परिचय
नई ऊर्जा वाहनों, इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम और उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकियों के तेजी से विकास के साथ, ऑटोमोटिव उद्योग सामग्री प्रदर्शन पर तेजी से उच्च मांग रख रहा है। विशेष रूप से बैटरी, इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण, मोटर और उच्च तापमान इंजन प्रणालियों में, "गर्मी अपव्यय" समग्र वाहन प्रदर्शन और जीवनकाल को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक बन गया है। इस पृष्ठभूमि में, ऑटोमोटिव घटक निर्माताओं की बढ़ती संख्या द्वारा तापीय प्रवाहकीय औद्योगिक सिरेमिक सामग्री को अपनाया जा रहा है। तो, ऑटोमोबाइल में उपयोग की जाने वाली कुछ सामान्य तापीय प्रवाहकीय औद्योगिक सिरेमिक सामग्री क्या हैं? और इन्हें किन घटकों में लागू किया जाता है? यह आलेख एक व्यापक सिंहावलोकन प्रदान करता है.
1. ऑटोमोटिव उद्योग तापीय प्रवाहकीय सिरेमिक सामग्रियों पर अधिक ध्यान क्यों दे रहा है?
जबकि पारंपरिक धातुएँ अच्छी तापीय चालकता प्रदान करती हैं, वे महत्वपूर्ण कमियाँ भी प्रस्तुत करती हैं:
वे बिजली का संचालन करते हैं, जिससे बिजली संबंधी खतरों का खतरा पैदा होता है।
वे उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण और विरूपण के प्रति संवेदनशील होते हैं।
उनका दीर्घकालिक संक्षारण प्रतिरोध सीमित है।
वे अपेक्षाकृत भारी भी होते हैं, जिससे वजन घटाने में बाधा आती है।
इसके विपरीत, तापीय प्रवाहकीय औद्योगिक सिरेमिक सामग्री निम्नलिखित सभी प्राप्त कर सकती है:
✔ तापीय चालकता
✔ इन्सुलेशन
✔ उच्च तापमान प्रतिरोध
✔ संक्षारण प्रतिरोध
✔ हल्का
✔ लंबा जीवनकाल और स्थिर संचालन
विशेष रूप से नई ऊर्जा वाहनों के क्षेत्र में, सिरेमिक सामग्री धीरे-धीरे उच्च-स्तरीय थर्मल प्रबंधन समाधानों का एक महत्वपूर्ण घटक बन गई है।
1. एल्युमीनियम नाइट्राइड सिरेमिक (AlN) - ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक ताप अपव्यय के लिए एक मुख्य सामग्री
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में एल्यूमीनियम नाइट्राइड सबसे लोकप्रिय तापीय प्रवाहकीय सिरेमिक में से एक है।
प्रमुख विशेषताऐं:
उच्च तापीय चालकता: ≥170 W/(m·K)
उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन प्रदर्शन
थर्मल विस्तार का गुणांक सिलिकॉन चिप्स के करीब है
मजबूत उच्च तापमान स्थिरता
मुख्य अनुप्रयोग:
आईजीबीटी पावर मॉड्यूल सब्सट्रेट
नई ऊर्जा वाहन इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली
ऑन-बोर्ड चार्जर (ओबीसी)
डीसी/डीसी मॉड्यूल
LiDAR ताप अपव्यय घटक
? नई ऊर्जा वाहनों में, एल्यूमीनियम नाइट्राइड सिरेमिक उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक्स के ताप अपव्यय के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री बन गया है।
2. सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक (Si₃N₄) - उच्च शक्ति तापीय प्रवाहकीय संरचनात्मक सिरेमिक
सिलिकॉन नाइट्राइड के निम्नलिखित फायदे हैं:
उच्च तापीय चालकता
अति उच्च यांत्रिक शक्ति
असाधारण थर्मल शॉक प्रतिरोध
उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन
मुख्य अनुप्रयोग:
टर्बोचार्जर रोटर्स
उच्च गति वाली असर वाली गेंदें
इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम बीयरिंग
पावर मॉड्यूल सबस्ट्रेट्स
उच्च तापमान वाले इंजन घटक
