Cerâmica de nitreto de silício no campo de veículos de novas energias
nitreto de silíciopossui excelentes propriedades, como alta resistência à flexão, alta tenacidade à fratura,boa resistência à fluência, alta dureza e alta resistência ao desgaste. É considerado o melhor-
material de desempenho dentro da família de cerâmica estrutural. Como uma indústria emergente estratégica em rápido crescimento com inovação tecnológica contínua, a demanda por componentes cerâmicos no campo de novos veículos de energia está aumentando, e o nitreto de silício desempenha vários papéis importantes.
Primeiramente,rolamentos de nitreto de silíciosão componentes críticos conhecidos como"salgadinhos"da indústria mecânica. Eles são usados principalmente para dar suporte a máquinas rotativas e reduzir os coeficientes de atrito, garantindo um desempenho rotacional preciso.nitreto de silíciotem uma densidade de aproximadamente 42% de aço de rolamento, um alto módulo de elasticidade de 320 GPa, uma resistência à tração de 1600 MPa e uma resistência à compressão de até 3600 MPa. Além disso, suas propriedades mecânicas permanecem quase inalteradas abaixo de 900°C, tornando-o um material ideal para corpos rolantes de rolamentos. Atualmente, os rolamentos que utilizambolas de nitreto de silíciocomo elementos rolantes tornaram-se os rolamentos de cerâmica avançados mais populares, de alto desempenho e amplamente utilizados em todo o mundo. No campo dos veículos de nova energia, a adoção derolamentos de nitreto de silícioé impulsionado principalmente pelos seguintes motivos:
1. Os rolamentos do motor elétrico requerem materiais com baixa densidade e maior resistência ao desgaste para se adaptarem
velocidades mais altas.
2. A corrente alternada gerada pelo motor causa alterações no campo eletromagnético circundante, exigindo um bom desempenho de isolamento para reduzir a corrosão induzida por descarga do mancal.
3. As esferas do rolamento precisam ter uma superfície lisa e desgaste mínimo. As esferas de cerâmica, devido à sua baixa densidade, alta dureza e excelente resistência ao desgaste, são altamente adequadas para condições de rotação de alta velocidade. Eles são particularmente insubstituíveis em ambientes de alta temperatura, forte magnetismo e alto vácuo. No campo dos veículos de nova energia, os rolamentos de cerâmica substituíram gradualmente os rolamentos de esferas de aço.
Em segundo lugar,substratos cerâmicos de nitreto de silíciosão placas de cerâmica feitas por sinterizaçãonitreto de silíciopó
com uma pequena quantidade de óxido e materiais de terras raras. Esses substratos exibem excelente desempenho e confiabilidade abrangentes, incluindo alta condutividade térmica, alta resistência mecânica, baixo coeficiente de expansão térmica, resistência à oxidação, resistência à corrosão térmica, baixa perda dielétrica e baixo coeficiente de atrito. A cerâmica de nitreto de silício tem uma condutividade térmica teórica extremamente alta (aproximadamente 400 W/(m·K)) e um baixo coeficiente de expansão térmica (aproximadamente 3,0x10-6℃), tornando-os compatíveis com materiais como Si, SiC e GaAs. Portanto, a alta resistência e alta condutividade térmica desubstratos de nitreto de silícioatendem aos requisitos de alta temperatura, alta potência, alta dissipação de calor e alta confiabilidade para embalagem de módulo de dispositivo de energia eletrônica automotiva. Algumas pessoas acreditam que os substratos cerâmicos de nitreto de silício são produtos atualizados em comparação com substratos cerâmicos de alumina e substratos cerâmicos de nitreto de alumínio. Atualmente, os substratos de nitreto de silício são usados principalmente para a embalagem de Si IGBT e SiC MOSFET, com aplicações específicas como segue:
1. Para IGBT de grau automotivo, a eficiência de dissipação de calor é muito maior do que a de grau industrial. A temperatura interna do inversor é extremamente alta e fortes condições de vibração também precisam ser consideradas. Os requisitos de desempenho para IGBT de nível automotivo excedem em muito os de nível industrial. Os substratos de nitreto de silício são adequados para embalagens IGBT de nível automotivo, capazes de se adaptar a ambientes de trabalho de alta temperatura e alta pressão, dissipando efetivamente o alto calor gerado no sistema de fornecimento de energia, protegendo a operação normal do chip e estendendo o serviço vida útil dos aparelhos eletrônicos.
2. Para SiC MOSFET, a adoção de dispositivos SiC MOSFET no acionamento do motor principal de veículos de nova energia pode aumentar o alcance em 5% a 10% em comparação com o Si IGBT tradicional. Os chips SiC MOSFET têm uma área pequena e altos requisitos de dissipação de calor. Os substratos cerâmicos de nitreto de silício possuem excelente capacidade de dissipação de calor e alta confiabilidade, tornando-os uma escolha quase obrigatória para a aplicação primária de SiC MOSFET no campo de veículos de nova energia. Por exemplo, o Tesla Model 3 utiliza extensivamente substratos cerâmicos de nitreto de silício para resolver os problemas de dissipação de calor dos dispositivos SiC MOSFET.
Em resumo, as duas principais direções de aplicação da cerâmica de nitreto de silício no campo de novos veículos de energia são rolamentos de nitreto de silício e substratos de nitreto de silício de alta condutividade térmica. Os rolamentos de nitreto de silício exibem excelentes propriedades mecânicas e resistência ao desgaste, tornando-os adequados para rotação de alta velocidade e condições de operação adversas, e têm sido amplamente utilizados em sistemas de motores de veículos de nova energia. Os substratos cerâmicos de nitreto de silício possuem alta condutividade térmica e resistência mecânica, atendendo aos requisitos de alta temperatura, alta potência, alta dissipação de calor e alta confiabilidade para módulos de dispositivos eletrônicos automotivos, e são amplamente empregados na embalagem de Si IGBT e SiC MOSFET . Estas aplicações contribuem para o desenvolvimento de novos veículos movidos a energia,
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