Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, hệ thống truyền động điện và công nghệ điện tử công suất cao, ngành công nghiệp ô tô đang đặt ra yêu cầu ngày càng cao hơn về hiệu suất vật liệu. Đặc biệt trong hệ thống ắc quy, điều khiển điện tử, động cơ và động cơ nhiệt độ cao, “tản nhiệt” đã trở thành một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ tổng thể của xe. Trong bối cảnh đó, vật liệu gốm công nghiệp dẫn nhiệt đang được ngày càng nhiều nhà sản xuất linh kiện ô tô áp dụng. Vậy một số vật liệu gốm sứ công nghiệp dẫn nhiệt phổ biến được sử dụng trong ô tô là gì? Và chúng được áp dụng ở thành phần nào? Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện.
1. Tại sao ngành công nghiệp ô tô ngày càng chú ý đến vật liệu gốm dẫn nhiệt?
Mặc dù kim loại truyền thống có tính dẫn nhiệt tốt nhưng chúng cũng có những hạn chế đáng kể:
Chúng dẫn điện, gây nguy hiểm về điện.
Chúng dễ bị oxy hóa và biến dạng ở nhiệt độ cao.
Khả năng chống ăn mòn lâu dài của chúng bị hạn chế.
Chúng cũng tương đối nặng, cản trở việc giảm cân.
Ngược lại, vật liệu gốm sứ công nghiệp dẫn nhiệt có thể đạt được tất cả những điều sau:
✔ Độ dẫn nhiệt
✔ Cách nhiệt
✔ Chịu được nhiệt độ cao
✔ Chống ăn mòn
✔ Nhẹ
✔ Tuổi thọ cao và hoạt động ổn định
Đặc biệt trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, vật liệu gốm dần trở thành một thành phần quan trọng của các giải pháp quản lý nhiệt cao cấp.
1. Gốm nhôm nitrit (AlN) – vật liệu cốt lõi tản nhiệt điện tử ô tô
Nhôm nitride là một trong những loại gốm dẫn nhiệt phổ biến nhất trong lĩnh vực điện tử ô tô.
Các tính năng chính:
Độ dẫn nhiệt cao: ≥170 W/(m·K)
Hiệu suất cách điện tuyệt vời
Hệ số giãn nở nhiệt gần bằng chip silicon
Ổn định nhiệt độ cao mạnh mẽ
Ứng dụng chính:
Chất nền mô-đun nguồn IGBT
Hệ thống điều khiển điện tử xe năng lượng mới
Bộ sạc trên bo mạch (OBC)
Mô-đun DC/DC
Linh kiện tản nhiệt LiDAR
? Trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới, gốm nhôm nitrit đã trở thành vật liệu quan trọng để tản nhiệt cho các thiết bị điện tử công suất cao.
2. Gốm sứ silicon nitride (Si₃N₄) – gốm kết cấu dẫn nhiệt cường độ cao
Silicon nitride sở hữu những ưu điểm sau:
Độ dẫn nhiệt cao
Độ bền cơ học cực cao
Khả năng chống sốc nhiệt đặc biệt
Hiệu suất tổng thể tuyệt vời
Các ứng dụng chính:
Cánh quạt tăng áp
Bóng mang tốc độ cao
Vòng bi hệ thống truyền động điện
Chất nền mô-đun điện
Linh kiện động cơ nhiệt độ cao
So với kim loại truyền thống:
? Silicon nitride nhẹ hơn, chống mài mòn hơn và chịu nhiệt tốt hơn.
3. Gốm sứ Alumina (Al₂O₃) – loại gốm dẫn nhiệt và cách nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất.
Mặc dù alumina có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhôm nitrit nhưng nó mang lại hiệu quả chi phí tổng thể cực kỳ cao.
Các tính năng chính:
Độ dẫn nhiệt: 20–30 W/(m·K)
Cách điện tốt
Chi phí thấp
Quy trình sản xuất trưởng thành và ổn định
Ứng dụng chính:
Chất nền gốm điện tử ô tô
Linh kiện cách nhiệt hệ thống đánh lửa
Linh kiện kết cấu cảm biến
Chất nền tản nhiệt chiếu sáng ô tô LED
? Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện tử ô tô công suất thấp đến trung bình.
4. Gốm sứ cacbua silic (SiC) – vật liệu đại diện cho các ứng dụng nhiệt độ cao và năng lượng cao.
Cacbua silic có các đặc tính sau:
Độ dẫn nhiệt cực cao ≥100W/(m·K)
Chịu nhiệt độ cực cao
Chống mài mòn và ăn mòn mạnh
Các ứng dụng chính:
Hệ thống phanh hiệu suất cao
Các thành phần cấu trúc nhiệt độ cao
Mô-đun làm mát truyền động điện
Các thành phần liên quan đến thiết bị điện cacbua silic
Đặc biệt là trong nền tảng điện áp cao của phương tiện năng lượng mới, các vật liệu liên quan đến cacbua silic đang có tốc độ tăng trưởng nhanh chóng.
Hiện nay, gốm sứ công nghiệp dẫn nhiệt đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ô tô sau:
| Hệ thống ô tô | Ứng dụng gốm sứ |
| Hệ thống điều khiển năng lượng mới | Chất nền gốm, tản nhiệt cách nhiệt |
| Mô-đun nguồn IGBT | Chất nền nhôm nitrit / nhôm oxit / silicon nitrit |
| Quản lý nhiệt pin | Các bộ phận kết cấu dẫn nhiệt và cách nhiệt |
| Radar xe | Linh kiện tản nhiệt điện tử tần số cao |
| đèn xe ô tô LED | Chất nền tản nhiệt bằng gốm |
| Vòng bi tốc độ cao | bóng gốm silicon nitride |
| Hệ thống tăng áp | Rôto gốm nhiệt độ cao |
Khi ngành công nghiệp ô tô hướng tới:
công suất cao
tích hợp cao
điện áp cao
tốc độ cao
giảm nhẹ
vật liệu kim loại truyền thống ngày càng khó đáp ứng đồng thời các yêu cầu sau:
“Tản nhiệt + cách nhiệt + chịu nhiệt độ cao + nhẹ”
Gốm sứ công nghiệp có thể giải quyết đồng thời những vấn đề này.
Đặc biệt trong lĩnh vực xe sử dụng năng lượng mới:
? Gốm dẫn nhiệt đang được nâng cấp từ “vật liệu phụ trợ” thành “vật liệu cốt lõi”.
Từ mô-đun điện đến vòng bi tốc độ cao, từ tản nhiệt đến hệ thống điều khiển điện tử, gốm dẫn nhiệt đã trở thành vật liệu không thể thiếu trong ô tô hiện đại.
Trong tương lai, gốm dẫn nhiệt hiệu suất cao sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong:
Xe năng lượng mới
Xe thông minh
Điện tử công suất cao
Hệ thống lái tự động