氧化铝陶瓷表面处理及其对真空沿面闪络性能影响
发布时间：2021-01-19 15:21
绝缘子在高功率设备及高真空器件中起着绝缘和支撑作用,已经成为装置不可或缺的部件之一,但在高真空环境中,绝缘子表面容易产生沿面放电击穿现象,也即是沿面闪络。沿面闪络现象的存在极大地降低了整个绝缘体系的耐压强度,使得一些靠绝缘子支撑使用的真空高压设备无法正常、安全的运行。因此,探索提高绝缘子沿面闪络性能的方法对设备稳定运行具有重要作用。本论文从改变绝缘子表面组分和绝缘子表面形貌两个方面着手,探索了提高绝缘子沿面闪络性能的方法,实验以氧化铝陶瓷（Al2O3含量为95%以上）绝缘材料为研究对象,采用十八烷基三氯硅烷（OTS）分子自组装和紫外激光微细加工两种方法,对氧化铝陶瓷绝缘子表面进行改性。通过实验设计,本工作分别探究了表面镀覆OTS分子自组装膜、表面激光微槽构筑以及两种方法相结合制备的表面复合结构对氧化铝陶瓷绝缘子沿面闪络性能的影响。主要研究结果如下:（1）利用分子自组装技术在氧化铝陶瓷绝缘子表面开展了自组装分子膜制备及其性能研究。研究表明,OTS通过化学键合的方式与氧化铝陶瓷表面结合形成分子自组装膜,经过改性处理后氧化铝陶瓷绝缘子表面静态水接触...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电子发射模型微观物理过程示意图[29]
第1章引言3研究的理论基础，本文在后续的研究中也将以二次电子发射雪崩（SEEA）理论模型为指导理论，对实验中的闪络现象进行解释。图1-1二次电子发射模型微观物理过程示意图[29]图1-2极化松弛理论示意图[29]现阶段，随着许多高功率装置和高压真空设备，如大功率微波管、中子束二极管、脉冲功率开关、多种粒子加速器等，逐渐向着更高功率、实用化、小型便捷化方向发展，对绝缘子的耐压性能提出了越来越高的要求[30]，需要满足在缩小体积的同时具更高的闪络性能，因此，寻找可以提高真空中绝缘子沿面闪络电压的新方法，制备出高耐压且稳定的绝缘子对提高设备的稳定性有着十分重要的意义。1.2国内外研究现状绝缘子沿面闪络问题的研究国外起步较早，取得较多成果，国内关于这一领域的研究虽然相对较晚，但也提出许多新颖的、具有指导作用的观点与方法。为了获得高耐压绝缘子，国内外科研学者们均为此进行了大量实验，以探究有效的方法提升沿面闪络电压、避免沿面闪络现象的发生[31-33]，当前研究人员普遍认为：绝缘子表面状况[34,35]（形貌结构、化学组成）对其真空沿面闪络性能有很大的影响，其中通过改变表面组分或者改变表面形貌是提高固体绝缘子沿面闪络性能最简便也是最有效的方法。以下是对国内外关于这两个方面所开展的工作的详细介绍。
湘潭大学硕士研究生41.2.1表面组分对绝缘子沿面闪络性能的影响绝缘子表面组分对其真空沿面闪络性能有十分重要的影响。目前关于改变绝缘子表面组分为什么能够有效改善绝缘子沿面闪络性能原因的解释主要有以下几点：（1）通过改变表面组分以提高材料对表面电子的约束能力，使电子在表面的运动受到限制；（2）降低固体绝缘子表面二次电子发射系数及倍增几率，减小表面电荷密度，改善绝缘子表面介电性质不均匀的问题；（3）减小绝缘子表面气体的吸附，降低固体绝缘子表面释气率；（4）降低固体绝缘子表面电阻系数。国内外在该方面开展的研究主要包括：张冠军[36]等人使用离子交换法对可加工陶瓷表面进行改性处理，作者以CuSO4溶液作为反应液，提供Cu2+与可加工陶瓷样品表面的Na+进行离子交换，改变了可加工陶瓷样品表面组分。通过性能测试、结构表征分析表明：离子交换可以改变样品表面状态、表面微观结构、表面电阻系数和表面陷阱密度，离子交换后样品的表面电阻率降低，这能够加快表面附着电荷的泄露，削弱表面电荷积累，抑制局部电场增强，当离子交换时间为10h时可加工陶瓷的闪络性能达到最高，闪络测试结果如图1-3所示。图1-3离子交换时间与闪络电压的关系[36]Tesushioiri[37]等人在氧化铝陶瓷（Al2O3含量92%）样品表面制备低二次电子发射系数的氧化铬涂层，测试了制备涂层后样品的表面电阻。结果表明Cr2O3涂层降低了陶瓷表面的表面电阻；进一步探究了Cr2O3涂层对陶瓷表面真空闪络特性的影响，闪络测试结果如图1-4所示。Cr2O3涂层提高了氧化铝陶瓷绝缘子的闪络电压，分析认为，Cr2O3涂层降低了样品表面电阻，且自身二次电子发射系数明显低于氧
