先進陶瓷在新能源電動汽車上的應用舉例

長時間的疫情反復、俄烏戰(zhàn)爭帶來的地緣政治危機、全球貨幣放水、能源需求增長、國際石油生產(chǎn)組織成員國的限產(chǎn)措施推行等一系列原因造就了如今使得老百姓對當今油價望而卻步。面對仿佛轉(zhuǎn)眼就能突破十元大關的油價，曾經(jīng)多數(shù)對新能源汽車持懷疑態(tài)度的用戶也不得不承認，現(xiàn)如今的油價讓新能源汽車的優(yōu)勢較油車性價比提升了不少。那先進陶瓷在電動汽車上如何應用的呢？

可被應用于新能源汽車的先進陶瓷舉例：

（1）新能源汽車用陶瓷球：

新能源汽車中，陶瓷軸承的應用成為一種趨勢。新能源汽車對汽車軸承提出了更多新要求，首先電機軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對更耐磨的材料；同時由于電機的交變電流引起周圍電磁場變化，需要更好的絕緣性減小軸承放電產(chǎn)生的電腐蝕；第三，要求軸承球表面更光滑，較少磨損。陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特點，適宜高速旋轉(zhuǎn)工況，在高溫強磁高真空等領域，陶瓷球具有不可替代性。從幾乎沒有陶瓷軸承在汽車上使用，到2020年新能源汽車中5%的軸承已經(jīng)被陶瓷軸承取代，在新能源汽車領域，陶瓷軸承取代鋼球軸承已經(jīng)是一種趨勢。

特斯拉采用的電機中輸出軸是采用陶瓷軸承，采用NSK設計的混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用50個氮化硅球組成；奧迪ATA250電機位于內(nèi)部的2個轉(zhuǎn)子軸承采用陶瓷材質(zhì)制成。

（2）陶瓷覆銅基板：

電子控制系統(tǒng)是電動汽車的關鍵部件，其主要組成部分包括系統(tǒng)集成與軟件、芯片與特殊器件、IGBT模塊、車用傳感器、電子控制模塊與連接器等。而IGBT（絕緣柵雙極晶體管）模塊是整個電子控制系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，是驅(qū)動系統(tǒng)的核心，占控制器總成本的40%~50%。

陶瓷覆銅板是銅-陶瓷-銅“三明治”結構的復合材料，它具有陶瓷的散熱性好、絕緣性高、機械強度高、熱膨脹與芯片匹配的特性，又兼有無氧銅電流承載能力強、焊接和鍵合性能好、熱導率高的特性，是IGBT模塊的關鍵封裝材料之一。

目前陶瓷覆銅基板根據(jù)陶瓷材料的不同分為氧化鋁陶瓷覆銅板、氮化鋁陶瓷覆銅板及氮化硅陶瓷覆銅板，性能對比下氮化硅覆銅基板更為優(yōu)秀，其最大特點是具有與其他陶瓷基板所無可比擬的可靠性，即具有氮化硅陶瓷高強度、高導熱的特性，結合活性金屬焊接工藝后又具有高可靠性，使其成為高壓大功率IGBT模塊封裝中最具有發(fā)展前景的材料。特別是在可靠性和小型化要求更高的電動汽車領域。

日本京瓷采用活性金屬焊接工藝制備出了氮化硅陶瓷覆銅基板，其耐溫度循環(huán)（-40~125℃）達到5000次，可承載大于300A的電流，已被用于電動汽車、航空航天等領域。

（3）陶瓷繼電器：

電控技術是衡量新能源節(jié)能電動汽車發(fā)展水平的重要標志，高壓直流陶瓷繼電器是電控系統(tǒng)的核心元件。傳統(tǒng)的繼電器受自身制造技術，特別是觸點間隙小的限制，在接通高壓直流、低功率因素感性負載時，繼電器觸點非常容易出現(xiàn)粘結失效或連接電弧燒火接觸系統(tǒng)失效。為了克服現(xiàn)有技術的不足啊，有研究人員研發(fā)出一種新型高壓直流真空繼電器，在由金屬與陶瓷封接的真空腔體中，陶瓷絕緣子滑動連接在動觸點組件與推動桿之間，使動觸點和靜觸點無論是在導通成斷開的任何狀態(tài)下都與繼電器的導磁軛鐵板、鐵芯等零件構成的磁路系統(tǒng)保持良好的電絕緣，從而保證了繼電器在切換直流高電壓負載時的斷弧能力，電弧是汽車自燃的主要原因。只有采用“無弧”接通分斷的繼電器產(chǎn)品，才是從根本上解決“自燃”問題的良方。

目前，在國際上高壓直流繼電器只有日本松下、美國TE公司及韓國知名公司可以生產(chǎn)，產(chǎn)品售價較高。國內(nèi)企業(yè)在高壓繼電器的研發(fā)、生產(chǎn)領域尚處于起步階段。

                                                                                                                                                                 內(nèi)容來源：網(wǎng)絡

  參考文獻：

《淺談新能源汽車用先進陶瓷繼電器產(chǎn)品開發(fā)與關鍵技術》——楊倩 閻蛇民

《新能源汽車用陶瓷球有望加速增長》——國海證券 李永磊,董伯駿,趙小燕

《新一代IGBT 模塊用高可靠氮化硅陶瓷覆銅基板研究進展》——李少鵬