एचवीडीसी संपर्ककर्ताओं और नई ऊर्जा फ़्यूज़ के लिए सिरेमिक निकाय: सामग्री गुण और धातुकरण

एचवीडीसी संपर्ककर्ता सिरेमिक निकायों और उच्च वोल्टेज फ्यूज सिरेमिक ट्यूबों को 15 केवी / मिमी से ऊपर विद्युत इन्सुलेशन, थर्मल साइक्लिंग के तहत स्थिर यांत्रिक शक्ति, और लंबी अवधि के डीसी रुकावट के दौरान विश्वसनीय धातु {{1} सिरेमिक बॉन्डिंग की आवश्यकता होती है . 95% एल्यूमिना सिरेमिक का व्यापक रूप से चयन किया जाता है क्योंकि इसकी ढांकता हुआ ताकत, थर्मल चालकता और वैक्यूम संगतता ईवी बैटरी सिस्टम, ईएसएस सुरक्षा इकाइयों और उच्च वोल्टेज पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकताओं को पूरा करती है।

 

एचवीडीसी अनुप्रयोगों के लिए, सिरेमिक प्रदर्शन न केवल सामग्री संरचना पर निर्भर करता है, बल्कि धातुकरण मोटाई, एमओ - एमएन आसंजन नियंत्रण, ब्रेजिंग तापमान प्रोफ़ाइल और आयामी सटीकता पर भी निर्भर करता है। एक योग्य सिरेमिक बॉडी निर्माता को सिरेमिक बनाने से लेकर सीएमएम निरीक्षण और हीलियम रिसाव परीक्षण तक की पूरी प्रक्रिया श्रृंखला को नियंत्रित करना चाहिए।

 

 

 

900V-1500V DC सिस्टम के तहत HVDC कॉन्टैक्टर सिरेमिक बॉडी प्रदर्शन आवश्यकताएँ

 

एसी स्विचिंग उपकरणों के विपरीत, एचवीडीसी संपर्ककर्ताओं को वर्तमान रुकावट के दौरान निरंतर चाप ऊर्जा का सामना करना पड़ता है क्योंकि डीसी में कोई प्राकृतिक शून्य क्रॉसिंग पॉइंट नहीं होता है। सिरेमिक आवास विद्युत अलगाव प्रदान करता है और आंतरिक वैक्यूम या गैस {{2}तंग सीलिंग स्थितियों को बनाए रखता है।

 

सिरेमिक बॉडी को झेलना होगा:

450V से 1500V बैटरी प्लेटफ़ॉर्म तक DC वोल्टेज इन्सुलेशन आवश्यकताएँ

100,000 परिचालनों से ऊपर बार-बार चाप रुकावट चक्र

तेजी से तापमान परिवर्तन के कारण होने वाला थर्मल झटका

धातु सीलिंग संरचनाओं से यांत्रिक तनाव

1×10⁻⁹ Pa·m³/s से कम वैक्यूम रिसाव आवश्यकताएँ

 

एचवीडीसी सिरेमिक घटकों के लिए विशिष्ट इंजीनियरिंग आवश्यकताएँ:

पैरामीटर	विशिष्ट आवश्यकता	परीक्षण विधि
सिरेमिक सामग्री	95% एल्युमिना (Al₂O₃)	सामग्री संरचना विश्लेषण
ढांकता हुआ ताकत	>15kV/मिमी	आईईसी 60243
मात्रा प्रतिरोधकता	>10¹⁴ Ω·सेमी	आईईसी 60093
ऊष्मीय चालकता	20–25 W/m·K	एएसटीएम ई1461
आनमनी सार्मथ्य	>300 एमपीए	आईएसओ 14704
परिचालन तापमान	-55 डिग्री से +200 डिग्री	थर्मल साइकलिंग परीक्षण
आयामी सहिष्णुता	±0.01मिमी	सीएमएम निरीक्षण

 

95% एल्यूमिना सिरेमिक में नियंत्रित ग्लास चरण एडिटिव्स के साथ लगभग 95% एल्यूमीनियम ऑक्साइड होता है। ऊंचे तापमान पर स्थिर विद्युत गुणों को बनाए रखते हुए माइक्रोस्ट्रक्चर कई पारंपरिक इन्सुलेट सामग्री की तुलना में उच्च यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है।

 

एचवीडीसी संपर्ककर्ताओं और फ्यूज असेंबली में सिरेमिक इन्सुलेशन विफलता जोखिम

 

सामान्य सिरेमिक बॉडी विफलताएँ निम्न से संबंधित हैं:

अनुचित सिंटरिंग तापमान के कारण आंतरिक सूक्ष्म दरारें

कम धातुकरण आसंजन शक्ति

सिरेमिक और तांबे/धातु टर्मिनलों के बीच टांकना रिक्त स्थान

सिरेमिक और धातु घटकों के बीच थर्मल विस्तार बेमेल

थर्मल विस्तार के गुणांक का सावधानीपूर्वक मिलान किया जाना चाहिए:

 

सामग्री	थर्मल विस्तार गुणांक (×10⁻⁶/K)	आवेदन पर विचार
95% एल्युमिना सिरेमिक	6.5–7.5	Mo-Mn धातुकरण और ब्रेज़िंग के लिए उपयुक्त
कॉपर C1100	16.5	नियंत्रित टांकना तनाव की आवश्यकता है
कोवर मिश्र धातु	5.0–5.5	सिरेमिक असेंबलियों के लिए सामान्य सीलिंग मिश्र धातु
स्टेनलेस स्टील 304	17.2	एक विस्तार क्षतिपूर्ति डिज़ाइन की आवश्यकता है

 

डिज़ाइन की गई सीमा से अधिक बेमेल ब्रेज़िंग के बाद ठंडा करने के दौरान अवशिष्ट तनाव उत्पन्न कर सकता है, जिससे सिरेमिक क्रैकिंग हो सकती है।

 

 

 

उच्च वोल्टेज फ्यूज सिरेमिक ट्यूब और संपर्ककर्ता आवास अनुप्रयोगों के लिए सामग्री तुलना

 

95% एल्यूमिना और स्टीटाइट सिरेमिक दोनों विद्युत इन्सुलेशन सामग्री हैं, लेकिन उच्च वोल्टेज डीसी वातावरण में उनका प्रदर्शन काफी भिन्न होता है।

संपत्ति	95% एल्युमिना सिरेमिक	स्टीटाइट सिरेमिक
Al₂O₃ सामग्री	95%	30–45%
ढांकता हुआ ताकत	>15kV/मिमी	8-12केवी/मिमी
आनमनी सार्मथ्य	300-400एमपीए	120-200 एमपीए
ऊष्मीय चालकता	20–25W/m·K	2–4W/m·K
थर्मल शॉक प्रतिरोध	उच्च	मध्यम
यांत्रिक परिशुद्धता	±0.01मिमी प्राप्त करने योग्य	±0.03मिमी विशिष्ट
उच्च वोल्टेज डीसी अनुप्रयोग	अनुशंसित	सीमित
लागत स्तर	उच्च	निचला

 

IEC 60269 आवश्यकताओं के तहत काम करने वाले उच्च वोल्टेज फ्यूज सिरेमिक ट्यूबों के लिए, एल्यूमिना सिरेमिक चाप उत्पन्न गर्मी और यांत्रिक झटके के खिलाफ बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है।

स्टीटाइट सिरेमिक का उपयोग मुख्य रूप से कम वोल्टेज इन्सुलेशन घटकों में किया जाता है जहां थर्मल साइक्लिंग और ढांकता हुआ तनाव कम होता है।

 

आईईसी 60269 मानकों के तहत उच्च वोल्टेज फ्यूज सिरेमिक ट्यूब डिजाइन आवश्यकताएँ

 

नई ऊर्जा फ़्यूज़ सिरेमिक ट्यूबों को बनाए रखना होगा:

चाप बुझाने की क्षमता

उच्च तापमान प्रतिरोध

स्थिर इन्सुलेशन दूरी

फॉल्ट करंट रुकावट के दौरान यांत्रिक शक्ति

 

विशिष्ट अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

ईवी बैटरी पैक फ्यूज सुरक्षा

ऊर्जा भंडारण बैटरी कैबिनेट सुरक्षा

सौर इन्वर्टर डीसी सुरक्षा प्रणाली

पाइल पावर मॉड्यूल को चार्ज करना

500A से अधिक निरंतर धारा वाली लिथियम बैटरी सुरक्षा प्रणालियों के लिए, सिरेमिक ट्यूब डिज़ाइन सीधे रुकावट विश्वसनीयता को प्रभावित करता है।

 

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नियंत्रित आसंजन शक्ति के साथ Mo-Mn धातुकरण परत

सिरेमिक ऑक्साइड संरचनाओं और धातुओं के बीच अलग-अलग सतह रसायन विज्ञान के कारण सिरेमिक सीधे तांबे, कोवर या स्टेनलेस स्टील से नहीं जुड़ सकता है।

