Nové energetické vozidlá (NEVs) sú vozidlá využívajúce netradičné palivá, ktoré sú kombinované s pokročilými technológiami v oblasti riadenia výkonu a jazdných systémov. Tieto vozidlá majú špičkové technické princípy, inovatívne technológie a nové konštrukcie, ktoré nevyhnutne vedú k aktualizáciám a úpravám svojich komponentov. V dôsledku toho sú v odvetví NEV čoraz viac používané konštrukčné diely z pokročilej keramiky.
1. Keramické ložiská motora
Oproti tradičným ložiskám pracujú elektromotorové ložiská pri vyšších otáčkach, čo vyžaduje materiály s nižšou hustotou a lepšou odolnosťou proti opotrebeniu. Okrem toho striedavý prúd v elektrických motoroch generuje kolísavé elektromagnetické polia, čo si vyžaduje zvýšenú izoláciu, aby sa znížilo elektrické koroziu spôsobenú výbojom v ložiskách. Okrem toho musia guľôčky ložísk vykazovať ultra hladké povrchy, aby sa minimalizovalo opotrebenie.
Keramické ložiská pre motory sú ložiská, ktoré ako hlavné komponenty využívajú keramické materiály, čo má výrazné výhody pri vysokých teplotách, vysokých rýchlostiach a pri vysokom zaťažení. Nižšie je uvedený podrobný popis:
Hlavné materiály
Nitrid kremíka (Si₃N₄): Je to bežne používaný materiál pre keramické ložiská v motoroch. Má vysokú pevnosť, dobrú odolnosť proti opotrebeniu a vynikajúcu odolnosť vo vysokých teplotách a môže pracovať stabilne pri teplotách až do 1200 °C. Zároveň má relatívne nízku hustotu, čo pomáha znížiť hmotnosť ložiska.
Siliciumkarbid (SiC): Siliciumkarbid má tiež vysokú tvrdosť, odolnosť voči vysokým teplotám a dobrú tepelnú vodivosť. Môže udržať dobré mechanické vlastnosti a odolnosť proti opotrebovaniu v náročných pracovných podmienkach a často sa používa v prípadoch, kde sú na ložiská kladené vyššie nároky na výkon.
2. Keramické substráty s medeným povlakom
Vysoká tepelná vodivosť, nízky koeficient teplotného rozťažnosti, vynikajúca spájkovateľnosť, odolnosť voči vysokým teplotám, vysoká elektrická izolácia a vynikajúca odolnosť proti tepelnému šoku
① Substráty z nitridu hliníka (AlN) s medeným povlakom pre predné svetlá nových energetických vozidiel.
② Substráty z nitridu kremíka (Si₃N₄) pre moduly IGBT.
③ Substráty z oxidu hlinitého (Al₂O₃) pre automobilové senzory a tlmiče.
3. Keramické brzdové čelly pre brzdové systémy
Uhlíkové keramické brzdy majú nízku hustotu, vysokú pevnosť, stabilný koeficient trenia, minimálne opotrebenie, vysoký brzdný pomer, vynikajúcu odolnosť voči teplu a predĺženú životnosť.
Materiál je vyztužený kompozitný keramický materiál syntetizovaný z uhlíkovej tkaniny a karbidu kremíka (SiC) pri 1700 °C. Táto pokročilá štruktúra zabezpečuje vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám a zároveň znižuje hmotnosť o viac než 50 % v porovnaní s tradičnými brzdovými kotúčmi rovnakej veľkosti.
Výhody
Vynikajúce brzdné vlastnosti: Vďaka vysokému a stabilnému koeficientu trenia aj pri teplote brzdového kotúča dosahujúcej 650 °C môže koeficient trenia keramických brzdových čelistí zostať na úrovni približne 0,45 - 0,55, čo zabezpečuje dobré brzdné vlastnosti a skracuje brzdnú dráhu.
Dlhá životnosť: Životnosť bežných brzdových čelistí je nižšia než 60 000 km, zatiaľ čo životnosť keramických brzdových čelistí môže dosiahnuť viac než 100 000 km. Okrem toho keramické brzdové čeľuste neopúšťajú škratance na brzdovom kotúči, čo predlžuje životnosť pôvodného brzdového kotúča o 20 %.
Nízky hluk a pohodlie: Keďže neobsahujú kovové súčiastky, minimalizujú neštandardný hluk spôsobený trením medzi tradičnými kovovými brzdovými klinčekmi a príslušenstvom, čo zabezpečuje tiché prostredie počas jazdy.
