中國粉體網訊 材料行業是現代工業的基石，而在智能汽車產業中，各種先進材料的應用也是支撐起整個產業的基礎。這里，我們就來了解一下汽車智能化進程中占據越來越重要地位的材料——陶瓷材料。
新能源汽車中的陶瓷材料
陶瓷基板
在電動汽車中，大功率封裝器件在調控汽車速度和儲存-轉換交流和直流上發揮著決定性作用。而高頻率的熱循環對電子封裝的散熱提出了嚴格的要求，同時工作環境的復雜性和多元性需要封裝材料具有較好的抗熱震性和高強度來起到支撐作用。
目前，已經大規模生產、應用較為廣泛的陶瓷基板主要有：Al2O3、BeO、SiC、Si3N4、AlN等。其中氮化硅是國內外公認兼具高導熱、高可靠性等綜合性能最好的陶瓷基板材料。但整體來看，從導熱率、耐磨性、機械性能等特性來看，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
電控技術是衡量新能源節能電動汽車發展水平的重要標志，高壓直流陶瓷繼電器是電控系統的核心元件。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下都與繼電器的導磁軛鐵板、鐵芯等零件構成的磁路系統保持良好的電絕緣，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）
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。隨著新能源車市場進入高壓平臺化，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。
陶瓷管新能源熔斷器（來源：旭程電子）
車用MLCC
與傳統車相比，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，從影音娛樂系統到 ADAS 系統到完全自動駕駛系統等等，汽車電子化水平的提升極大地促進了車用 MLCC 的增長。
電動化程度不同的車型，對MLCC的需求量也有所不同，其中一輛純電動汽車需要MLCC數量可達到18000顆。隨著汽車新四化潮流的不斷深入，車規級MLCC需求日盛。
陶瓷軸承
在電動化的浪潮下，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、高強度、低摩擦、高耐熱性、電絕緣性優良以及壽命長等優勢，被認為是制造汽車軸承的最佳材料。
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，具有高溫穩定性、高導熱性、高比熱等特點。
碳陶剎車（來源：LEMYTH）
在新能源汽車行業電動化、智能化、高端化趨勢下，碳陶剎車系統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行器件，可以說是電動車未來關鍵減重零部件。
陶瓷隔膜
隨著鋰電池能量密度的提高，對于隔膜的要求也會隨之提升。陶瓷材料以其低熱導率、高安全性以及電解液良好的親和性，成為未來動力電池隔膜的發展方向。常用的陶瓷材料包括α－氧化鋁、勃姆石。
鋰電池隔膜，來源：恩捷股份
陶瓷車身、底盤等結構件
陶鋁新材料具有高強輕質、耐溫耐勞、減震低脹、易工易塑的特點，該材料結合了陶瓷顆粒及鋁合金的優點，突破了單一材料的性能局限，具有輕質、高剛度、高強度、高抗疲勞、耐高溫的優越性能。其應用于汽車上的各個零件，如車身結構件、汽車底盤零件等，其實現汽車降重、降成本、提高疲勞壽命等目標，同時也降低了成本。
來源：上海交大特材所
光學部件
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。
陶瓷優異性能離不開燒結工藝
如今，隨著汽車產業的不斷發展以及人們對汽車環保性、節能性、安全性以及舒適性的要求越來越高，汽車用材料也在不斷地發生變化。尤其電動化浪潮下，汽車的系統設計發生了翻天覆地的變化，先進陶瓷材料慢慢的在新能源汽車零件應用中嶄露頭角。
先進陶瓷材料由離子鍵或共價鍵構成，因此具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、生物相容性好等優異性能。但是由于陶瓷粉體多為離子鍵或共價鍵化合物，采用傳統燒結工藝制備致密陶瓷材料所需的燒結溫度較高，保溫時間較長，不可避免地會導致晶粒粗化及氣孔殘留，進而影響陶瓷材料的各項性能。要解決此類問題，燒結是最重要的一個環節。
而目前，如何在較低燒結溫度下實現材料的快速致密化，制備出完全無氣孔、結構均勻、晶粒細小且晶界強化的陶瓷塊體仍是陶瓷材料科學工作者不斷追求的目標。陶瓷燒結設備與燒結技術的創新是進一步提高先進陶瓷材料性能的最關鍵因素。
由此，中國粉體網將于2023年9月12日在合肥舉辦“第一屆電動車用陶瓷材料技術研討會”。屆時，來自浙江鈦邇賽新材料有限公司首席科學家孔令兵先生將帶來題為《陶瓷材料及其在新能源汽車中的潛在應用》，孔令兵先生將就陶瓷材料在新能源汽車中的各種應用做簡單介紹，再對陶瓷材料燒結過程中的某些問題做深入探討。
個人簡介
孔令兵，西安交通大學博士，1998-2018在新加坡南洋理工大學和新加坡國立大學從科研、教學工作二十年。2018回國，受聘深圳技術大學特聘教授。研究方向包括陶瓷功能材料、電磁復合材料、納米功能材料等多領域。已發表學術論文340篇，SCI他引11000余次，學術著作6本，參與書章節18章，專利40項。美國陶瓷協會會員、新加坡國家工程學會會員、多個國際期刊審稿人。連續多年進入全球前2%頂尖科學家2020“年度影響力”和“終身影響力”榜單(World’s Top 2% Scientists 2020)。
參考來源：
中國粉體網：陶瓷在新能源汽車中都有哪些應用？
中國粉體網：汽車輕量化趨勢下，陶瓷材料的光輝使命
謝志鵬等：先進陶瓷材料燒結新技術研究進展
（中國粉體網編輯整理/空青）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
