условиях эксплуатации, его часто используют в случаях, когда к подшипникам предъявляются повышенные требования по производительности.
2. Керамические медные платы
Высокая теплопроводность, низкий коэффициент теплового расширения, отличная паяемость, устойчивость к высоким температурам, превосходная электрическая изоляция и высокая термостойкость.
① Керамические медные платы на основе нитрида алюминия (AlN) для фар новых энергетических транспортных средств.
② Подложки из нитрида кремния (Si₃N₄) для модулей IGBT.
③ Керамические подложки из оксида алюминия (Al₂O₃) для автомобильных датчиков и амортизаторов.
3. Керамические тормозные колодки для тормозных систем
Углеродно-керамические тормоза отличаются низкой плотностью, высокой прочностью, стабильными фрикционными характеристиками, минимальным износом, высоким тормозным коэффициентом, исключительной термостойкостью, длительным сроком службы.
Материал представляет собой армированный композитный керамический материал, синтезированный из углеродного волокна и карбида кремния (SiC) при температуре 1700 °C. Такая передовая структура обеспечивает не только превосходную термостойкость, но и снижает вес более чем на 50% по сравнению с традиционными тормозными дисками одинакового размера.
Преимущества
Отличная тормозная эффективность: Благодаря высокому и стабильному коэффициенту трения, даже когда температура тормозного диска достигает 650 °C, коэффициент трения керамических тормозных колодок может оставаться на уровне около 0,45 - 0,55, что обеспечивает хорошую тормозную эффективность и сокращает тормозной путь.
Долгий срок службы: Срок службы обычных тормозных колодок составляет менее 60 000 км, тогда как у керамических тормозных колодок он может превышать 100 000 км. Кроме того, керамические тормозные колодки не оставляют царапин на тормозном диске, что позволяет увеличить срок службы оригинального тормозного диска на 20%.
Низкий уровень шума и комфорт: Поскольку они не содержат металлических компонентов, они избегают аномального шума, возникающего при трении традиционных металлических тормозных колодок и сопряженных деталей, обеспечивая тихую атмосферу при вождении.
Меньше тормозной пыли: Керамические тормозные колодки производят меньше тормозной пыли по сравнению с традиционными полуметаллическими колодками, что помогает сохранять чистоту колес и снижает затраты времени и средств на обслуживание.
Хорошая термостойкость и теплоотвод: Обладают отличной устойчивостью к высоким температурам и тепловой стабильностью, а также могут быстро отводить тепло, возникающее при торможении, обеспечивая стабильность тормозных характеристик и повышая безопасность автомобиля.
4. Керамическое покрытие
① Керамическое покрытие для кузова автомобиля
Основные свойства и преимущества:
Высокая защита: Выступает в качестве защитного барьера, жертвующего собой для противодействия загрязнениям окружающей среды:
Ультрафиолетовое излучение: Значительно снижает окисление и выцветание лакокрасочного покрытия.
Химические загрязнения: Устойчивость к повреждениям от кислотных птичьих экскрементов, брызг насекомых, смолы деревьев и дорожных солей.
Незначительные царапины и вихревые следы: Обеспечивает повышенную твёрдость (9H+), по сравнению с лаком или воском, обеспечивая лучшую устойчивость к лёгким повреждениям (хотя не является устойчивым к царапинам).
Водяные пятна: Снижает риск образования минеральных отложений, въедающихся в лакокрасочное покрытие.
Превосходная гидрофобность и эффект самоочищения:
Создаёт чрезвычайно водоотталкивающую поверхность. Вода собирается в плотные капли и легко скатывается, унося с собой свободную грязь и пыль.
Значительно упрощает очистку автомобиля и снижает частоту необходимых мойки.
Усиленный блеск и глубина:
Создаёт непревзойдённый, глубокий, отражающий «мокрый» блеск, превосходящий традиционные воски или герметики.
Покрытие усиливает чёткость и глубину цвета базового лакокрасочного покрытия.
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ:
В отличие от традиционных восков (сроком действия недели) или синтетических герметиков (сроком действия месяцы), керамические покрытия обеспечивают защиту, как правило, в течение 1–5 лет (или более), в зависимости от качества продукта, способа нанесения, ухода и воздействия окружающей среды.
