Introdução
Com o rápido desenvolvimento de novos veículos energéticos, sistemas de propulsão eléctrica e tecnologias electrónicas de alta potência, a indústria automóvel está a colocar exigências cada vez mais elevadas no desempenho dos materiais. Especialmente em sistemas de bateria, controle eletrônico, motor e motores de alta temperatura, a “dissipação de calor” tornou-se um fator crucial que afeta o desempenho geral e a vida útil do veículo. Neste contexto, os materiais cerâmicos industriais termicamente condutores estão a ser adoptados por um número crescente de fabricantes de componentes automóveis. Então, quais são alguns materiais cerâmicos industriais termicamente condutores comuns usados em automóveis? E em quais componentes são aplicados? Este artigo fornece uma visão geral abrangente.
1. Por que a indústria automotiva está prestando cada vez mais atenção aos materiais cerâmicos termicamente condutores?
Embora os metais tradicionais ofereçam boa condutividade térmica, eles também apresentam desvantagens significativas:
Eles conduzem eletricidade, representando risco de perigos elétricos.
Eles são propensos à oxidação e deformação em altas temperaturas.
A sua resistência à corrosão a longo prazo é limitada.
Eles também são relativamente pesados, dificultando a redução de peso.
Em contraste, os materiais cerâmicos industriais termicamente condutores podem alcançar todos os seguintes:
✔ Condutividade térmica
✔ Isolamento
✔ Resistência a altas temperaturas
✔ Resistência à corrosão
✔ Leve
✔ Longa vida útil e operação estável
Especialmente no campo dos novos veículos energéticos, os materiais cerâmicos tornaram-se gradualmente um componente importante das soluções de gestão térmica de alta qualidade.
1. Cerâmica de nitreto de alumínio (AlN) – um material central para dissipação de calor eletrônico automotivo
O nitreto de alumínio é uma das cerâmicas termicamente condutoras mais populares no campo da eletrônica automotiva.
Principais recursos:
Alta condutividade térmica: ≥170 W/(m·K)
Excelente desempenho de isolamento elétrico
Coeficiente de expansão térmica próximo ao dos chips de silício
Forte estabilidade em altas temperaturas
Principais aplicações:
Substrato do módulo de potência IGBT
Novos sistemas de controle eletrônico de veículos de energia
Carregadores de bordo (OBC)
Módulos CC/CC
Componentes de dissipação de calor LiDAR
? Nos novos veículos energéticos, a cerâmica de nitreto de alumínio tornou-se um material importante para a dissipação de calor de eletrônicos de alta potência.
2. Cerâmica de nitreto de silício (Si₃N₄) – cerâmica estrutural termicamente condutora de alta resistência
O nitreto de silício possui as seguintes vantagens:
Alta condutividade térmica
Resistência mecânica ultra-alta
Resistência excepcional ao choque térmico
Excelente desempenho geral
Principais aplicações:
Rotores do turbocompressor
Esferas de rolamento de alta velocidade
Rolamentos do sistema de acionamento elétrico
Substratos do módulo de potência
Componentes do motor de alta temperatura
Comparado aos metais tradicionais:
? O nitreto de silício é mais leve, mais resistente ao desgaste e mais resistente ao calor.
3. Cerâmica de alumina (Al₂O₃) – a cerâmica termicamente condutora e isolante mais amplamente utilizada.
Embora a alumina tenha uma condutividade térmica mais baixa que o nitreto de alumínio, ela oferece uma relação custo-benefício geral extremamente alta.
Principais recursos:
Condutividade térmica: 20–30 W/(m·K)
Bom isolamento elétrico
Baixo custo
Processo de fabricação maduro e estável
Principais aplicações:
Substratos cerâmicos eletrônicos automotivos
Componentes de isolamento do sistema de ignição
Componentes estruturais do sensor
Substratos de dissipador de calor para iluminação automotiva LED
? Amplamente utilizado em sistemas eletrônicos automotivos de baixa a média potência.
4. Cerâmica de carboneto de silício (SiC) – um material representativo para aplicações de alta temperatura e alta potência.
O carboneto de silício possui as seguintes características:
Condutividade térmica extremamente alta ≥100W/(m·K)
Resistência a temperaturas ultra-altas
Forte resistência ao desgaste e à corrosão
Principais aplicações:
Sistemas de travagem de alto desempenho
Componentes estruturais de alta temperatura
Módulos de resfriamento de acionamento elétrico
Componentes relacionados a dispositivos de potência de carboneto de silício
Especialmente nas plataformas de alta tensão dos novos veículos energéticos, os materiais relacionados com o carboneto de silício estão a registar um rápido crescimento.
Atualmente, cerâmicas industriais termicamente condutoras têm sido amplamente utilizadas nos seguintes sistemas automotivos:
| Sistemas Automotivos | Aplicações Cerâmicas |
| Novo sistema de controle de potência de energia | Substrato cerâmico, dissipador de calor isolante |
| Módulos de potência IGBT | Nitreto de alumínio/óxido de alumínio/substrato de nitreto de silício |
| Gerenciamento térmico da bateria | Componentes estruturais termicamente condutores e isolantes |
| Radar veicular | Componentes eletrônicos de dissipação de calor de alta frequência |
| Luzes LED para carros | Substrato cerâmico de dissipação de calor |
| Rolamentos de alta velocidade | bolas cerâmicas de nitreto de silício |
| Sistema de turboalimentação | Rotor cerâmico de alta temperatura |
À medida que a indústria automotiva avança em direção a:
alta potência
alta integração
alta tensão
alta velocidade
leveza
os materiais metálicos tradicionais têm cada vez mais dificuldade em atender simultaneamente aos seguintes requisitos:
“Dissipação de calor + isolamento + resistência a altas temperaturas + leveza”
A cerâmica industrial pode resolver estes problemas simultaneamente.
Especialmente no domínio dos novos veículos energéticos:
? Cerâmicas termicamente condutoras estão sendo atualizadas de “materiais auxiliares” para “materiais centrais”.
De módulos de potência a rolamentos de alta velocidade, de dissipadores de calor a sistemas de controle eletrônico, a cerâmica termicamente condutiva tornou-se um material indispensável nos automóveis modernos.
No futuro, as cerâmicas termicamente condutoras de alto desempenho desempenharão um papel cada vez mais importante em:
Veículos de Nova Energia
Veículos Inteligentes
Eletrônica de alta potência
Sistemas de direção autônoma