Menej brzdového prachu: Keramické brzdové klinčeky produkujú menej brzdového prachu v porovnaní s tradičnými polokovovými klinčekmi, čo pomáha udržať kolesá čisté a znižuje náklady a čas potrebný na údržbu.
Dobrá odolnosť proti vysokým teplotám a odvádzanie tepla: Majú vynikajúcu odolnosť proti vysokým teplotám a tepelnú stabilitu, a navyše dokážu rýchlo odvádzať teplo vzniknuté pri brzdení, čím zabezpečujú stabilitu brzdového výkonu a zvyšujú bezpečnosť vozidla.
4. Keramické povlaky
① Keramický lakový povlak pre automobily
Kľúčové vlastnosti a výhody:
Vynikajúca ochrana: Pôsobí ako ochranná bariéra proti environmentálnym kontaminantom:
UV žiarenie: Výrazne znižuje oxidáciu a vyblednutie laku.
Chemické škvrny: Odoláva poškodeniu kyslými výkalmi vtákov, nárazom hmyzu, živicou z rastlin, a cestnou soľou.
Mierne škratance a vírivé značky: Poskytuje zvýšenú tvrdosť (9H+) v porovnaní s lakom alebo voskom, čím zabezpečuje lepšiu odolnosť proti ľahkému poškriabaniu (aj keď nie je odolný proti škratancam).
Vodné škvrny: Znižuje riziko usadzovania minerálov do laku.
Vynikajúca hydrofóbne účinok a samočistiaci efekt:
Vytvára extrémne vodoodpudivý povrch. Voda sa zbieha do tesných kvapiek a bez námahy odteká, pričom odnáša voľný prach a špín.
Uľahčuje čistenie vozidla a znižuje frekvenciu potrebných umývaní.
Zvýšený lesk a hĺbka:
Vytvára neobmedzene hlboký, odrazový lesk ako mokrý efekt, ktorý prekonáva tradičné vosky alebo tesniace prostriedky.
Povlak zlepšuje jasnosť a hĺbku farby podkladového laku.
Dlhodobá trvanlivosť:
Na rozdiel od tradičných voskov (trvanie niekoľko týždňov) alebo syntetických tesniacich prostriedkov (trvanie mesiace), keramické povlaky ponúkajú ochranu, ktorá zvyčajne vydrží 1 až 5 rokov (alebo viac), v závislosti od kvality produktu, aplikácie, údržby a vonkajších podmienok.
② Keramický povlak výfukového systému
③ Keramický tepelně izolačný povlak
5. Vysokonapěťové keramické relé
① V tradičných spaľovacích vozidlách sú relé široko používané v riadiacich systémoch, štartovaní, klimatizácii, osvetlení, stieračoch, systémoch vstrekovania paliva, olejových čerpadlách, elektrických oknách, elektrických sedadlách, elektronických prístrojových doskách a diagnostických systémoch. Tieto konvenčné automobilové relé sú nízkonapäťové produkty, ktoré bežne pracujú v rozsahu 12-48 V.
② V nových energeticky efektívnych vozidlách (NEV) sú relé primárne používané v prostredí vysokého napätia jednosmerného prúdu, kde ovládajú obvody s vysokým elektrickým prúdom. Majú rôznorodé špecifikácie s malými výrobnými sériami, často vyžadujú flexibilné výrobné techniky.
6. Keramický kondenzátor
V nových energeticky efektívnych vozidlách sú nízkosilové keramické kondenzátory primárne používané v energetických elektronických systémoch, ako sú elektrické pohonné systémy, nabíjačky a systémy riadenia batérií (BMS). Kľúčové aplikácie zahŕňajú:
① Meniče DC-DC a meniče napätia
Funkcia: Filtrovať kondenzátory na zníženie strát energie v obvodoch a zvýšenie účinnosti premeny energie.
② Nabíjačky
Funkcia: Pôsobiť ako kondenzátory na potlačenie rušenia a zníženie interferencie prúdu a zvýšenie účinnosti nabíjania.
③ Systémy na riadenie batérií (BMS)
Funkcia: Stabilizovať výstupné napätie batérie, predĺžiť životnosť batérie a zabezpečiť bezpečnosť.