② Керамическое покрытие выхлопной системы
③ Керамическое термоизоляционное покрытие
5. Высоковольтное керамическое реле
① В традиционных транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания реле широко используются в системах управления, запуске, кондиционировании воздуха, освещении, стеклоочистителях, системах впрыска топлива, топливных насосах, электроокнах, электросиденьях, электронных приборных панелях и диагностических системах. Эти традиционные автомобильные реле являются низковольтными продуктами, обычно работающими в диапазоне 12–48 В.
② В транспортных средствах с новыми типами энергии (NEV) реле в основном используются в высоковольтных цепях постоянного тока, управляя цепями постоянного тока с высоким током. Они имеют разнообразные спецификации с небольшими партиями производства, зачастую требуют гибких производственных технологий.
6. Керамический конденсатор
В транспортных средствах с новыми типами энергии низкопотери́стые керамические конденсаторы в основном используются в силовых электронных системах, таких как электропривод, зарядные станции и системы управления батареями (BMS). Основные сферы применения включают:
① Преобразователи постоянного тока (DC-DC) и инверторы
Функция: Выступают в качестве фильтрующих конденсаторов для уменьшения потерь энергии в цепях и повышения эффективности преобразования энергии.
② Зарядные станции
Функция: Выступают в качестве конденсаторов для подавления шума с целью уменьшения помех в токе и повышения эффективности зарядки.
③ Системы управления батареями (BMS)
Функция: Стабилизируют выходное напряжение батареи, продлевают срок службы цикла батареи и обеспечивают безопасность.
④ Основные преимущества керамических конденсаторов с низкими потерями
Устойчивость к высокой температуре
Высокая устойчивость к высокому напряжению
Высокочастотная производительность
Ключевая роль в электронных системах управления автомобилями нового поколения (NEV)
7. Керамический предохранитель
① Функция защиты цепи
② Грузоподъемность и импульсная стойкость
③ Функция безопасности
Керамический предохранитель — это тип предохранителя, в котором для корпуса используется керамический материал, а его функция заключается в защите электрических цепей. Ниже приведено подробное описание:
Структура и принцип действия
Основная конструкция: состоит в основном из керамической трубки, металлических колпачков, плавкой вставки и кварцевого песка. Керамическая трубка обеспечивает устойчивость к высокой температуре и изоляцию. Металлические колпачки используются для электрического подключения. Плавкая вставка является ключевой частью, которая плавится при возникновении перегрузки по току. Кварцевый песок внутри трубки может поглощать энергию электрической дуги и гасить её.
Принцип работы: когда в цепи возникает перегрузка или короткое замыкание, ток в плавкой вставке увеличивается, выделяя тепло, что приводит к её расплавлению. В этот момент кварцевый песок внутри корпуса быстро поглощает энергию электрической дуги, гасит её и удерживает металлические брызги, предотвращая их разбрызгивание, обеспечивая безопасное отключение цепи и защищая оборудование и саму цепь.
8. Керамический герметичный разъём
Уплотнительное кольцо расположено непосредственно под крышкой аккумулятора и используется для образования герметичного и токопроводящего соединения между крышкой силового аккумулятора и полюсом. Оно обеспечивает хорошую герметичность аккумулятора, предотвращает утечку электролита и создает благоприятную среду для внутренней реакции аккумулятора. В то же время оно также выполняет функцию разгерметизации и амортизации при нажатии на крышку аккумулятора, обеспечивая нормальную работу его внутренних компонентов и являясь важной гарантией срока службы и безопасности аккумулятора.
Керамический герметичный соединитель представляет собой тип соединителя, в котором в качестве основного материала используется керамика для обеспечения герметичного соединения, что позволяет обеспечить электрическую изоляцию и предотвратить проникновение внешней среды. Ниже приведено подробное описание:
Структура и принцип действия
Базовая конструкция: Обычно состоит из керамического корпуса, металлических электродов и уплотнительных компонентов. Керамический корпус обеспечивает термостойкость, изоляцию и механическую прочность. Металлические электроды используются для электрического соединения, они надежно соединены с керамическим корпусом посредством таких процессов, как металлизация и пайка. Уплотнительные компоненты, такие как прокладки или герметики, используются для дальнейшего повышения герметичности с целью обеспечения стабильной работы соединителя в различных условиях окружающей среды.
