신에너지 차량의 전기화 업그레이드 맥락에서 첨단 세라믹의 응용 및 기술적 가치

기존 연료 동력에서 전기 구동, 지능형 제어 및 고전압 전기 시스템으로의 새로운 에너지 차량의 전환은 차량의 전력 구조를 변화시켰을 뿐만 아니라 고전압 계전기, 전력 반도체, 모터 베어링, 전자 제어 시스템과 같은 핵심 구성 요소의 실질적인 업그레이드를 촉진했습니다.- 800V 이상의 더 높은 전압 플랫폼, 높은 전력 밀도의 전기 구동 시스템, 고속 충전 및 방전 기술의 지속적인 개발로 인해 구성 요소는 더 높은 전압, 전류, 온도, 주파수 및 신뢰성 요구 사항에 직면해 있습니다.

 

이 과정에서 고급 세라믹은 높은 유전 강도, 고온 저항, 내부식성, 높은 기계적 강도 및 우수한 치수 안정성 덕분에 전통적인 구조 재료에서 고전압 전기, 전력 전자 장치 및 신에너지 차량용 구동 시스템으로 점차 확장되었습니다. 이 애플리케이션은 고전압 DC 스위칭 장치, 전력 반도체 패키징, 세라믹 고전압 접촉기 및 모터 절연 베어링에 중점을 두고 있습니다.

 

 

 

신에너지 차량의 고전압 전기 시스템에는 일반적으로 배터리 팩과 인버터, 모터, 충전 시스템과 같은 고전압 회로 간의 연결, 분리 및 안전한 절연을 달성하기 위한 릴레이 또는 접촉기가 필요합니다. 저-전압 자동차 전기 시스템에 비해 고전압 DC 환경에서의 스위칭은 더 복잡합니다.- 특히 고전류 조건에서 회로를 분리하는 경우 접점 사이에 아크가 발생할 가능성이 높으며 이로 인해 절연 구조 및 아크-소화 성능에 대한 요구 사항이 높아집니다.

 

세라믹 소재는 전기 절연성이 뛰어나고 내열성이 높으며 고전압 DC 계전기 및 접촉기 내부의 절연 쉘, 절연 슬리브, 밀봉 구조에 사용할 수 있습니다.{0}} 세라믹 및 금속 재료의 안정적인 밀봉을 통해 상대적으로 닫힌 내부 작업 공간을 형성하여 고전압 전도성 부품과 외부 구조물 사이의 안정적인 절연을 유지하는 동시에 아크 소화 매체에 필요한 밀봉 조건을 제공할 수 있습니다.

 

고전압 스위칭 장치에서 알루미나 세라믹은 가장 일반적인 절연 재료 중 하나입니다.{0}} 다양한 순도와 성능 수준의 알루미나 시스템은 다양한 전압 수준, 기계적 강도, 열적 특성 및 크기 요구 사항에 따라 추가로 선택할 수 있습니다. 절연, 기계적 지지 및 금속 밀봉 요구 사항을 동시에 충족해야 하는 부품의 경우 Alumina Metallized Ceramics는 세라믹 표면 금속화 및 브레이징 공정을 통해 세라믹과 금속 간의 안정적인 연결을 달성할 수 있습니다.

 

이러한 제품에 사용되는 세라믹 재료의 가치는 단열재에만 국한되지 않습니다. 고전압 접촉기 작동 중에 일시적인 열과 기계적 응력이 발생하므로 세라믹 쉘도 열 안정성, 치수 안정성 및 열 충격 저항이 우수해야 합니다. 재료 선택, 구조 설계 및 금속화 공정은 실제 작동 전압, 전류, 온도 및 수명 요구 사항을 기반으로 종합적으로 설계되어야 합니다.

 

 

 

신에너지 차량의 전기 구동 시스템의 핵심 중 하나는 전력 전자 컨트롤러입니다. 이 컨트롤러의 주요 기능은 전력 배터리의 DC 전력과 모터에 필요한 AC 전력 간의 효율적인 변환을 완료하는 것입니다. 전기 구동 시스템의 전력 밀도가 증가함에 따라 전력 반도체 장치는 더 높은 전류와 더 빈번한 열 주기를 견뎌야 합니다. 따라서 포장재는 우수한 절연 특성을 가져야 할 뿐만 아니라 열 방출, 기계적 강도 및 열팽창 매칭도 고려해야 합니다.

 

세라믹 구리-클래드 기판은 일반적으로 구리층, 세라믹 절연층 및 구리층으로 구성됩니다. 세라믹층은 전기 절연과 기계적 지지 기능을 담당하고, 구리층은 전류 전달, 칩 연결, 방열 등을 담당한다. 순수 유기 절연 재료와 비교하여 세라믹 기판은 고온 환경에서도 안정적인 전기적 및 기계적 특성을 유지할 수 있으므로 고전력-전력-밀도 전력 전자 모듈에 적합합니다.

