Uzlabotas keramikas pielietojums un tehniskā vērtība jaunu enerģijas transportlīdzekļu elektrifikācijas modernizācijas kontekstā

Jaunu enerģijas transportlīdzekļu pārveide no tradicionālās degvielas jaudas uz elektrisko piedziņu, viedo vadību un augstsprieguma elektriskajām sistēmām ir ne tikai mainījusi transportlīdzekļa jaudas struktūru, bet arī veicinājusi galveno komponentu, piemēram, augstsprieguma{1}}releju, jaudas pusvadītāju, motora gultņu un elektronisko vadības sistēmu materiālu uzlabošanu. Nepārtraukti attīstot 800 V un augstāka sprieguma platformas, liela-jaudas blīvuma elektriskās piedziņas sistēmas un ātrās uzlādes un izlādes tehnoloģijas, arī komponentiem tiek izvirzītas augstākas sprieguma, strāvas, temperatūras, frekvences un uzticamības prasības.

 

Šajā procesā uzlabotā keramika ir pakāpeniski paplašinājusies no tradicionālajiem konstrukcijas materiāliem uz augstsprieguma elektriskajām, spēka elektronikas un piedziņas sistēmām jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, pateicoties to augstajai dielektriskajai izturībai, augstajai temperatūrai, izturībai pret koroziju, augstu mehānisko izturību un labu izmēru stabilitāti. Tās pielietojums ir vērsts uz augstsprieguma-līdzstrāvas komutācijas ierīcēm, jaudas pusvadītāju iepakojumu, keramikas augstsprieguma{3}kontaktoriem un motora izolētiem gultņiem.

 

 

 

Jaunu enerģijas transportlīdzekļu augstsprieguma{0}}elektriskajai sistēmai parasti ir nepieciešami releji vai kontaktori, lai panāktu savienojumu, atvienošanu un drošu izolāciju starp akumulatoru un augstsprieguma ķēdēm, piemēram, invertoriem, motoriem un uzlādes sistēmām. Salīdzinot ar zemsprieguma-automobiļu elektrosistēmām, pārslēgšanās augsta-sprieguma līdzstrāvas vidēs ir sarežģītāka. Īpaši, atvienojot ķēdes lielas strāvas apstākļos, starp kontaktiem var rasties loki, kas izvirza augstākas prasības izolācijas konstrukcijai un loka dzēšanas iespējām.

 

Keramikas materiāliem ir lieliskas elektriskās izolācijas īpašības un izturība pret augstu temperatūru, un tos var izmantot izolācijas apvalkos, izolācijas uzmavās un blīvēšanas konstrukcijās augstsprieguma{0}}līdzstrāvas relejos un kontaktoros. Pateicoties keramikas un metāla materiālu drošai blīvēšanai, var izveidot relatīvi slēgtu iekšējo darba telpu, lai uzturētu stabilu izolāciju starp augstsprieguma vadošajām sastāvdaļām un ārējo konstrukciju, vienlaikus nodrošinot loka dzēšanas līdzekļa nepieciešamos blīvēšanas apstākļus.

 

Augstsprieguma{0}}pārslēgšanas ierīcēs alumīnija oksīda keramika ir viens no visizplatītākajiem izolācijas materiāliem. Dažādas tīrības un veiktspējas līmeņu alumīnija oksīda sistēmas var izvēlēties tālāk, pamatojoties uz dažādiem sprieguma līmeņiem, mehānisko izturību, termiskajām īpašībām un izmēra prasībām. Detaļām, kurām vienlaikus jāatbilst izolācijas, mehāniskā atbalsta un metāla blīvējuma prasībām, Alumina Metallized Ceramics var nodrošināt uzticamus savienojumus starp keramiku un metāliem, izmantojot keramikas virsmas metalizācijas un cietlodēšanas procesus.

 

Keramikas materiālu vērtība šādos izstrādājumos neaprobežojas tikai ar izolāciju. Augstsprieguma kontaktoru darbības laikā tiks radīts pārejošs karstums un mehāniskais spriegums, tāpēc keramikas apvalkam ir jābūt ar labu termisko stabilitāti, izmēru stabilitāti un termiskā trieciena izturību. Materiālu izvēle, konstrukcijas projektēšana un metalizācijas process ir visaptveroši jāprojektē, pamatojoties uz faktisko darba spriegumu, strāvu, temperatūru un kalpošanas laiku.

