Введение
В связи с быстрым развитием новых энергетических транспортных средств, систем электропривода и мощных электронных технологий автомобильная промышленность предъявляет все более высокие требования к характеристикам материалов. «Рассеивание тепла» стало решающим фактором, влияющим на общую производительность и срок службы автомобиля, особенно в аккумуляторных батареях, электронике управления, двигателях и высокотемпературных системах двигателя. На этом фоне все большее число производителей автомобильных компонентов используют теплопроводные промышленные керамические материалы. Итак, какие теплопроводные промышленные керамические материалы обычно используются в автомобилях? И в каких компонентах они применяются? В этой статье представлен полный обзор.
1. Почему автомобильная промышленность уделяет все больше внимания теплопроводным керамическим материалам?
Хотя традиционные металлы обладают хорошей теплопроводностью, они также имеют существенные недостатки:
Они проводят электричество, создавая опасность поражения электрическим током.
Они склонны к окислению и деформации при высоких температурах.
Их долговременная коррозионная стойкость ограничена.
Они также относительно тяжелые, что препятствует снижению веса.
Напротив, теплопроводные промышленные керамические материалы могут достичь всего следующего:
✔ Теплопроводность
✔ Изоляция
✔ Высокая термостойкость.
✔ Устойчивость к коррозии
✔ Легкий
✔ Длительный срок службы и стабильная работа.
Керамические материалы постепенно стали важным компонентом высококачественных решений по управлению температурным режимом, особенно в области транспортных средств на новых источниках энергии.
1. Керамика из нитрида алюминия (AlN) – основной материал для отвода тепла от автомобильной электронной техники.
Нитрид алюминия — один из самых популярных теплопроводящих керамических материалов в области автомобильной электроники.
Ключевые особенности:
Высокая теплопроводность: ≥170 Вт/(м·К)
Отличные электроизоляционные характеристики
Коэффициент теплового расширения близок к кремниевому чипу.
Сильная высокотемпературная стабильность
Основные приложения:
Подложка силового модуля IGBT
Электронные системы управления транспортными средствами на новой энергии
Бортовые зарядные устройства (OBC)
Модули постоянного/постоянного тока
Компоненты рассеивания тепла LiDAR
? В транспортных средствах с новой энергией керамика из нитрида алюминия стала важным материалом для отвода тепла мощной электроники.
2. Керамика нитрида кремния (Si₃N₄) – высокопрочная теплопроводящая конструкционная керамика.
Нитрид кремния обладает следующими преимуществами:
Высокая теплопроводность
Сверхвысокая механическая прочность
Исключительная устойчивость к термическому удару
Отличная общая производительность
Основные приложения:
Роторы турбокомпрессора
Высокоскоростные шарики подшипника
Подшипники системы электропривода
Подложки силовых модулей
Высокотемпературные компоненты двигателя
По сравнению с традиционными металлами:
? Нитрид кремния легче, более износостойкий и термостойкий.
3. Глиноземная керамика (Al₂O₃) – наиболее широко используемая теплопроводящая и изоляционная керамика.
Хотя оксид алюминия имеет более низкую теплопроводность, чем нитрид алюминия, он обеспечивает чрезвычайно высокую общую экономическую эффективность.
Ключевые особенности:
Теплопроводность: 20–30 Вт/(м·К)
Хорошая электрическая изоляция
Бюджетный
Зрелый и стабильный производственный процесс
Основные приложения:
Керамические подложки для автомобильной электроники
Компоненты изоляции системы зажигания
Структурные компоненты датчика
Подложки радиаторов для светодиодного автомобильного освещения
? Широко используется в автомобильных электронных системах малой и средней мощности.
4. Карбидокремниевая керамика (SiC) – представительный материал для высокотемпературных и мощных применений.
Карбид кремния обладает следующими характеристиками:
Чрезвычайно высокая теплопроводность ≥100 Вт/(м·К)
Сверхвысокая термостойкость
Сильная износостойкость и устойчивость к коррозии
Основные приложения:
Высокопроизводительные тормозные системы
Высокотемпературные конструктивные элементы
Модули охлаждения электропривода
Компоненты, относящиеся к силовым устройствам из карбида кремния
Материалы на основе карбида кремния переживают быстрый рост, особенно в высоковольтных платформах транспортных средств на новых источниках энергии.
В настоящее время теплопроводящая промышленная керамика нашла широкое применение в следующих автомобильных системах:
| Автомобильные системы | Керамические применения |
| Новая система управления мощностью энергии | Керамическая подложка, изолирующий радиатор |
| Силовые модули IGBT | Подложка из нитрида алюминия/оксида алюминия/нитрида кремния |
| Управление температурой батареи | Теплопроводящие и изолирующие конструктивные элементы |
| Автомобильный радар | Высокочастотные электронные компоненты рассеивания тепла |
| светодиодные автомобильные фары | Керамическая подложка для рассеивания тепла |
| Высокоскоростные подшипники | керамические шарики из нитрида кремния |
| Система турбонаддува | Высокотемпературный керамический ротор |
Поскольку автомобильная промышленность движется в направлении:
высокая мощность
высокая интеграция
высокое напряжение
высокоскоростной
облегчение
традиционным металлическим материалам становится все труднее одновременно удовлетворить следующие требования:
«Отвод тепла + изоляция + устойчивость к высоким температурам + легкий вес»
Промышленная керамика может решить эти проблемы одновременно.
Особенно в области транспортных средств на новой энергии:
? Теплопроводящая керамика превращается из «вспомогательных материалов» в «основные материалы».
От силовых модулей до высокоскоростных подшипников, от радиаторов до электронных систем управления — теплопроводящая керамика стала незаменимым материалом в современных автомобилях.
В будущем высокоэффективная теплопроводящая керамика будет играть все более важную роль в:
Новые энергетические транспортные средства
Интеллектуальные транспортные средства
Мощная электроника
Автономные системы вождения