Chiny Wuxi Special Ceramic Electrical Co.,Ltd Company News

We współczesnych pojazdach elektrycznych, trakcji kolejowej i napędach przemysłowych, moduły mocy IGBT często ulegają przegrzaniu, delaminacji i uszkodzeniom zmęczeniowym z powodu wysokich obciążeń termicznych. Tradycyjne podłoża z tlenku glinu lub azotku glinu nie mogą zrównoważyć przewodności cieplnej i wytrzymałości mechanicznej, co prowadzi do skrócenia żywotności. Ceramiczne podłoże z azotku krzemu o wysokiej przewodności cieplnej stanowi optymalne rozwiązanie z przewodnością cieplną 90–100 W/m·K, wytrzymałością na zginanie powyżej 600 MPa i współczynnikiem rozszerzalności cieplnej 2,8–3,2×10⁻⁶/K, idealnie dopasowanym do układów krzemowych, aby zminimalizować naprężenia termiczne. Charakteryzuje się również doskonałą izolacją elektryczną (>20 kV/mm) i niskimi stratami dielektrycznymi (

Producenci pomp hydraulicznych i systemów wysokociśnieniowych często borykają się z problemem szybkiego zużycia i awarii uszczelnień metalowych tłoków. Narażenie na działanie korozyjnych lub wysokotemperaturowych płynów prowadzi do powstawania rys, wżerów i ostatecznie do wycieków. Ceramiczny tłok z azotku krzemu stanowi sprawdzone rozwiązanie. Dzięki wytrzymałości na zginanie powyżej 1000 MPa i współczynnikowi tarcia poniżej 0,3, działa płynnie nawet w warunkach suchych lub słabego smarowania. Jego samosmarująca powierzchnia minimalizuje tarcie i nagrzewanie, zapewniając stabilną wydajność uszczelniania. W przeciwieństwie do stali, Si₃N₄ nie reaguje z ciekłymi metalami ani mediami korozyjnymi, oferując doskonałą stabilność chemiczną i długoterminową niezawodność. Testy wykazują trzy razy dłuższą żywotność niż tłoki stalowe, przy stałym uszczelnieniu i stabilności wymiarowej. Obecnie tłoki z azotku krzemu są szeroko stosowane w pompach wysokociśnieniowych do czyszczenia, systemach powlekania, prasach hydraulicznych i zespołach podawania paliwa, pomagając klientom osiągnąć niższe przestoje i obniżone koszty konserwacji.

Wraz z rozwojem półprzewodników trzeciej generacji, takich jak SiC, GaN i moduły IGBT, w kierunku wyższej gęstości mocy i częstotliwości przełączania, klienci stają w obliczu rosnących wyzwań związanych z awariami termicznymi i niezawodnością urządzeń. W warunkach wysokiej temperatury i wysokiego prądu, konwencjonalne podłoża z tlenku glinu lub azotku glinu często cierpią z powodu niskiej przewodności cieplnej i słabej wytrzymałości mechanicznej, co prowadzi do przegrzewania, zmęczenia lutowia lub rozwarstwiania. Podłoże ceramiczne z azotku krzemu (Si₃N₄) o wysokiej przewodności cieplnej stanowi przełomowe rozwiązanie. Wyprodukowane z wysokiej czystości proszku Si₃N₄ poprzez precyzyjne formowanie i spiekanie w temperaturze powyżej 2000°C, zapewnia przewodność cieplną >80 W/(m·K), a także doskonałą izolację, niskie straty dielektryczne i doskonałą wytrzymałość na zginanie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych materiałów, współczynnik rozszerzalności cieplnej azotku krzemu ściśle odpowiada chipom krzemowym, zmniejszając naprężenia termiczne i zapobiegając rozwarstwianiu. Jego wysoka odporność na pękanie i odporność na szok termiczny zapewniają niezawodność podczas szybkich cykli nagrzewania i częstych operacji start-stop, znacznie wydłużając żywotność modułu. Ceramiczne podłoża z azotku krzemu są obecnie szeroko stosowane w modułach napędowych silników EV, przetwornicach trakcyjnych kolei, systemach sterowania pociągami dużych prędkości i jednostkach zasilania szybkiego ładowania. Informacje zwrotne od klientów wskazują na obniżenie temperatury złącza nawet o 15% i potrójną poprawę żywotności w cyklach termicznych w porównaniu z tradycyjnymi podłożami. Dzięki wysokiej przewodności cieplnej, niezawodności mechanicznej i izolacji elektrycznej, ceramiczne podłoża z azotku krzemu stały się preferowanym materiałem do pakowania elektroniki mocy nowej generacji i zarządzania termicznego, wspierając bezpieczniejsze, trwalsze i bardziej wydajne systemy półprzewodnikowe.