 

 

 

Viens no jaunu enerģijas transportlīdzekļu elektriskās piedziņas sistēmas kodoliem ir jaudas elektroniskais kontrolieris, kura galvenā funkcija ir pabeigt efektīvu pārveidošanu starp akumulatora līdzstrāvas jaudu un motoram nepieciešamo maiņstrāvas jaudu. Palielinoties elektriskās piedziņas sistēmu jaudas blīvumam, jaudas pusvadītāju ierīcēm ir jāiztur lielākas strāvas un biežāki termiskie cikli. Tāpēc iepakojuma materiāliem jābūt ne tikai labām izolācijas īpašībām, bet arī jāņem vērā siltuma izkliede, mehāniskā izturība un termiskās izplešanās atbilstība.

 

Keramikas vara{0}}apklātas pamatnes parasti sastāv no vara slāņiem, keramikas izolācijas slāņiem un vara slāņiem. Keramikas slānis ir atbildīgs par elektrisko izolāciju un mehāniskā atbalsta funkcijām, bet vara slānis ir atbildīgs par strāvas pārvadi, mikroshēmas savienojumu un siltuma izkliedi. Salīdzinot ar tīriem organiskiem izolācijas materiāliem, keramikas pamatnes var uzturēt stabilas elektriskās un mehāniskās īpašības augstākas temperatūras vidē, tāpēc tās ir piemērotas lielas -jaudas-blīvuma jaudas elektroniskajiem moduļiem.

 

Parastie keramikas materiāli, ko pašlaik izmanto jauno enerģijas transportlīdzekļu jaudas moduļos, ir alumīnija oksīds, alumīnija nitrīds un silīcija nitrīds. Alumīnija oksīdam ir salīdzinoši zemas izmaksas, laba izolācijas veiktspēja un nobriedis process; alumīnija nitrīdam ir augsta siltumvadītspēja, un tam ir priekšrocības scenārijos ar augstām siltuma izkliedes prasībām; silīcija nitrīdam ir augsta mehāniskā izturība, termiskā stabilitāte un termiskā cikla pretestība, un tas ir vairāk piemērots jaudas elektroniskām lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta -ilgtermiņa uzticamība.

 

Jauniem enerģijas transportlīdzekļu jaudas moduļiem attīstoties augstsprieguma, lielas strāvas un miniaturizācijas virzienā, ir pieaudzis pieprasījums pēc augstas{0}}precizitātes keramikas metalizētiem komponentiem, piemēram, precīzijas metalizētās keramikas. Metalizācijas slānim uz keramikas virsmas ir jābūt ar labu adhēzijas izturību un stabilām elektriskām īpašībām, kā arī jāspēj izturēt spriedzi, kas rodas turpmākās metināšanas, cietlodēšanas un termiskās cikla laikā.

 

Jaudas pusvadītāju iepakojumam ir ļoti svarīgi saskaņot keramikas materiālu un vara slāni siltuma izplešanās koeficientu. Faktiskās darbības laikā jauni enerģijas transportlīdzekļi piedzīvos iedarbināšanu, paātrinājumu, bremzēšanu, ātru uzlādi un dažādas vides temperatūras izmaiņas, un jaudas modulis atkārtoti piedzīvos sildīšanu un dzesēšanu. Ja materiālu termiskās izplešanās atšķirība ir pārāk liela, ilgstoša -termiskā cikliskums var izraisīt saskarnes nogurumu, plaisas vai atslāņošanos, tādējādi ietekmējot moduļa kalpošanas laiku.

 

Tāpēc jaunu enerģijas transportlīdzekļu jaudas moduļu keramikas iepakojuma dizainā vienlaikus jāņem vērā siltumvadītspēja, izolācijas izturība, mehāniskā izturība, termiskās izplešanās atbilstība un apstrādes precizitāte, un nevar vienkārši paļauties uz noteiktu materiāla veiktspēju kā atlases pamatu.

 

 

Pati keramikai ir lieliskas izolācijas īpašības, taču faktiskajās elektroniskajās ierīcēs keramika parasti ir jāsavieno ar metāla vadītājiem, elektrodiem vai iepakojuma konstrukcijām. Tāpēc keramikas virsmu metalizācija ir kļuvusi par svarīgu procesu, lai panāktu uzticamu keramikas un metālu kombināciju.

