能源短缺、環(huán)境污染、氣候變暖等多方因素共同成就新能源汽車的崛起。材料行業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的基石，而在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中，各種先進(jìn)材料的應(yīng)用也是支撐起整個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。這里，我們就來了解一下在新能源汽車智能化進(jìn)程中占據(jù)越來越重要地位、不斷嶄露頭角的陶瓷材料。
陶瓷基板
在新能源汽車的核心電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(huì)逐步取代Si IGBT。但SiC MOSFET芯片面積小，對(duì)散熱要求高。陶瓷覆銅板是銅-陶瓷-銅“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合材 料，它具有陶瓷的散熱性好、絕緣性高、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹與芯片匹配的特性，又兼有無氧銅電流承載能力強(qiáng)、焊接和鍵合性能好、熱導(dǎo)率高的特性，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(xiàng)。
氮化硅陶瓷基板具備優(yōu)異的散熱能力和高可靠性，是SiC MOSFET模塊的關(guān)鍵封裝材料之一。日本京瓷采用活性金屬焊接工藝制備出了氮化硅陶瓷覆銅基板，其耐溫度循環(huán)（-40~125℃）達(dá)到5000次，可承載大于300A的電流，已被用于電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域。
陶瓷繼電器
電控技術(shù)是衡量新能源節(jié)能電動(dòng)汽車發(fā)展水平的重要標(biāo)志，高壓直流陶瓷繼電器是電控系統(tǒng)的核心元件。高壓直流真空繼電器，在由金屬與陶瓷封接的真空腔體中，陶瓷絕緣子滑動(dòng)連接在動(dòng)觸點(diǎn)組件與推動(dòng)桿之間，使動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)無論是在導(dǎo)通成斷開的任何狀態(tài)下都與繼電器的導(dǎo)磁軛鐵板、鐵芯等零件構(gòu)成的磁路系統(tǒng)保持良好的電絕緣，從而保證了繼電器在切換直流高電壓負(fù)載時(shí)的斷弧能力，電弧是汽車自燃的主要原因。只有采用“無弧”接通分?jǐn)嗟睦^電器產(chǎn)品，才是從根本上解決“自燃”問題的良方。
目前，在國(guó)際上高壓直流繼電器只有日本松下、美國(guó)TE公司及韓國(guó)知名公司可以生產(chǎn)，產(chǎn)品售價(jià)較高。國(guó)內(nèi)企業(yè)在高壓繼電器的研發(fā)、生產(chǎn)領(lǐng)域尚處于起步階段。
陶瓷熔斷器
熔斷器是對(duì)電路進(jìn)行過電流保護(hù)的器件。工作時(shí)，熔斷器串接在電路中，負(fù)載電流流經(jīng)熔斷器。當(dāng)電路發(fā)生短路或過載，過電流的熱效應(yīng)使熔體熔化、氣化產(chǎn)生斷口，斷口產(chǎn)生電弧，熔斷器通過熄滅電弧切斷故障電路，起到電路保護(hù)的作用。
汽車用熔斷器分為低壓和高壓兩部分，高壓保護(hù)主要適用于新能源汽車，應(yīng)用電壓一般為 60VDC-1500VDC，主要是電力熔斷器（新能源汽車高壓熔斷器）對(duì)主回路和輔助回路進(jìn)行保護(hù)。隨著新能源車市進(jìn)入后補(bǔ)貼時(shí)代，個(gè)人消費(fèi)需求推動(dòng)新能源車的高壓平臺(tái)化，快充、電機(jī)、功率器件等高壓領(lǐng)域?qū)τ诎踩囊蟛豢珊鲆?，熔斷器在穩(wěn)定性以及過流反應(yīng)中的快速分?jǐn)嗄芰⒃谛履茉窜嚳焖僭鲩L(zhǎng)下保持需求的高速提升。
片式多層陶瓷電容
片式多層陶瓷電容（MLCC）被稱為“電子工業(yè)大米”，是全球用量最大的被動(dòng)電子元件之一，幾乎所有消費(fèi)電子都要用到MLCC元器件。與傳統(tǒng)車相比，電動(dòng)車的電子化水平有大幅提升，從新增的電控、電池管理系統(tǒng)，從影音娛樂系統(tǒng)到 ADAS 系統(tǒng)到完全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等等，汽車電子化水平的提升極大地促進(jìn)了車用 MLCC 的增長(zhǎng)。
陶瓷軸承
新能源汽車中，陶瓷軸承的應(yīng)用成為一種趨勢(shì)。新能源汽車對(duì)汽車軸承提出了更多新要求，首先電機(jī)軸承相比傳統(tǒng)軸承轉(zhuǎn)速高，需要密度更低、相對(duì)更耐磨的材料；同時(shí)由于電機(jī)的交變電流引起周圍電磁場(chǎng)變化，需要更好的絕緣性減小軸承放電產(chǎn)生的電腐蝕；第三，要求軸承球表面更光滑，較少磨損。陶瓷球具有低密度、高硬度、耐摩擦等特點(diǎn)，適宜高速旋轉(zhuǎn)工況，在高溫強(qiáng)磁高真空等領(lǐng)域，陶瓷球具有不可替代性。
