Транспортні засоби на новітніх енергетичних джерелах (NEV) – це автомобілі, які використовують нетрадиційні види палива, об'єднані з передовими технологіями у системах керування потужністю й приводів. Ці транспортні засоби мають передові технічні принципи, інноваційні технології й новітні конструкції, що неминуче призводить до оновлення й коригування їхніх компонентів. У результаті, все більшого поширення в секторі NEV набувають конструкційні деталі із сучасної кераміки.
1. Керамічні підшипники двигуна
Порівняно з традиційними підшипниками, підшипники двигунів працюють на більших обертах, що вимагає матеріалів з меншою щільністю та кращим зносостійкістю. Крім того, змінний струм в електродвигунах створює змінні електромагнітні поля, що вимагає поліпшеної ізоляції для зменшення електричної корозії, спричиненої розрядом підшипників. Крім того, кульки підшипників повинні мати надзвичайно гладку поверхню, щоб мінімізувати знос.
Керамічні підшипники двигуна — це підшипники, які використовують керамічні матеріали як основні компоненти, які мають суттєві переваги в умовах роботи при високих температурах, високих швидкостях та високих навантаженнях. Нижче наведено докладне ознайомлення:
Основні матеріали
Нітрид кремнію (Si₃N₄): це часто використовуваний матеріал для керамічних підшипників двигуна. Він має високу міцність, добру зносостійкість і чудову стійкість до високих температур і може стабільно працювати при температурах до 1200 °C. У той же час він має відносно низьку щільність, що допомагає зменшити вагу підшипника.
Карбід кремнію (SiC): Карбід кремнію також має високу твердість, стійкість до високих температур і добру теплопровідність. Він може зберігати хороші механічні властивості та стійкість до зносу в умовах важких робочих середовищ і часто використовується в застосуваннях, де до підшипників висуваються підвищені вимоги щодо продуктивності.
2. Керамічна мідна фольгована основа
Висока теплопровідність, низький коефіцієнт теплового розширення, чудова зварюваність, стійкість до високих температур, висока електроізоляція та виняткова стійкість до теплового удару.
① Алюмінієво-нітридні (AlN) керамічні міднофольговані основи для фар нових енергетичних транспортних засобів.
② Основи з нітриду кремнію (Si₃N₄) для модулів IGBT.
③ Алюмінієві (Al₂O₃) керамічні основи для автомобільних сенсорів і амортизаторів.
3. Керамічні гальмівні колодки для гальмівних систем
Вуглецево-керамічні гальма мають низьку густину, високу міцність, стабільну фрикційну характеристику, мінімальний знос, високе гальмування, виняткову термостійкість і тривалий термін служби.
Матеріал являє собою армований композитний керамічний матеріал, синтезований з вуглецевого волокна та карбіду кремнію (SiC) при температурі 1700 °C. Ця передова структура забезпечує виняткову стійкість до високих температур і зменшує вагу більш ніж на 50% порівняно з традиційними гальмівними дисками такого самого розміру.
Переваги
Виняткова гальмівна ефективність: Завдяки високому та стабільному коефіцієнту тертя, навіть якщо температура гальмівного диска досягає 650 °C, коефіцієнт тертя керамічних гальмівних колодок може залишатися на рівні приблизно 0,45 - 0,55, що забезпечує добру гальмівну ефективність і скорочує гальмівний шлях.
Тривалий термін служби: Термін служби звичайних гальмівних колодок менше 60 000 км, тоді як термін служби керамічних гальмівних колодок може досягати понад 100 000 км. Крім того, керамічні гальмівні колодки не залишають подряпин на гальмівному диску, що дозволяє подовжити термін служби оригінального гальмівного диска на 20%.
Низький рівень шуму та комфорт: Оскільки вони не містять металевих компонентів, усувається аномальний шум, що виникає внаслідок тертя традиційних металевих гальмівних колодок об сполучені деталі, забезпечуючи тихе середовище під час руху.