Принцип работы: Высокая плотность и низкая пористость керамики эффективно блокируют прохождение газов и жидкостей. В то же время, благодаря точному проектированию и обработке поверхности сопряжения керамического тела с металлическими электродами, а также использованию подходящих уплотнительных материалов, образуется надежное уплотнение, предотвращающее проникновение вовнутрь разъема влаги, пыли и других веществ из внешней среды, что обеспечивает нормальное функционирование электрического соединения, а также безопасность и стабильность электрической цепи.
Характеристики
Стойкость к высокой температуре и изоляционные свойства: Керамика обладает превосходной термостойкостью и может стабильно работать в условиях высокой температуры. В то же время она обладает высокой изоляционной способностью при высоком напряжении, что эффективно предотвращает пробой электрического тока.
Хорошая герметичность: Обеспечивает высококачественный герметичный эффект, эффективно предотвращая проникновение газов, жидкостей и пыли, подходит для тяжелых условий, таких как вакуум, высокое давление и коррозионная среда.
Высокая механическая прочность: Керамика обладает высокой твердостью и механической прочностью, может выдерживать определенные механические нагрузки и вибрации, обеспечивая надежность соединителя в процессе эксплуатации.
9. Керамический обогреватель PTC
PTC-обогреватели обладают преимуществами низкого теплового сопротивления и высокой эффективности теплообмена, являются автоматическими энергосберегающими обогревателями с поддержанием постоянной температуры. Одной из их важных особенностей является безопасность: в любой ситуации применения они не вызывают поверхностного «покраснения», как нагревательные трубки, что может привести к потенциальной опасности ожогов и возгорания.
PTC-керамический обогреватель — это электрический обогреватель, в котором используется керамический нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом, а нагрев осуществляется по принципу резистивного нагрева. Ниже приведено подробное описание:
Принцип работы
PTC-керамические обогреватели изготовлены из специальных керамических материалов. При подаче напряжения их сопротивление увеличивается с ростом температуры. Когда температура ниже точки Кюри, удельное сопротивление очень низкое, а скорость нагрева очень высокая. Как только температура превышает точку Кюри, удельное сопротивление резко возрастает, что приводит к снижению тока до устойчивого значения, тем самым достигается цель автоматического контроля температуры и поддержания постоянной температуры.
10. Керамический корпус
Новый керамический корпус для упаковки IGBT позволяет реализовать соединение и вывод затвора всех чиповых модулей IGBT.
"Ceramic Package Housing" (Керамический корпус) означает корпус из высокопроизводительного материала, который используется для упаковки электронных устройств. Ниже приведено соответствующее описание:
Характеристики
Отличные физические свойства: Обладает высокой прочностью, превосходной термостойкостью, коррозионной стойкостью, изоляцией и теплопроводностью.
Высокие электрические характеристики: Имеет высокую диэлектрическую проницаемость, низкие диэлектрические потери и высокую электрическую изоляционную прочность, что способствует улучшению качества передачи сигналов и эксплуатационных показателей продукции.
Эффективное тепловое управление: Благодаря превосходной теплопроводности и способности рассеивать тепло, эффективно отводит тепло от чипа во внешнюю среду, обеспечивая стабильность работы чипа.
Высокая надежность: Обладает лучшей устойчивостью к таким внешним воздействиям, как вибрация и удары, гарантируя стабильную работу упакованной продукции в тяжелых условиях.
Распространенные материалы
Алюминиевая керамика: Наиболее часто используемый керамический материал, обладающий определенной механической прочностью и изоляционными свойствами, но относительно низкой теплопроводностью.
Нитрид алюминиевая керамика: обладает высокой теплопроводностью, превосходными диэлектрическими свойствами, высокой электрической прочностью изоляции, стабильными химическими свойствами, а ее коэффициент теплового расширения хорошо согласуется с кремнием, что делает ее идеальным материалом для подложек в упаковке полупроводников.
Оксид бериллиевая керамика: обладает чрезвычайно высокой теплопроводностью, но токсична и имеет высокую стоимость изготовления, в основном применяется в военной и аэрокосмической электронике.
11. Керамический датчик давления
Обладает превосходными характеристиками, такими как коррозионная стойкость, ударопрочность и высокая упругость, может находиться в непосредственном контакте со многими средами. Кроме того, чрезвычайно высокая термостойкость керамики позволяет ей работать в диапазоне температур от -40℃ до 150℃, поэтому она может широко использоваться в таких областях, как автомобилестроение и промышленный процесс контроля.