 

현재 신에너지 차량 전력 모듈에 사용되는 일반적인 세라믹 소재로는 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소 등이 있습니다. 산화알루미늄은 가격이 상대적으로 적당하고 절연 성능이 우수하며 공정이 성숙한 특성을 가지고 있습니다. 질화알루미늄은 열 전도성이 높으며 방열 요구 사항이 높은 시나리오에서 장점이 있습니다. 질화규소는 높은 기계적 강도, 열 안정성 및 열 주기 저항을 가지며 높은 장기 신뢰성이 요구되는 전력 전자 응용 분야에 더 적합합니다-.

 

신에너지 차량 전력 모듈이 고전압, 고전류 및 소형화를 향해 발전함에 따라 정밀 금속화 세라믹(Precision Metallized Ceramics)과 같은 고정밀 세라믹 금속화 부품에 대한 수요도 증가했습니다. 세라믹 표면의 금속화층은 우수한 접착 강도와 안정적인 전기적 특성을 가져야 하며, 후속 용접, 브레이징 및 열 순환 중에 발생하는 응력을 견딜 수 있어야 합니다.

 

전력 반도체 패키징의 경우 세라믹 재료와 구리층 사이의 열팽창 계수를 일치시키는 것이 매우 중요합니다. 실제 작동 중에 신에너지 차량은 시동, 가속, 제동, 급속 충전 및 다양한 환경 온도 변화를 경험하게 되며, 전력 모듈은 가열과 냉각을 반복적으로 경험하게 됩니다. 재료 간의 열팽창 차이가 너무 크면 -장기적인 열 순환으로 인해 인터페이스 피로, 균열 또는 박리가 발생하여 모듈 수명에 영향을 줄 수 있습니다.

 

따라서 신에너지 차량용 파워 모듈의 세라믹 패키징 설계는 열전도도, 절연 강도, 기계적 강도, 열팽창 매칭 및 가공 정확도를 동시에 고려해야 하며 단순히 특정 재료 성능을 선택 기준으로 의존할 수는 없습니다.

 

 

세라믹 자체는 우수한 절연 특성을 갖고 있지만, 실제 전자기기에서는 세라믹을 금속 도체, 전극, 포장 구조물 등에 연결해야 하는 경우가 많다. 따라서 세라믹 표면 금속화는 세라믹과 금속의 안정적인 결합을 달성하는 중요한 공정이 되었습니다.

 

세라믹 금속화의 기본 개념은 세라믹 표면에 일정한 두께와 접착 강도를 갖는 금속층을 형성하여 추가로 브레이징, 용접 또는 기타 연결 처리를 하는 것입니다. 금속화된 층은 우수한 전기 전도성을 가져야 할 뿐만 아니라 세라믹 매트릭스와 안정적인 인터페이스 결합을 형성해야 합니다.

 

신에너지 자동차의 고전압 장치{0}}에서 금속층의 신뢰성은 포장 구조의 기밀성, 절연 성능 및 기계적 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 고-전압 계전기 내부의 세라믹 절연체는 금속 쉘과 안정적인 연결을 형성해야 합니다. 전력 반도체 모듈의 세라믹 기판은 구리층과 안정적인 결합을 형성해야 합니다.

 

고정밀 전자 부품 중에서-알루미나 세라믹 부품 정밀 가공은 복잡한 크기, 공차, 구멍 위치 및 단면 정확도 요구 사항을 더욱 충족할 수 있습니다. 신에너지 차량용 고{2}}전압 장치의 경우 세라믹 부품은 소형화, 복잡한 구조 및 높은 신뢰성 요구 사항을 동시에 충족해야 하는 경우가 많습니다. 따라서 재료 준비와 정밀 가공을 공동으로 제어해야 합니다.

 

 

 

고{0}}전압 접촉기는 신에너지 차량의 고전압 전기 시스템에서 중요한 스위칭 구성요소입니다.- 주요 기능은 차량 시동, 정지, 충전 및 오류 보호 중에 고전압 회로의 스위칭을 제어하는 ​​것입니다.- 신에너지 자동차 전력 배터리는 일반적으로 수백 볼트 이상의 DC 전압을 사용하므로 고{5}}전압 접촉기는 높은 전기적 스트레스 하에서도 안정적인 작동을 유지해야 합니다.

 

HVDC 접촉기 세라믹 인클로저는 일반적으로 내부 절연, 구조적 지지 및 밀봉과 같은 여러 기능을 수행합니다. 세라믹 하우징은 고전압 환경에서 안정적인 절연을 유지하면서 내부 온도 변화와 기계적 응력을 견뎌야 합니다.

