中國粉體網(wǎng)訊 全球汽車工業(yè)正經(jīng)歷電動化、智能化與輕量化的深刻變革，傳統(tǒng)材料在極端工況下已難以滿足現(xiàn)代汽車性能要求。陶瓷材料因其獨特的物理化學(xué)特性，正逐步成為汽車工業(yè)不可或缺的關(guān)鍵材料。
新能源汽車的陶瓷科技革命
電池儲能領(lǐng)域
電池系統(tǒng)作為新能源汽車的“心臟”，其安全性與性能對整車至關(guān)重要。陶瓷隔膜能有效防止鋰離子電池在高溫環(huán)境下發(fā)生內(nèi)部短路，維持電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性。隨著電池能量密度不斷提升，傳統(tǒng)聚合物隔膜已難以滿足高安全性要求，α-氧化鋁、勃姆石等陶瓷材料因其低熱導(dǎo)率、高溫穩(wěn)定性以及優(yōu)異的離子通透性成為理想的隔膜材料。目前，隨著制備工藝日益成熟以及市場對勃姆石的日益認可，勃姆石在無機涂覆材料應(yīng)用中的占比逐漸提升，氧化鋁的市場空間正在被逐漸壓縮。此外，含陶瓷涂層的復(fù)合隔膜可顯著提高電池的耐熱溫度，改善了電池的安全性能。
陶瓷隔膜的材料類型
在固態(tài)電池技術(shù)路線中，陶瓷電解質(zhì)更成為突破性技術(shù)的關(guān)鍵材料，LLZO、LATP 等陶瓷材料可同時實現(xiàn)高離子導(dǎo)電率以及機械穩(wěn)定性，有效解決了鋰枝晶穿刺問題。
QuantumScape的固態(tài)電池陶瓷隔膜
電驅(qū)動系統(tǒng)
電驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車的動力核心，陶瓷材料在此領(lǐng)域的應(yīng)用正推動電機效率以及可靠性邁向新高度。電機部件中的陶瓷材料應(yīng)用體現(xiàn)在多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
陶瓷軸承。在電驅(qū)時代下，陶瓷軸承取代鋼球軸承已是一種趨勢。新能源汽車的電機軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對更耐磨的材料，氮化硅陶瓷軸承中的球在軸承組件內(nèi)產(chǎn)生更少的摩擦、更少的熱量，尤其是氮化硅是天然的電絕緣體，可減少軸承放電產(chǎn)生的電腐蝕，避免出現(xiàn)縮短軸承和潤滑劑的使用壽命，最終導(dǎo)致軸承失效的現(xiàn)象發(fā)生，非常適合應(yīng)用于電動汽車等領(lǐng)域。
如特斯拉采用的電機中輸出軸是用陶瓷軸承，采用NSK設(shè)計的混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用50個氮化硅球組成；國內(nèi)小鵬P7、G9、蔚來ET7等車型均采用氮化硅陶瓷球絕緣軸承。
磁性陶瓷。在電機定子以及轉(zhuǎn)子上，磁性陶瓷材料的應(yīng)用顯著提升了電機的磁電性能。高性能鐵氧體，稀土永磁材料的陶瓷化處理，增強了其抗退磁能力以及溫度穩(wěn)定性，使電機在高溫工況下仍能保持穩(wěn)定輸出。
陶瓷基板。在新能源汽車的核心電機驅(qū)動中，采用SiC MOSFET器件比傳統(tǒng)Si IGBT帶來5%～10%續(xù)航提升，未來將會逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面積小，對散熱要求高，氮化硅陶瓷基板具備優(yōu)異的散熱能力和高可靠性，幾乎成為SiC MOSFET在新能源汽車領(lǐng)域主驅(qū)應(yīng)用的必選項。
智能駕駛系統(tǒng)
智能駕駛技術(shù)對傳感器的精度、穩(wěn)定性以及環(huán)境適應(yīng)性提出了極高要求，陶瓷材料在此領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特價值。
光學(xué)透明陶瓷。與玻璃或樹脂類光學(xué)材料相比，透明陶瓷不僅具有與光學(xué)玻璃相仿的透光質(zhì)量，而且更強、更硬、更耐腐蝕、更耐高溫，可應(yīng)用于極端惡劣的工況，并且折射率可以變化，目前業(yè)界部分廠商已經(jīng)在嘗試采用透明陶瓷材料作為車載攝像頭鏡片、激光雷達窗口材料、激光光學(xué)器件等。其中氧化鋁、氧化鎂鋅(MgAl2O4)、氧化釔(Y2O3)等透明陶瓷材料可在寬廣的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的光學(xué)通透性，確保智能駕駛系統(tǒng)在各種氣候條件下的可靠運行。
壓電陶瓷。隨著汽車電子化和自動化程度越來越高，汽車對傳感器的依賴性也越大，一輛普通的家用轎車上的傳感器數(shù)量可多達200余只。僅就壓電陶瓷型傳感器來說，常見的有壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等。
MLCC。隨著汽車“新四化”的發(fā)展，汽車上將配置更多更先進的電氣與電子電路，對MLCC的技術(shù)要求也會更高。車載MLCC有很多細分應(yīng)用，如ADAS（激光雷達、攝像頭、毫米波雷達）、HUD、車載充電機、智能座艙等，需要更多樣的MLCC。車載MLCC與自動駕駛功能和聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的部分要使用車載品質(zhì)的小型、大容量產(chǎn)品，根據(jù)聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛功能等的應(yīng)用程序的不同，對MLCC的規(guī)格和技術(shù)要求也各不相同。
來源：微容科技
汽車陶瓷材料的藍海探索