④ Kľúčové výhody nízkostratových keramických kondenzátorov
Odolnosť pred vysokými teplotami
Odolnosť proti vysokému napätia
Vysokofrekvenčný výkon
Kľúčová úloha v elektronických riadiacich systémoch NEV
7. Keramická poistka
① Funkcia ochrany obvodu
② Nosná schopnosť a odolnosť proti impulzom
③ Bezpečnostná funkcia
Keramická poistka je typ poistky, ktorá ako ochranný obal využíva keramický materiál a má funkciu ochrany elektrických obvodov. Tu je podrobný popis:
Štruktúra a princíp
Základná štruktúra: Skladá sa hlavne z keramickej trubice, kovových krytov na koncoch, tavného článku a kremeňového piesku. Keramická trubica zabezpečuje odolnosť voči vysokým teplotám a izoláciu. Kovové kryty slúžia na elektrické pripojenie. Tavný článok je jadrovou súčasťou, ktorá sa pri nadprúde roztopí. Kremeňový piesok vo vnútri trubice dokáže pohltiť energiu oblúka a zhasiť ho.
Princíp činnosti: Keď obvod má chybu nadprúdu alebo skratu, tavná súčiastka generuje teplo v dôsledku nárastu prúdu a roztopí sa. V tomto okamihu kvádrový piesok v tube rýchlo pohltí energiu oblúka, zhasí oblúk a obalí kovovú stratinu, aby zabránil jej rozstreku, čím dosiahne bezpečné prerušenie obvodu a ochranu bezpečnosti zariadení a obvodov.
8. Keramický uterminálny konektor
Tesniaci krúžok sa nachádza tesne pod batériovým krytom a slúži na vytvorenie tesneného a vodivého spojenia medzi krytom pohonnej batérie a pólom. Zabezpečuje, aby batéria mala dobré tesnenie, zabránila úniku elektrolytu a poskytovala vhodné hermetické prostredie pre vnútornú reakciu batérie. Súčasne môže tiež zabezpečiť odpojenie tlaku a tlmenie pri stláčaní krytu batérie, čím sa zabezpečuje normálna prevádzka vnútorných komponentov batérie a poskytuje dôležitú záruku pre životnosť a bezpečnosť batérie.
Keramický tesniaci konektor je typ konektora, ktorý ako hlavnú časť využíva keramické materiály na dosiahnutie tesneného pripojenia, čo zabezpečuje elektrickú izoláciu a bráni vniknutiu vonkajšej prostredy. Tu je podrobný popis:
Štruktúra a princíp
Základná štruktúra: Zvyčajne sa skladá z keramickej časti, kovových elektród a tesniacich komponentov. Keramická časť zabezpečuje odolnosť voči vysokým teplotám, izoláciu a mechanickú pevnosť. Kovové elektródy sa používajú na elektrické pripojenie a sú pevne spojené s keramickou časťou prostredníctvom procesov ako sú metalizácia a spájkovanie. Tesniace komponenty, ako sú tesnenia alebo utesňovacie hmoty, sa používajú na ďalšie zlepšenie tesniaceho výkonu, aby sa zabezpečilo, že konektor bude udržiavať dobrý tesniaci stav v rôznych prostrediach.
Princíp činnosti: Vysoká hustota a nízka pórozita keramiky samotnej efektívne zabraňujú prechodu plynov a kvapalín. Zároveň pomocou presného dizajnu a spracovania rozhrania medzi keramickým telesom a kovovými elektródami, ako aj použitia vhodných tesniacich materiálov, vzniká spoľahlivé tesnenie, ktoré bráni vnikaniu vonkajšej vlhkosti, prachu a iných látok dovnútra konektora, čím zabezpečuje normálnu funkciu elektrického pripojenia a bezpečnosť a stabilitu elektrického obvodu.
Charakteristiky
Odolnosť voči vysokým teplotám a izolácia: Keramika má vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám a môže sa stabilne používať v prostredí s vysokou teplotou. Zároveň má vysokonapäťové izolačné vlastnosti, ktoré efektívne zabraňujú elektrickému prebojovému javu.
Dobré tesniace vlastnosti: Môže poskytovať kvalitný tesniaci efekt, účinne zabrániť prieniku plynov, kvapalín a prachu a je vhodný pre náročné prostredia, ako sú vákuum, vysoký tlak a korozívne prostredia.
Vysoká mechanická pevnosť: Keramika má vysokú tvrdosť a mechanickú pevnosť, ktorá vydrží určité mechanické namáhanie a vibrácie, čo zabezpečuje spoľahlivosť konektora počas používania.