पारंपरिक धातुओं की तुलना में:
? सिलिकॉन नाइट्राइड हल्का, अधिक पहनने के लिए प्रतिरोधी और अधिक गर्मी प्रतिरोधी है।
3. एल्युमिना सिरेमिक (Al₂O₃) - सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला थर्मली कंडक्टिव और इंसुलेटिंग सिरेमिक।
यद्यपि एल्युमिना में एल्युमीनियम नाइट्राइड की तुलना में कम तापीय चालकता है, लेकिन यह अत्यधिक उच्च समग्र लागत-प्रभावशीलता प्रदान करता है।
प्रमुख विशेषताऐं:
तापीय चालकता: 20–30 W/(m·K)
अच्छा विद्युत इन्सुलेशन
कम लागत
परिपक्व और स्थिर विनिर्माण प्रक्रिया
मुख्य अनुप्रयोग:
ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिरेमिक सबस्ट्रेट्स
इग्निशन सिस्टम इन्सुलेशन घटक
सेंसर संरचनात्मक घटक
एलईडी ऑटोमोटिव लाइटिंग हीटसिंक सबस्ट्रेट्स
? निम्न-से-मध्यम पावर ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
4. सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक (SiC) - उच्च तापमान और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए एक प्रतिनिधि सामग्री।
सिलिकॉन कार्बाइड में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:
अत्यधिक उच्च तापीय चालकता ≥100W/(m·K)
अति-उच्च तापमान प्रतिरोध
मजबूत घिसाव और संक्षारण प्रतिरोध
मुख्य अनुप्रयोग:
उच्च-प्रदर्शन ब्रेकिंग सिस्टम
उच्च तापमान संरचनात्मक घटक
इलेक्ट्रिक ड्राइव कूलिंग मॉड्यूल
सिलिकॉन कार्बाइड बिजली उपकरणों से संबंधित घटक
विशेष रूप से नई ऊर्जा वाहनों के उच्च-वोल्टेज प्लेटफार्मों में, सिलिकॉन कार्बाइड से संबंधित सामग्रियों में तेजी से वृद्धि हो रही है।
वर्तमान में, तापीय प्रवाहकीय औद्योगिक सिरेमिक का व्यापक रूप से निम्नलिखित ऑटोमोटिव प्रणालियों में उपयोग किया गया है:
| ऑटोमोटिव सिस्टम | सिरेमिक अनुप्रयोग |
| नई ऊर्जा शक्ति नियंत्रण प्रणाली | सिरेमिक सब्सट्रेट, इन्सुलेटिंग हीट सिंक |
| आईजीबीटी पावर मॉड्यूल | एल्यूमीनियम नाइट्राइड / एल्यूमीनियम ऑक्साइड / सिलिकॉन नाइट्राइड सब्सट्रेट |
| बैटरी थर्मल प्रबंधन | थर्मली प्रवाहकीय और इन्सुलेटिंग संरचनात्मक घटक |
| वाहन राडार | उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक ताप अपव्यय घटक |
| एलईडी कार लाइटें | सिरेमिक ताप अपव्यय सब्सट्रेट |
| उच्च गति बीयरिंग | सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक गेंदें |
| टर्बोचार्जिंग प्रणाली | उच्च तापमान सिरेमिक रोटर |
जैसे-जैसे ऑटोमोटिव उद्योग आगे बढ़ रहा है:
उच्च शक्ति
उच्च एकीकरण
उच्च वोल्टेज
उच्च गति
हल्कापन
पारंपरिक धातु सामग्रियों के लिए निम्नलिखित आवश्यकताओं को एक साथ पूरा करना कठिन होता जा रहा है:
"गर्मी अपव्यय + इन्सुलेशन + उच्च तापमान प्रतिरोध + हल्के वजन"
औद्योगिक सिरेमिक इन समस्याओं को एक साथ हल कर सकता है।
विशेषकर नवीन ऊर्जा वाहनों के क्षेत्र में:
? तापीय प्रवाहकीय सिरेमिक को "सहायक सामग्री" से "मुख्य सामग्री" में उन्नत किया जा रहा है।
पावर मॉड्यूल से लेकर हाई-स्पीड बियरिंग तक, हीट सिंक से लेकर इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल सिस्टम तक, तापीय प्रवाहकीय सिरेमिक आधुनिक ऑटोमोबाइल में एक अनिवार्य सामग्री बन गए हैं।
भविष्य में, उच्च प्रदर्शन वाले तापीय प्रवाहकीय सिरेमिक इसमें तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे:
नई ऊर्जा वाहन
बुद्धिमान वाहन
हाई-पावर इलेक्ट्रॉनिक्स
स्वायत्त ड्राइविंग सिस्टम