www.188betkr.com 讯当前,汽车产业进入百年一遇的大变革时期,电动化浪潮下汽车的各大系统设计均发生了翻天覆地的变化。显而易见的是,先进陶瓷材料凭借独特性能优势正在加速“上车”。在此背景下,www.188betkr.com 于9月12日在安徽合肥成功举办了“第一届电动汽车用陶瓷材料技术研讨会”,会议期间,我们有幸邀请到多位专家、企业界代表做客“对话”栏目,畅谈先进陶瓷材料在新能源汽车行业的应用与发展。本期,我们邀请到的是合肥工业大学的魏鑫博士。
粉体网:魏博士,目前工业上批量制备氮化铝粉体的主要工艺是哪种?该工艺有何优缺点?
魏博士:目前,工业上批量制备AlN粉体的主要方法有直接氮化法和碳热还原法。
直接氮化法的优点:原料来源广泛,成本较低,反应简单,合成温度较低,适合于大规模批量生产;但该方法缺点明显:由于Al的熔点仅为660℃,在800℃氮化过程中,Al粉易熔化团聚,阻碍Al粉与N2的直接接触,降低反应转化率,需要球磨处理,再在1200℃下进行二次氮化,而合成粉体团聚明显,粉体粗化,粉体的品质降低。
碳热还原法的优点:原料来源广泛,成本低,制备AlN粉体品质高、杂质含量少、团聚较少、粒度细小均匀、性能稳定,有利于后续AlN陶瓷基板的成型和烧结。该法的缺点:由于Al2O3和碳黑粒度细小,增加了均匀混合的难度,且氮化温度较高,反应时间长,且过量的碳黑,还需脱碳处理,增加了粉体氧化的可能性。
粉体网:目前工业上氮化铝陶瓷的成型与烧结工艺有哪些?
魏博士:工业上,AlN陶瓷成型工艺主要有干压和流延。
干压成型的优点是效率高,可实现工业化、规模化,周期性短,产品强度高;但缺点也很明显,干压成型对模具要求较高,干压后得到的坯体强度较低,而且坯体厚度较大易导致坯体内部致密化程度不均匀,结构的均匀性低等。
流延成型具有速度快、自动化程度高、生产效率高、适宜工业生产、组织结构均匀、产品质量好等诸多优势,是目前工业上AlN陶瓷成型主流方法。
AlN通常难以烧结致密,必须通过添加适量的烧结助剂来降低烧结温度,实现烧结致密化。一般采用常压烧结工艺,在N气氛下1800℃保温一段时间,后在N气氛下进行高温热处理,以制备高性能AlN陶瓷。
粉体网:您如何看待3D打印在氮化铝等陶瓷行业的应用前景?
魏博士:3D打印技术可与陶瓷工艺相结合,缩短工艺周期,实现陶瓷的快速、稳定生产,在AlN等陶瓷行业的应用前景非常有潜力:
(1)制造具有复杂几何结构的AlN陶瓷零件;
(2)根据特定需求进行定制化生产;
(3)减少材料的产生,提高材料利用率,降低成本。
但3D打印的陶瓷浆料制备难度较大,陶瓷粉体与结合剂的比例、pH值、颗粒尺度和浆料的流变性等都对陶瓷制品的性能有着很大的影响。此外,AlN陶瓷本身具有高硬度和耐磨性,这使得3D打印和后续加工可能更加复杂。
总的来说,随着3D打印技术的不断进步和AlN陶瓷材料的发展,这两者之间的结合具有广阔的前景,可以用于多种高性能应用,但仍然需要进一步的研究和发展以解决潜在的技术挑战。
粉体网:目前氮化铝陶瓷在电动汽车领域的应用主要有哪些?您如何看待未来陶瓷材料在新能源汽车中的应用潜力?
魏博士:AlN陶瓷在电动汽车领域的应用主要涉及以下方面:
(1)电子器件:在电动汽车中,高功率电子器件(如IGBT模块)需要高性能的散热材料,以有效地散热并提高电子器件的寿命;
(2)发动机零部件:AlN陶瓷具有高耐磨性和高温稳定性,可用于制造电动汽车的发动机零部件,如活塞和气缸套,有助于提高发动机效率和减少摩擦损失,从而提高电动汽车的性能和续航里程。
(3)充电设备:AlN陶瓷可用于制造电动汽车充电设备的连接器和插头。这些部件需要具备高耐磨性和耐高温性能,以满足电动汽车充电时的要求。
(4)传感器应用:AlN陶瓷还可用于传感器应用,如温度传感器和压力传感器,以监测电动汽车的各种参数。
关于未来,陶瓷材料在新能源汽车中潜在的应用优势和应用方向:
(1)轻量化:陶瓷材料通常比金属更轻,这有助于减轻汽车的重量,提高能源利用率和续航里程;
(2)高温稳定性:陶瓷材料可以在高温环境下保持稳定性,对于电池、电子器件和发动机部件来说非常重要;
(3)电绝缘性:一些陶瓷材料具有优异的电绝缘性,这对于电池和电子器件的安全性能非常关键;
(4)耐腐蚀性:陶瓷材料通常对化学腐蚀具有较高的抵抗力,这有助于提高零部件的耐久性。
然而,陶瓷材料也面临一些挑战,如加工难度和脆性等。因此,未来的研究和技术发展将需要解决这些问题,以更广泛地应用陶瓷材料于新能源汽车制造中。
粉体网:近些年很多行业都在谈及国产化替代,氮化铝也是,无论是粉体也好、陶瓷制品也好,国内也是涌现出了不少先行企业。在这种背景下,您认为发展到目前为止,制约该行业发展的因素还有哪些?
魏博士:中国AlN行业的发展受到多种因素的制约:
(1)原材料供应:无论是生产AlN粉体的原料,还是制瓷用的高纯度的AlN粉末,其受国外供应影响较大,亟需国产化替代;
(2)高昂的生产成本:AlN的制备通常需要高温和高压条件,这会导致生产成本较高,降低生产成本对于推动行业的发展非常重要;
(3)技术创新:需要不断投资于研究和开发,以推动技术前进,以提高陶瓷材料性能、降低生产成本和扩展应用领域;
(4)国际竞争:国外AlN相关产品已经实现产业化、商业化,占据全球市场,中国AlN行业面临来自国际市场的竞争。
综合考虑这些因素,中国的AlN行业需要在技术创新、成本控制、市场多样化和可持续发展等方面不断努力,以克服制约因素,保持竞争力,并推动行业的发展。
(www.188betkr.com 编辑整理/长安)
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