Industria Automotriz

Cuatro cerámicas avanzadas-Alúmina (Al₂O₃), Zirconia (ZrO₂), Carburo de Silicio (SiC) y Nitruro de Silicio (Sibrn)-están penetrando desde los componentes tradicionales en los sistemas de accionamiento eléctrico y de batería gracias a sus propiedades únicas, convirtiéndose en materiales clave que impulsan esta transformación.

En el sector de la automoción, el valor central de estos materiales cerámicos radica en abordar los desafíos planteados por las altas temperaturas, el alto desgaste, la alta corrosión y la electrificación:

• Resistencia a altas temperaturas y gestión térmica: pueden operar a temperaturas muy superiores a las extremas del metal, y el carburo de silicio exhibe una excelente conductividad térmica.
• Alta resistencia al desgaste y baja fricción: prolongan significativamente la vida útil de los componentes en condiciones de fricción.
• Excelentes propiedades eléctricas: desde aisladores hasta semiconductores, cumplen con los requisitos de aislamiento de alto voltaje y conmutación de alta frecuencia de la electrificación automotriz.
• La inercia química: Son resistentes a la corrosión y pueden soportar una variedad de ambientes de líquidos y gases.
• Peso ligero: su menor densidad que el metal ayuda a reducir la masa de las piezas móviles y a mejorar la eficiencia.

1. Alúmina (Al₂O₃)-"Un aislante confiable y guardián resistente al desgaste"
Esta cerámica industrial rentable y ampliamente utilizada aprovecha principalmente su aislamiento, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión en automóviles.
Ventajas: Alto aislamiento, buena resistencia al desgaste y la corrosión, y costo relativamente bajo.
Aplicaciones específicas:

• Sustratos y empaquetado del sensor: Sustratos de cerámica para los sensores del oxígeno, los sensores de golpe, y los sensores de la presión, protegiendo los componentes sensibles dentro.
• Aisladores de bujías: componentes centrales que requieren un aislamiento extremadamente alto y resistencia al choque térmico bajo alto voltaje.
• Componentes resistentes al desgaste:Sellos mecánicosEn bombas y transmisiones de agua, evitando fugas y prolongando la vida útil.
• Materiales de la ventana: Sirve como una ventana protectora para cámaras retrovisores y sensores de radar (como radares de onda milimétrica), minimizando el impacto en la penetración de la señal.

2. Zirconia (ZrO₂)-"Tough Sensing y Actuación de Expertos"
Aprovecha su alta dureza, baja conductividad térmica y propiedades eléctricas únicas.
Ventajas: Resistencia a la fractura extremadamente alta, baja conductividad térmica (aislamiento térmico), conductividad iónica y alta resistencia al desgaste.

Aplicaciones específicas:

• Sensores de oxígeno: Material funcional del núcleo. Utilizando la conductividad de iones de oxígeno de zirconia estabilizada con itria (YSZ) a altas temperaturas, los sensores se fabrican para detectar la concentración de oxígeno en los gases de escape, sirviendo como los "ojos" del sistema de control electrónico del motor.
• Cerámica piezoeléctrica: la cerámica piezoeléctrica basada en titanato de zirconato de plomo (PZT) se usa ampliamente en inyectores de combustible (sistemas common rail piezoeléctricos, que permiten una inyección de combustible más precisa y rápida) y sensores ultrasónicos (radar de inversión y sistemas de percepción de conducción autónoma).
• Piezas estructurales resistentes al desgaste: tales como rodamientos cerámicos de alto rendimiento, utilizados en condiciones de operación especializadas.

3. carburo de silicio (sic)-"El chip y el núcleo de gestión térmica de la revolución eléctrica"
El rey de los semiconductores de banda ancha, es el material central de "nivel de chip" para sistemas de accionamiento eléctrico de vehículos eléctricos y también tiene aplicaciones en el campo de la fricción.
Ventajas: propiedades semiconductoras de banda ancha (resistencia de alto voltaje/alta temperatura/alta frecuencia), conductividad térmica extremadamente alta (excelente disipación de calor), alta dureza y bajo consumo de energía.

Aplicaciones específicas:

• Inversor principal del sistema de accionamiento eléctrico: esta es su aplicación más básica y de mayor valor. Los MOSFET de SiC reemplazan a los IGBT tradicionales basados en silicio, mejorando la eficiencia del inversor en varios puntos porcentuales. Esto significa aumentar significativamente el rango de conducción con la misma capacidad de batería, o soportar una mayor potencia de carga (plataforma de 800V), acortando el tiempo de carga.
• Cargadores a bordo (OBC) y convertidores de DC-DC: De manera similar, aprovechando sus características de alta frecuencia y alta eficiencia, los OBC y los convertidores de DC-DC pueden hacerse más pequeños, más livianos y más eficientes.
• Sistemas de frenos: los discos de freno de cerámica de carbono (materiales compuestos C/SiC) utilizados en automóviles deportivos de alto rendimiento ofrecen una excelente resistencia al decaimiento térmico, resistencia al impacto y ventajas de peso ligero. Turbocompresores del motor: cree rotores de turbina livianos, reduzca la inercia de rotación y minimice el retraso del turbo.

4. Nitruro de silicio (Siecn4.)"El héroe desconocido de la potencia de alta velocidad y la larga resistencia"
Esta cerámica ofrece las mejores propiedades mecánicas generales, especialmente adecuadas para aplicaciones de alta velocidad, alto estrés y larga duración.

Ventajas: alta tenacidad a la fractura, baja densidad, excelente resistencia al choque térmico, alta dureza, autolubricación y larga vida de fatiga por contacto rodante.

Aplicaciones específicas:

• Nuevos rodamientos de vehículos de energía: esta es una aplicación de firma. En los husillos de accionamiento eléctrico se utilizan rodamientos cerámicos completos o híbridos de cerámica (elementos rodantes SiextrN4.). En comparación con los rodamientos de acero tradicionales, son más ligeros (reduciendo la fuerza centrífuga), más resistentes a altas velocidades, más aislados (evitando la corrosión de la corriente del eje) y resistentes a las condiciones de inanición de aceite, mejorando significativamente la velocidad, la eficiencia y la confiabilidad de los accionamientos eléctricos.
• Rotores de turbocompresor: su baja densidad y alta resistencia los hacen ideales para rotores de turbina, reduciendo significativamente el retraso turbo y mejorando la capacidad de respuesta del motor.
• Aisladores de bujías: utilizados en algunos motores de alto rendimiento, su resistencia al choque térmico es mejor que la alúmina.