 

고{0}}전압 접촉기는 일반적으로 세라믹 및 금속 밀봉 구조를 사용합니다. 세라믹과 금속 사이의 연결 영역은 전체 장치의 신뢰성을 결정하는 핵심 중 하나입니다. 밀봉 인터페이스에 결함이 있는 경우 장기간의 열 주기, 기계적 진동 또는 내부 압력 변화로 인해 균열, 누출 및 기타 문제가 발생할 수 있습니다.-

 

따라서 세라믹 고전압 접촉기의 제조에서는 일반적으로 세라믹 재료의 순도, 소결 품질, 치수 정확도, 금속층 품질 및 세라믹-금속 밀봉 강도를 제어하는 ​​데 중점을 두어야 합니다. 고-신뢰성 제품의 경우 기밀성, 전기 절연성, 내전압성, 열주기 등에 대한 검증도 필요합니다.

 

재료 공학의 관점에서 볼 때, 세라믹-과-금속 연결은 단순한 기계적 결합이 아니라 재료 열팽창 계수, 인터페이스 습윤성, 납땜 선택, 밀봉 온도 및 잔류 응력 제어와 같은 여러 요소를 포함합니다. 세라믹과 금속 인터페이스의 안정적인 결합을 달성해야만 장기간 작동 시 고전압 장치의 밀봉 및 절연 신뢰성이-보장될 수 있습니다.

 

 

신에너지 차량 구동 모터는 일반적으로 회전 속도가 높으며 모터 내부에는 복잡한 전자기 환경이 있습니다. 기존 기계 시스템과 비교하여 방사형 및 축방향 하중을 베어링하는 것 외에도 신에너지 차량 모터 베어링은 고속 회전, 온도 상승, 전류 및 전기 부식과 같은 문제에 직면해야 합니다.-

 

기존 금속 베어링은 특정 모터 작동 조건에서 샤프트 전류를 생성할 수 있습니다. 베어링 내부에 전류가 흐르면 전동체와 궤도면의 접촉부에서 아크 방전이 발생하여 공식(pitting) 부식, 침식, 표면 손상을 유발하고 궁극적으로 베어링 수명에 영향을 줄 수 있습니다.

 

세라믹 전동체는 저밀도, 고경도, 우수한 내마모성 및 우수한 전기 절연 특성을 가지고 있습니다. 따라서 하이브리드 세라믹 베어링은 고속 모터 및 전기 전력 시스템에서 특정 응용 가치를 갖고 있습니다.- 세라믹 전동체와 금속 페룰의 조합은 베어링의 구조적 강도를 유지하면서 전동체의 품질을 저하시킬 수 있으며, 고속 작동 조건에서 마찰 및 전기 절연 특성을 향상시킬 수 있습니다.-

 

신에너지 차량 모터의 베어링 요구사항으로 인해 고강도 금속화 세라믹 부품과 같은 고성능 세라믹 부품의 개발도 촉진되었습니다.- 금속화 세라믹과 모터 베어링은 서로 다른 응용 분야에 속하지만 동일한 재료 개발 추세를 구현합니다. 즉, 세라믹 재료의 절연성, 고강도 및 고온 저항 특성을 통해 특정 작업 조건에서 기존 금속 재료의 성능 한계를 해결하려는 동일한 재료 개발 추세를 구현합니다.

 

 

신에너지 차량의 전압 플랫폼이 지속적으로 개선됨에 따라 고급 세라믹의 적용 범위는 단일 절연 부품에서 고전압 스위치, 전원 모듈, 센서, 연결 구조 및 열 관리{1}}관련 부품으로 점차 확대되고 있습니다.

 

고전압 전기 부품에서 전기 부품용 금속화 알루미나 세라믹은 세라믹 절연 매트릭스와 금속화 전도성 층의 결합을 통해 절연, 전도성 및 기계적 연결 기능의 통합을 달성할 수 있습니다. 이 구조는 공간이 제한적이고 절연 요구 사항이 높은 전기 부품에 특히 적합합니다.

 

더 높은 치수 정확도가 필요한 고전압 장치의 경우 정밀 금속화 알루미나 세라믹 부품은 정밀 성형, 소결, 금속화 및 가공 공정을 결합하여 복잡한 구조와 고정밀 조립 요구사항을 충족할 수 있습니다.{1}} 신에너지 자동차 부품은 소형화, 경량화, 고출력 밀도를 향해 지속적으로 발전하고 있으며, 이로 인해 세라믹 부품의 치수 제어 및 가공 일관성이 더욱 중요해지고 있습니다.

