Applicazione di componenti in ceramica nei veicoli a nuova energia

Con il continuo sviluppo dell'industria automobilistica e le crescenti esigenze delle persone in materia di tutela ambientale, risparmio energetico, sicurezza e comfort delle automobili, anche i materiali automobilistici sono in costante evoluzione. In particolare, con l'avvento dell'elettrificazione, la progettazione dei sistemi automobilistici ha subito cambiamenti radicali e i materiali ceramici avanzati stanno emergendo lentamente nelle applicazioni dei componenti dei veicoli a nuova energia.

Materiali ceramici nei veicoli a nuova energia Substrati ceramici
Nei veicoli elettrici, i dispositivi di packaging ad alta potenza svolgono un ruolo decisivo nella regolazione della velocità del veicolo e nell'accumulo e nella conversione della corrente alternata e continua. I cicli termici ad alta frequenza impongono requisiti rigorosi alla dissipazione del calore del packaging elettronico. Allo stesso tempo, la complessità e la diversità dell'ambiente operativo richiedono che i materiali di packaging abbiano una buona resistenza agli shock termici e un'elevata robustezza, così da svolgere una funzione di supporto.

I substrati ceramici più utilizzati sono: Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, ecc. Tra questi, il nitruro di silicio è riconosciuto a livello nazionale e internazionale come il miglior materiale per substrati ceramici, grazie all'elevata conducibilità termica, all'elevata affidabilità e ad altre proprietà complessive. Tuttavia, nel complesso, dal punto di vista della conducibilità termica, della resistenza all'usura, delle proprietà meccaniche e di altre caratteristiche, i substrati ceramici in Si3N4 e AlN sono diventati materiali degni di attenzione per il futuro.

Relè ceramico
La tecnologia del controllo elettrico è un importante indicatore del livello di sviluppo dei veicoli elettrici a nuova energia e a risparmio energetico. I relè ceramici CC ad alta tensione sono componenti fondamentali del sistema di controllo elettronico. In un relè a vuoto ceramico CC ad alta tensione, all'interno di una cavità a vuoto sigillata da metallo e ceramica, l'isolatore ceramico è collegato scorrevolmente tra il gruppo del contatto mobile e l'asta di spinta, così che il contatto mobile e il contatto fisso siano adeguatamente isolati elettricamente dal sistema del circuito magnetico composto dalla piastra di ferro del giogo magnetico, dal nucleo di ferro e da altri componenti del relè, in qualsiasi stato di conduzione o disconnessione, garantendo così la capacità del relè di estinguere l'arco durante la commutazione di carichi CC ad alta tensione. Gli archi elettrici sono la causa principale degli incendi spontanei delle automobili. Solo i prodotti a relè che utilizzano una connessione e una disconnessione "senza arco" possono risolvere alla radice il problema della "combustione spontanea".

Fusibili ceramici
I fusibili automobilistici si dividono in componenti a bassa e ad alta tensione. La protezione ad alta tensione è principalmente destinata ai veicoli a nuova energia. La tensione di esercizio è generalmente compresa tra 60VDC e 1500VDC. Si tratta principalmente di fusibili di potenza (fusibili ad alta tensione per veicoli a nuova energia) destinati a proteggere il circuito principale e il circuito ausiliario. Con il passaggio del mercato dei veicoli a nuova energia a piattaforme ad alta tensione, non si possono ignorare i requisiti di sicurezza dei settori ad alta tensione, come la ricarica rapida, i motori e i dispositivi di potenza. La capacità di interruzione rapida dei fusibili, in termini di stabilità e risposta alle sovracorrenti, manterrà una crescita elevata della domanda con la rapida espansione dei veicoli a nuova energia.

MLCC per automobili
Rispetto ai veicoli tradizionali, il livello di elettrificazione dei veicoli elettrici è notevolmente aumentato. Dai sistemi di controllo elettronico e di gestione della batteria di nuova introduzione, ai sistemi di intrattenimento audio e video, ai sistemi ADAS e fino ai sistemi di guida completamente automatizzata, il miglioramento del livello dell'elettronica automobilistica ha promosso notevolmente la crescita degli MLCC per il settore automobilistico.
La domanda di MLCC varia in funzione del grado di elettrificazione dei modelli. Un veicolo completamente elettrico può richiedere fino a 18.000 MLCC. Con il continuo approfondimento della tendenza verso le nuove quattro modernizzazioni dell'automobile, la domanda di MLCC per il settore automobilistico è in crescita.