 

Keramikas metalizācijas pamatideja ir uz keramikas virsmas veidot metāla slāni ar noteiktu biezumu un adhēzijas stiprību, lai to varētu tālāk lodēt, metināt vai veikt citu savienojuma apstrādi. Metalizētajam slānim ne tikai jābūt ar labu elektrovadītspēju, bet arī jāveido stabila saskarnes saite ar keramikas matricu.

 

Jaunu enerģijas transportlīdzekļu augstsprieguma{0}}ierīcēm metalizācijas slāņa uzticamība tieši ietekmē iepakojuma struktūras hermētiskumu, izolācijas veiktspēju un mehānisko stabilitāti. Piemēram, keramiskajam izolatoram augstsprieguma{2}}releja iekšpusē ir jāveido uzticams savienojums ar metāla apvalku; keramikas substrātam jaudas pusvadītāju modulī ir jāveido stabila saite ar vara slāni.

 

Augstas-precizitātes elektronisko komponentu vidū alumīnija oksīda keramikas detaļu precīzā apstrāde var atbilst sarežģītām izmēra, pielaides, caurumu atrašanās vietas un gala virsmas precizitātes prasībām. Augstsprieguma -ierīcēm, kas paredzētas jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, keramikas daļām bieži vien jāatbilst miniaturizācijas, sarežģītas struktūras un augstas uzticamības prasībām. Tāpēc materiālu sagatavošana un precīza apstrāde ir jākontrolē kopīgi.

 

 

 

Augstsprieguma{0}}kontaktors ir svarīgs komutācijas komponents jaunu enerģijas transportlīdzekļu augstsprieguma{1}}elektriskajā sistēmā. Tās galvenā funkcija ir kontrolēt augstsprieguma ķēžu pārslēgšanu transportlīdzekļa iedarbināšanas, apstāšanās, uzlādes un bojājumu aizsardzības laikā. Tā kā jauno enerģijas transportlīdzekļu jaudas akumulatori parasti izmanto simtiem voltu vai pat lielāku līdzstrāvas spriegumu, augstsprieguma{5}}kontaktoriem ir jāuztur uzticama darbība lielas elektriskās slodzes apstākļos.

 

HVDC kontaktoru keramikas korpusi parasti veic vairākas funkcijas, piemēram, iekšējo izolāciju, konstrukcijas atbalstu un blīvējumu. Keramikas korpusiem ir jāuztur stabila izolācija augsta sprieguma apstākļos, vienlaikus izturot iekšējās temperatūras izmaiņas un mehāniskos spriedzes.

 

Augstsprieguma{0}}kontaktoros parasti tiek izmantotas keramikas un metāla blīvējuma konstrukcijas. Savienojuma zona starp keramiku un metālu ir viena no visas ierīces uzticamības atslēgām. Ja blīvējuma saskarnē ir defekti, ilgstošu termisko ciklu, mehāniskās vibrācijas vai iekšējā spiediena izmaiņu rezultātā var rasties plaisas, noplūdes un citas problēmas.

 

Tāpēc keramikas augstsprieguma{0}}kontaktoru ražošanā parasti ir jākoncentrējas uz keramikas materiālu tīrības, saķepināšanas kvalitātes, izmēru precizitātes, metalizācijas slāņa kvalitātes un keramikas-metāla blīvējuma stiprības kontroli. Augstas-uzticamības produktiem ir nepieciešama arī gaisa necaurlaidības, elektriskās izolācijas, sprieguma pretestības un termiskā cikla pārbaude.

 

No materiālu inženierijas viedokļa keramikas{0}}uz-metāla savienojums nav vienkārša mehāniska kombinācija, bet ietver vairākus faktorus, piemēram, materiāla termiskās izplešanās koeficientu, saskarnes mitrināšanu, lodēšanas izvēli, blīvējuma temperatūru un atlikušā sprieguma kontroli. Tikai panākot stabilu keramikas un metāla saskarņu kombināciju, var nodrošināt augstsprieguma -ierīču blīvēšanas un izolācijas uzticamību-ilgtermiņā.

 

 

Jaunas enerģijas transportlīdzekļu piedziņas motoriem parasti ir liels rotācijas ātrums, un motora iekšpusē ir sarežģīta elektromagnētiskā vide. Salīdzinot ar tradicionālajām mehāniskajām sistēmām, papildus radiālās un aksiālās slodzes gultņiem jauno enerģijas transportlīdzekļu motoru gultņiem ir jāsaskaras arī ar tādām problēmām kā liela -griešanās ātruma, temperatūras paaugstināšanās, strāva un elektriskā korozija.

