压敏陶瓷-硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性
发布时间：2021-12-02 06:53
开展兼具非线性电导和介电特性的复合材料的理论基础和应用研究,有助于更有效、广泛地解决高电压等级电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此,制备了ZnO压敏陶瓷-硅橡胶复合材料并测量了其非线性压敏介电特性。结果表明:制备的复合材料具有良好的分散性和非线性电导及介电特性;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数>10%时,复合材料可以表现出明显的非线性介电特性,可以起到更显著的电场均匀作用;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数>20%时,复合材料呈现出明显的非线性电导特性,电导非线性系数可以达到10以上,当电场强度超过压敏电压梯度时电导率可以提高100倍以上,而电场强度达到1.5倍压敏电压梯度时,可在对不均匀电场起抑制作用的同时,避免较大的损耗。
【文章来源】：高电压技术. 2015,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
复合材料样品的制备流程
谢竟成，胡军，何金良，等：压敏陶瓷硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性449图2硅橡胶和不同配比的复合材料的X射线衍射谱Fig.2X-raydiffractionpatternsofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents有ZnO压敏陶瓷填料的样品中，主要包括ZnO相、Bi2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常显著，为填料中的主要物相。其次较明显的物相为Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由掺杂的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等掺杂元素和ZnO形成，尺寸较ZnO晶粒小，随机分散在多个ZnO晶粒接触部位。硅橡胶含量较多的样品中，如纯硅橡胶，以及含有5%、10%和20%ZnO压敏陶瓷填料的复合材料样品中，2θ=13°处有1个宽峰，由硅橡胶聚合物链的规则排列造成。当ZnO压敏陶瓷填料配比达30%时，硅橡胶聚合物链的规则排列被打乱，这个宽峰就变得不明显。图3显示了不同配比样品的SEM形貌，较亮区域为ZnO压敏陶瓷粉体，晶粒直径在2~5μm之间，数十个晶粒组成1个粒径约20~50μm的粉体。ZnO压敏陶瓷粉体均匀分散在硅橡胶基体中，其中没有明显的缺陷存在，表明ZnO压敏陶瓷粉体和硅橡胶基体良好接触。过去的研究表明，改善复合材料中两相的界面，减少复合材料中的气孔和其他缺陷，能提高复合材料的电气性能[24]。2.2复合材料非线性电导特性ZnO压敏陶瓷粉体(100%ZnO)和含有不同配比的复合材料的电导特性曲线见图4，从图中计算得到的数据列入表2。其中，由于5%和10%ZnO压敏陶瓷配比的样品的非线性不明显，Jpre由电流密度平均值代替。可以看出，这些参数的变化与ZnO压敏陶瓷填料的配比密切相关。5%和10%的样品没有电导非线性，随着ZnO压敏陶瓷粉体体积分数的增图3硅橡胶和不同配比的复合材料的?