Cuscinetti ceramici
Con l'avvento dell'elettrificazione, i veicoli a nuova energia hanno imposto nuovi requisiti ai cuscinetti automobilistici. Innanzitutto, rispetto ai cuscinetti tradizionali, i cuscinetti dei motori funzionano ad alta velocità e richiedono materiali a densità inferiore e relativamente più resistenti all'usura; inoltre, a causa delle variazioni del campo elettromagnetico circostante provocate dalla corrente alternata del motore, è necessario un migliore isolamento per ridurre la corrosione elettrica causata dalle scariche nei cuscinetti; infine, la superficie delle sfere dei cuscinetti deve essere più liscia e meno soggetta a usura. Tra i materiali ceramici, i cuscinetti in ceramica al nitruro di silicio sono considerati i materiali migliori per la produzione di cuscinetti automobilistici grazie ai vantaggi di leggerezza, elevata durezza, alta resistenza, basso attrito, elevata resistenza al calore, eccellente isolamento elettrico e lunga durata.

Disco freno in ceramica al carbonio
Il materiale composito ceramico al carbonio (C/C-SiC) è un nuovo tipo di materiale per pastiglie dei freni sviluppato sulla base del materiale composito carbonio/carbonio. Il materiale è composto da feltro integrale di fibre di carbonio con struttura ad aghi quasi tridimensionale, che funge da rinforzo dello scheletro, e da carbonio depositato, SiC e silicio residuo, che costituiscono la matrice. Il materiale combina le proprietà fisiche delle fibre di carbonio e del carburo di silicio policristallino e presenta caratteristiche di stabilità alle alte temperature, elevata conducibilità termica ed elevato calore specifico.

Nel contesto dell'elettrificazione, dell'intelligenza e della fascia alta nel settore dei veicoli a nuova energia, il sistema frenante in ceramica al carbonio può migliorare significativamente la velocità di risposta del veicolo e ridurre la distanza di frenata. Si prevede che diventi il miglior attuatore per la frenata by-wire e può essere considerato il componente chiave per la riduzione del peso dei veicoli elettrici in futuro.

Separatore ceramico
Con l'aumento della densità energetica delle batterie al litio, aumenteranno anche i requisiti dei separatori. Grazie alla bassa conducibilità termica, all'elevata sicurezza e alla buona affinità con gli elettroliti, i materiali ceramici sono diventati la direzione di sviluppo dei futuri separatori per batterie di potenza. I materiali ceramici comunemente utilizzati includono l'α-allumina, la boehmite, ecc.

Parti strutturali ceramiche della carrozzeria, del telaio e di altri componenti
Il nuovo materiale ceramico-alluminio presenta caratteristiche di elevata resistenza e leggerezza, resistenza al calore e alla fatica, assorbimento degli urti e bassa dilatazione, facilità di lavorazione e buona plasticità. Questo materiale combina i vantaggi delle particelle ceramiche e delle leghe di alluminio, supera i limiti prestazionali di un singolo materiale e offre proprietà superiori quali leggerezza, elevata rigidezza, elevata resistenza, elevata resistenza alla fatica e resistenza alle alte temperature. Viene applicato a vari componenti delle automobili, come parti strutturali della carrozzeria e componenti del telaio, per ridurre il peso e i costi dell'automobile e migliorare la durata a fatica, contribuendo inoltre a ridurre i costi.

Componenti ottici
Le ceramiche trasparenti sono materiali policristallini con una determinata trasmittanza luminosa, preparati mediante tecnologie ceramiche, noti anche come ceramiche ottiche. Rispetto ai materiali ottici in vetro o resina, le ceramiche trasparenti non solo presentano una qualità della trasmittanza luminosa simile a quella del vetro ottico, ma sono anche più resistenti, più dure, più resistenti alla corrosione e alle alte temperature. Possono essere utilizzate in condizioni operative estremamente difficili e l'indice di rifrazione può essere modificato. Attualmente, alcuni produttori del settore stanno cercando di utilizzare materiali ceramici trasparenti per lenti di telecamere montate sui veicoli, materiali per finestre di lidar, dispositivi ottici laser, ecc.

I materiali ceramici avanzati sono composti da legami ionici o covalenti, perciò presentano eccellenti proprietà quali elevata resistenza, elevata durezza, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e buona biocompatibilità. Sono materiali di alta qualità per i componenti dei veicoli a nuova energia.