 

한편, 전력 반도체의 작동 전압 및 스위칭 주파수가 증가함에 따라 세라믹 절연 재료도 더 높은 전계 강도와 더 빠른 전압 변화 속도에 직면해야 합니다. 금속화 세라믹 절연 튜브 및 금속화 세라믹 부품과 같은 구조는 절연, 전도성 연결 및 캡슐화 기능이 모두 필요한 특수 전기 부품에 사용될 수 있으며, 고전압 전기 시스템을 위한 보다 컴팩트한 구조 솔루션을 제공합니다.{1}}

 

 

 

신에너지 자동차에 첨단 세라믹을 적용하는 것은 단순한 소재 교체가 아닌 소재, 구조, 공정, 신뢰성 검증 등을 포함하는 체계적인 프로젝트입니다.

 

첫째, 작동 전압, 온도, 전류, 기계적 부하 및 환경 조건에 따라 적절한 세라믹 재료를 선택해야 합니다. 둘째, 부품 구조에 따라 성형, 소결, 정밀 가공, 표면 금속화 공정을 결정해야 합니다. 고압-압력 밀봉 장치의 경우 세라믹과 금속 재료 간의 열팽창 매칭과 밀봉 잔류 응력을 추가로 고려해야 합니다.

 

전력 전자 장치의 경우 세라믹 기판은 열 주기 수명과 인터페이스 신뢰성에도 중점을 두어야 합니다. 신에너지 차량이 점차 기존 IGBT에서 고성능-광폭-밴드갭 전력 반도체로 발전함에 따라 전력 모듈의 스위칭 속도와 전력 밀도가 계속 증가하고 절연 재료 및 패키징 구조에 대한 요구 사항도 더욱 높아질 것입니다.

 

고순도 알루미나 정밀 고급 세라믹 금속화 부품은 고순도, 절연 성능, 치수 정확도 및 금속화 신뢰성이 요구되는 특수 전자 부품에 적합합니다. 이러한 제품에는 일반적으로 세라믹 분말, 성형, 소결부터 정밀 가공 및 금속화에 이르기까지 전체 공정 제어가 필요합니다.

 

 

신에너지 자동차의 전반적인 기술 발전 방향의 관점에서 볼 때 첨단 세라믹의 응용은 주로 세 가지 추세를 제시합니다.

 

첫째, 고전압으로 인해 절연 세라믹에 대한 수요가 증가합니다. 800V 이상의 고전압 플랫폼이 점진적으로 적용됨에 따라 고전압 접촉기, 계전기, 전원 모듈 및 충전 시스템의 절연 재료에 대한 요구 사항이 계속 증가하고 있습니다. 세라믹 소재는 유전 강도와 내열성이 높기 때문에 고전압 전기 부품에 적용하기에 좋은 기반을 갖추고 있습니다.

 

둘째, 높은 전력 밀도는 세라믹 포장 재료의 업그레이드를 촉진합니다. 신에너지 자동차 전기 구동 시스템은 더 작은 공간에서 더 높은 출력을 달성해야 하며, 전력 반도체의 열 흐름 밀도는 계속해서 증가하고 있습니다. 따라서 열전도율과 기계적 신뢰성이 우수한 세라믹 기판 및 포장재가 더욱 주목을 받게 될 것입니다.

 

셋째, 정밀 제조는 세라믹 부품을 복잡한 구조로 개발하는 것을 촉진합니다. 신에너지 자동차 부품의 무게, 공간, 신뢰성에 대한 요구 사항은 점점 더 높아지고 있습니다. 세라믹 부품은 전통적인 절연 기능을 수행할 뿐만 아니라 지지, 열 방출, 포장 및 전기 연결과 같은 기능을 추가로 통합할 수도 있습니다.

 

전반적으로 고급 세라믹은 신에너지 자동차의 고전압 전기 및 전력 전자 분야에서 중요한 재료 시스템이 되었습니다.{0}} 고{2}}전압 계전기의 절연 케이스부터 전력 반도체 모듈의 세라믹 구리-클래드 기판, 고전압 접촉기, 절연 베어링 및 금속화 세라믹 연결 부품에 이르기까지 세라믹은 신에너지 차량의 전기화 아키텍처에서 점점 더 많은 핵심 기능을 담당하고 있습니다.

 

미래에는 신에너지 자동차가 고전압, 고출력 밀도, 고신뢰성, 소형화 방향으로 발전함에 따라정밀 금속화 알루미나 세라믹 부품재료는 단순한 단열 재료에서 고성능 구조 및 기능 재료로 더욱 발전할 것입니다.- 재료 배합, 정밀 성형, 금속화, 세라믹{2}}대-금속 밀봉 및 신뢰성 테스트와 같은 기술의 지속적인 발전은 첨단 세라믹이 신에너지 차량의 핵심 부품 공급망에 더욱 진출할 수 있는 중요한 기반이 될 것입니다.