汽車陶瓷材料正向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，開辟了技術(shù)創(chuàng)新的“藍�！笨臻g。
固態(tài)電池陶瓷電解質(zhì)
固態(tài)電池陶瓷電解質(zhì)是當(dāng)前研究熱點，作為下一代高能量密度、高安全性電池的核心材料，固態(tài)陶瓷電解質(zhì)能有效解決傳統(tǒng)鋰離子電池的安全隱患及能量密度瓶頸。陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)具有一些有益的固有特性，如不可燃性、較大的機械強度、較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口等，它們在安全性和使用壽命等方面具有無可比擬的優(yōu)勢，是目前國內(nèi)外固態(tài)電解質(zhì)研究的重要方向之一。
氧化鋯在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，還具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的電絕緣性能，這使得它成為LLZO固態(tài)電解質(zhì)的首選原材料之一。目前，國內(nèi)許多固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)企業(yè)，例如清陶能源、藍固新能源、山東創(chuàng)魯、天目先導(dǎo)、合源鋰創(chuàng)等均對LLZO固態(tài)電解質(zhì)有所涉及。三祥新材、東方鋯業(yè)等鋯材料領(lǐng)域的企業(yè)，也在積極關(guān)注并持續(xù)跟進氧化物固態(tài)電池的研究進展，并向部分客戶、科研團隊提供了樣品，為固態(tài)電池的研發(fā)提供幫助，以推動鋯基固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
功能梯度陶瓷材料
功能梯度陶瓷（FGC）作為一種以陶瓷為組成材料的功能梯度材料，它能夠結(jié)合不同陶瓷的特殊性能，如耐高溫、耐磨性和生物相容性等，該技術(shù)突破了傳統(tǒng)單一組分陶瓷的性能限制，通過在材料內(nèi)部設(shè)計成分或結(jié)構(gòu)的漸變分布，實現(xiàn)了力學(xué)性能與功能性能的協(xié)同優(yōu)化，特別適合汽車制動系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)部件。
碳陶（C/C-SiC）復(fù)合材料結(jié)合了碳纖維和多晶碳化硅這兩者的物理特性，具有高溫穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、高比熱等特點。此外，碳陶剎車具有輕量化、耐磨損等特點，不但延長了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負載而產(chǎn)生的所有問題。在新能源汽車行業(yè)電動化、智能化、高端化趨勢下，碳陶剎車系統(tǒng)可顯著提高車輛響應(yīng)速度、縮短制動距離，有望成為線控制動的最佳執(zhí)行器件，可以說是電動車未來關(guān)鍵減重零部件。
智能陶瓷材料
智能陶瓷材料（ICM）是一類能夠感知外部刺激，并且能夠改變形態(tài)、導(dǎo)電性和磁性的新型功能陶瓷材料。目前智能陶瓷材料研究主要集中在壓電陶瓷、電致變色陶瓷、磁敏陶瓷和鐵電陶瓷四大類型。在汽車工業(yè)中，智能陶瓷材料被廣泛應(yīng)用于渦輪增壓器、氧傳感器、發(fā)動機零部件、剎車系統(tǒng)和汽車燈等耐高溫部件。
比如磁敏陶瓷材料可通過磁場調(diào)節(jié)其流變特性，被廣泛應(yīng)用于阻尼和振動控制系統(tǒng)。比如采鐵氧體陶瓷制備磁敏陶瓷復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用于超聲波發(fā)生器、磁致伸縮執(zhí)行器、機械扭矩傳感器等方面。磁敏執(zhí)行器常用于汽車懸掛系統(tǒng)、航空航天設(shè)備和精密儀器等領(lǐng)域。
納米結(jié)構(gòu)陶瓷
納米結(jié)構(gòu)陶瓷借助先進制備技術(shù)，實現(xiàn)了納米尺度的微觀結(jié)構(gòu)控制，大幅提升了材料性能，為汽車高性能陶瓷部件的開發(fā)提供了新方向。
例如熱噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層具有十分優(yōu)異的強韌性能、耐磨抗蝕性能和抗熱震性能，可應(yīng)用于汽車的各種機械零部件。諸如活塞、活塞環(huán)、汽缸體、閥桿、液壓支柱、軸瓦、銷子、凸輪、凸桿、渦輪機部件等。
小結(jié)
陶瓷材料在汽車工業(yè)中展現(xiàn)出強大的應(yīng)用潛力，從電子控制系統(tǒng)的陶瓷基板與繼電器，到機械系統(tǒng)的陶瓷軸承與碳陶制動盤，再到新能源系統(tǒng)的鋰電池陶瓷隔膜與智能駕駛系統(tǒng)的透明陶瓷部件，均發(fā)揮著不可替代的作用。
來源：
CERADIR先進陶瓷在線：陶瓷隔膜：固態(tài)電池安全“護城河”的筑造者
傅小龍等：智能陶瓷材料研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景
楊涵：陶瓷材料在汽車工業(yè)中的運用分析
胡赫等：陶瓷材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用探究
材料人、粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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