2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常显著，为填料中的主要物相。其次较明显的物相为Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由掺杂的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等掺杂元素和ZnO形成，尺寸较ZnO晶粒小，随机分散在多个ZnO晶粒接触部位。硅橡胶含量较多的样品中，如纯硅橡胶，以及含有5%、10%和20%ZnO压敏陶瓷填料的复合材料样品中，2θ=13°处有1个宽峰，由硅橡胶聚合物链的规则排列造成。当ZnO压敏陶瓷填料配比达30%时，硅橡胶聚合物链的规则排列被打乱，这个宽峰就变得不明显。图3显示了不同配比样品的SEM形貌，较亮区域为ZnO压敏陶瓷粉体，晶粒直径在2~5μm之间，数十个晶粒组成1个粒径约20~50μm的粉体。ZnO压敏陶瓷粉体均匀分散在硅橡胶基体中，其中没有明显的缺陷存在，表明ZnO压敏陶瓷粉体和硅橡胶基体良好接触。过去的研究表明，改善复合材料中两相的界面，减少复合材料中的气孔和其他缺陷，能提高复合材料的电气性能[24]。2.2复合材料非线性电导特性ZnO压敏陶瓷粉体(100%ZnO)和含有不同配比的复合材料的电导特性曲线见图4，从图中计算得到的数据列入表2。其中，由于5%和10%ZnO压敏陶瓷配比的样品的非线性不明显，Jpre由电流密度平均值代替。可以看出，这些参数的变化与ZnO压敏陶瓷填料的配比密切相关。5%和10%的样品没有电导非线性，随着ZnO压敏陶瓷粉体体积分数的增图3硅橡胶和不同配比的复合材料的断面SEM形貌Fig.3SEMmorphologyofthefreshsurfacesofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents图4氧化锌压敏陶瓷粉体和不同配比的复合材料的电导特性(JE)曲线Fig.4Currentdensity-electricfield(J–E)characteristicsofZnOvaristorpowdersandth
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性复合材料对不均匀电场的改善效果仿真分析[J]. 谢竟成,胡军,何金良,郭志冲,殷禹. 高电压技术. 2014(03)
[2]改善不均匀电场的非线性复合材料研究进展[J]. 何金良,谢竟成,胡军. 高电压技术. 2014(03)
[3]特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计[J]. 胡建林,吴尧,肖代波,蒋兴良,刘健,张志劲. 高电压技术. 2014(01)
[4]特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计[J]. 司马文霞,施健,袁涛,杨庆,孙才新. 高电压技术. 2012(02)
[5]聚乙烯/碳化硅复合材料的非线性电导特性的研究[J]. 郭文敏,韩宝忠,李忠华. 功能材料. 2010(03)
[6]碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性[J]. 韩宝忠,郭文敏,李忠华. 功能材料. 2008(09)
[7]高压交联电缆终端预制橡胶应力锥的研究进展[J]. 韩轩,马永其. 绝缘材料. 2007(04)
[8]颗粒填充聚合物高介电复合材料[J]. 黄兴溢,柯清泉,江平开,韦平,汪根林. 高分子通报. 2006(12)
[9]非线性电介质改善应力控制型套管电场的模拟计算与试验分析[J]. 杨娟娟,刘英,曹晓珑. 绝缘材料. 2003(05)
本文编号：3527948
【文章来源】：高电压技术. 2015,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
复合材料样品的制备流程
谢竟成，胡军，何金良，等：压敏陶瓷硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性449图2硅橡胶和不同配比的复合材料的X射线衍射谱Fig.2X-raydiffractionpatternsofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents有ZnO压敏陶瓷填料的样品中，主要包括ZnO相、Bi2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常显著，为填料中的主要物相。其次较明显的物相为Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由掺杂的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等掺杂元素和ZnO形成，尺寸较ZnO晶粒小，随机分散在多个ZnO晶粒接触部位。硅橡胶含量较多的样品中，如纯硅橡胶，以及含有5%、10%和20%ZnO压敏陶瓷填料的复合材料样品中，2θ=13°处有1个宽峰，由硅橡胶聚合物链的规则排列造成。当ZnO压敏陶瓷填料配比达30%时，硅橡胶聚合物链的规则排列被打乱，这个宽峰就变得不明显。图3显示了不同配比样品的SEM形貌，较亮区域为ZnO压敏陶瓷粉体，晶粒直径在2~5μm之间，数十个晶粒组成1个粒径约20~50μm的粉体。ZnO压敏陶瓷粉体均匀分散在硅橡胶基体中，其中没有明显的缺陷存在，表明ZnO压敏陶瓷粉体和硅橡胶基体良好接触。过去的研究表明，改善复合材料中两相的界面，减少复合材料中的气孔和其他缺陷，能提高复合材料的电气性能[24]。2.2复合材料非线性电导特性ZnO压敏陶瓷粉体(100%ZnO)和含有不同配比的复合材料的电导特性曲线见图4，从图中计算得到的数据列入表2。其中，由于5%和10%ZnO压敏陶瓷配比的样品的非线性不明显，Jpre由电流密度平均值代替。可以看出，这些参数的变化与ZnO压敏陶瓷填料的配比密切相关。5%和10%的样品没有电导非线性，随着ZnO压敏陶瓷粉体体积分数的增图3硅橡胶和不同配比的复合材料的?