 

Tradicionālie metāla gultņi noteiktos motora darbības apstākļos var radīt vārpstas strāvu. Kad strāva iet caur gultņa iekšpusi, kontakta zonā starp rites elementu un sacīkšu ceļu var veidoties loka izlāde, izraisot punktveida koroziju, eroziju un virsmas bojājumus, kas galu galā ietekmē gultņa kalpošanas laiku.

 

Keramikas velmēšanas elementiem ir zems blīvums, augsta cietība, laba nodilumizturība un lieliskas elektriskās izolācijas īpašības. Tāpēc hibrīda keramikas gultņiem ir noteikta pielietojuma vērtība ātrgaitas motoros un elektrificētās energosistēmās. Keramikas velmēšanas elementu un metāla uzgaļu kombinācija var samazināt rites elementu kvalitāti, vienlaikus saglabājot gultņa konstrukcijas izturību, kā arī uzlabot berzes un elektriskās izolācijas īpašības liela ātruma darbības apstākļos.

 

Prasības gultņiem jaunos enerģijas transportlīdzekļu motoros ir veicinājušas arī augstas veiktspējas{0}}keramikas komponentu, piemēram, augstas-stiprības metalizētas keramikas komponentu izstrādi. Lai gan metalizētā keramika un motora gultņi pieder pie dažāda veida lietojumiem, tie iemieso vienu un to pašu materiālu attīstības tendenci, kas ir atrisināt tradicionālo metālu materiālu veiktspējas ierobežojumus īpašos darba apstākļos, izmantojot keramikas materiālu izolācijas, augstas stiprības un augstas temperatūras izturības īpašības.

 

 

Tā kā jaunu enerģijas transportlīdzekļu sprieguma platforma turpina uzlaboties, uzlabotās keramikas pielietojuma joma pakāpeniski paplašinās no atsevišķiem izolācijas komponentiem līdz augstsprieguma slēdžiem, barošanas moduļiem, sensoriem, savienojumu konstrukcijām un siltuma pārvaldības{1}}komponentiem.

 

Augstsprieguma{0}}elektriskajos komponentos metalizēta alumīnija oksīda keramika elektriskajiem komponentiem var panākt izolācijas, vadītspējas un mehāniskā savienojuma funkciju integrāciju, apvienojot keramikas izolācijas matricu un metalizētus vadošus slāņus. Šī konstrukcija ir īpaši piemērota elektriskajām sastāvdaļām ar ierobežotu vietu un augstām izolācijas prasībām.

 

Augstsprieguma{0}}ierīcēm, kurām nepieciešama lielāka izmēru precizitāte, precīzās metalizētās alumīnija oksīda keramikas komponenti var apvienot precīzas formēšanas, saķepināšanas, metalizācijas un apstrādes procesus, lai izpildītu sarežģītas struktūras un augstas precizitātes montāžas prasības. Jaunas enerģijas automobiļu daļas turpina attīstīties miniaturizācijas virzienā, vieglas un lielas jaudas blīvuma virzienā, kas arī padara keramikas detaļu izmēru kontroli un apstrādes konsekvenci svarīgāku.

 

No otras puses, palielinoties jaudas pusvadītāju darba spriegumam un pārslēgšanas frekvencei, arī keramikas izolācijas materiāliem ir jāsaskaras ar lielāku elektriskā lauka intensitāti un ātrāku sprieguma maiņas ātrumu. Tādas konstrukcijas kā metalizētas keramikas izolācijas caurules un metalizētas keramikas daļas var izmantot īpašiem elektriskiem komponentiem, kuriem nepieciešama gan izolācija, gan vadošs savienojums, gan iekapsulēšanas funkcijas, nodrošinot kompaktākus konstrukcijas risinājumus augstsprieguma elektriskajām sistēmām.

 

 

 

Uzlabotas keramikas izmantošana jaunos enerģijas transportlīdzekļos nav vienkārša materiālu nomaiņa, bet gan sistemātisks projekts, kas ietver materiālus, struktūras, procesus un uzticamības pārbaudi.

 

Pirmkārt, ir jāizvēlas atbilstoši keramikas materiāli, pamatojoties uz darba spriegumu, temperatūru, strāvu, mehānisko slodzi un vides apstākļiem. Otrkārt, formēšanas, saķepināšanas, precīzās apstrādes un virsmas metalizācijas procesi ir jānosaka atbilstoši komponenta struktūrai. Augstspiediena blīvēšanas ierīcēm ir sīkāk jāapsver keramikas un metāla materiālu termiskās izplešanās atbilstība un blīvējuma atlikušais spriegums.