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光加工在线监测技术研究进展[J]. 丁烨,薛遥,庞继红,杨立军,洪明辉. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[2]聚合物绝缘子表面微结构构筑及闪络性能[J]. 霍艳坤,刘文元,柯昌凤,段荔,赵小什,陈昌华. 强激光与粒子束. 2018(03)
[3]OTS修饰活性钛表面及电化学沉积钙磷涂层的研究[J]. 谭帼馨,王航,宁成云,谭英,周蕾,廖景文,陈晓峰,于鹏. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
[4]两亲性聚合物分子自组装的研究进展[J]. 李雪梅,贺继东. 化工进展. 2014(10)
[5]硫醇在金属表面自组装成膜的研究进展[J]. 梁洪爽,赵杉林,李萍,史艳华,张振华. 当代化工. 2014(08)
[6]表面改性对绝缘子真空沿面闪络特性的影响[J]. 柯昌凤,刘文元,段荔,李琳,汤俊萍,陈昌华. 强激光与粒子束. 2014(06)
[7]铬掺杂对氧化铝陶瓷真空电绝缘性能的影响[J]. 刘湘龙,李晓云,杨建,丘泰. 人工晶体学报. 2014(04)
[8]表面离子交换对可加工陶瓷真空沿面耐电特性的影响[J]. 张冠军,黄学增,郑楠,翟鹏,马新沛,李光新. 高电压技术. 2010(12)
[9]表面粗糙度对绝缘材料真空闪络特性的影响[J]. 郑楠,于开坤,刘国清,张冠军. 电工电能新技术. 2009(02)
[10]表面激光处理对氧化铝陶瓷真空中闪络特性的影响[J]. 于开坤,张冠军,郑楠,刘国清,张源斌. 电工技术学报. 2009(01)
博士论文
[1]真空中绝缘子沿面预闪络和闪络现象的研究[D]. 丁立健.华北电力大学 2001
硕士论文
[1]晶须改性交联聚苯乙烯复合材料的制备及性能研究[D]. 赵小什.湘潭大学 2018
[2]十八烷基三氯硅烷自组装多层膜的制备及性能研究[D]. 洪亭亭.武汉理工大学 2017
[3]强流二极管绝缘结构设计与保真空[D]. 荀涛.国防科学技术大学 2006
本文编号：2987235
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二次电子发射模型微观物理过程示意图[29]
第1章引言3研究的理论基础，本文在后续的研究中也将以二次电子发射雪崩（SEEA）理论模型为指导理论，对实验中的闪络现象进行解释。图1-1二次电子发射模型微观物理过程示意图[29]图1-2极化松弛理论示意图[29]现阶段，随着许多高功率装置和高压真空设备，如大功率微波管、中子束二极管、脉冲功率开关、多种粒子加速器等，逐渐向着更高功率、实用化、小型便捷化方向发展，对绝缘子的耐压性能提出了越来越高的要求[30]，需要满足在缩小体积的同时具更高的闪络性能，因此，寻找可以提高真空中绝缘子沿面闪络电压的新方法，制备出高耐压且稳定的绝缘子对提高设备的稳定性有着十分重要的意义。1.2国内外研究现状绝缘子沿面闪络问题的研究国外起步较早，取得较多成果，国内关于这一领域的研究虽然相对较晚，但也提出许多新颖的、具有指导作用的观点与方法。为了获得高耐压绝缘子，国内外科研学者们均为此进行了大量实验，以探究有效的方法提升沿面闪络电压、避免沿面闪络现象的发生[31-33]，当前研究人员普遍认为：绝缘子表面状况[34,35]（形貌结构、化学组成）对其真空沿面闪络性能有很大的影响，其中通过改变表面组分或者改变表面形貌是提高固体绝缘子沿面闪络性能最简便也是最有效的方法。以下是对国内外关于这两个方面所开展的工作的详细介绍。