2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常显著，为填料中的主要物相。其次较明显的物相为Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由掺杂的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等掺杂元素和ZnO形成，尺寸较ZnO晶粒小，随机分散在多个ZnO晶粒接触部位。硅橡胶含量较多的样品中，如纯硅橡胶，以及含有5%、10%和20%ZnO压敏陶瓷填料的复合材料样品中，2θ=13°处有1个宽峰，由硅橡胶聚合物链的规则排列造成。当ZnO压敏陶瓷填料配比达30%时，硅橡胶聚合物链的规则排列被打乱，这个宽峰就变得不明显。图3显示了不同配比样品的SEM形貌，较亮区域为ZnO压敏陶瓷粉体，晶粒直径在2~5μm之间，数十个晶粒组成1个粒径约20~50μm的粉体。ZnO压敏陶瓷粉体均匀分散在硅橡胶基体中，其中没有明显的缺陷存在，表明ZnO压敏陶瓷粉体和硅橡胶基体良好接触。过去的研究表明，改善复合材料中两相的界面，减少复合材料中的气孔和其他缺陷，能提高复合材料的电气性能[24]。2.2复合材料非线性电导特性ZnO压敏陶瓷粉体(100%ZnO)和含有不同配比的复合材料的电导特性曲线见图4，从图中计算得到的数据列入表2。其中，由于5%和10%ZnO压敏陶瓷配比的样品的非线性不明显，Jpre由电流密度平均值代替。可以看出，这些参数的变化与ZnO压敏陶瓷填料的配比密切相关。5%和10%的样品没有电导非线性，随着ZnO压敏陶瓷粉体体积分数的增图3硅橡胶和不同配比的复合材料的断面SEM形貌Fig.3SEMmorphologyofthefreshsurfacesofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents图4氧化锌压敏陶瓷粉体和不同配比的复合材料的电导特性(JE)曲线Fig.4Currentdensity-electricfield(J–E)characteristicsofZnOvaristorpowdersandth
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性复合材料对不均匀电场的改善效果仿真分析[J]. 谢竟成,胡军,何金良,郭志冲,殷禹. 高电压技术. 2014(03)
[2]改善不均匀电场的非线性复合材料研究进展[J]. 何金良,谢竟成,胡军. 高电压技术. 2014(03)
[3]特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计[J]. 胡建林,吴尧,肖代波,蒋兴良,刘健,张志劲. 高电压技术. 2014(01)
[4]特高压复合绝缘子电场计算及基于神经网络遗传算法的均压环结构优化设计[J]. 司马文霞,施健,袁涛,杨庆,孙才新. 高电压技术. 2012(02)
[5]聚乙烯/碳化硅复合材料的非线性电导特性的研究[J]. 郭文敏,韩宝忠,李忠华. 功能材料. 2010(03)
[6]碳化硅/硅橡胶复合材料的非线性电导特性[J]. 韩宝忠,郭文敏,李忠华. 功能材料. 2008(09)
[7]高压交联电缆终端预制橡胶应力锥的研究进展[J]. 韩轩,马永其. 绝缘材料. 2007(04)
[8]颗粒填充聚合物高介电复合材料[J]. 黄兴溢,柯清泉,江平开,韦平,汪根林. 高分子通报. 2006(12)
[9]非线性电介质改善应力控制型套管电场的模拟计算与试验分析[J]. 杨娟娟,刘英,曹晓珑. 绝缘材料. 2003(05)
本文编号：3527948
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