Nei sistemi elettrici ad alta-corrente continua (HVDC), in particolare nei veicoli a nuova energia, nelle infrastrutture di ricarica e nello stoccaggio dell'energia, vengono posti requisiti senza precedenti in termini di affidabilità e durata dei principali dispositivi di commutazione, come i contattori HVDC.
Il collo di bottiglia prestazionale di questi dispositivi spesso non deriva dalla progettazione elettromagnetica stessa, ma dall'interfaccia critica al loro interno che gestisce le connessioni elettriche, l'isolamento ad alta-tensione e gli involucri sigillati ermeticamente: l'area di collegamento permanente tra l'isolante ceramico e il conduttore metallico.
Il semplice assemblaggio meccanico o il collegamento di materiali organici mediante processi tradizionali è altamente soggetto a guasti in caso di stress elettrotermico a lungo termine-e condizioni ambientali difficili.
Pertanto, la sofisticatezza della tecnologia di confezionamento da ceramica-a-metallo determina direttamente le prestazioni finali dei semiconduttori di potenza e dei moduli contattori.
Il punto di partenza per ottenere imballaggi in ceramica-e-metallo ad alte prestazioni risiede nella profonda comprensione e nella selezione precisa dei sistemi di materiali. Al centro c'è una struttura in ceramica metallizzata di precisione, tipicamente composta da tre parti:
Substrato ceramico di allumina ad elevata-purezza (ad es. 95% di allumina): Essendo il principale componente isolante e strutturale, il suo valore risiede nell'eccellente rigidità dielettrica, elevata conduttività termica, stabilità termica superiore e resistenza meccanica. Fornisce una piattaforma fisica e chimica stabile per componenti ceramici metallizzati.
Strato di metallizzazione di precisione: Questo è il risultato principale del processo di metallizzazione ceramica. Formando una sottile pellicola metallica (spesso una lega a base di molibdeno o tungsteno-) strettamente legata al substrato sulla superficie ceramica, questo strato ottiene una trasformazione funzionale da isolante a conduttore, fornendo una superficie di legame metallurgico ideale per la successiva saldatura. Le ceramiche metallizzate di alta-qualità richiedono che lo strato di metallizzazione abbia un'eccellente forza di adesione, saldabilità e un coefficiente di espansione termica corrispondente alla ceramica.
Conduttori metallici (come rame privo di ossigeno ad alta-conduttività-o lega Kovar): Come portatori di corrente o connettori strutturali, vengono brasati ad alte temperature per formare un legame metallurgico ermetico e ad alta resistenza- con lo strato di metallizzazione, costituendo in definitiva un assemblaggio completo di ceramica metallizzata di allumina.
La tecnologia principale per unire in modo affidabile ceramica e metalli è la brasatura attiva dei metalli ad alta-temperatura. Questo processo è lontano dalla saldatura ordinaria; è un processo metallurgico di precisione eseguito sotto vuoto o atmosfera protettiva utilizzando speciali metalli d'apporto per brasatura contenenti elementi attivi come titanio e zirconio.
A temperature elevate, questi elementi attivi bagnano efficacemente la superficie ceramica, reagendo chimicamente per formare uno strato di transizione, ottenendo così un legame a livello atomico- tra il metallo d'apporto per brasatura, lo strato metallizzato e la ceramica.
Questo processo è fondamentale per la produzione di componenti in ceramica metallizzata ad alta-resistenza, poiché determina l'ermeticità del prodotto finale, la resistenza meccanica e l'affidabilità del ciclo termico a lungo-termine.
I componenti ceramici di allumina metallizzata di precisione prodotti utilizzando questo processo raggiungono tassi di perdita estremamente elevati, garantendo stabilità a lungo-termine del mezzo interno.
Pertanto, queste ceramiche metallizzate avanzate per componenti elettrici sono diventate la soluzione preferita per campi con requisiti di affidabilità estremamente rigorosi, come relè di ricarica rapida-per piattaforme da 800 V in veicoli a nuova energia, interruttori automatici CC per sistemi di accumulo di energia e convertitori di frequenza industriali-di fascia alta.
Non sono solo scelte ideali perCustodia in ceramica metallizzata per semiconduttori di potenza, ma anche componenti fondamentali che portano i sistemi elettrici ad alta-tensione verso una maggiore densità di potenza e una maggiore durata.
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