9. Keramický ohrievač PTC
Ohrievače PTC majú výhody nízkeho tepelného odporu a vysokého výkonu výmeny tepla a zároveň ide o automatické konštantnú teplotu a energeticky úsporné elektrické ohrievače. Jednou z ich výrazných vlastností je bezpečnostný výkon: v akejkoľvek oblasti použitia nevytvárajú povrchový jav „červenania“ ako ohrievače s vyhrievacími tyčami, čo môže spôsobiť potenciálne bezpečnostné riziká, ako sú popáleniny a požiar.
PTC keramický ohrievač je elektrický ohrievač, ktorý využíva keramický ohrevný článok s kladným teplotným koeficientom a generuje teplo na princípe odporového ohrevu. Tu je podrobný úvod:
Pracovný princíp
PTC keramické ohrievače sú vyrobené z špeciálnych keramických materiálov. Pri priložení napätia sa ich odpor zvyšuje so stúpajúcou teplotou. Keď je teplota pod Curieho bodom, merný odpor je veľmi nízky a rýchlosť ohrevu je veľmi vysoká. Akonáhle je prekročená teplota Curieho bodu, merný odpor náhle stúpne, čo spôsobí pokles prúdu na stabilnú hodnotu, čím sa dosiahne účel automatického ovládania teploty a udržiavania konštantnej teploty.
10. Keramické puzdro
Nové keramické puzdro pre IGBT balenie umožňuje realizovať pripojenie a vývod všetkých čipových jednotiek IGBT.
"Keramické puzdro" označuje vysokovýkonný materiálový kryt používaný na zabalenie elektronických zariadení. Tu je príslušný úvod:
Charakteristiky
Vynikajúce fyzikálne vlastnosti: Má vysokú pevnosť, vynikajúcu odolnosť voči teplu, korózii, izoláciu a tepelnú vodivosť.
Vysoké elektrické vlastnosti: Vyznačuje sa vysokou dielektrickou konštantou, nízkymi dielektrickými stratami a vysokou elektrickou izolačnou pevnosťou, čo pomáha zlepšiť kvalitu prenosu signálu a prevádzkové parametre výrobkov.
Efektívne tepelné manažment: Vďaka vynikajúcej tepelnej vodivosti a šíreniu tepla efektívne prenáša teplo z čipu do vonkajšieho prostredia a udržiava tak stabilitu čipu.
Vyššia spoľahlivosť: Má lepšiu odolnosť voči náročným podmienkam ako sú vibrácie a nárazy, čo zabezpečuje stabilitu zabalených výrobkov v náročných prostrediach.
Bežné materiály
Alumíniová keramika: Najpoužívanejší keramický materiál, ktorý má určitú mechanickú pevnosť a izolačné vlastnosti, ale relatívne nízku tepelnú vodivosť.
Nitrid hliníková keramika: Má vysokú tepelnú vodivosť, vynikajúce dielektrické vlastnosti, vysokú elektrickú izolačnú pevnosť, stabilné chemické vlastnosti a koeficient teplotného rozťažnosti, ktorý dobre zodpovedá kremíku, čo ju činí ideálnym substrátovým materiálom pre polovodičové puzdrá.
Oxid berýliový keramika: Má mimoriadne vysokú tepelnú vodivosť, ale je toxická a má vysoké náklady na výrobu, hlavne sa používa v elektronických zariadeniach pre armádne a letecké aplikácie.
11. Keramický tlakový snímač
Má vynikajúce vlastnosti ako odolnosť proti korózii, odolnosť proti nárazom a vysokú pružnosť a môže byť v priamom kontakte s väčšinou médií. Zároveň mimoriadne vysoká tepelná stabilita keramiky umožňuje prevádzkovú teplotnú oblasť od -40 °C do 150 °C, takže sa môže široko používať v oblastiach ako sú automobilový priemysel a priemyselné procesné riadenie.
Keramický tlakový snímač je zariadenie, ktoré využíva fyzikálne vlastnosti keramiky na meranie tlaku. Tu je podrobný popis:
Pracovný princíp
Funguje na základe piezorezistívneho efektu. Tlak je priamo aplikovaný na prednú stranu keramickej membrány, čo spôsobuje jej mierne deformovanie. Silové rezistory sú vytlačené na zadnej strane keramickej membrány a prepojené tak, aby tvorili Wheatstoneov mostík. Vďaka piezorezistívnemu efektu rezistorov mostík generuje napäťový signál, ktorý je vysoko lineárny vzhľadom na tlak a zároveň úmerný budiacemu napätiu.
