Metallisierte Keramikkomponenten für New Energy HGÜ-Schütze: Materialeigenschaften, Metallisierungsprozesse und OEM-Fertigung
Aug 06, 2026
Die metallisierten Keramikkomponenten für neue Energie-HGÜ-Schütze verwenden 95–99 % Aluminiumoxidkeramik als isolierendes Substrat und erreichen eine zuverlässige Verbindung zwischen den Keramik- und Metallanschlüssen durch Mo-Mn-Metallisierung, Hochtemperatursintern und Lötprozesse. Dieses Bauteil weist eine Spannungsfestigkeit von mehr als 15 kV/mm, einen Isolationswiderstand von mehr als 1000 MΩ und eine mechanische Festigkeit von 200 bis 500 MPa auf; Es wird hauptsächlich in HGÜ-Schützen für Fahrzeuge mit neuer Energie, Energiespeichersystemen, Photovoltaik-Wechselrichtern und Hochspannungsgeräten verwendet und sorgt für elektrische Isolierung und stabile Stromkreisunterbrechung in Hochspannungs- und Hochstromumgebungen.
Warum verwenden HGÜ-Schütze metallisierte Keramikkörper zur Hochspannungsisolierung?
Leistungsbatteriesysteme für Fahrzeuge mit neuer Energie werden von 400-V- auf 800-V-Hochspannungsplattformen umgestellt, während die Spannungsniveaus in Energiespeichersystemen und der Gleichstromseite von Photovoltaikanlagen ebenfalls stetig steigen. HGÜ-Schütze müssen unter Bedingungen hoher Spannung, hohem Strom und häufigem Schalten eine stabile Isolierung aufrechterhalten und gleichzeitig mechanischen Stößen durch Kontaktbetätigung und thermischen Stößen durch Lichtbögen standhalten.
Als wichtige isolierende Strukturkomponenten von HGÜ-Schützen bestehen metallisierte Keramikkörper hauptsächlich aus einem Keramiksubstrat und lokalisierten metallisierten Schichten. Der Keramikbereich bietet eine hohe Isolationsleistung und mechanischen Halt, während die metallisierten Bereiche den Anschluss von Kupferanschlüssen, Elektroden oder Kontaktbaugruppen erleichtern und so eine zuverlässige elektrische Verbindung für das Keramikmaterial ermöglichen.
In der praktischen Strukturkonstruktion werden Keramikkörper typischerweise als Blöcke, Zylinder oder komplexe Formen konfiguriert, die an die interne Lichtbogenlöschkammer, die Anschlussanordnung und die Montagemethode des Schützes angepasst werden. Einige Designs umfassen Positionierungslöcher, Nuten und Verstärkungsstrukturen, um die Montagegenauigkeit und mechanische Zuverlässigkeit zu verbessern.
Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
- Bietet eine stabile Isolierung und Isolierung zwischen beweglichen und stationären Kontakten, um einen Hochspannungsdurchschlag zu verhindern.
- Bietet mechanische Unterstützung für interne Kontaktbaugruppen, um eine langfristige Betriebsstabilität sicherzustellen.
- Ermöglicht zuverlässige Verbindungen zwischen Keramik- und Metallkomponenten-wie Kupfer oder Edelstahl-über die metallisierten Schichten.
- Aufrechterhaltung der Dimensionsstabilität in Umgebungen, die durch hohe Temperaturen, Lichtbögen und Vibrationen gekennzeichnet sind.
Das zu 95 % aus Aluminiumoxid bestehende Keramikmaterial erfüllt die Anforderungen an die Hochspannungsisolierung für neue Energieanwendungen
Die Keramikkomponenten von HGÜ-Schützen erfordern eine hohe Materialleistung und ein ausgewogenes Verhältnis von Isolations-, elektrischen, mechanischen und thermischen Stabilitätseigenschaften. Derzeit ist 95 % Aluminiumoxid (95 % Al₂O₃) das am häufigsten verwendete Material in den Bereichen neue Energiefahrzeuge und Energiespeicher.
Aluminiumoxidkeramik bietet eine hohe Durchschlagsfestigkeit, hohe mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. Durch die Erhöhung des Aluminiumoxidgehalts werden die Dichte, die Isolationsleistung und die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen mechanische Beschädigungen weiter verbessert.