Менше гальмівного пилу: Керамічні гальмівні колодки утворюють менше гальмівного пилу порівняно з традиційними напівметалевими колодками, що допомагає тримати диски чистими та зменшує час і витрати на обслуговування.
Добре теплостійкість та відведення тепла: Вони мають відмінну стійкість до високих температур і теплову стабільність, а також можуть швидко відводити тепло, що виникає під час гальмування, забезпечуючи стабільність гальмівних характеристик та підвищуючи безпеку автомобіля.
4. Керамічне покриття
① Керамічне лакофарбове покриття для автомобілів
Ключові властивості та переваги:
Винятковий захист: Виступає як жертва бар'єр проти забруднювачів навколишнього середовища:
Ультрафіолетове випромінювання: Суттєво зменшує окиснення та витікання фарби.
Хімічні плями: Стійкий до пошкоджень від кислих випорожнень птахів, бризків комах, смоли дерев і дорожніх солей.
Незначні подряпини та сліди вирівнювання: забезпечує підвищену твердість (9H+), порівняно з лаком або воском, що пропонує кращий опір легким мікропошкодженням (хоча не є стійким до глибоких подряпин).
Водні плями: зменшує ризик відкладання мінералів, що виїдають фарбу.
Висока гідрофобність та ефект самоочищення:
Створює надзвичайно водовідштовхувальну поверхню. Вода збирається в щільні краплі й легко скочується, забираючи з собою бруд і пил.
Робить автомобіль значно простішим у очищенні та зменшує частоту необхідних мийок.
Підвищений блиск і глибина:
Створює неперевершений, глибокий, дзеркальний блиск типу "мокрого" ефекту, який перевершує традиційні воски або герметики.
Покриття підсилює чистоту кольору й глибину фарби.
Довготривала тривалість:
На відміну від традиційних восків (які тривають тижні) або синтетичних герметиків (які тривають місяці), керамічні покриття пропонують захист, який зазвичай триває від 1 до 5 років (або більше), залежно від якості продукту, нанесення, догляду та екологічних умов.
② Керамічне покриття вихлопної системи
③ Керамічне термізоляційне покриття
5. Високовольтне керамічне реле
① У традиційних автомобілях із двигуном внутрішнього згоряння реле широко використовуються в системах керування, запуску, кондиціонуванні, освітленні, дворниках, системах уприскування палива, паливних насосах, електроприводах вікон, електроприводах сидінь, електронних панелях приладів та діагностичних системах. Ці традиційні автомобільні реле є низьковольтними продуктами, які зазвичай працюють у діапазоні 12–48 В.
② У транспортних засобах на нових енергетичних джерелах (NEV) реле використовуються переважно в умовах високого постійного струму, керуючи ланцюгами постійного струму з великим струмом. Вони мають різноманітні технічні характеристики із малими серіями виробництва, часто вимагаючи гнучких технологій виробництва.
6. Керамічний конденсатор
У транспортних засобах на нових енергетичних джерелах низьковтратні керамічні конденсатори в основному використовуються в силових електронних системах, таких як електроприводні системи, зарядні стовпчики та системи управління батареями (BMS). Основні сфери застосування включають:
① Перетворювачі постійного струму (DC-DC) та інвертори
Функція: Виступають у ролі фільтрувальних конденсаторів для зменшення втрат енергії в колах та підвищення ефективності перетворення енергії.
② Зарядні колонки
Функція: Виступають у ролі конденсаторів для пригнічення завад з метою зменшення перешкод у струмі та підвищення ефективності заряджання.
③ Системи управління акумуляторами (BMS)
Функція: Стабілізують вихідна напруга акумулятора, подовжуючи термін його служби та забезпечуючи безпеку.