W przemyśle papierniczym i piaskowania klienci często borykają się z szybkim zużyciem dysz i częstymi wymianami, co powoduje kosztowne przestoje. Konwencjonalne metalowe dysze ulegają szybkiemu zużyciu pod wpływem wysokiego ciśnienia, dużej prędkości płynów i ściernych zawiesin. Ceramiczne dysze z azotku krzemu oferują solidne rozwiązanie. Produkowane przez prasowanie na gorąco drobnego proszku Si₃N₄, osiągają twardość powyżej HRA 93 i odporność na zużycie ponad osiem razy większą niż stal nierdzewna. Gładka, gęsta powierzchnia minimalizuje tarcie i zapobiega zatykaniu podczas pracy. Dysze te są również odporne na korozję chemiczną ze strony masy celulozowej, kwasów i cieczy alkalicznych, zapewniając ponad rok ciągłej eksploatacji w porównaniu do zaledwie kilku miesięcy w przypadku typów metalowych. Użytkownicy zgłaszają niższe koszty części zamiennych, mniej przerw w konserwacji oraz poprawioną efektywność odwadniania i natrysku. W rezultacie linie produkcyjne utrzymują wyższą spójność i zmniejszone zużycie energii.

W przypadku odlewania pod niskim ciśnieniem i odlewania aluminium wielu klientów boryka się z pęknięciami i korozją spowodowaną roztopionym aluminium i wstrząsem cieplnym.Częste wymiany metalowych rur podgrzewających lub rur ochronnych grzejników nie tylko zwiększają koszty utrzymania, ale również zakłócają stabilność produkcji. Rurka ceramiczna z azotkiem krzemu (Si3N4) i rurka ochronna grzejnika zapewniają długoterminowe rozwiązanie tych problemów.te elementy ceramiczne mają wysoką gęstośćNawet w warunkach szybkiego ogrzewania i chłodzenia zachowują integralność konstrukcyjną i odporne na infiltrację aluminium. Ich niski współczynnik rozszerzania cieplnego i doskonała przewodność cieplna zapewniają jednolite rozkład temperatury, minimalizują utlenianie metali i poprawiają efektywność energetyczną.Rury z azotkiem krzemu mogą pracować tysiące godzin bez wymiany, podczas gdy rurki ochronne grzejników skutecznie przedłużają żywotność elementów grzewczych. Dane z terenu pokazują, że klienci korzystający z komponentów Si3N4 doświadczają nawet o 30% większej stabilności produkcji i czystszej jakości stopionego aluminium.Dzięki wysokiej wytrzymałości w temperaturze, odporności na korozję i długiej żywotności części ceramiczne z azotanu krzemu stają się kluczowymi materiałami do nowoczesnych operacji odlewania aluminium.

