Introduktion
Med den snabba utvecklingen av nya energifordon, elektriska drivsystem och högeffekts elektroniska teknologier ställer fordonsindustrin allt högre krav på materialprestanda. Speciellt i batteri, elektronisk styrning, motor och högtemperaturmotorsystem har "värmeavledning" blivit en avgörande faktor som påverkar fordonets totala prestanda och livslängd. Mot denna bakgrund antas termiskt ledande industriella keramiska material av ett ökande antal tillverkare av fordonskomponenter. Så, vad är några vanliga termiskt ledande industriella keramiska material som används i bilar? Och i vilka komponenter används de? Den här artikeln ger en omfattande översikt.
1. Varför ägnar bilindustrin mer och mer uppmärksamhet åt värmeledande keramiska material?
Även om traditionella metaller erbjuder god värmeledningsförmåga, har de också betydande nackdelar:
De leder elektricitet, vilket utgör en risk för elektriska faror.
De är benägna att oxidera och deformeras vid höga temperaturer.
Deras långvariga korrosionsbeständighet är begränsad.
De är också relativt tunga, vilket hindrar viktminskning.
Däremot kan termiskt ledande industriella keramiska material uppnå alla följande:
✔ Värmeledningsförmåga
✔ Isolering
✔ Hög temperaturbeständighet
✔ Korrosionsbeständighet
✔ Lättvikt
✔ Lång livslängd och stabil drift
Speciellt inom området för nya energifordon har keramiska material gradvis blivit en viktig komponent i avancerade värmehanteringslösningar.
1. Aluminiumnitridkeramik (AlN) – ett kärnmaterial för elektronisk värmeavledning i fordon
Aluminiumnitrid är en av de mest populära termiskt ledande keramerna inom fordonselektronikområdet.
Nyckelfunktioner:
Hög värmeledningsförmåga: ≥170 W/(m·K)
Utmärkt elektrisk isoleringsprestanda
Värmeutvidgningskoefficient nära den för kiselchips
Stark stabilitet vid hög temperatur
Huvudapplikationer:
IGBT-strömmodulsubstrat
Nya elektroniska styrsystem för energifordon
Inbyggda laddare (OBC)
DC/DC-moduler
LiDAR värmeavledningskomponenter
? I nya energifordon har aluminiumnitridkeramik blivit ett viktigt material för värmeavledning av högeffektelektronik.
2. Kiselnitridkeramik (Si₃N₄) – höghållfast termiskt ledande strukturell keramik
Kiselnitrid har följande fördelar:
Hög värmeledningsförmåga
Ultrahög mekanisk styrka
Exceptionell värmechockbeständighet
Utmärkt övergripande prestanda
Huvudapplikationer:
Turboladdare rotorer
Höghastighets lagerkulor
Elektriska drivsystem lager
Strömmodulsubstrat
Motorkomponenter med hög temperatur
Jämfört med traditionella metaller:
? Kiselnitrid är lättare, mer slitstarkt och mer värmebeständigt.
3. Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) – den mest använda termiskt ledande och isolerande keramen.
Även om aluminiumoxid har en lägre värmeledningsförmåga än aluminiumnitrid, erbjuder den extremt hög total kostnadseffektivitet.
Nyckelfunktioner:
Värmeledningsförmåga: 20–30 W/(m·K)
Bra elektrisk isolering
Låg kostnad
Mogen och stabil tillverkningsprocess
Huvudapplikationer:
Elektroniska keramiska substrat för fordon
Tändsystemsisoleringskomponenter
Sensor strukturella komponenter
LED-fordonsbelysning Kylflänssubstrat
? Används i stor utsträckning i elektroniska system för fordon med låg till medelstor effekt.
4. Kiselkarbidkeramik (SiC) – ett representativt material för applikationer med hög temperatur och hög effekt.
Kiselkarbid har följande egenskaper:
Extremt hög värmeledningsförmåga ≥100W/(m·K)
Ultrahög temperaturbeständighet
Starkt slitage och korrosionsbeständighet
Huvudapplikationer:
Högpresterande bromssystem
Högtemperaturkonstruktionskomponenter
Eldrivna kylmoduler
Komponenter relaterade till kraftenheter av kiselkarbid
Speciellt i högspänningsplattformarna för nya energifordon växer kiselkarbidrelaterade material snabbt.
För närvarande har termiskt ledande industriell keramik använts i stor utsträckning i följande bilsystem:
| Bilsystem | Keramiska applikationer |
| Nytt energistyrningssystem | Keramiskt underlag, isolerande kylfläns |
| IGBT kraftmoduler | Substrat av aluminiumnitrid/aluminiumoxid/kiselnitrid |
| Termisk hantering av batterier | Termiskt ledande och isolerande konstruktionskomponenter |
| Fordonsradar | Högfrekventa elektroniska värmeavledningskomponenter |
| LED-billjus | Keramiskt värmeavledningssubstrat |
| Höghastighetslager | keramiska kulor av kiselnitrid |
| Turboladdningssystem | Högtemperaturkeramisk rotor |
När bilindustrin går mot:
hög effekt
hög integration
högspänning
hög hastighet
lättviktande
traditionella metallmaterial får allt svårare att samtidigt uppfylla följande krav:
"Värmeavledning + isolering + hög temperaturbeständighet + lätt vikt"
Industriell keramik kan lösa dessa problem samtidigt.
Särskilt när det gäller nya energifordon:
? Värmeledande keramik uppgraderas från "hjälpmaterial" till "kärnmaterial".
Från kraftmoduler till höghastighetslager, från kylflänsar till elektroniska styrsystem, termiskt ledande keramik har blivit ett oumbärligt material i moderna bilar.
I framtiden kommer högpresterande värmeledande keramik att spela en allt viktigare roll i:
Nya energifordon
Intelligenta fordon
Högeffektselektronik
Autonoma körsystem