④ Ключові переваги керамічних конденсаторів з низькими втратами
Стійкість до високих температур
Витривалість до високого напруження
Високочастотна продуктивність
Важлива роль в електронних системах керування рухомих електричних транспортних засобів
7. Керамічний запобіжник
① Функція захисту кола
② Несуча здатність і стійкість до імпульсів
③ Функція безпеки
Керамічний запобіжник — це тип запобіжника, в якому для корпусу використовується керамічний матеріал і який має функцію захисту електричних кіл. Ось докладне пояснення:
Структура та принцип роботи
Базова конструкція: Основними компонентами є керамічна трубка, металеві кінцеві ковпачки, плавкий елемент і кварцовий пісок. Керамічна трубка забезпечує стійкість до високих температур і ізоляцію. Металеві кінцеві ковпачки використовуються для електричного з'єднання. Плавкий елемент є основною частиною, яка плавиться при виникненні перевантаження. Кварцовий пісок усередині трубки може поглинати енергію дуги і гасити її.
Принцип роботи: Коли в колі виникає перевищення струму або коротке замикання, плавкий елемент генерує тепло через збільшення струму і плавиться. У цей момент кварцовий пісок у трубці швидко поглинає енергію дуги, гасить дугу та обволікає металевий шлак, щоб запобігти його розбризкуванню, таким чином забезпечуючи безпечне відключення кола і захищаючи безпеку обладнання та електричних кіл.
8. Керамічний герметичний з'єднувач
Ущільнювальне кільце розташоване безпосередньо під кришкою акумулятора і використовується для створення герметичного та струмопровідного з'єднання між кришкою акумулятора та полюсом. Воно забезпечує гарну герметичність акумулятора, запобігає витоку електроліту та створює добре герметичне середовище для внутрішньої реакції акумулятора. У той же час, воно також виконує функцію зняття тиску та амортизації під час натискання кришки акумулятора, забезпечуючи нормальну роботу внутрішніх компонентів акумулятора і надаючи важливу гарантію для терміну служби та безпеки акумулятора.
Керамічний герметичний з'єднувач — це тип з'єднувача, в якому для досягнення герметичного з'єднання використовується керамічний матеріал, що забезпечує електричну ізоляцію та запобігає проникненню зовнішнього середовища. Нижче наведено докладне пояснення:
Структура та принцип роботи
Базова структура: Зазвичай складається з керамічного корпусу, металевих електродів та ущільнювальних компонентів. Керамічний корпус забезпечує стійкість до високих температур, ізоляцію та механічну міцність. Металеві електроди використовуються для електричного з'єднання, і вони міцно з'єднані з керамічним корпусом за допомогою таких процесів, як металізація та паяння. Ущільнювальні компоненти, такі як прокладки або герметики, використовуються для подальшого підвищення герметичності, щоб забезпечити здатність з'єднувача зберігати гарну герметичність у різних умовах.
Принцип роботи: Високогустинні та малопористі характеристики кераміки самі по собі можуть ефективно блокувати прохід газів і рідин. У той же час, за допомогою точного проектування та обробки межі між керамічним тілом та металевими електродами, а також використання відповідних ущільнювальних матеріалів, створюється надійне ущільнення, яке запобігає проникненню вологи, пилу та інших речовин усередину з’єднувача, забезпечуючи нормальну роботу електричного з’єднання, а також безпеку й стабільність електричного кола.
Характеристики
Стійкість до високих температур і ізоляція: Кераміка має виняткову стійкість до високих температур і може стабільно працювати в умовах високих температур. У той же час вона володіє високовольтовою ізоляційною характеристиками, що ефективно запобігає електричному пробою.
Добре ущільнювальна здатність: забезпечує високоякісний ефект ущільнення, ефективно запобігає проникненню газів, рідин та пилу, підходить для екстремальних умов, таких як вакуум, високий тиск і корозійне середовище.
Висока механічна міцність: кераміка має високу твердість і механічну міцність, може витримувати певні механічні навантаження та вібрації, що забезпечує надійність з’єднувача під час експлуатації.