Základná štruktúra
Skladá sa hlavne z troch častí: keramického krúžku, keramického pásika a keramickej krytky. Keramický pásik, ako pružné teleso na meranie sily, je vyrobený z 95 % Al₂O₃ keramiky pomocou jemnej obrábotky. Keramický krúžok je vytvorený horúcim lisovaním a vysokoteplotným spekaním. Keramický pásik a keramický krúžok sú potom spolu vypálené pomocou hrstkového tlačenia a technológie tepelného vypálenia s vysokoteplotnou sklenenou pastou, čím vznikne pohárikové pružné teleso na meranie sily s pevne stanoveným okrajom. Keramická krytka má na spodnej strane kruhovú drážku, ktorá vytvára určitú medzeru s pásikom, čím sa zabraňuje poškodeniu pásika v dôsledku nadmerného ohybu počas preťaženia.
Charakteristiky
Vysoká presnosť a stabilita: Keramika má vysokú pružnosť, odolnosť proti korózii, opotrebovanie a nárazom a vibráciám. Rozsah pracovnej teploty môže dosiahnuť -40 °C až 135 °C, čo zabezpečuje vysokú presnosť a stabilitu merania. Elektrická izolácia je >2 kV, výstupný signál je silný a dlhodobá stabilita je dobrá.
Dobrá odolnosť proti korózii: Keramická membrána môže prichádzať priamo do kontaktu s väčšinou médií bez dodatočnej ochrany, čo jej dáva jedinečné výhody v aplikáciách, ako sú chladenie, chémia a ochrana životného prostredia.
Keramický tlakový snímač možno použiť aj v iných priemyselných odvetviach.
Je široko používaný v oblasti riadenia procesov, kontroly životného prostredia, hydraulických a pneumatických zariadeniach, servozáveroch a prevodovkách, chemickej a petrochemickej priemysel, lekárskych prístrojoch a mnohých iných oblastiach.
12. Piezoelektrické keramiky detekujú tlak v pneumatikách
Elektrické pripojenie je vytvorené medzi piezoelektrickou keramikou a čipom na monitorovanie tlaku v pneumatikách, takže piezoelektrická keramika môže čipu na monitorovanie tlaku v pneumatikách dodávať energiu. V tomto zariadení na monitorovanie tlaku v pneumatikách spôsobuje zmena tlaku vzduchu v pneumatike vozidla počas jazdy vozidla deformáciu vzduchového vaku, čo zase spôsobuje deformáciu piezoelektrickej keramiky. Elektrický prúd generovaný deformáciou piezoelektrickej keramiky sa používa na dodávanie energie čipu na monitorovanie tlaku v pneumatikách.
Piezoelektrická keramika môže byť použitá v systémoch na detekciu tlaku v pneumatikách, pričom využíva svoj jedinečný piezoelektrický efekt (premenu mechanického tlaku na elektrické signály) na sledovanie tlaku v pneumatikách. Tu je stručný prehľad:
Pracovný princíp
Keď je pneumatika nafúknutá, vnútorný tlak vzduchu pôsobí mechanickou silou na prvok z piezoelektrickej keramiky (zvyčajne zabudovaný do ventilu pneumatiky alebo vnútornej vložky).
Keramika s piezoelektrickým efektom generuje malý elektrický náboj úmerný pôsobiacemu tlaku.
Tento elektrický signál spracuje snímacový modul (zosilní, prevedie na digitálne dáta) a bezdrôtovo ho prenesie do palubného systému vozidla, ktorý zobrazuje reálny tlak v pneumatikách.
13. Piezoelektrický snímač zrýchlenia
Piezoelektrický snímač zrýchlenia funguje na princípe piezoelektrického efektu piezoelektrických kryštálov. Piezoelektrické snímače zrýchlenia sa používajú aj v oblasti bezpečnostných výkonov, ako napríklad airbagy, protiblokovacie brzdové systémy a systémy kontroly trakcie.
V štádiu výskumu a výroby vozidiel s novými zdrojmi energie sa čoraz viac využíva nových materiálov a nových technológií, čo umožňuje spĺňať požiadavky ľudí na vozidlá s novými zdrojmi energie z hľadiska ľahkosti, nízkych nákladov, inteligencie, hospodárnosti a spoľahlivosti. Čo sa týka použitia nových materiálov, keramické materiály s ich rôznymi vynikajúcimi a jedinečnými vlastnosťami majú pri použití vo vozidlách s novými zdrojmi energie pozitívny význam pre zníženie vlastnej hmotnosti vozidla, zvýšenie účinnosti elektromotora, zníženie energetických nárokov, predĺženie životnosti náročných dielov a zlepšenie inteligentných funkcií vozidiel s novými zdrojmi energie.
EN
