Az új energiaipar felgyorsítja korszerűsítését, és a kerámia alkatrészek villamosításban és a nagyfeszültségű{0}}elektromos mezők alkalmazási értéke továbbra is növekszik.

Az új energetikai járművek, az energiatárolás, a fotovoltaik, a hidrogénenergia és a nagy{0}}teljesítményű teljesítményelektronikai technológia gyors fejlődésével az új energetikai berendezések magasabb követelményeket támasztanak az anyagok magas-hőmérsékletállósága, szigetelése, korrózióállósága, mechanikai szilárdsága és méretstabilitása tekintetében. Kiváló elektromos szigetelésükkel, magas hőmérséklet-ellenállásukkal, korrózióállóságukkal, alacsony dielektromos veszteségükkel és jó méretstabilitásukkal a kerámia anyagok egyre inkább az olyan alkalmazások forgatókönyvébe kerülnek, mint például az akkumulátorok, az elektromos hajtásrendszerek, a nagyfeszültségű elektromos, energiatároló inverterek és a hagyományos ipari területek új energiateljesítmény-elektronikája.

 

A fémanyagokhoz képest a műszaki kerámiák általában képesek viszonylag stabil teljesítményt fenntartani magas hőmérsékleten, nagyfeszültségű, nagyfrekvenciás és összetett kémiai környezetben. Ezért olyan kulcsfontosságú funkciókat töltenek be, mint a szigetelés, a szigetelés, a szerkezeti támogatás, a hőkezelés és az elektromos védelem egyes új energetikai berendezésekben. Ahogy az új energetikai rendszerek teljesítménysűrűsége tovább növekszik, a kerámia alkatrészek alkalmazási köre is kiterjed az egyedi szigetelő alkatrészektől a precíziós szerkezeti alkatrészekig és funkcionális alkatrészekig.

 

 

 

Az akkumulátor az új energetikai járművek egyik legfontosabb alaprendszere. Munkakörnyezete magas feszültséggel, nagy áramerősséggel, hőmérséklet-változásokkal és hosszú távú mechanikai rezgéssel{1}}tartozik, ezért szigorú követelményeket támaszt az elektromos szigeteléssel és a hőbiztonsággal kapcsolatban. Az akkumulátor belsejében a kerámia anyagok különféle formákban vehetnek részt a biztonsági védelemben, mint például bevonatok, elválasztók, szigetelő szerkezeti részek és tömítő részek.

 

A kerámia bevonatú{0}}membránok az egyik legreprezentatívabb alkalmazás. Szervetlen kerámia részecskék, például alumínium-oxid és böhmit bevezetésével a poliolefin alapfólia felületére javítható a szeparátor méretstabilitása és hőállósága magas hőmérsékleti körülmények között. Ha az akkumulátor magas hőmérsékleten vagy rendellenes működési körülmények között van, a kerámia bevonat csökkentheti a szeparátor jelentős zsugorodásának kockázatát, ezáltal stabilabb szigetelési feltételeket biztosít a pozitív és negatív elektródák között.

 

A nagyfeszültségű{0}}akkumulátorrendszerekben a kerámia szigetelők az elektródák, a kivezetések és más vezető szerkezetek közötti elektromos leválasztásra is használhatók. Például az EV Fuse Ceramic Body-nek egyszerre kell megfelelnie a szigetelési teljesítménynek, a mechanikai szilárdságnak és bizonyos hőstabilitásnak. Anyagtulajdonságai közvetlenül befolyásolják a nagy-feszültségű védelmi alkatrészek működési megbízhatóságát rendellenes áramkörülmények között.

 

Ahogy az új energetikai járművek feszültségplatformja fokozatosan 800 V-ra vagy magasabbra nő, a nagyfeszültségű elektromos védőelemek által elviselt feszültség folyamatosan növekszik. A kerámia szerkezeti részeknek, mint például a kerámiatestnek az EV-biztosítékhoz, megbízható szigetelést kell elérniük korlátozott helyen, miközben ellenállnak a hevítési folyamat során keletkező hősokknak és mechanikai igénybevételnek. Ezért az anyagösszetétel, a szinterezési folyamat és a méretpontosság fontos tényezővé vált a terméktervezésben.

