Siliziumnitridkeramik im Bereich New Energy Vehicles
Siliziumnitridverfügt über hervorragende Eigenschaften wie hohe Biegefestigkeit, hohe Bruchzähigkeit,gute Kriechfestigkeit, hohe Härte und hohe Verschleißfestigkeit. Es gilt als das beste
Hochleistungsmaterial in der Familie der Strukturkeramiken. Als schnell wachsende, strategische, aufstrebende Industrie mit kontinuierlicher technologischer Innovation steigt die Nachfrage nach Keramikkomponenten im Bereich neuer Energiefahrzeuge, und Siliziumnitrid spielt mehrere wichtige Rollen.
Zuerst,Siliziumnitrid-Lagersind kritische Komponenten, die als bekannt sind"Chips"der mechanischen Industrie. Sie werden hauptsächlich zur Unterstützung rotierender Maschinen und zur Reduzierung der Reibungskoeffizienten eingesetzt, um eine präzise Rotationsleistung sicherzustellen.Siliziumnitridhat eine Dichte von etwa 42 % Wälzlagerstahl, einen hohen Elastizitätsmodul von 320 GPa, eine Zugfestigkeit von 1600 MPa und eine Druckfestigkeit von bis zu 3600 MPa. Darüber hinaus bleiben seine mechanischen Eigenschaften unterhalb von 900 °C nahezu unverändert, was es zu einem idealen Werkstoff für Wälzlager-Wälzkörper macht. Derzeit werden Lager verwendetKugeln aus SiliziumnitridAls Wälzkörper sind sie weltweit zu den beliebtesten, leistungsstärksten und am weitesten verbreiteten Hochleistungskeramiklagern geworden. Im Bereich der neuen Energiefahrzeuge ist die Einführung vonSiliziumnitrid-Lagerwird hauptsächlich aus folgenden Gründen angetrieben:
1. Für die Anpassung von Elektromotorlagern sind Materialien mit geringer Dichte und höherer Verschleißfestigkeit erforderlich
höhere Geschwindigkeiten.
2. Der vom Motor erzeugte Wechselstrom verursacht Veränderungen im umgebenden elektromagnetischen Feld und erfordert eine gute Isolationsleistung, um durch Lagerentladung verursachte Korrosion zu reduzieren.
3. Die Lagerkugeln müssen eine glatte Oberfläche und minimalen Verschleiß haben. Keramikkugeln eignen sich aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen Härte und hervorragenden Verschleißfestigkeit hervorragend für rotierende Bedingungen mit hoher Geschwindigkeit. Sie sind insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen, starken Magneten und Hochvakuum unersetzlich. Im Bereich der New-Energy-Fahrzeuge haben Keramiklager nach und nach Stahlkugellager ersetzt.
Zweitens,Siliziumnitrid-Keramiksubstratesind durch Sintern hergestellte KeramikplattenSiliziumnitridPulver
mit einer geringen Menge an Oxid- und Seltenerdmaterialien. Diese Substrate weisen eine hervorragende Gesamtleistung und Zuverlässigkeit auf, einschließlich hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher mechanischer Festigkeit, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, Oxidationsbeständigkeit, thermischer Korrosionsbeständigkeit, geringem dielektrischen Verlust und niedrigem Reibungskoeffizienten. Siliziumnitridkeramiken haben eine extrem hohe theoretische Wärmeleitfähigkeit (ca. 400 W/(m).·K)) und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (ca. 3,0x10-6).℃), wodurch sie mit Materialien wie Si, SiC und GaAs kompatibel sind. Daher sind die hohe Festigkeit und die hohe Wärmeleitfähigkeit vonSiliziumnitrid-Substrateerfüllen die Anforderungen an hohe Temperaturen, hohe Leistung, hohe Wärmeableitung und hohe Zuverlässigkeit für die Verpackung elektronischer Leistungsgerätemodule im Automobilbereich. Einige Leute glauben, dass Siliziumnitrid-Keramiksubstrate im Vergleich zu Aluminiumoxid-Keramiksubstraten und Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten verbesserte Produkte sind. Derzeit werden Siliziumnitridsubstrate hauptsächlich für die Verpackung von Si-IGBTs und SiC-MOSFETs verwendet, mit folgenden spezifischen Anwendungen:
1. Bei IGBTs in Automobilqualität ist die Wärmeableitungseffizienz viel höher als bei IGBTs in Industriequalität. Die Innentemperatur des Wechselrichters ist extrem hoch und es müssen auch starke Vibrationsbedingungen berücksichtigt werden. Die Leistungsanforderungen für IGBTs in Automobilqualität übertreffen die Leistungsanforderungen für IGBTs in Industriequalität bei weitem. Siliziumnitrid-Substrate eignen sich gut für IGBT-Gehäuse in Automobilqualität. Sie sind in der Lage, sich an Arbeitsumgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck anzupassen, die im Stromversorgungssystem erzeugte hohe Wärme effektiv abzuleiten, den normalen Betrieb des Chips zu schützen und die Lebensdauer zu verlängern Lebensdauer elektronischer Geräte.
2. Bei SiC-MOSFETs kann der Einsatz von SiC-MOSFET-Geräten im Kernmotorantrieb von Fahrzeugen mit neuer Energie die Reichweite im Vergleich zu herkömmlichen Si-IGBTs um 5 bis 10 % erhöhen. SiC-MOSFET-Chips haben eine kleine Fläche und hohe Anforderungen an die Wärmeableitung. Siliziumnitrid-Keramiksubstrate verfügen über eine hervorragende Wärmeableitungsfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit, was sie für die Hauptanwendung von SiC-MOSFETs im Bereich neuer Energiefahrzeuge nahezu zu einer zwingenden Wahl macht. Beispielsweise nutzt das Tesla Model 3 in großem Umfang Siliziumnitrid-Keramiksubstrate, um die Wärmeableitungsprobleme von SiC-MOSFET-Geräten zu lösen.
Zusammenfassend sind die beiden Hauptanwendungsrichtungen von Siliziumnitridkeramik im Bereich neuer Energiefahrzeuge Siliziumnitridlager und Siliziumnitridsubstrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Siliziumnitridlager weisen hervorragende mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit auf, wodurch sie für Hochgeschwindigkeitsrotationen und raue Betriebsbedingungen geeignet sind, und sie werden häufig in Motorsystemen von Fahrzeugen mit neuer Energie eingesetzt. Siliziumnitrid-Keramiksubstrate verfügen über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit und erfüllen die Anforderungen an hohe Temperaturen, hohe Leistung, hohe Wärmeableitung und hohe Zuverlässigkeit für elektronische Leistungsgerätemodule für Kraftfahrzeuge. Sie werden häufig in der Verpackung von Si-IGBTs und SiC-MOSFETs eingesetzt . Diese Anwendungen tragen zur Entwicklung neuer Energiefahrzeuge bei,
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