Siliziumnitrid (Si₃N₄)-Keramik wird aufgrund ihrer überlegenen Temperaturwechselbeständigkeit und Verschleißfestigkeit auch in bestimmten Hochleistungsanwendungen eingesetzt; Allerdings bleibt ihr Einsatz in HGÜ-Schützen aufgrund höherer Herstellungskosten und strenger Anforderungen an die Metallisierungskompatibilität relativ begrenzt.
| Leistungsparameter | 95 % Aluminiumoxidkeramik | Siliziumnitrid-Keramik | Unterschiede in der technischen Anwendung |
|---|---|---|---|
| Hauptkomposition | Al₂O₃ größer oder gleich 95 % | Si₃N₄ | Aluminiumoxid wird häufig für HGÜ-Isolierungskomponenten verwendet. Siliziumnitrid wird für Umgebungen mit hohen {0}Temperaturen und starken -Auswirkungen ausgewählt |
| Spannungsfestigkeit | >15 kV/mm | 15–20 kV/mm | Beide bieten eine hohe Isolationsleistung, während Aluminiumoxid ein besseres Kosten-{0}Leistungsverhältnis für HGÜ-Schützanwendungen bietet |
| Biegefestigkeit | 300–500 MPa | 600–900 MPa | Siliziumnitrid sorgt für eine höhere mechanische Festigkeit, während Aluminiumoxid die meisten Anforderungen an die elektrische Isolierung erfüllt |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 6-8×10⁻⁶/K | 3-4×10⁻⁶/K | Aluminiumoxid passt besser zu gängigen Metalllotmaterialien wie Kupfer- und Nickellegierungen |
| Typische Anwendungen | HGÜ-Schütze, Hochspannungssicherungsrohre, keramische Isolierkörper | Hoch-Komponenten, schlagfeste-Keramikteile | Die Materialauswahl hängt von der Spannungshöhe, der thermischen Belastung und den mechanischen Anforderungen ab |
Für Hochspannungssysteme in Fahrzeugen mit neuer Energie müssen Keramikkörper in der Regel die folgenden technischen Spezifikationen erfüllen:
| Projekt | Typische Parameter |
| Isolationswiderstand | >1000 MΩ; some products >10,000 MΩ |
| Betriebsspannungsfestigkeit | 1000 V–3000 V Gleichstrom |
| Biegefestigkeit | 200–500 MPa |
| Druckfestigkeit | >1000 MPa |
Diese Parameter stellen sicher, dass der Keramikkörper unter Bedingungen von Spannungsschwankungen, Temperaturwechseln und mechanischen Vibrationen eine stabile Leistung beibehält.
Prozesskontrolle für die Mo-Mn-Metallisierung und das Hartlöten von Keramik-auf-Metallen
Keramische Werkstoffe können mit Metallen wie Kupfer, Nickel oder Stahl keine direkten zuverlässigen Verbindungen eingehen; Daher ist ein Metallisierungsprozess erforderlich, um eine leitfähige Verbindungsschicht auf der Keramikoberfläche zu bilden.
Der Mo-Mn-Metallisierungsprozess wird üblicherweise für die Keramikkörper von HGÜ-Schützen verwendet. Bei diesem Verfahren wird eine Molybdän-Mangan (Mo-Mn)-Paste auf die Aluminiumoxid-Keramikoberfläche gedruckt und bei hohen Temperaturen gebrannt, um eine metallisierte Schicht zu bilden, gefolgt von einer Nickelplattierung, um die anschließende Lötleistung zu verbessern.
Der typische Herstellungsprozess umfasst:
Mischen von Keramikpulver → Präzisionsformen → Hochtemperatursintern → Oberflächenschleifen → Mo-Mn-Metallisierung → Vernickeln → Vakuumlöten → Maßprüfung.