Dla użytkowników maszyn przemysłowych i silników elektrycznych, awarie łożysk i częste konserwacje stanowią kluczowe wyzwania wpływające na efektywność kosztową i wydajność. Tradycyjne łożyska stalowe cierpią z powodu zużycia, korozji i awarii smarowania, szczególnie w trudnych warunkach lub przy dużych prędkościach. Kulka ceramiczna z azotku krzemu o wysokiej wytrzymałości, spiekanego w procesie prasowania izostatycznego na gorąco, stanowi doskonałe rozwiązanie. Z twardością powyżej HRA92 i wytrzymałością na zginanie przekraczającą 1000 MPa, oferuje niezrównaną trwałość i stabilność. Wskaźnik zużycia jest o 40% niższy niż w przypadku stali, co zapewnia płynną pracę nawet przy słabym smarowaniu lub zanieczyszczeniach. Jej właściwości samosmarujące i antykorozyjne sprawiają, że idealnie nadaje się do turbin wiatrowych morskich, systemów lotniczych i maszyn próżniowych. Klienci zgłaszają interwały konserwacyjne nawet 3 razy dłuższe niż w przypadku łożysk stalowych, minimalizując przestoje i poprawiając wydajność. W precyzyjnych wrzecionach hałas i wzrost temperatury są zredukowane o ponad 20%, a ciągła żywotność przekracza 10 000 godzin, zapewniając wymierne oszczędności w dłuższej perspektywie. Dzięki tym zaletom, ceramiczne kulki z azotku krzemu są coraz częściej stosowane w zaawansowanych zastosowaniach łożyskowych wymagających trwałości, stabilności i niskich kosztów konserwacji — spełniając ewoluujące potrzeby sprzętu przemysłowego nowej generacji.

W silnikach elektrycznych, wrzecionach obrabiarek i systemach turbin wiatrowych klienci borykają się z powtarzającymi się problemami związanymi ze zużyciem łożysk i korozją elektryczną w warunkach wysokich prędkości i temperatur. Tradycyjne kulki stalowe mają tendencję do przegrzewania się, utleniania i uszkadzania w kontakcie z prądami błądzącymi — skracając żywotność systemu i zwiększając koszty konserwacji. Aby sprostać tym wyzwaniom, wysokowydajna kulka ceramiczna z azotku krzemu (Si₃N₄) prasowana izostatycznie na gorąco (HIP) stanowi sprawdzone rozwiązanie. Wykonana z ultra-czystego proszku Si₃N₄ i spieczona w temperaturze powyżej 2000°C, proces HIP zapewnia pełną gęstość i strukturę wolną od porów, co skutkuje wyjątkową wytrzymałością i stabilnością termiczną. Kulka ceramiczna łączy w sobie wysoką izolację elektryczną z wysoką wytrzymałością mechaniczną, zapobiegając pittingowi elektrycznemu i zapewniając stabilną pracę nawet w temperaturach do 1000°C. Ważąc zaledwie 40% wagi kulki stalowej, zmniejsza bezwładność obrotową i generowanie ciepła. Jej samonaprawiająca się powierzchnia minimalizuje tarcie i umożliwia bezobsługową pracę, idealną dla długotrwałej niezawodności w silnikach elektrycznych i precyzyjnych wrzecionach. Zastosowania obejmują: Łożyska wiertarek dentystycznych (≈1mm) — zapewniające stabilność przy bardzo wysokich prędkościach Łożyska silników elektrycznych (≈10mm) — eliminujące erozję elektryczną Łożyska generatorów turbin wiatrowych (≈50mm) — poprawiające trwałość i bezpieczeństwo Dzięki zaletom lekkiej konstrukcji, odporności na zużycie, izolacji i długiej żywotności, kulki ceramiczne z azotku krzemu HIP na nowo definiują standard niezawodności w nowoczesnej inżynierii łożysk.