湘潭大学硕士研究生41.2.1表面组分对绝缘子沿面闪络性能的影响绝缘子表面组分对其真空沿面闪络性能有十分重要的影响。目前关于改变绝缘子表面组分为什么能够有效改善绝缘子沿面闪络性能原因的解释主要有以下几点：（1）通过改变表面组分以提高材料对表面电子的约束能力，使电子在表面的运动受到限制；（2）降低固体绝缘子表面二次电子发射系数及倍增几率，减小表面电荷密度，改善绝缘子表面介电性质不均匀的问题；（3）减小绝缘子表面气体的吸附，降低固体绝缘子表面释气率；（4）降低固体绝缘子表面电阻系数。国内外在该方面开展的研究主要包括：张冠军[36]等人使用离子交换法对可加工陶瓷表面进行改性处理，作者以CuSO4溶液作为反应液，提供Cu2+与可加工陶瓷样品表面的Na+进行离子交换，改变了可加工陶瓷样品表面组分。通过性能测试、结构表征分析表明：离子交换可以改变样品表面状态、表面微观结构、表面电阻系数和表面陷阱密度，离子交换后样品的表面电阻率降低，这能够加快表面附着电荷的泄露，削弱表面电荷积累，抑制局部电场增强，当离子交换时间为10h时可加工陶瓷的闪络性能达到最高，闪络测试结果如图1-3所示。图1-3离子交换时间与闪络电压的关系[36]Tesushioiri[37]等人在氧化铝陶瓷（Al2O3含量92%）样品表面制备低二次电子发射系数的氧化铬涂层，测试了制备涂层后样品的表面电阻。结果表明Cr2O3涂层降低了陶瓷表面的表面电阻；进一步探究了Cr2O3涂层对陶瓷表面真空闪络特性的影响，闪络测试结果如图1-4所示。Cr2O3涂层提高了氧化铝陶瓷绝缘子的闪络电压，分析认为，Cr2O3涂层降低了样品表面电阻，且自身二次电子发射系数明显低于氧
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光加工在线监测技术研究进展[J]. 丁烨,薛遥,庞继红,杨立军,洪明辉. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(04)
[2]聚合物绝缘子表面微结构构筑及闪络性能[J]. 霍艳坤,刘文元,柯昌凤,段荔,赵小什,陈昌华. 强激光与粒子束. 2018(03)
[3]OTS修饰活性钛表面及电化学沉积钙磷涂层的研究[J]. 谭帼馨,王航,宁成云,谭英,周蕾,廖景文,陈晓峰,于鹏. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
[4]两亲性聚合物分子自组装的研究进展[J]. 李雪梅,贺继东. 化工进展. 2014(10)
[5]硫醇在金属表面自组装成膜的研究进展[J]. 梁洪爽,赵杉林,李萍,史艳华,张振华. 当代化工. 2014(08)
[6]表面改性对绝缘子真空沿面闪络特性的影响[J]. 柯昌凤,刘文元,段荔,李琳,汤俊萍,陈昌华. 强激光与粒子束. 2014(06)
[7]铬掺杂对氧化铝陶瓷真空电绝缘性能的影响[J]. 刘湘龙,李晓云,杨建,丘泰. 人工晶体学报. 2014(04)
[8]表面离子交换对可加工陶瓷真空沿面耐电特性的影响[J]. 张冠军,黄学增,郑楠,翟鹏,马新沛,李光新. 高电压技术. 2010(12)
[9]表面粗糙度对绝缘材料真空闪络特性的影响[J]. 郑楠,于开坤,刘国清,张冠军. 电工电能新技术. 2009(02)
[10]表面激光处理对氧化铝陶瓷真空中闪络特性的影响[J]. 于开坤,张冠军,郑楠,刘国清,张源斌. 电工技术学报. 2009(01)
博士论文
[1]真空中绝缘子沿面预闪络和闪络现象的研究[D]. 丁立健.华北电力大学 2001
硕士论文
[1]晶须改性交联聚苯乙烯复合材料的制备及性能研究[D]. 赵小什.湘潭大学 2018
[2]十八烷基三氯硅烷自组装多层膜的制备及性能研究[D]. 洪亭亭.武汉理工大学 2017
[3]强流二极管绝缘结构设计与保真空[D]. 荀涛.国防科学技术大学 2006
本文编号：2987235
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