一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及絕緣子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體絕緣子在各種高壓設(shè)備和脈沖功率設(shè)備中的主要作用是支撐結(jié)構(gòu)和電氣絕 緣。因此其絕緣水平的高低決定了這些設(shè)備的耐受電壓以及功率的大小。但是由于絕緣子 通常與氣體、液體以及真空等氛圍構(gòu)成復(fù)合絕緣系統(tǒng)，而這樣的系統(tǒng)中絕緣子在遠(yuǎn)低于自 身以及相同尺寸氛圍間隙的擊穿強(qiáng)度下就會(huì)發(fā)生沿面閃絡(luò)，以氧化鋁陶瓷為例，真空（ΠΓ 3Pa)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)的臨界值為350kV/cm，高純度氧化鋁陶瓷約為300~400kV/cm，而真空-氧 化鋁復(fù)合絕緣系統(tǒng)通常在幾十kV/cm的外加場(chǎng)強(qiáng)作用下就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，僅為真空耐電 強(qiáng)度的10~30%左右。因此，研究固體絕緣子沿面閃絡(luò)現(xiàn)象及其形成機(jī)理，尋找提高其閃絡(luò) 電壓的方法意義重大。
[0003] 影響材料沿面閃絡(luò)的因素較多，如施加電壓波形、絕緣體幾何形狀及長(zhǎng)度、絕緣體 幾何面積、絕緣體表面處理、絕緣體材料介電常數(shù)、絕緣體預(yù)放電處理、電極材料及其幾何 形狀、多層高梯度絕緣技術(shù)等，其中電極結(jié)構(gòu)及其與材料的接觸方式對(duì)閃絡(luò)電壓有較大影 響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，通過(guò)在絕緣 材料表面形成金屬膜電極以改善電極-介質(zhì)接觸，同時(shí)將電極嵌入絕緣材料內(nèi)部，以提高其 閃絡(luò)電壓。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，包括以下步驟:在固體絕緣材料的 表面進(jìn)行凹陷處理形成凹陷，并在凹陷中制備一層金屬膜電極;所述凹陷的形狀與設(shè)置在 固體絕緣材料上的電極形狀相配合。
[0007] 進(jìn)一步的，所述凹陷的深度大于金屬膜電極的高度，金屬膜電極沉積在凹陷底部。
[0008] 進(jìn)一步的，利用濺射、熱蒸鍍、等離子體化學(xué)氣相沉積等方法在固體絕緣材料的凹 陷區(qū)域底面制備金屬膜電極。
[0009] 進(jìn)一步的，所述金屬膜電極的材質(zhì)為金、銀、銅等導(dǎo)電性能良好的金屬材料。
[0010] 進(jìn)一步的，電極嵌入凹陷內(nèi)并緊貼金屬膜電極。
[0011] 進(jìn)一步的，所述固體絕緣材料的材質(zhì)為有機(jī)玻璃;尺寸Φ 35mm X 4mm，電極為圓形 電極，高度2 mm;凹陷形狀為圓形，深度為3 mm;凹陷底部制備的金屬膜電極的材質(zhì)為金，厚度 為10nm。
[0012] 進(jìn)一步的，所述固體絕緣材料的表面間隔設(shè)置有兩個(gè)凹陷，每個(gè)凹陷底部制備有 金屬膜電極;兩個(gè)金屬膜電極上分別緊貼有作為陰極和陽(yáng)極的電極。
[0013] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:實(shí)際工程中，電極與材料之間往往存 在間隙，間隙的存在將畸變?nèi)Y(jié)合點(diǎn)處（電極、材料、氛圍）的電場(chǎng)強(qiáng)度，引起閃絡(luò)電壓的降 低，因此，本發(fā)明在絕緣材料表面制備金屬膜電極(如金、銀、銅等）以消除電極和固體絕緣 材料之間的間隙，改善二者之間的接觸，提高系統(tǒng)的閃絡(luò)電壓；同時(shí)對(duì)材料表面進(jìn)行凹陷處 理，并將金屬電極嵌入其中，可避免在制備金屬膜電極過(guò)程中在電極、材料以及氛圍的三結(jié) 合處形成新的電場(chǎng)畸變點(diǎn)而降低閃絡(luò)電壓的可能。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明表面凹陷處理后的絕緣材料示意圖。
[0015] 圖2所示為本發(fā)明所用罩蓋示意圖。
[0016] 圖3所示為處理后的絕緣材料和罩蓋組合示意圖，圖中：1為罩蓋，2為固體絕緣材 料。
[0017] 圖4所示為本發(fā)明的方法流程圖。
[0018] 圖5所示為實(shí)施例中絕緣系統(tǒng)示意圖。圖中：2為處理好的固體絕緣材料，3為兩個(gè) 圓形電極，4為兩個(gè)金屬膜電極。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0020] 本發(fā)明一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，具體包括以下步驟：
[0021] 步驟1:根據(jù)實(shí)際工作狀況確定固體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣指標(biāo)，以此設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)的各 項(xiàng)參數(shù):具體包括固體絕緣材料的選取和電極的形狀參數(shù)、尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)；
[0022] 步驟2:根據(jù)上述步驟（1)中的電極形狀和尺寸參數(shù)在選取的固體絕緣材料2表面 進(jìn)行凹陷處理，凹陷區(qū)域與電極形狀相配合以保證電極能被嵌入其中，如圖1所示。同時(shí)根 據(jù)電極形狀制作罩蓋1，如圖2所示，其形狀需與凹陷區(qū)域相配合以確保金屬粒子能全部沉 積在凹陷區(qū)域底面，罩蓋所用材料一般為金屬材料，其中罩蓋在凹陷區(qū)域的壁厚即為金屬 膜電極與凹陷內(nèi)壁的距離，一般為1mm。