特斯拉采用的電機(jī)中輸出軸是采用陶瓷軸承，采用NSK設(shè)計(jì)的混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用50個(gè)氮化硅球組成；奧迪ATA250電機(jī)位于內(nèi)部的2個(gè)轉(zhuǎn)子軸承采用陶瓷材質(zhì)制成。
碳陶制動(dòng)盤
碳陶（C/C-SiC）復(fù)合材料是在碳/碳復(fù)合材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型剎車片材料，該材料以準(zhǔn)三維碳纖維整體針刺氈為骨架增強(qiáng)體，以沉積碳、SiC及殘余硅為基體復(fù)合而成。該材料結(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(diǎn)。
此外，碳陶剎車具有輕量化、耐磨損等特點(diǎn)，不但延長(zhǎng)了剎車盤的使用壽命，并且避免了因負(fù)載而產(chǎn)生的所有問題。據(jù)研究，一對(duì)碳陶剎車盤比同尺寸灰鑄鐵剎車盤可使汽車懸掛系統(tǒng)以下減重20kg,對(duì)于電動(dòng)汽車來說，約可增加續(xù)航里程50km。在新能源汽車行業(yè)電動(dòng)化、智能化、高端化趨勢(shì)下，碳陶剎車系統(tǒng)可顯著提高車輛響應(yīng)速度、縮短制動(dòng)距離，有望成為線控制動(dòng)的最佳執(zhí)行器件，可以說是電動(dòng)車未來關(guān)鍵減重零部件。
動(dòng)力電池陶瓷密封連接器
電池陶瓷密封連接器是新能源電動(dòng)汽車的重要組成部分，以前是從國(guó)外進(jìn)口，用于新能源電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池蓋板與極柱之間形成密封導(dǎo)電連接。
陶瓷具備優(yōu)越的電絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度，在電子行業(yè)用做密封件已越來越普遍，近些年已逐漸有龍頭電池企業(yè)用陶瓷密封來代替常見的塑料密封，其代表性企業(yè)就是比亞迪，拆開比亞迪的“刀片電池”，可以看到電芯就是用的陶瓷密封，使安全性大大提升。目前，該領(lǐng)域由婁底市安地亞斯公司領(lǐng)先市場(chǎng)，產(chǎn)品采用高純氧化鋁陶瓷及厚膜鍍鎳工藝技術(shù)生產(chǎn)，適用于釬焊銅和鋁等不同材質(zhì)。
動(dòng)力電池陶瓷隔膜
聚烯烴類隔膜是當(dāng)前主流隔膜，但是，這種膜的熱穩(wěn)定性較差。聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的熔點(diǎn)分別為165℃和135℃，這會(huì)引起潛在的安全問題，因?yàn)樵诟邷叵?，隔膜?huì)收縮或熔化，從而引起內(nèi)部短路，導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。
針對(duì)這種情況，人們已經(jīng)采取了多種方法來提高隔膜的熱穩(wěn)定性，在PP或者PE隔膜上涂覆一層無機(jī)陶瓷顆粒被認(rèn)為是最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。陶瓷材料提供了高耐熱性，而粘合劑則提供粘附力以保持涂層和整個(gè)復(fù)合隔膜的結(jié)構(gòu)完整性。一方面，由于提高了熱穩(wěn)定性，這種陶瓷涂覆隔膜可以通過防止高溫下的短路而有效地提高鋰離子電池的安全性；另一方面，陶瓷涂覆隔膜與電解液和正負(fù)極材料有良好的浸潤(rùn)和吸液保液的能力，大幅度提高了電池的性能和使用壽命。常用的陶瓷材料包括α－氧化鋁、勃姆石、SiO2、CeO2、MgAl2O4、ZrO、TiO2等。
光學(xué)材料
透明陶瓷是指采用陶瓷工藝制備的具有一定透光性的多晶材料，又稱為光學(xué)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(qiáng)、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(dá)窗口材料、激光光學(xué)器件等。
參考資料：
1、陳東坡，《碳化硅在新能源汽車中的應(yīng)用現(xiàn)狀與導(dǎo)入路徑》
2、康樂等，《鋰離子電池陶瓷隔膜材料研究進(jìn)展》
3、證券之星，《剎車升級(jí)！碳陶“上”車，新能源車的下一個(gè)風(fēng)口？》
4、大國(guó)之材，《6年殺出紅海，牽手比亞迪，這家電子陶瓷企業(yè)突破的秘密何在？》
5、CERADIR 先進(jìn)陶瓷，《先進(jìn)陶瓷在新能源電動(dòng)汽車上的應(yīng)用舉例》