中國(guó)粉體網(wǎng)訊 材料行業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基石，而在智能汽車產(chǎn)業(yè)中，各種先進(jìn)材料的應(yīng)用也是支撐起整個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。這里，我們就來(lái)了解一下汽車智能化進(jìn)程中占據(jù)越來(lái)越重要地位的材料——陶瓷材料。
新能源汽車中的陶瓷材料
陶瓷基板
在電動(dòng)汽車中，大功率封裝器件在調(diào)控汽車速度和儲(chǔ)存-轉(zhuǎn)換交流和直流上發(fā)揮著決定性作用。而高頻率的熱循環(huán)對(duì)電子封裝的散熱提出了嚴(yán)格的要求，同時(shí)工作環(huán)境的復(fù)雜性和多元性需要封裝材料具有較好的抗熱震性和高強(qiáng)度來(lái)起到支撐作用。
目前，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)、應(yīng)用較為廣泛的陶瓷基板主要有：Al2O3、BeO、SiC、Si3N4、AlN等。其中氮化硅是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)兼具高導(dǎo)熱、高可靠性等綜合性能最好的陶瓷基板材料。但整體來(lái)看，從導(dǎo)熱率、耐磨性、機(jī)械性能等特性來(lái)看，Si3N4和AlN兩種陶瓷基板均成為今后值得重視的基板材料。
陶瓷繼電器
電控技術(shù)是衡量新能源節(jié)能電動(dòng)汽車發(fā)展水平的重要標(biāo)志，高壓直流陶瓷繼電器是電控系統(tǒng)的核心元件。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(dòng)連接在動(dòng)觸點(diǎn)組件與推動(dòng)桿之間，使動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)無(wú)論是在導(dǎo)通成斷開(kāi)的任何狀態(tài)下都與繼電器的導(dǎo)磁軛鐵板、鐵芯等零件構(gòu)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(fù)載時(shí)的斷弧能力，電弧是汽車自燃的主要原因。只有采用“無(wú)弧”接通分?jǐn)嗟睦^電器產(chǎn)品，才是從根本上解決“自燃”問(wèn)題的良方。
繼電器陶瓷殼體（來(lái)源：安地亞斯）
陶瓷熔斷器
汽車用熔斷器分為低壓和高壓兩部分，高壓保護(hù)主要適用于新能源汽車，應(yīng)用電壓一般為 60VDC-1500VDC，主要是電力熔斷器（新能源汽車高壓熔斷器）對(duì)主回路和輔助回路進(jìn)行保護(hù)。隨著新能源車市場(chǎng)進(jìn)入高壓平臺(tái)化，快充、電機(jī)、功率器件等高壓領(lǐng)域?qū)τ诎踩囊蟛豢珊鲆暎蹟嗥髟诜�(wěn)定性以及過(guò)流反應(yīng)中的快速分?jǐn)嗄芰⒃谛履茉窜嚳焖僭鲩L(zhǎng)下保持需求的高速提升。
陶瓷管新能源熔斷器（來(lái)源：旭程電子）
車用MLCC
與傳統(tǒng)車相比，電動(dòng)車的電子化水平有大幅提升，從新增的電控、電池管理系統(tǒng)，從影音娛樂(lè)系統(tǒng)到 ADAS 系統(tǒng)到完全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等等，汽車電子化水平的提升極大地促進(jìn)了車用 MLCC 的增長(zhǎng)。
電動(dòng)化程度不同的車型，對(duì)MLCC的需求量也有所不同，其中一輛純電動(dòng)汽車需要MLCC數(shù)量可達(dá)到18000顆。隨著汽車新四化潮流的不斷深入，車規(guī)級(jí)MLCC需求日盛。
陶瓷軸承
在電動(dòng)化的浪潮下，新能源汽車對(duì)汽車軸承提出了更多新要求，首先電機(jī)軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對(duì)更耐磨的材料；同時(shí)由于電機(jī)的交變電流引起周圍電磁場(chǎng)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。陶瓷材料中尤其是氮化硅陶瓷軸承因其材料具有輕量化、高硬度、高強(qiáng)度、低摩擦、高耐熱性、電絕緣性優(yōu)良以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是制造汽車軸承的最佳材料。
碳陶制動(dòng)盤(pán)
碳陶（C/C-SiC）復(fù)合材料是在碳/碳復(fù)合材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型剎車片材料，該材料以準(zhǔn)三維碳纖維整體針刺氈為骨架增強(qiáng)體，以沉積碳、SiC及殘余硅為基體復(fù)合而成。該材料結(jié)合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性，具有高溫穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、高比熱等特點(diǎn)。
碳陶剎車（來(lái)源：LEMYTH）
在新能源汽車行業(yè)電動(dòng)化、智能化、高端化趨勢(shì)下，碳陶剎車系統(tǒng)可顯著提高車輛響應(yīng)速度、縮短制動(dòng)距離，有望成為線控制動(dòng)的最佳執(zhí)行器件，可以說(shuō)是電動(dòng)車未來(lái)關(guān)鍵減重零部件。