 

Spēka elektronikai keramikas substrātiem arī jākoncentrējas uz termiskā cikla kalpošanas laiku un saskarnes uzticamību. Tā kā jauni enerģijas transportlīdzekļi pakāpeniski attīstās no tradicionālajiem IGBT uz augstas-veiktspējas platjoslas-jaudas pusvadītājiem, jaudas moduļu pārslēgšanas ātrums un jaudas blīvums turpina pieaugt, kā arī turpinās pieaugt prasības attiecībā uz izolācijas materiāliem un iepakojuma konstrukcijām.

 

Augstas tīrības pakāpes alumīnija oksīda precīzās un uzlabotās keramikas metalizācijas daļas ir piemērotas īpašiem elektroniskiem komponentiem, kuriem nepieciešama augsta tīrība, izolācijas veiktspēja, izmēru precizitāte un metalizācijas uzticamība. Šādiem izstrādājumiem parasti ir nepieciešama pilnīga procesa kontrole no keramikas pulvera, formēšanas, saķepināšanas līdz precīzai apstrādei un metalizācijai.

 

 

No jauno enerģijas transportlīdzekļu kopējā tehnoloģiskās attīstības virziena perspektīvas modernās keramikas pielietojums galvenokārt atspoguļo trīs tendences.

 

Pirmkārt, augsts spriegums palielina pieprasījumu pēc izolācijas keramikas. Pakāpeniski ieviešot 800 V un augstāka sprieguma platformas, prasības izolācijas materiāliem augstsprieguma -kontaktoros, relejos, jaudas moduļos un uzlādes sistēmās turpina pieaugt. Keramikas materiāliem ir augsta dielektriskā izturība un karstumizturība, tāpēc tiem ir labs pielietojuma pamats augstsprieguma elektriskajos komponentos.

 

Otrkārt, liels jaudas blīvums veicina keramikas iepakojuma materiālu jaunināšanu. Jaunām enerģijas transportlīdzekļu elektriskās piedziņas sistēmām ir jāpanāk lielāka jauda mazākā telpā, un jaudas pusvadītāju siltuma plūsmas blīvums turpina palielināties. Tāpēc lielāka uzmanība tiks pievērsta keramikas pamatnēm un iepakojuma materiāliem ar labu siltumvadītspēju un mehānisko uzticamību.

 

Treškārt, precīza ražošana veicina keramikas detaļu attīstību sarežģītās struktūrās. Jaunām enerģijas automobiļu daļām ir arvien augstākas prasības attiecībā uz svaru, telpu un uzticamību. Keramikas komponenti pildīs ne tikai tradicionālās izolācijas funkcijas, bet arī turpmāk integrēs tādas funkcijas kā atbalsts, siltuma izkliedēšana, iepakošana un elektriskais savienojums.

 

Kopumā uzlabotā keramika ir kļuvusi par svarīgu materiālu sistēmu jaunu enerģijas transportlīdzekļu augstsprieguma{0}}elektro un spēka elektronikas jomā. No augstsprieguma releju izolācijas korpusa, vara{3}}pārklātiem substrātiem jaudas pusvadītāju moduļos un augstsprieguma kontaktoriem, izolējošiem gultņiem un metalizētām keramiskām savienojuma daļām, keramika uzņemas arvien vairāk galveno funkciju jauno energotransportlīdzekļu elektrifikācijas arhitektūrā.

 

Nākotnē, kad jauni enerģijas transportlīdzekļi attīstīsies uz augstāku spriegumu, lielāku jaudas blīvumu, lielāku uzticamību un mazāku izmēru,Precīzi metalizēti alumīnija oksīda keramikas komponentimateriāli tālāk no vienkāršiem izolācijas materiāliem kļūs par augstas veiktspējas{0}}strukturāliem un funkcionāliem materiāliem. Nepārtraukta tādu tehnoloģiju attīstība kā materiālu formulēšana, precīza formēšana, metalizācija, keramikas -līdz-blīvēšana no metāla un uzticamības testēšana kļūs par svarīgu pamatu progresīvai keramikai, lai turpmāk iekļūtu jaunu enerģijas transportlīdzekļu galveno daļu piegādes ķēdē.