Cerámica de nitruro de silicio en el campo de los vehículos de nueva energía
Nitrido de siliconaPosee excelentes propiedades tales como alta resistencia a la flexión, alta tenacidad a la fractura,buena resistencia a la fluencia, alta dureza y alta resistencia al desgaste. Es considerado el mejor-
material de alto rendimiento dentro de la familia de la cerámica estructural. Como una industria emergente estratégica de rápido crecimiento con innovación tecnológica continua, la demanda de componentes cerámicos en el campo de los vehículos de nueva energía está aumentando, y el nitruro de silicio desempeña múltiples funciones importantes.
En primer lugar,cojinetes de nitruro de silicioson componentes críticos conocidos como"papas fritas"de la industria mecánica. Se utilizan principalmente para soportar maquinaria giratoria y reducir los coeficientes de fricción, lo que garantiza un rendimiento de rotación preciso.Nitrido de siliconatiene una densidad de aproximadamente 42% de acero para cojinetes, un alto módulo elástico de 320 GPa, una resistencia a la tracción de 1600 MPa y una resistencia a la compresión de hasta 3600 MPa. Además, sus propiedades mecánicas permanecen casi sin cambios por debajo de los 900 °C, lo que lo convierte en un material ideal para elementos rodantes de rodamientos. Actualmente, los rodamientos que utilizanbolas de nitruro de siliciocomo elementos rodantes se han convertido en los rodamientos cerámicos avanzados más populares, de alto rendimiento y ampliamente utilizados en todo el mundo. En el campo de los vehículos de nueva energía, la adopción decojinetes de nitruro de siliciose debe principalmente a las siguientes razones:
1. Los rodamientos de motores eléctricos requieren materiales con baja densidad y mayor resistencia al desgaste para adaptarse a
velocidades más altas
2. La corriente alterna generada por el motor provoca cambios en el campo electromagnético circundante, lo que requiere un buen rendimiento de aislamiento para reducir la corrosión inducida por la descarga del cojinete.
3. Las bolas de rodamiento deben tener una superficie lisa y un desgaste mínimo. Las bolas de cerámica, debido a su baja densidad, alta dureza y excelente resistencia al desgaste, son muy adecuadas para condiciones de rotación de alta velocidad. Son particularmente irremplazables en ambientes de alta temperatura, fuerte magnetismo y alto vacío. En el campo de los vehículos de nueva energía, los rodamientos cerámicos han reemplazado gradualmente a los rodamientos de bolas de acero.
En segundo lugar,sustratos cerámicos de nitruro de silicioson placas de cerámica hechas por sinterizaciónNitrido de siliconapolvo
con una pequeña cantidad de óxido y materiales de tierras raras. Estos sustratos exhiben un excelente rendimiento y confiabilidad integrales, que incluyen alta conductividad térmica, alta resistencia mecánica, bajo coeficiente de expansión térmica, resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión térmica, baja pérdida dieléctrica y bajo coeficiente de fricción. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una conductividad térmica teórica extremadamente alta (aproximadamente 400 W/(m·K)) y un bajo coeficiente de dilatación térmica (aproximadamente 3,0x10-6℃), haciéndolos compatibles con materiales como Si, SiC y GaAs. Por lo tanto, la alta resistencia y alta conductividad térmica desustratos de nitruro de siliciocumplir con los requisitos de alta temperatura, alta potencia, alta disipación de calor y alta confiabilidad para el empaquetado de módulos de dispositivos electrónicos de potencia automotriz. Algunas personas creen que los sustratos cerámicos de nitruro de silicio son productos mejorados en comparación con los sustratos cerámicos de alúmina y los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio. Actualmente, los sustratos de nitruro de silicio se utilizan principalmente para el empaque de Si IGBT y SiC MOSFET, con aplicaciones específicas de la siguiente manera:
1. Para IGBT de grado automotriz, la eficiencia de disipación de calor es mucho mayor que la de grado industrial. La temperatura interna del inversor es extremadamente alta y también deben tenerse en cuenta las fuertes condiciones de vibración. Los requisitos de rendimiento para IGBT de grado automotriz superan con creces los de grado industrial. Los sustratos de nitruro de silicio son adecuados para empaques IGBT de grado automotriz, capaces de adaptarse a entornos de trabajo de alta temperatura y alta presión, disipando de manera efectiva el alto calor generado en el sistema de suministro de energía, protegiendo el funcionamiento normal del chip y extendiendo el servicio. vida útil de los dispositivos electrónicos.
2. Para los MOSFET de SiC, la adopción de dispositivos MOSFET de SiC en el motor principal de los vehículos de nueva energía puede aumentar el rango entre un 5 % y un 10 % en comparación con los IGBT de Si tradicionales. Los chips MOSFET de SiC tienen un área pequeña y altos requisitos de disipación de calor. Los sustratos cerámicos de nitruro de silicio poseen una excelente capacidad de disipación de calor y una alta confiabilidad, lo que los convierte en una opción casi obligatoria para la aplicación principal de MOSFET de SiC en el campo de los vehículos de nueva energía. Por ejemplo, el modelo 3 de Tesla utiliza ampliamente sustratos cerámicos de nitruro de silicio para abordar los problemas de disipación de calor de los dispositivos MOSFET de SiC.
En resumen, las dos principales direcciones de aplicación de las cerámicas de nitruro de silicio en el campo de los vehículos de nueva energía son los cojinetes de nitruro de silicio y los sustratos de nitruro de silicio de alta conductividad térmica. Los cojinetes de nitruro de silicio exhiben excelentes propiedades mecánicas y resistencia al desgaste, lo que los hace adecuados para rotación a alta velocidad y condiciones de operación severas, y han sido ampliamente utilizados en los sistemas de motores de vehículos de nueva energía. Los sustratos cerámicos de nitruro de silicio poseen una alta conductividad térmica y resistencia mecánica, cumplen con los requisitos de alta temperatura, alta potencia, alta disipación de calor y alta confiabilidad para los módulos de dispositivos electrónicos de potencia automotriz, y se emplean ampliamente en el empaque de Si IGBT y SiC MOSFET. . Estas aplicaciones contribuyen al desarrollo de vehículos de nueva energía,
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