 

 

Az új energiahordozó járművekben és energiatároló berendezésekben lévő nagyfeszültségű{0}}védelmi rendszereknek általában gyorsan le kell szakítaniuk az áramot rendellenes körülmények, például rövidzárlat és túlterhelés esetén. Fontos túláramvédelmi komponensként a biztosítékok belső kerámia alkatrészei nem csak szigetelő szerepet töltenek be, hanem olvadék- és töltőanyagokkal is össze kell hangolni az ívoltás, a hőszigetelés és a szerkezeti alátámasztás teljessé tételéhez.

 

A hagyományos kisfeszültségű{0}} és ipari elektromos berendezésekben a kerámia csövek, kerámia perselyek és kerámia burkolatok már viszonylag kiforrott alkalmazási alappal rendelkeznek. Az új energiafelhasználású járművek nagyfeszültségű-rendszereinek fejlesztésével a kerámia anyagokat továbbfejlesztik nagyfeszültségűvé, kompaktabbá és nagy megbízhatósággá. Például az alumínium-oxid kerámia csőnek a nagyfeszültségű elektromos biztosítékokhoz figyelembe kell vennie a nagy dielektromos szilárdságot, mechanikai szilárdságot és hőállóságot, hogy alkalmazkodjon az új energiájú járművek nagyfeszültségű{4}}áramkörében uralkodó összetett munkakörnyezethez.

 

Az alumínium-oxid kerámia a nagyfeszültségű{0}}biztosítékok egyik elterjedt műszaki kerámiája. Nagy a szigetelési szilárdsága, hőállósága és kémiai stabilitása, és a szinterezési eljárással csőszerű, hüvelyszerű- vagy speciális -formájú szerkezetekké alakítható. Az Al2O3 alumínium-oxid kerámia cső nagyfeszültségű biztosítékhoz használható szigetelő és szerkezeti támasztóelemként a nagyfeszültségű védőeszközökben, hogy stabil szigetelést biztosítson a biztosítékon belüli különböző vezető területeken.

 

Az autóipari segédáramkörök és a nagyfeszültségű{0}}tartozékrendszerek esetében a kerámiaházaknak is alkalmazkodniuk kell a bonyolultabb beépítési hely- és mechanikai csatlakozási követelményekhez. Az egyik ilyen alkalmazás az elektromos járművek kiegészítő biztosítékához való kerámia test. Tervezésénél nemcsak a szigetelési távolságra kell figyelni, hanem a mérettűrésekre, az összeszerelési módokra, a hőmérséklet-emelkedésre és a hosszú távú megbízhatóságra is.

 

 

 

Az új energetikai járművek elektromos hajtásrendszerei a nagy sebesség, a nagy teljesítménysűrűség és a nagy hatékonyság irányába fejlődnek. A motorok, inverterek és a kapcsolódó teljesítménymodulok hosszú ideje ki vannak téve nagy-frekvenciás kapcsolásoknak és hőmérséklet-változásoknak, és a hagyományos anyagok fokozatosan korlátozottak lehetnek a szigetelés, a hőállóság és a kopásállóság tekintetében.

 

A kerámia csapágyak az elektromos hajtásrendszerek reprezentatív alkalmazásai. A szerkezeti kerámiák, például a szilícium-nitrid alacsony sűrűségű, nagy keménységű, jó kopásállósággal és kiváló elektromos szigetelési tulajdonságokkal rendelkeznek. Csökkenthetik a mechanikai súrlódást nagy-fordulatszámú motoros környezetben, és csökkenthetik a tengelyáramok okozta elektromos korrózió kockázatát.

 

A szilícium-karbid teljesítmény-félvezetőket használó elektromos hajtásrendszereknél tovább növelték a teljesítménykapcsolási frekvenciát és a kapcsolási sebességet, így a rendszer szigorúbb követelményeket támaszt a szigetelő anyagokkal és a csomagolószerkezetekkel szemben. A kerámia hordozók megbízható elektromos szigetelést biztosítanak a vezető struktúrák és a hőleadó szerkezetek között, miközben hővezetési feladatokat látnak el, így a nagy-teljesítményű-sűrűségű teljesítményelektronikai modulok fontos alapanyagává válnak.

 

Az elektromos hajtásrendszeren belüli kerámia hordozón kívül a nagyfeszültségű{0}}biztosítékvédő alkatrészeknek is stabil szigetelőszerkezettel kell rendelkezniük. Például a túlterhelés- és rövidzárlatvédelmi biztosíték kerámia testének meg kell őriznie a jó szigetelést normál üzemi körülmények között, és ki kell bírnia a túlterhelés vagy rövidzárlat elleni védelem során fellépő nagy átmeneti hőterhelést.