Unter diesen Schritten bestimmt das Hochtemperatursintern die Dichte und Festigkeit des Keramiksubstrats, während die Dicke und Haftfestigkeit der metallisierten Schicht die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Keramik und Metall bestimmen.
| Prozessprojekt | Kontrollparameter |
| Sintertemperatur | 1500-1600 Grad |
| Mo-Mn-Metallisierungstemperatur | 1400-1500 Grad |
| Dicke der Metallisierungsschicht | 10–30 μm |
| Haftfestigkeit | >20 N/mm² |
Bei der Verbindung von Keramik mit Metallen ist es wichtig, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sind. Andernfalls können durch Temperaturschwankungen Eigenspannungen entstehen, die zu Keramikrissen oder zur Delaminierung der Metallschicht führen können.
Hoch{0}feste Verbindungen zwischen Keramik und Kupferanschlüssen können durch Silber-Kupferlöten, Aktivlöten oder Vakuumlöten erreicht werden, während gleichzeitig ein niedriger Kontaktwiderstand und eine stabile elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten werden.
Inspektion und Kontrolle von HGÜ-Keramikkörpern gemäß dem IATF 16949-Qualitätssystem
Bei HGÜ-Kontaktor-Keramikkörpern legen Kunden im neuen Energiesektor nicht nur Wert auf Materialeigenschaften, sondern auch auf die Konsistenz der Massenproduktion und die Rückverfolgbarkeit der Qualität.
Die Produktqualität wird während des Herstellungsprozesses durch Maßkontrolle, Prüfung der elektrischen Leistung und Zuverlässigkeitsüberprüfung kontrolliert.
Zu den wichtigsten Inspektionspunkten gehören:
| Inspektionsgegenstand | Testmethode | Inspektionsausrüstung | Kontrollziel | Technischer Zweck |
|---|---|---|---|---|
| Maßgenauigkeit | KMG-Maßprüfung | Koordinatenmessgerät (KMG) | ±0,01 mm | Gewährleistet eine präzise Abstimmung zwischen Keramikkörper, Metallanschlüssen und Dichtungsstrukturen und verbessert so die Konsistenz der Montage |
| Isolationsleistung | Hochspannungsfestigkeitstest | Hochspannungstester | Dielectric strength >15 kV/mm | Überprüft die Isolationszuverlässigkeit unter Hochspannungsbedingungen und verhindert Stromausfälle oder Leckströme |
| Haftfestigkeit der Metallisierung | Zugversuch | Zugprüfgeräte | >20N/mm² | Gewährleistet eine stabile Bindung zwischen der Mo-Mn-Metallisierungsschicht und dem Keramiksubstrat und verhindert so eine Schichtablösung im Langzeitbetrieb |
| Dichtungsleistung | Helium-Lecktest | Helium-Massenspektrometer-Lecksucher | Keine Gasleckage, erfüllt die Dichtungsanforderungen | Überprüft die Integrität von Keramik-{0}}auf--Lötverbindungen und sorgt für eine stabile innere Umgebung des Schützes |
| Interne Mängel | Zerstörungsfreie-Röntgeninspektion | Industrielles Röntgeninspektionssystem | Keine sichtbaren Risse, Hohlräume oder Einschlüsse | Erkennt interne Keramikfehler und reduziert potenzielle Ausfallrisiken während der Massenproduktion |
Für Projekte mit neuen Energiefahrzeugen können wir auf Kundenwunsch Dokumentationen zum Qualitätsmanagementsystem IATF 16949, PPAP Level 3-Daten, Materialberichte und Prozesskontrollaufzeichnungen bereitstellen.
Anwendungen in den Bereichen New Energy Vehicles, Energiespeicher und Photovoltaik
Neue Hochspannungssysteme für Energiefahrzeuge
In Fahrzeugen mit neuer Energie werden metallisierte Keramikkomponenten hauptsächlich verwendet in:
- Hauptpositive und negative HGÜ-Schütze für Traktionsbatteriesätze
- Schütze vor-laden
- Hochspannungs-Stromverteilereinheiten (PDUs)
- Hochspannungs-Steuermodule für Schnellladesysteme
Während des Fahrzeugbetriebs müssen diese Keramikkomponenten Vibrationen, thermischen Wechseln (Einwirkung hoher und niedriger Temperaturen) und den thermischen Auswirkungen von Lichtbögen durch häufiges Schalten standhalten.