W systemach grzewczych z płynnym aluminium, metalowe lub grafitowe rury ochronne grzejników często ulegają utlenianiu i korozji, co prowadzi do częstych awarii. Rura ochronna grzejnika z azotku krzemu zapewnia wyjątkową trwałość, charakteryzującą się wytrzymałością na zginanie powyżej 800 MPa, przewodnością cieplną 25–30 W/m·K i doskonałą odpornością na szok termiczny. Si₃N₄ nie zwilża płynnego aluminium i jest chemicznie obojętny, zachowując czystość metalu podczas długotrwałej eksploatacji. Może wytrzymać ekstremalne cykle termiczne do 1000°C bez pękania, zapewniając stabilne przenoszenie ciepła i chroniąc elementy grzejne przed bezpośrednim kontaktem z metalem. Raporty terenowe wskazują na żywotność przekraczającą 12 miesięcy, zmniejszając częstotliwość konserwacji o 70% i poprawiając efektywność ogrzewania o 15%. Produkt stał się preferowanym wyborem dla odlewni ciśnieniowych, odlewni aluminium i pieców do ciągłego topienia, poszukujących efektywności energetycznej i niezawodności. Zapobiegając zanieczyszczeniom i wydłużając okresy między przeglądami, rury grzejne Si₃N₄ zapewniają zarówno oszczędności kosztów, jak i stałą stabilność procesu w trudnych warunkach przemysłowych.

W miarę jak technologie SiC (węglik krzemu) i GaN (azotek galu) w dalszym ciągu zmieniają branżę elektroniki mocy, rośnie zapotrzebowanie na niezawodne, wysokowydajne materiały opakowaniowe. Substraty ceramiczne z azotku krzemu (Si₃N₄), charakteryzujące się niskimi stratami dielektrycznymi, wysoką wytrzymałością izolacyjną i wyjątkową wytrzymałością mechaniczną, stały się najlepszym wyborem dla zaawansowanych zastosowań w modułach mocy. Wykonany z wysokiej czystości proszku Si₃N₄ i spieczony w temperaturze powyżej 2000°C, ceramiczny substrat z azotku krzemu osiąga przenikalność dielektryczną poniżej 8 i tangens strat (tanδ) 80W/m·K) z doskonałą odpornością na pękanie, co czyni je idealnymi do systemów napędowych pojazdów elektrycznych, jednostek sterowania trakcją kolejową i modułów szybkiego ładowania. Obecnie ceramiczne substraty z azotku krzemu są szeroko stosowane w nowych systemach sterowania silnikami energetycznymi, falownikach przemysłowych, modułach konwersji mocy i wzmacniaczach stacji bazowych 5G, zapewniając stabilną izolację i skuteczne odprowadzanie ciepła. Dzięki niezrównanemu połączeniu wydajności termicznej, elektrycznej i mechanicznej, substraty Si₃N₄ na nowo definiują standardy pakowania półprzewodników nowej generacji.

Moduły zasilania pojazdów elektrycznych często działają w ekstremalnych warunkach — wysoki prąd, wysoka częstotliwość i ciągłe cykle termiczne. Te obciążenia powodują rozwarstwienia, zmęczenie lutowia i ostateczną awarię urządzenia.Podłoże z azotku krzemu o wysokiej izolacji zostało zaprojektowane w celu rozwiązania tych problemów poprzez połączenie wysokiej przewodności cieplnej (≥90 W/m·K), doskonałej wytrzymałości dielektrycznej (≥20 kV/mm) i wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej (≥600 MPa) w jednej platformie. Dzięki współczynnikowi rozszerzalności cieplnej (CTE) wynoszącemu 3×10⁻⁶/K, podłoże idealnie pasuje do układów krzemowych lub SiC, redukując zmęczenie termiczne i zwiększając długoterminową niezawodność. Metalizacja miedzi AMB lub DBC zapewnia doskonałą przyczepność i niską rezystancję termiczną dla efektywnego rozpraszania ciepła.Dane terenowe pokazują, że moduły oparte na Si₃N₄ mogą pracować ponad 2000 godzin w temperaturze 125°C bez degradacji i zachować stabilność w ponad 100 000 cykli termicznych. Obecnie podłoża Si₃N₄ są szeroko stosowane w falownikach trakcyjnych EV, ładowarkach pokładowych, przetwornicach DC-DC i systemach magazynowania energii, zapewniając bezpieczniejszą pracę, wyższą gęstość mocy i dłuższą żywotność w porównaniu z tradycyjną ceramiką.Dla producentów poszukujących niezawodności nowej generacji, technologia ta zapewnia wyjątkową izolację elektryczną i wydajność zarządzania termicznego w trudnych warunkach motoryzacyjnych.