 

 

Az új energetikai járművekben lévő teljesítmény-félvezető eszközök, energiatároló átalakítók és fotovoltaikus inverterek működése során nagy mennyiségű hőt termelnek. A rendszer teljesítménysűrűségének növekedésével a hőleadás az energiaellátó eszközök teljesítményét korlátozó egyik fontos tényezővé vált.

 

A kerámia szubsztrátumok elektromos szigetelést és hővezetési funkciókat is elláthatnak, ezért széles körben használják a teljesítménymodulok csomagolásában.

 

Az olyan anyagok, mint az alumínium-oxid és az alumínium-nitrid, eltérő hővezető tulajdonságokkal és költségjellemzőkkel rendelkeznek, és az üzemi feszültség, a teljesítményszint, a hőellenállási követelmények és a gyártási költségek alapján választhatók ki.

 

Közülük az alumínium-nitridnek magas a hővezető képessége és alacsony a hőtágulási együtthatója, valamint magas az alkalmazási értéke a nagy teljesítményű{0}}elektronikai csomagolás területén. Ha a kerámia anyagokat fémvezetőkkel, például rézzel kombinálják, vezetőképes, hőelvezető és szigetelő funkciókkal rendelkező kompozit szerkezetet alkothatnak, ami stabil csomagolási alapot biztosít a széles sávú félvezető eszközökhöz, például a SiC-hoz.

 

Az új energetikai elektromos védelem területén az egyenáramú autóipari biztosítékok kerámiaanyagai felhasználhatják a kerámia anyagok hőállósági és szigetelési jellemzőit, hogy stabil szerkezeti támogatást nyújtsanak az autóipari egyenáramú biztosítékokhoz. Mivel az új energiafelhasználású járművek egyenáramú nagyfeszültségű{1}}áramköreinek teljesítménye folyamatosan növekszik, a kapcsolódó kerámia alkatrészeknek tovább kell javítaniuk hősokkállóságukat, mechanikai szilárdságukat és méretstabilitásukat.

 

 

Az energiatároló rendszereknek általában hosszú ideig kell működniük, és összetett környezetben is előfordulhatnak, például magas hőmérsékleten, alacsony hőmérsékleten, nedvességben, porban stb. Az energiatároló inverterek, az egyenáramú áramelosztó berendezések, az akkumulátor-kezelő rendszerek és a magas{1}}feszültségű védelmi rendszerek mindegyike nagy igényt támaszt a szigetelőanyagok iránt.

 

Az energiatároló konverterekben és inverterekben a kerámia hordozók csatlakoztathatják az erősáramú eszközöket és a hőleadó rendszereket, biztosítva az elektromos szigetelést, miközben gyorsan vezetik az eszközök által termelt hőt. A nagy-frekvenciás kapcsolórendszerek esetében a kerámia anyagok dielektromos tulajdonságai is befolyásolják a parazita paramétereket és a jel integritását, ezért az anyagválasztást átfogóan ki kell értékelni a teljes teljesítményelektronikai rendszerrel együtt.

 

Biztosítékalkalmazásokban az Insulating Electrical Steatite Ceramic Fused Body kiaknázhatja az olyan anyagok jó elektromos szigetelési és hőállósági tulajdonságait, mint a szteatit porcelán, amelyet speciális elektromos védelmi eszközök szigetelésére és szerkezeti alátámasztására használnak. A különböző kerámiarendszerek dielektromos szilárdsága, mechanikai tulajdonságai, hőtágulási együtthatója és feldolgozási jellemzői eltérőek, ezért a tényleges kiválasztást átfogóan meg kell határozni a feszültség, az áramerősség, a hőmérséklet és a mechanikai terhelés alapján.

 

 

 

A fotovoltaikus inverter fontos eszköz, amely összeköti a fotovoltaikus energiatermelő rendszert és a váltakozó áramú hálózatot. Számos teljesítmény-félvezetőt, szűrőeszközt és nagyfeszültségű{1}}elektromos alkatrészt tartalmaz. Ahogy a fotovoltaikus rendszerek teljesítményszintje folyamatosan növekszik, a hőkezelés és a hőszigetelés tervezése a berendezéseken belül egyre fontosabbá válik.