9. Керамічний нагрівач PTC
Нагрівачі PTC мають переваги, такі як низький тепловий опір і висока ефективність теплообміну, є автоматичними термостатичними енергозберігаючими електронагрівачами. Однією з їхніх виразних характеристик є безпечність: в будь-яких умовах експлуатації вони не викликають явища «червоного розжарювання» на поверхні, як у нагрівальних трубок, що може призвести до потенційної небезпеки, такої як опіки та пожежі.
PTC-керамічний нагрівач - це електронагрівач, який використовує керамічний нагрівальний елемент з додатним температурним коефіцієнтом і генерує тепло за принципом резистивного нагріву. Нижче наведено докладне пояснення:
Працюючий принцип
PTC-керамічні нагрівачі виготовлені з особливих керамічних матеріалів. При подачі напруги їхній опір збільшується з підвищенням температури. Якщо температура нижче точки Кюрі, питомий опір дуже низький, а швидкість нагріву — дуже висока. Як тільки температура перевищує точку Кюрі, питомий опір раптово зростає, що призводить до зниження струму до стабільного значення, чим досягається автоматичний контроль температури та підтримка сталої температури.
10. Керамічний корпус
Новий керамічний корпус для корпусування IGBT дозволяє реалізувати з'єднання і вивід усіх елементів кристала IGBT.
"Керамічний корпус" означає високоякісний матеріал корпусу, що використовується для корпусування електронних пристроїв. Нижче наведено відповідне пояснення:
Характеристики
Виняткові фізичні властивості: має високу міцність, чудливу термостійкість, стійкість до корозії, ізоляційні властивості та теплопровідність.
Висока електрична продуктивність: характеризується високою діелектричною постійною, низькими діелектричними втратами та високою електричною міцністю ізоляції, що сприяє покращенню якості передачі сигналів та експлуатаційних показників продуктів.
Ефективне теплове управління: завдяки відмінній теплопровідності та високим характеристикам розсіювання тепла дозволяє ефективно відводити тепло від мікросхеми в зовнішнє середовище, забезпечуючи її стабільність.
Вища надійність: демонструє кращу стійкість у середовищах із вібрацією та ударним навантаженням, забезпечуючи стабільність упакованих продуктів у важких умовах експлуатації.
Поширені матеріали
Алюмінієва кераміка: найбільш поширений керамічний матеріал, що має певну механічну міцність та ізоляційні властивості, але порівняно низьку теплопровідність.
Кераміка нітриду алюмінію: має високу теплопровідність, чудові діелектричні властивості, високу електроізоляційну міцність, стабільні хімічні властивості, а її коефіцієнт теплового розширення добре узгоджується з кремнієм, що робить її ідеальним матеріалом для підкладки в напівпровідниковому корпусуванні.
Кераміка оксиду берилію: має надзвичайно високу теплопровідність, але є токсичною і має високі витрати на виготовлення, в основному використовується в електронних пристроях для військових і аерокосмічних застосувань.
11. Керамічний тисковий датчик
Він має чудові характеристики, такі як стійкість до корозії, ударостійкість і висока пружність, може безпосередньо контактувати з більшістю середовищ. Разом з тим, надзвичайно висока термостійкість кераміки дозволяє їй мати діапазон робочих температур від -40°C до 150°C, тому її можна широко використовувати в таких галузях, як автомобільна та промислова автоматизація.
Керамічний тисковий датчик — це пристрій, який використовує фізичні властивості кераміки для вимірювання тиску. Нижче наведено докладне пояснення:
Працюючий принцип
Він працює на основі п'єзорезистивного ефекту. Тиск безпосередньо прикладається до передньої поверхні керамічної діафрагми, викликаючи її незначну деформацію. На зворотному боці керамічної діафрагми друкуються товстоплівкові резистори, які з'єднані у вимірювальний місток (міст Уітстона). Через п'єзорезистивний ефект резисторів, міст формує вихідний напруговий сигнал, який є високо лінійним відносно тиску і пропорційним напрузі живлення.
