中國粉體網訊 能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖等多方因素共同成就新能源汽車的崛起。材料行業(yè)是現代工業(yè)的基石，而在新能源汽車產業(yè)中，各種先進材料的應用也是支撐起整個產業(yè)的基礎。這里，我們就來了解一下在新能源汽車智能化進程中占據越來越重要地位、不斷嶄露頭角的陶瓷材料。
陶瓷基板
在新能源汽車的核心電機驅動中，采用SiC MOSFET器件比傳統(tǒng)Si IGBT帶來5%～10%續(xù)航提升，未來將會逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面積小，對散熱要求高。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，幾乎成為SiC MOSFET在新能源汽車領域主驅應用的必選項。
氮化硅基板（來源：中材高新）
氮化硅陶瓷基板具備優(yōu)異的散熱能力和高可靠性，是SiC MOSFET模塊的關鍵封裝材料之一。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。
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。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品，才是從根本上解決“自燃”問題的良方。
繼電器陶瓷殼體（來源：安地亞斯）
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，產品售價較高。國內企業(yè)在高壓繼電器的研發(fā)、生產領域尚處于起步階段。
陶瓷熔斷器
熔斷器是對電路進行過電流保護的器件。工作時，熔斷器串接在電路中，負載電流流經熔斷器。當電路發(fā)生短路或過載，過電流的熱效應使熔體熔化、氣化產生斷口，斷口產生電弧，熔斷器通過熄滅電弧切斷故障電路，起到電路保護的作用。
陶瓷管新能源熔斷器（來源：旭程電子）
汽車用熔斷器分為低壓和高壓兩部分，高壓保護主要適用于新能源汽車，應用電壓一般為 60VDC-1500VDC，主要是電力熔斷器（新能源汽車高壓熔斷器）對主回路和輔助回路進行保護。隨著新能源車市進入后補貼時代，個人消費需求推動新能源車的高壓平臺化，快充、電機、功率器件等高壓領域對于安全的要求不可忽視，熔斷器在穩(wěn)定性以及過流反應中的快速分斷能力將在新能源車快速增長下保持需求的高速提升。
片式多層陶瓷電容
片式多層陶瓷電容（MLCC）被稱為“電子工業(yè)大米”，是全球用量最大的被動電子元件之一，幾乎所有消費電子都要用到MLCC元器件。與傳統(tǒng)車相比，電動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)，從影音娛樂系統(tǒng)到 ADAS 系統(tǒng)到完全自動駕駛系統(tǒng)等等，汽車電子化水平的提升極大地促進了車用 MLCC 的增長。
片式陶瓷電容（來源：風華高科）
陶瓷軸承
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，適宜高速旋轉工況，在高溫強磁高真空等領域，陶瓷球具有不可替代性。
混合陶瓷軸承（來源：SKF）
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電機位于內部的2個轉子軸承采用陶瓷材質制成。
碳陶制動盤
碳陶（C/C-SiC）復合材料是在碳/碳復合材料基礎上發(fā)展起來的一種新型剎車片材料，該材料以準三維碳纖維整體針刺氈為骨架增強體，以沉積碳、SiC及殘余硅為基體復合而成。該材料結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、高導熱性、高比熱等特點。
碳陶剎車（來源：LEMYTH）
此外，碳陶剎車具有輕量化、耐磨損等特點，不但延長了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負載而產生的所有問題。據研究，一對碳陶剎車盤比同尺寸灰鑄鐵剎車盤可使汽車懸掛系統(tǒng)以下減重20kg,對于電動汽車來說，約可增加續(xù)航里程50km。在新能源汽車行業(yè)電動化、智能化、高端化趨勢下，碳陶剎車系統(tǒng)可顯著提高車輛響應速度、縮短制動距離，有望成為線控制動的最佳執(zhí)行器件，可以說是電動車未來關鍵減重零部件。
動力電池陶瓷密封連接器
動力電池陶瓷密封連接器是新能源電動汽車的重要組成部分，以前是從國外進口，用于新能源電動汽車中動力電池蓋板與極柱之間形成密封導電連接。
動力電池陶瓷密封連接器（來源：安地亞斯）
陶瓷具備優(yōu)越的電絕緣性和機械強度，在電子行業(yè)用做密封件已越來越普遍，近些年已逐漸有龍頭電池企業(yè)用陶瓷密封來代替常見的塑料密封，其代表性企業(yè)就是比亞迪，拆開比亞迪的“刀片電池”，可以看到電芯就是用的陶瓷密封，使安全性大大提升。目前，該領域由婁底市安地亞斯公司領先市場，產品采用高純氧化鋁陶瓷及厚膜鍍鎳工藝技術生產，適用于釬焊銅和鋁等不同材質。
動力電池陶瓷隔膜
聚烯烴類隔膜是當前主流隔膜，但是，這種膜的熱穩(wěn)定性較差。聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的熔點分別為165℃和135℃，這會引起潛在的安全問題，因為在高溫下，隔膜會收縮或熔化，從而引起內部短路，導致火災甚至爆炸。
陶瓷涂覆隔膜（來源：中材鋰膜）
針對這種情況，人們已經采取了多種方法來提高隔膜的熱穩(wěn)定性，在PP或者PE隔膜上涂覆一層無機陶瓷顆粒被認為是最有效、最經濟的方法。陶瓷材料提供了高耐熱性，而粘合劑則提供粘附力以保持涂層和整個復合隔膜的結構完整性。一方面，由于提高了熱穩(wěn)定性，這種陶瓷涂覆隔膜可以通過防止高溫下的短路而有效地提高鋰離子電池的安全性；另一方面，陶瓷涂覆隔膜與電解液和正負極材料有良好的浸潤和吸液保液的能力，大幅度提高了電池的性能和使用壽命。常用的陶瓷材料包括α－氧化鋁、勃姆石、SiO2、CeO2、MgAl2O4、ZrO、TiO2等。
光學材料
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，又稱為光學陶瓷。與玻璃或樹脂類光學材料相比，透明陶瓷不僅具有與光學玻璃相仿的透光質量，而且更強、更硬、更耐腐蝕、更耐高溫，可應用于極端惡劣的工況，并且折射率可以變化，目前業(yè)界部分廠商已經在嘗試采用透明陶瓷材料作為車載攝像頭鏡片、激光雷達窗口材料、激光光學器件等。
參考資料：
1、陳東坡，《碳化硅在新能源汽車中的應用現狀與導入路徑》
2、康樂等，《鋰離子電池陶瓷隔膜材料研究進展》
3、證券之星，《剎車升級！碳陶“上”車，新能源車的下一個風口？》
4、大國之材，《6年殺出紅海，牽手比亞迪，這家電子陶瓷企業(yè)突破的秘密何在？》
5、CERADIR 先進陶瓷，《先進陶瓷在新能源電動汽車上的應用舉例》
（中國粉體網編輯整理/長安）
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