 

A kerámia réz{0}}bevonatú szubsztrátum megvalósítja az áramátvitelt a fémrétegen keresztül, és a kerámia dielektrikum segítségével elektromos szigetelést ér el, miközben az erőátviteli eszköz által termelt hőt gyorsan átadja a hőleadó szerkezetnek. A nagy-teljesítményű IGBT, SiC MOSFET és más eszközök esetében a csomagolóanyag hővezető képessége, hőtágulási illesztése és szigetelési teljesítménye közvetlenül befolyásolja a modul hosszú távú megbízhatóságát.

 

Ugyanakkor a nagyfeszültségű{0}}biztosítékok és kerámia szerkezeti részeik is szerepet játszanak a fotovoltaikus egyenáramú oldalvédelemben. A Fuse Link kerámia burkolata szigetelő házat és mechanikai támasztékot biztosít a biztosítóelem számára, és ellenáll a megfelelő hő- és mechanikai igénybevételnek a hibalekapcsolási folyamat során.

 

 

Az alumínium-oxid kerámiák kiforrott ipari gyártási alapokkal rendelkeznek. Anyagrendszere stabil, költsége relatíve szabályozható, különféle formázási és szinterezési eljárásokkal komplex szerkezeteket tud készíteni. Ezért széleskörű felhasználási területe van az új energetikai és elektromos készülékek területén.

 

Az új energiahordozók nagyfeszültségű{0}}biztosítékaiban az Alumina Ceramic Insulator Tube for Fuse szigetelésre és a különböző vezető részek közötti leválasztásra használható. A magasabb feszültségszintű autóvédelmi rendszerek esetében a kerámiacsöveknek átfogó követelményeknek is meg kell felelniük, mint például a kúszótávolság, az elektromos hézag, a hőütésállóság és a mechanikai összeszerelés.

 

A nagyfeszültségű-autóipari biztosítékok esetében az anyagtisztaság a termék dielektromos tulajdonságait és mechanikai stabilitását is befolyásolja. A nagyfeszültségű alumínium-oxid kerámia cső az egyik leggyakoribb alumínium-oxid kerámia felhasználási forma. Az adott anyagrendszert össze kell hangolni az üzemi feszültség, hőmérséklet, szerkezeti méret és gyártási folyamat szerint.

 

Az autóipari nagyfeszültségű{0}}platformok fejlesztésével az alumíniumkerámia cső nagyfeszültségű-biztosítéki felületei bonyolultabbá váltak, beleértve a nagy-frekvenciás kapcsolást, az áramlökéseket, a hőmérsékleti ciklusokat és a mechanikai rezgéseket. Ezért a kerámia anyagok szigetelési szilárdságának pusztán javítása nem elegendő a követelmények teljesítéséhez. Szükséges továbbá a kerámia képlet, a szinterezési sűrűség, a méretpontosság és a szerkezeti tervezés átfogó optimalizálása.

 

 

Az új energetikai berendezések intelligens fejlesztése a kerámia érzékelők és a funkcionális kerámia anyagok alkalmazását is ösztönözte. Az olyan anyagok, mint a cirkónium-oxid, a piezoelektromos kerámia és a ferrit speciális elektromos, termikus és mechanikai tulajdonságaikat használhatják olyan paraméterek kimutatására, mint a hőmérséklet, nyomás, gázkoncentráció és áram.

 

Magas-hőmérsékletű környezetben a kerámia anyagok jó hőstabilitással rendelkeznek, és használhatók érzékelők védőszerkezeteiben és érzékeny alkatrészekben. Egyes kerámiaanyagok piezoelektromos, dielektromos vagy magnetoelektromos konverziós tulajdonságokkal is rendelkeznek, és felhasználhatók új energetikai járművek érzékelőrendszereiben, ipari vezérlésben és intelligens energiaellátó berendezésekben.

 

Az autonóm vezetési, akkumulátor-kezelő és energiatároló megfigyelőrendszerek folyamatos fejlesztésével az érzékelők hosszú-stabilitásával, környezeti interferencia-ellenességével és méretpontosságával szemben támasztott követelmények tovább nőnek, ami a funkcionális kerámiák fejlesztését is elősegíti a precizitás és az integráció irányába.

 

 

 

Az új energetikai berendezéseknek általában sok éven át folyamatosan kell működniük, ezért a kerámia alkatrészeknek nem csak a kezdeti teljesítménymutatóknak kell megfelelniük, hanem hosszú távon jó-megbízhatósággal is kell rendelkezniük. Az anyagválasztás, az öntési folyamat, a szinterezési folyamat, a felületkezelés és a méretszabályozás egyaránt hatással van a végső teljesítményre.