Керамический датчик давления — это устройство, которое использует физические свойства керамики для измерения давления. Ниже приведено подробное описание:
Принцип работы
Он работает на основе пьезорезистивного эффекта. Давление непосредственно прикладывается к передней поверхности керамической диафрагмы, заставляя ее деформироваться. Толстопленочные резисторы напечатаны на обратной стороне керамической диафрагмы и соединены так, чтобы образовать мостик Уитстона. Из-за пьезорезистивного эффекта пьезорезисторов мостик генерирует электрический сигнал напряжения, который имеет высокую линейную зависимость от давления и пропорционален напряжению возбуждения.
Основная структура
Он состоит в основном из трех частей: керамического кольца, керамической диафрагмы и керамической крышки. Керамическая диафрагма, как упругое тело, воспринимающее усилие, изготавливается из 95% Al₂O₃ керамики путем тонкой обработки. Керамическое кольцо формуется методом горячего прессования и высокотемпературного спекания. Керамическая диафрагма и керамическое кольцо обрабатываются вместе с пастой высокотемпературного стекла с применением технологии толстопленочной печати и термического обжига для формирования упругого тела в виде стакана с фиксированным периметром. В днище керамической крышки имеется круговая канавка, образующая определенный зазор с диафрагмой, который предотвращает разрыв диафрагмы из-за чрезмерного изгиба при перегрузке.
Характеристики
Высокая точность и стабильность: керамика обладает высокой упругостью, устойчивостью к коррозии, износостойкостью, а также устойчивостью к ударам и вибрациям. Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до 135°C, обеспечивая высокую точность и стабильность измерений. Степень электрической изоляции >2 кВ, выходной сигнал сильный, долгосрочная стабильность хорошая.
Хорошая коррозионная стойкость: керамическая диафрагма может непосредственно контактировать с большинством сред без дополнительной защиты, что дает ей уникальные преимущества в таких областях применения, как холодильная техника, химическая промышленность и охрана окружающей среды.
Керамический датчик давления также может использоваться в других отраслях промышленности.
Он широко применяется в промышленности, контроле окружающей среды, гидравлическом и пневматическом оборудовании, сервоклапанах и трансмиссиях, химической промышленности, медицинских приборах и во многих других областях.
12. Пьезоэлектрическая керамика для измерения давления в шинах
Электрическое соединение устанавливается между пьезокерамикой и чипом контроля давления в шинах, так что пьезокерамика может обеспечивать питание чипа контроля давления в шинах. В этом устройстве контроля давления в шинах изменение давления воздуха в автомобильной шине во время движения автомобиля вызывает деформацию воздушной мембраны, что, в свою очередь, приводит к деформации пьезокерамики. Ток, генерируемый при деформации пьезокерамики, используется для питания чипа контроля давления в шинах.
Пьезокерамика может применяться в системах обнаружения давления в шинах, используя свой уникальный пьезоэлектрический эффект (преобразование механического давления в электрические сигналы) для мониторинга давления в шинах. Вот краткий обзор:
Принцип работы
Когда шина накачивается, внутреннее давление воздуха оказывает механическое воздействие на пьезокерамический элемент (обычно встроенный в золотник шины или внутреннюю оболочку).
Пьезокерамика генерирует небольшой электрический заряд, пропорциональный приложенному давлению.
Этот электрический сигнал обрабатывается модулем датчика (усиливается, преобразуется в цифровые данные) и передается беспроводным способом в бортовую систему транспортного средства, которая отображает информацию о давлении в шинах в реальном времени.
13. Пьезоэлектрический датчик ускорения
Принцип работы пьезоэлектрического датчика ускорения основан на пьезоэлектрическом эффекте пьезокристаллов. Пьезоэлектрические датчики ускорения также применяются в аспектах обеспечения безопасности, таких как подушки безопасности автомобилей, антиблокировочная тормозная система и система контроля тяги.
На этапах разработки и производства новых энергетических транспортных средств все большее применение находят новые материалы и новые технологии, что позволяет удовлетворять требования людей к новым энергетическим транспортным средствам в части легкости, низкой стоимости, интеллектуальности, экономичности и надежности. Что касается использования новых материалов, керамические материалы благодаря своим различным превосходным и уникальным свойствам при применении в новых энергетических транспортных средствах имеют положительное значение для снижения собственного веса автомобиля, повышения эффективности двигателя, уменьшения энергопотребления, увеличения срока службы уязвимых деталей и улучшения интеллектуальных функций новых энергетических транспортных средств.
EN
