Invoering
Met de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen, elektrische aandrijfsystemen en krachtige elektronische technologieën stelt de auto-industrie steeds hogere eisen aan materiaalprestaties. Vooral bij batterij-, elektronische besturings-, motor- en hogetemperatuurmotorsystemen is ‘warmteafvoer’ een cruciale factor geworden die de algehele prestaties en levensduur van het voertuig beïnvloedt. Tegen deze achtergrond worden thermisch geleidende industriële keramische materialen door een toenemend aantal fabrikanten van auto-onderdelen toegepast. Wat zijn enkele veel voorkomende thermisch geleidende industriële keramische materialen die in auto's worden gebruikt? En in welke componenten worden ze toegepast? Dit artikel geeft een uitgebreid overzicht.
1. Waarom besteedt de auto-industrie steeds meer aandacht aan thermisch geleidende keramische materialen?
Hoewel traditionele metalen een goede thermische geleidbaarheid bieden, brengen ze ook aanzienlijke nadelen met zich mee:
Ze geleiden elektriciteit en vormen een risico op elektrische gevaren.
Ze zijn gevoelig voor oxidatie en vervorming bij hoge temperaturen.
Hun corrosieweerstand op lange termijn is beperkt.
Ze zijn ook relatief zwaar, wat gewichtsvermindering belemmert.
Daarentegen kunnen thermisch geleidende industriële keramische materialen al het volgende bereiken:
✔ Thermische geleidbaarheid
✔ Isolatie
✔ Bestand tegen hoge temperaturen
✔ Corrosiebestendigheid
✔ Lichtgewicht
✔ Lange levensduur en stabiele werking
Vooral op het gebied van nieuwe energievoertuigen zijn keramische materialen geleidelijk een belangrijk onderdeel geworden van hoogwaardige oplossingen voor thermisch beheer.
1. Aluminiumnitride-keramiek (AlN) – een kernmateriaal voor elektronische warmteafvoer in auto’s
Aluminiumnitride is een van de meest populaire thermisch geleidende keramieksoorten op het gebied van auto-elektronica.
Belangrijkste kenmerken:
Hoge thermische geleidbaarheid: ≥170 W/(m·K)
Uitstekende elektrische isolatieprestaties
Thermische uitzettingscoëfficiënt dichtbij die van siliciumchips
Sterke stabiliteit bij hoge temperaturen
Belangrijkste toepassingen:
IGBT-voedingsmodulesubstraat
Nieuwe elektronische controlesystemen voor energievoertuigen
Ingebouwde laders (OBC)
DC/DC-modules
LiDAR-componenten voor warmteafvoer
? In nieuwe energievoertuigen is aluminiumnitride-keramiek een belangrijk materiaal geworden voor de warmteafvoer van krachtige elektronica.
2. Siliciumnitride-keramiek (Si₃N₄) – thermisch geleidende structurele keramiek met hoge sterkte
Siliciumnitride heeft de volgende voordelen:
Hoge thermische geleidbaarheid
Ultrahoge mechanische sterkte
Uitzonderlijke thermische schokbestendigheid
Uitstekende algemene prestaties
Belangrijkste toepassingen:
Rotors van turbocompressoren
Lagerkogels met hoge snelheid
Lagers van elektrisch aandrijfsysteem
Substraten voor voedingsmodules
Motoronderdelen voor hoge temperaturen
Vergeleken met traditionele metalen:
? Siliciumnitride is lichter, slijtvaster en hittebestendiger.
3. Aluminiumoxide-keramiek (Al₂O₃) – de meest gebruikte thermisch geleidende en isolerende keramiek.
Hoewel aluminiumoxide een lagere thermische geleidbaarheid heeft dan aluminiumnitride, biedt het een extreem hoge algehele kosteneffectiviteit.
Belangrijkste kenmerken:
Thermische geleidbaarheid: 20–30 W/(m·K)
Goede elektrische isolatie
Lage kosten
Volwassen en stabiel productieproces
Belangrijkste toepassingen:
Elektronische keramische substraten voor de automobielindustrie
Isolatiecomponenten van het ontstekingssysteem
Structurele sensorcomponenten
LED-automobielverlichting Heatsink-substraten
? Op grote schaal gebruikt in elektronische systemen voor auto's met een laag tot middelhoog vermogen.
4. Siliciumcarbide-keramiek (SiC) – een representatief materiaal voor toepassingen bij hoge temperaturen en hoge vermogens.
Siliciumcarbide bezit de volgende kenmerken:
Extreem hoge thermische geleidbaarheid ≥100W/(m·K)
Bestand tegen ultrahoge temperaturen
Sterke slijtvastheid en corrosiebestendigheid
Belangrijkste toepassingen:
Hoogwaardige remsystemen
Structurele componenten voor hoge temperaturen
Koelmodules voor elektrische aandrijving
Componenten gerelateerd aan siliciumcarbide-energieapparaten
Vooral in de hoogspanningsplatforms van nieuwe energievoertuigen maken siliciumcarbide-gerelateerde materialen een snelle groei door.
Momenteel wordt thermisch geleidend industrieel keramiek op grote schaal gebruikt in de volgende autosystemen:
| Automobielsystemen | Keramische toepassingen |
| Nieuw energie-energiecontrolesysteem | Keramisch substraat, isolerend koellichaam |
| IGBT-vermogensmodules | Aluminiumnitride/aluminiumoxide/siliciumnitride substraat |
| Thermisch beheer van de batterij | Thermisch geleidende en isolerende structurele componenten |
| Voertuigradar | Hoogfrequente elektronische warmteafvoercomponenten |
| LED-autolampen | Keramisch warmteafvoersubstraat |
| Lagers met hoge snelheid | keramische kogels van siliciumnitride |
| Turbolaadsysteem | Keramische rotor op hoge temperatuur |
Terwijl de auto-industrie zich ontwikkelt in de richting van:
hoog vermogen
hoge integratie
hoge spanning
hoge snelheid
lichtgewicht
Traditionele metalen materialen vinden het steeds moeilijker om tegelijkertijd aan de volgende eisen te voldoen:
“Warmteafvoer + isolatie + hoge temperatuurbestendigheid + lichtgewicht”
Industriële keramiek kan deze problemen tegelijkertijd oplossen.
Vooral op het gebied van nieuwe energievoertuigen:
? Thermisch geleidende keramiek wordt opgewaardeerd van “hulpmaterialen” naar “kernmaterialen”.
Van voedingsmodules tot hogesnelheidslagers, van koellichamen tot elektronische regelsystemen: thermisch geleidend keramiek is een onmisbaar materiaal geworden in moderne auto's.
In de toekomst zal hoogwaardig thermisch geleidend keramiek een steeds belangrijkere rol spelen bij:
Nieuwe energievoertuigen
Intelligente voertuigen
Elektronica met hoog vermogen
Autonome rijsystemen