陶瓷隔膜
隨著鋰電池能量密度的提高，對(duì)于隔膜的要求也會(huì)隨之提升。陶瓷材料以其低熱導(dǎo)率、高安全性以及電解液良好的親和性，成為未來(lái)動(dòng)力電池隔膜的發(fā)展方向。常用的陶瓷材料包括α－氧化鋁、勃姆石。
鋰電池隔膜，來(lái)源：恩捷股份
陶瓷車身、底盤(pán)等結(jié)構(gòu)件
陶鋁新材料具有高強(qiáng)輕質(zhì)、耐溫耐勞、減震低脹、易工易塑的特點(diǎn)，該材料結(jié)合了陶瓷顆粒及鋁合金的優(yōu)點(diǎn)，突破了單一材料的性能局限，具有輕質(zhì)、高剛度、高強(qiáng)度、高抗疲勞、耐高溫的優(yōu)越性能。其應(yīng)用于汽車上的各個(gè)零件，如車身結(jié)構(gòu)件、汽車底盤(pán)零件等，其實(shí)現(xiàn)汽車降重、降成本、提高疲勞壽命等目標(biāo)，同時(shí)也降低了成本。
來(lái)源：上海交大特材所
光學(xué)部件
透明陶瓷是指采用陶瓷工藝制備的具有一定透光性的多晶材料，又稱為光學(xué)陶瓷。與玻璃或樹(shù)脂類光學(xué)材料相比，透明陶瓷不僅具有與光學(xué)玻璃相仿的透光質(zhì)量，而且更強(qiáng)、更硬、更耐腐蝕、更耐高溫，可應(yīng)用于極端惡劣的工況，并且折射率可以變化，目前業(yè)界部分廠商已經(jīng)在嘗試采用透明陶瓷材料作為車載攝像頭鏡片、激光雷達(dá)窗口材料、激光光學(xué)器件等。
陶瓷優(yōu)異性能離不開(kāi)燒結(jié)工藝
如今，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)汽車環(huán)保性、節(jié)能性、安全性以及舒適性的要求越來(lái)越高，汽車用材料也在不斷地發(fā)生變化。尤其電動(dòng)化浪潮下，汽車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)生了翻天覆地的變化，先進(jìn)陶瓷材料慢慢的在新能源汽車零件應(yīng)用中嶄露頭角。
先進(jìn)陶瓷材料由離子鍵或共價(jià)鍵構(gòu)成，因此具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、生物相容性好等優(yōu)異性能。但是由于陶瓷粉體多為離子鍵或共價(jià)鍵化合物，采用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝制備致密陶瓷材料所需的燒結(jié)溫度較高，保溫時(shí)間較長(zhǎng)，不可避免地會(huì)導(dǎo)致晶粒粗化及氣孔殘留，進(jìn)而影響陶瓷材料的各項(xiàng)性能。要解決此類問(wèn)題，燒結(jié)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
而目前，如何在較低燒結(jié)溫度下實(shí)現(xiàn)材料的快速致密化，制備出完全無(wú)氣孔、結(jié)構(gòu)均勻、晶粒細(xì)小且晶界強(qiáng)化的陶瓷塊體仍是陶瓷材料科學(xué)工作者不斷追求的目標(biāo)。陶瓷燒結(jié)設(shè)備與燒結(jié)技術(shù)的創(chuàng)新是進(jìn)一步提高先進(jìn)陶瓷材料性能的最關(guān)鍵因素。
由此，中國(guó)粉體網(wǎng)將于2023年9月12日在合肥舉辦“第一屆電動(dòng)車用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)，來(lái)自浙江鈦邇賽新材料有限公司首席科學(xué)家孔令兵先生將帶來(lái)題為《陶瓷材料及其在新能源汽車中的潛在應(yīng)用》，孔令兵先生將就陶瓷材料在新能源汽車中的各種應(yīng)用做簡(jiǎn)單介紹，再對(duì)陶瓷材料燒結(jié)過(guò)程中的某些問(wèn)題做深入探討。
個(gè)人簡(jiǎn)介
孔令兵，西安交通大學(xué)博士，1998-2018在新加坡南洋理工大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)從科研、教學(xué)工作二十年。2018回國(guó)，受聘深圳技術(shù)大學(xué)特聘教授。研究方向包括陶瓷功能材料、電磁復(fù)合材料、納米功能材料等多領(lǐng)域。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文340篇，SCI他引11000余次，學(xué)術(shù)著作6本，參與書(shū)章節(jié)18章，專利40項(xiàng)。美國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)會(huì)員、新加坡國(guó)家工程學(xué)會(huì)會(huì)員、多個(gè)國(guó)際期刊審稿人。連續(xù)多年進(jìn)入全球前2%頂尖科學(xué)家2020“年度影響力”和“終身影響力”榜單(World’s Top 2% Scientists 2020)。
參考來(lái)源：
中國(guó)粉體網(wǎng)：陶瓷在新能源汽車中都有哪些應(yīng)用？
中國(guó)粉體網(wǎng)：汽車輕量化趨勢(shì)下，陶瓷材料的光輝使命
謝志鵬等：先進(jìn)陶瓷材料燒結(jié)新技術(shù)研究進(jìn)展
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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