Основна структура
Він в основному складається з трьох частин: керамічного кільця, керамічної діафрагми та керамічного ковпака. Керамічна діафрагма, як пружне тіло, що сприймає зусилля, виготовлена з 95% Al₂O₃ кераміки шляхом тонкої обробки. Керамічне кільце формується за допомогою гарячого пресування та високотемпературного спікання. Керамічна діафрагма та керамічне кільце обпалюються разом із пастою з високотемпературного скла за допомогою товстошарового друку та технології теплового обпалу, утворюючи чашоподібне пружне тіло, що сприймає зусилля, з фіксованим периметром. Керамічний ковпак має круговий паз у нижній частині, щоб утворити певний зазор з діафрагмою, який запобігає розриву діафрагми через надмірне вигинання під час перевантаження.
Характеристики
Висока точність і стабільність: кераміка має високу пружність, стійкість до корозії, зносостійкість, ударо- та вібростійкість. Діапазон робочих температур може становити від -40°C до 135°C, висока точність вимірювань і стабільність. Ступінь електричної ізоляції >2 кВ, вихідний сигнал сильний, тривала стабільність хороша.
Добра стійкість до корозії: керамічна діафрагма може безпосередньо контактувати з більшістю середовищ без додаткового захисту, що надає їй унікальних переваг у застосуванні, наприклад, у холодильній техніці, хімічній промисловості та охороні навколишнього середовища.
Керамічний датчик тиску також може використовуватися в інших галузях.
Він широко використовується в автоматичному контролі, екологічному контролі, гідравлічному та пневматичному обладнанні, сервоклапанах і трансмісіях, хімічній промисловості, медичних приладах та багатьох інших галузях.
12. П'єзоелектрична кераміка виявляє тиск у шинах
Електричне з'єднання встановлюється між п'єзоелектричною керамікою та чіпом контролю тиску в шинах, щоб п'єзоелектрична кераміка могла живити чіп контролю тиску в шинах. У цьому пристрої контролю тиску в шинах зміна тиску повітря в шині під час руху транспортного засобу викликає деформацію повітряної камеру, що, у свою чергу, викликає деформацію п'єзоелектричної кераміки. Струм, що генерується при деформації п'єзоелектричної кераміки, використовується для живлення чіпа контролю тиску в шинах.
П'єзоелектричну кераміку можна використовувати в системах виявлення тиску в шинах, використовуючи їхній унікальний п'єзоелектричний ефект (перетворення механічного тиску на електричні сигнали) для моніторингу тиску в шинах. Ось короткий огляд:
Працюючий принцип
Коли шина накачується, внутрішній тиск повітря створює механічне зусилля на елементі з п'єзоелектричної кераміки (який зазвичай вбудований у клапан шини або внутрішній шар).
П'єзоелектрична кераміка генерує мініатюрний електричний заряд, пропорційний прикладеному тиску.
Цей електричний сигнал обробляється модулем датчика (підсилюється, перетворюється в цифрові дані) і передається бездротовим способом у бортову систему транспортного засобу, яка відображає тиск у шинах у реальному часі.
13. П'єзоелектричний датчик прискорення
Принцип роботи п'єзоелектричного датчика прискорення ґрунтується на п'єзоелектричному ефекті п'єзоелектричних кристалів. П'єзоелектричні датчики прискорення також використовуються в аспектах безпеки, таких як подушки безпеки, антиблокувальна гальмівна система та система контролю тяги автомобіля.
На етапах НДДКР і виробництва електромобілів все більше використовуються нові матеріали та нові технології, що дозволяє задовольнити вимоги спожвачів до електромобілів щодо зменшення ваги, зниження вартості, інтелектуалізації, економічності та надійності. Щодо використання нових матеріалів, керамічні матеріали завдяки своїм різноманітним чудовим і унікальним властивостям мають позитивне значення для зменшення власної ваги автомобіля, підвищення ефективності двигуна, зниження енергоспоживання, збільшення терміну служби вразливих деталей та поліпшення інтелектуальних функцій електромобілів, коли їх застосовують у електромобілях.
EN