[0023] 步驟3:將上述步驟(2)中處理好的絕緣材料和罩蓋組合在一起，如圖3所示，利用 濺射、熱蒸鍍、等離子體化學(xué)氣相沉積等方法在材料凹陷區(qū)域底面制備金屬膜電極。
[0024] 本發(fā)明所制備的固體絕緣材料使用時(shí)，將電極嵌入凹陷內(nèi)并緊貼金屬膜電極。
[0025] 實(shí)施例：
[0026] 步驟（1):電極為圓形電極，高度2mm，直徑10mm;選取有機(jī)玻璃(PMMA)作為絕緣材 料，尺寸 Φ 35mm X 4mm ；
[0027] 步驟(2):在有機(jī)玻璃上進(jìn)行凹陷處理，形成兩個(gè)相距5mm的圓形凹陷區(qū)域，其深度 為3mm，且直徑與圓形電極直徑相同；同時(shí)根據(jù)電極形狀制作濺射時(shí)所用的罩蓋，罩蓋材料 為不銹鋼，形狀與兩個(gè)凹陷區(qū)域相配合，確保金屬粒子能全部沉積在兩個(gè)凹陷區(qū)域底面。
[0028] 步驟(3):將上述步驟(2)中處理好的絕緣材料和罩蓋組合在一起，并利用離子濺 射儀對(duì)材料凹陷區(qū)域底面濺射金屬膜電極(材料為金，厚度為l〇nm)，然后再將該試樣與電 極裝配形成的絕緣系統(tǒng)，如圖5所示，圖中2為處理好的固體絕緣材料，3為兩個(gè)圓形電極；
[0029] 將上述步驟(3)中形成的絕緣系統(tǒng)在沿面閃絡(luò)特性測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試波 形為標(biāo)準(zhǔn)雷電波（1.2/50ys)，測(cè)試參數(shù)為首次閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)Efb、老練場(chǎng)強(qiáng)Ec。以及耐受場(chǎng)強(qiáng)E h。。 處理前后絕緣材料的真空表面閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)如表1所示。
[0030] 表1處理前后絕緣系統(tǒng)的閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比（單位:kV/cm)
[0031]
[0032] ~可以看出，經(jīng)過(guò)處理后，材料的首次閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)Efb提高了96.1%;老練場(chǎng)強(qiáng)E。。提高_(dá) 了 102.7%;耐受場(chǎng)強(qiáng)Eh。提高了90.9%。由實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明可大幅提高絕緣材料的沿面 閃絡(luò)特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，包括以下步驟:在固體絕 緣材料的表面進(jìn)行凹陷處理形成凹陷，并在凹陷中制備一層金屬膜電極;所述凹陷的形狀 與設(shè)置在固體絕緣材料上的電極形狀相配合。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，所 述凹陷的深度大于金屬膜電極的高度，金屬膜電極沉積在凹陷底部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，電 極嵌入凹陷內(nèi)并緊貼金屬膜電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，所 述金屬膜電極的材質(zhì)為金、銀、銅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，所 述固體絕緣材料的材質(zhì)為有機(jī)玻璃;尺寸Φ 3 5 mm X 4 mm，電極為圓形電極，高度2 mm;凹陷形 狀為圓形，深度為3mm;凹陷底部沉積的金屬膜電極的材質(zhì)為金，厚度為10 nm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，其特征在于，所 述固體絕緣材料的表面間隔設(shè)置有兩個(gè)凹陷，每個(gè)凹陷底部沉積有金屬膜電極;兩個(gè)金屬 膜電極上分別緊貼有作為陰極和陽(yáng)極的電極。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種提高固體絕緣材料沿面閃絡(luò)特性的方法，包括以下步驟：在固體絕緣材料的表面進(jìn)行凹陷處理形成凹陷，并在凹陷中制備一層金屬膜電極；所述凹陷的形狀與設(shè)置在固體絕緣材料上的電極形狀相配合；所述凹陷的深度大于金屬膜電極的高度，金屬膜電極沉積在凹陷底部；電極嵌入凹陷內(nèi)并緊貼金屬膜電極。本發(fā)明在絕緣材料表面制備金屬膜電極(如金、銀、銅等)以消除電極和固體絕緣材料之間的間隙，改善二者之間的接觸，提高系統(tǒng)的閃絡(luò)電壓；將金屬電極嵌入絕緣材料內(nèi)部，可以有效地避免在制備過(guò)程中在電極、材料以及氛圍的三結(jié)合處形成新的電場(chǎng)畸變點(diǎn)而降低閃絡(luò)電壓的可能。
【IPC分類】G01R31/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105467281
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510808474
【發(fā)明人】張冠軍, 王藝博, 蘇國(guó)強(qiáng), 宋佰鵬, 周潤(rùn)東, 王勐, 李逢
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué), 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日