Energiespeichersysteme (ESS)
In großen Energiespeicherkraftwerken und kommerziellen/industriellen Energiespeichereinheiten verwalten HGÜ-Schütze die Verbindungen zwischen Batterieclustern, dem Stromumwandlungssystem (Power Conversion System, PCS) und dem Netz.
Metallisierte Keramikkörper sorgen für eine stabile Isolierumgebung und gewährleisten den sicheren Betrieb von Energiespeichersystemen während der gesamten Lade- und Entladezyklen.
PV-Wechselrichter und DC-Schutzausrüstung
Die Hochspannungs-Gleichstromseite von Photovoltaiksystemen (PV) wird über lange Zeiträume im Freien betrieben und erfordert Komponenten, die gegen Hitze, Feuchtigkeit und Umweltalterung beständig sind.
Metallisierte Keramikkomponentenwerden verwendet in:
- PV-Wechselrichter
- DC-Sammelboxen
- Hoch-Spannungsschutzmodule
Unsere OEM-Fertigungsmöglichkeiten für HGÜ-Keramikkörper
Xiamen Apollo Stamping Welding Technology Co., Ltd. ist auf die Herstellung von Präzisionskomponenten für Fahrzeuge mit neuer Energie, Energiespeicherung und Leistungselektronik spezialisiert. Das Unternehmen bietet OEM-Dienstleistungen für Keramikkörper von HGÜ-Schützen, metallisierte Keramikbaugruppen und zugehörige Präzisionssteckverbinder an.
Zu den Fertigungsmöglichkeiten gehören:
- Präzisionsformen von Aluminiumoxid-Keramikkörpern
- Sintern bei hoher-Temperatur
- Mo-Mn-Metallisierung
- Vakuumlöten von Keramik-auf-Metall
- Präzise Maßprüfung
- Qualitätskontrolle in der Massenproduktion
Für Projekte innerhalb der Tier-1- und Tier-2-Lieferketten der New-Energy-Fahrzeugindustrie unterstützt das Unternehmen DFM-Designprüfungen, Musterentwicklung, PPAP Level 3-Dokumentationseinreichung und langfristige Massenproduktionslieferung.
Für kundenspezifische Anforderungen an HGÜ-Schütz-Keramikkörper, Hochspannungs-Sicherungskeramikrohre oder Aluminiumoxid-Keramikbaugruppen stellen Sie bitte Produktzeichnungen, Materialspezifikationen und jährliche Mengenschätzungen zur technischen Bewertung bereit.
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Häufige technische Probleme mit metallisierten Keramikkörpern für HGÜ-Schütze
F: Warum wird für die Keramikkörper von HGÜ-Schützen ein Material aus 95 % Aluminiumoxid ausgewählt?
A: Keramik aus 95 % Aluminiumoxid weist eine dielektrische Festigkeit von mehr als 15 kV/mm, eine mechanische Festigkeit von mehr als 300 MPa und stabile Wärmeausdehnungseigenschaften auf und eignet sich daher für Hochspannungsisolationsanwendungen in Fahrzeugen mit neuer Energie.
F: Wie wird die langfristige Zuverlässigkeit der metallisierten Schicht auf dem Keramikkörper gewährleistet?
A: Prozesse wie Mo-Mn-Metallisierung, Hochtemperatursintern und Nickelplattierung werden eingesetzt, um eine stabile Verbindung zwischen der Metallschicht und der Keramik herzustellen, was typischerweise zu einer Haftfestigkeit von mehr als 20 N/mm² führt.
F: Können die HGÜ-Keramikkörper die Automobil-PPAP-Level-3-Lieferung unterstützen?
A: Ja. Für neue Energiefahrzeugprojekte kann eine PPAP Level 3-Dokumentation bereitgestellt werden, einschließlich Maßberichten, Materialzertifizierungen, Prozesskontrolldokumenten und Testaufzeichnungen.
F: Welche Maßgenauigkeit kann für kundenspezifische HGÜ-Keramikkörper erreicht werden?
A: Durch Präzisionsbearbeitung und CMM-Inspektion können kritische Strukturabmessungen innerhalb einer Toleranz von ±0,01 mm kontrolliert werden.
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