 

A nagy-feszültségű szigetelő kerámiák esetében olyan mutatókra kell összpontosítani, mint a dielektromos szilárdság, a térfogati ellenállás, a kúszótávolság és a részleges kisülés. A mechanikai terhelésnek kitett kerámia szerkezeti részek esetében a hajlítószilárdság, a törési szilárdság, a hősokk-teljesítmény és az összeszerelési feszültség értékelésére kell összpontosítani.

 

Emellett a kerámiák és a fémek közötti hőtágulási együttható különbsége is fontos kérdés, amelyet figyelembe kell venni a mérnöki tervezés során. Amikor a berendezés gyakori magas és alacsony hőmérsékleti ciklusokon megy keresztül, a különböző anyagok között hőfeszültség alakulhat ki. Ha a szerkezeti kialakítás és az anyagillesztés nem ésszerű, a hosszú távú ciklus -a felület megrepedéséhez, rétegválódáshoz és akár a szigetelés meghibásodásához is vezethet.

 

Ezért a nagyfeszültségű szigetelőelemek, például az elektromos biztosítékokban lévő szigetelt kerámia cső fejlesztési folyamata során átfogó tervezést kell végezni az anyag, a szerkezet, a gyártás és az ellenőrzés több dimenziójából, és a termék megbízhatósága nem ítélhető meg pusztán egyetlen anyagteljesítmény-index alapján.
 

 

Jelenleg az új energiaipar a beépített kapacitás egyszerű bővítéséről a teljesítménysűrűség, a rendszer hatékonyságának és a működési megbízhatóság javítására változik. Az új energetikai járművek a 800 V-os nagyfeszültségű{2}}platformok felé fejlődnek, az energiatároló rendszereket a nagyobb teljesítmény és a hosszabb élettartam irányába fejlesztik, a fotovoltaikus inverterek pedig folyamatosan javítják az átalakítási hatékonyságot és a teljesítménysűrűséget. Ezek a változások új műszaki követelményeket támasztanak a kerámia anyagokkal szemben.

 

A jövőben a fejlesztésúj energia kerámia alkatrészeknagyobb figyelmet fog fordítani az anyagteljesítmény és a szerkezeti tervezés együttműködési optimalizálására. Egyrészt nagyobb hővezető képességű, nagyobb dielektromos szilárdságú és jobb hőtágulási teljesítőképességű kerámiaanyagok fejlesztése szükséges; másrészt a termék méretkonzisztenciájának és a tétel stabilitásának javítására is szükség van precíziós fröccsöntéssel, fejlett szintereléssel és automatizált ellenőrzéssel.

 

Ugyanakkor a kerámia alkatrészek alkalmazása fokozatosan kibővül a hagyományos szigetelő hüvelyektől, burkolatoktól és hordozóktól a nagyfeszültségű{0}}csatlakozásokig, a tápegység-csomagolásokig, az érzékelőkig, a biztosítékokig és az új energetikai berendezések precíziós szerkezeti részeiig. A nagyfeszültségű -biztosítékok esetében a kerámia anyagok továbbra is fontos anyagrendszerek maradnak az új energiahordozó járművekben és az energiatároló védelmi rendszerekben a szigetelésben, hőállóságban és szerkezeti támogatásban nyújtott átfogó előnyeik miatt.

 

Általánosságban elmondható, hogy bár a kerámia alkatrészek általában nem vesznek részt közvetlenül az energiaátalakításban, olyan kulcsfontosságú funkciókat látnak el, mint a szigetelés, a hőelvezetés, a védelem, a támogatás és a megbízható csatlakozás. Az új energetikai járművek, az energiatárolás, a fotovoltaikus és a nagyfeszültségű teljesítményelektronikai technológiák folyamatos fejlesztésével a kerámiaanyagok a hagyományos segédanyagokból olyan fontos alapanyagokká alakulnak át, amelyek befolyásolják az új energetikai berendezések biztonságát, hatékonyságát és élettartamát.

 

A jövőben a nagy megbízhatóságra, magas hővezető képességre, nagy szigetelésre, könnyű súlyra és precíziós gyártásra összpontosító kerámiatechnológiai innováció tovább fogja ösztönözni a nagy teljesítménysűrűség, a nagy hatékonyság és a hosszú távú megbízható működés irányába mutató új energetikai berendezések fejlesztését.