मानक समाधान Mo-Mn धातुकरण है।

धातुकरण प्रक्रिया में शामिल हैं:

सिरेमिक सतह की सफाई और सक्रियण
मो-एमएन पेस्ट प्रिंटिंग
उच्च-तापमान हाइड्रोजन वायुमंडल फायरिंग
निकल चढ़ाना
वैक्यूम ब्रेज़िंग असेंबली

 

विशिष्ट धातुकरण पैरामीटर:

प्रक्रिया पैरामीटर	नियंत्रण सीमा
मो-Mn परत की मोटाई	10–30μm
निकल चढ़ाना मोटाई	1–5μm
फायरिंग तापमान	1300-1450 डिग्री
वायुमंडल	हाइड्रोजन/नाइट्रोजन
आसंजन शक्ति	>20 एमपीए

 

मोलिब्डेनम कण सिरेमिक छिद्रों के अंदर यांत्रिक एंकरिंग बनाते हैं, जबकि मैंगनीज ऑक्साइड सिरेमिक और धातु के बीच रासायनिक बंधन में सुधार करता है।

 

प्रतिरोध टांकना और सक्रिय टांकना प्रक्रिया तुलना

प्रक्रिया	तापमान की रेंज	बंधन शक्ति	विशिष्ट अनुप्रयोग
मो-एमएन धातुकरण + टांकना	780-900 डिग्री	उच्च	एचवीडीसी संपर्ककर्ता
सक्रिय टांकना (Ag-Cu-Ti)	850-950 डिग्री	बहुत ऊँचा	सिरेमिक -धातु वैक्यूम असेंबलियाँ
प्रतिरोध टांकना	700-850 डिग्री	मध्यम-उच्च	स्थानीयकृत धातु जुड़ाव

 

एचवीडीसी संपर्ककर्ता सिरेमिक निकायों के लिए, नियंत्रित फर्नेस ब्रेज़िंग को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह समान तापमान वितरण प्रदान करता है और अवशिष्ट तनाव को कम करता है।

 

सिरेमिक मेटलाइज़ेशन और ब्रेज़िंग जोड़ों का गुणवत्ता नियंत्रण

उत्पादन निरीक्षण में शामिल हैं:

सीएमएम आयामी माप

धातुकरण आसंजन परीक्षण

ब्रेज़िंग रिक्तियों के लिए एक्स-रे निरीक्षण

हीलियम रिसाव परीक्षण

थर्मल शॉक परीक्षण

उच्च वोल्टेज इन्सुलेशन परीक्षण

 

विशिष्ट गुणवत्ता मानदंड:

निरीक्षण आइटम	स्वीकृति की आवश्यकता
सिरेमिक आयाम	±0.01मिमी
टांकना शून्य दर	<5%
हीलियम रिसाव	<1×10⁻⁹ Pa·m³/s
इन्सुलेशन वोल्टेज	>15kV/मिमी
धातुकरण आसंजन	>20 एमपीए

 

 

 

आईएसओ 9001 उत्पादन प्रणालियों के तहत सिरेमिक फॉर्मिंग और सिंटरिंग नियंत्रण

विनिर्माण प्रक्रिया में शामिल हैं:

सिरेमिक पाउडर की तैयारी
ड्राई प्रेसिंग या इंजेक्शन मोल्डिंग
हरित मशीनिंग
उच्च तापमान सिंटरिंग
परिशुद्धता से पीसना
धातुरूप करने की क्रिया
टांकना
अंतिम निरीक्षण

 

प्रमुख उत्पादन पैरामीटर:

विनिर्माण चरण	नियंत्रित पैरामीटर
पाउडर मिश्रण	कण वितरण
प्रेस गठन	घनत्व एकरूपता
सिंटरिंग	1600-1700 डिग्री
पिसाई	±0.01मिमी सहनशीलता
धातुरूप करने की क्रिया	परत मोटाई नियंत्रण
निरीक्षण	सीएमएम + विद्युत परीक्षण

 

अनुचित सिंटरिंग नियंत्रण उत्पन्न हो सकता है:

खुले रोमछिद्र

कम ढांकता हुआ ताकत

सतह पर दरारें

कम यांत्रिक विश्वसनीयता

 

ऑटोमोटिव और ऊर्जा भंडारण ग्राहकों के लिए गुणवत्ता प्रबंधन आवश्यकताएँ

वैश्विक ईवी और ईएसएस आपूर्ति श्रृंखलाओं के लिए, सिरेमिक घटक आपूर्तिकर्ता आमतौर पर निम्नलिखित का पालन करते हैं:

IATF 16949 ऑटोमोटिव गुणवत्ता प्रबंधन
आईएसओ 9001 विनिर्माण नियंत्रण
आईएसओ 14001 पर्यावरण प्रबंधन
पीपीएपी लेवल 3 सबमिशन
RoHS और पहुंच अनुपालन

 

आपूर्तिकर्ता गुणवत्ता दस्तावेज़ीकरण में आम तौर पर शामिल हैं:

सामग्री प्रमाण पत्र
प्रक्रिया प्रवाह चार्ट
नियंत्रण योजना
एफएमईए विश्लेषण
आयामी निरीक्षण रिपोर्ट
विश्वसनीयता परीक्षण रिपोर्ट

 

 

400V-1000V हाई वोल्टेज प्लेटफॉर्म के साथ EV बैटरी सिस्टम

एचवीडीसी सिरेमिक घटकों का उपयोग इसमें किया जाता है:

मुख्य बैटरी संपर्ककर्ता
संपर्ककर्ताओं को पूर्व -चार्ज करें
डीसी फास्ट चार्जिंग मॉड्यूल
बैटरी डिस्कनेक्ट इकाइयाँ

आवश्यकताएं:

उच्च ढांकता हुआ अलगाव
कम लीकेज करंट
लंबे समय तक स्विचिंग जीवनकाल
चाप कटाव के विरुद्ध प्रतिरोध

आईईसी मानकों के तहत ईएसएस और पीवी इन्वर्टर सुरक्षा प्रणाली

ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए सिरेमिक इन्सुलेशन घटकों की आवश्यकता होती है:

बैटरी रैक सुरक्षा
डीसी कंबाइनर बक्से
बिजली रूपांतरण प्रणाली
उच्च -वोल्टेज फ़्यूज़ असेंबलियाँ

 

विशिष्ट परिचालन स्थितियाँ:

आवेदन	वोल्टेज रेंज	वर्तमान सीमा
ईवी बैटरी सिस्टम	400-1000V डीसी	100–600A
ईएसएस रैक	750-1500V डीसी	200–1000A
पीवी इन्वर्टर	600-1500V डीसी	50–500A

 

एचवीडीसी अनुप्रयोगों के लिए एल्यूमिना सिरेमिक बॉडी निर्माता का चयन करना

 

एक योग्य आपूर्तिकर्ता को यह प्रदान करना चाहिए:

95% एल्यूमिना सिरेमिक सामग्री क्षमता
मो-एमएन धातुकरण प्रौद्योगिकी
वैक्यूम टांकना प्रक्रिया
सीएमएम निरीक्षण क्षमता
पीपीएपी स्तर 3 दस्तावेज़ीकरण
बैच ट्रैसेबिलिटी सिस्टम

 

एचवीडीसी संपर्ककर्ता, फ्यूज सुरक्षा उपकरण और पावर इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल विकसित करने वाली इंजीनियरिंग टीमों के लिए, धातुकरण डिजाइन, सीलिंग प्रक्रिया और आजीवन विश्वसनीयता आवश्यकताओं के साथ सिरेमिक सामग्री चयन का मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

 

 

 

Q1: एचवीडीसी कॉन्टैक्टर सिरेमिक बॉडी के लिए अनुशंसित सिरेमिक सामग्री क्या है?

95% एल्यूमिना सिरेमिक की सिफारिश की जाती है क्योंकि यह 15kV/mm से ऊपर ढांकता हुआ ताकत, 300MPa से ऊपर लचीली ताकत और थर्मल साइक्लिंग के तहत स्थिर प्रदर्शन प्रदान करता है।

 

Q2: क्या एल्यूमिना सिरेमिक बॉडी निर्माता पीपीएपी लेवल 3 दस्तावेज़ प्रदान कर सकता है?

हाँ। ऑटोमोटिव आपूर्तिकर्ता पीएफएमईए, नियंत्रण योजना, आयामी रिपोर्ट, सामग्री प्रमाणपत्र और विश्वसनीयता परीक्षण रिकॉर्ड सहित पीपीएपी स्तर 3 पैकेज प्रदान कर सकते हैं।

 

Q3: Mo-Mn धातुकरण की मोटाई को कैसे नियंत्रित किया जाता हैसिरेमिक फ्यूज ट्यूब?

Mo-Mn धातुकरण की मोटाई आमतौर पर स्क्रीन प्रिंटिंग मापदंडों, फायरिंग स्थितियों और धातुकरण के बाद आसंजन परीक्षण का उपयोग करके 10–30μm के भीतर नियंत्रित की जाती है।