Al 2 O 3 陶瓷表面离子注入与沉积及沿面闪络特性研究
发布时间：2023-04-26 20:39
氧化铝陶瓷具有良好的热传导性、电绝缘性能和耐高温特性,广泛应用于高电压及电真空绝缘领域。但是,由于其表面电阻率和二次电子发射系数大,在高电场和复杂环境下,表面容易积聚大量电荷,降低沿面闪络电压,引发沿面放电事故。因此,通过研究氧化铝陶瓷真空沿面闪络发展过程,探寻抑制电介质表面电荷积聚以及提高沿面闪络性能的方法具有重要科学和工程意义。本文采用离子注入与沉积的方法提高了氧化铝陶瓷的闪络特性,并通过仿真模拟和实验相结合研究了真空沿面闪络的形成与发展过程。分别采用钛离子注入与氧化铬薄膜沉积的方法对氧化铝陶瓷进行了表面改性。通过金属栅网辅助+射频氩等离子体中和电荷的方法,消除了离子注入过程中氧化铝陶瓷表面的“打火”现象。研究了离子注入时间对氧化铝陶瓷表层化学成分和微观组织结构的影响,发现注入钛元素浓度呈类高斯分布,浓度峰值位于30 nm附近,氧化铝陶瓷表面形成了非晶改性层。研究了基体温度、氧流量和沉积时间对氧化铬薄膜微观组织结构的影响规律:基体温度高于100℃时薄膜开始晶化;随着氧流量的增加,氧化铬薄膜的沉积速率下降,薄膜的衍射峰强度降低,薄膜化学计量比由欠氧状态转变为富氧状态;基体温度达到30...
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 沿面闪络特性的影响因素
1.3 真空沿面闪络机理
1.3.1 二次电子发射雪崩模型
1.3.2 电子引发极化松弛模型
1.3.3 其他沿面闪络模型
1.3.4 表面电荷积聚对沿面闪络的影响
1.3.5 沿面闪络过程模拟
1.4 改善沿面闪络性能的方法
1.4.1 表面改性
1.4.2 绝缘子体掺杂
1.4.3 功能梯度材料绝缘子
1.4.4 高梯度绝缘子
1.4.5 磁场抑制闪络
1.5 等离子体浸没离子注入与沉积技术
1.6 研究内容
第2章 实验材料及方法
2.1 实验材料及制备方法
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备及工艺参数
2.2 分析测试方法
2.2.1 等离子体质谱测量
2.2.2 成分与微观组织分析
2.2.3 电学参数测试
第3章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷表面化学成分和组织结构
3.1 引言
3.2 离子注入对氧化铝陶瓷表面微观组织结构的影响
3.2.1 金属等离子体浸没离子注入绝缘材料的方法
3.2.2 注入时间对氧化铝陶瓷表面结构的影响
3.3 氧化铝陶瓷表面沉积氧化铬薄膜研究
3.3.1 等离子体及放电特性研究
3.3.2 基片温度对氧化铬薄膜物相的影响
3.3.3 氧流量对氧化铬薄膜化学成分及微观结构的影响
3.3.4 沉积时间对氧化铬薄膜形貌的影响
3.4 本章小结
第4章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷表面电学特性
4.1 引言
4.2 电阻率
4.2.1 离子注入后氧化铝陶瓷电阻率
4.2.2 沉积处理后氧化铝陶瓷电阻率
4.3 相对介电常数
4.3.1 离子注入后氧化铝陶瓷相对介电常数
4.3.2 沉积处理后氧化铝陶瓷相对介电常数
4.4 二次电子发射系数
4.4.1 离子注入后氧化铝陶瓷二次电子发射系数
4.4.2 沉积处理后氧化铝陶瓷二次电子发射系数
4.5 表面电荷动态特性
4.5.1 基于ISPD理论的陷阱分布计算
4.5.2 离子注入后氧化铝陶瓷的表面电荷动态特性
4.5.3 沉积处理后氧化铝陶瓷的表面电荷动态特性
4.6 真空沿面闪络电压
4.6.1 离子注入后氧化铝陶瓷沿面闪络电压
4.6.2 沉积处理后氧化铝陶瓷沿面闪络电压
4.7 本章小结
第5章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷沿面闪络特性改善机制
5.1 引言
5.2 真空沿面闪络过程PIC/MCC模拟
5.2.1 PIC/MCC模型
5.2.2 沿面闪络仿真模型
5.2.3 真空沿面闪络过程模拟
5.3 真空沿面闪络过程影响因素
5.3.1 外加电场强度
5.3.2 表面电阻率
5.3.3 二次电子发射系数
5.4 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷真空沿面闪络机制分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3802166
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 沿面闪络特性的影响因素
1.3 真空沿面闪络机理
1.3.1 二次电子发射雪崩模型
1.3.2 电子引发极化松弛模型
1.3.3 其他沿面闪络模型
1.3.4 表面电荷积聚对沿面闪络的影响
1.3.5 沿面闪络过程模拟
1.4 改善沿面闪络性能的方法
1.4.1 表面改性
1.4.2 绝缘子体掺杂
1.4.3 功能梯度材料绝缘子
1.4.4 高梯度绝缘子
1.4.5 磁场抑制闪络
1.5 等离子体浸没离子注入与沉积技术
1.6 研究内容
第2章 实验材料及方法
2.1 实验材料及制备方法
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验设备及工艺参数
2.2 分析测试方法
2.2.1 等离子体质谱测量
2.2.2 成分与微观组织分析
2.2.3 电学参数测试
第3章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷表面化学成分和组织结构
3.1 引言
3.2 离子注入对氧化铝陶瓷表面微观组织结构的影响
3.2.1 金属等离子体浸没离子注入绝缘材料的方法
3.2.2 注入时间对氧化铝陶瓷表面结构的影响
3.3 氧化铝陶瓷表面沉积氧化铬薄膜研究
3.3.1 等离子体及放电特性研究
3.3.2 基片温度对氧化铬薄膜物相的影响
3.3.3 氧流量对氧化铬薄膜化学成分及微观结构的影响
3.3.4 沉积时间对氧化铬薄膜形貌的影响
3.4 本章小结
第4章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷表面电学特性
4.1 引言
4.2 电阻率
4.2.1 离子注入后氧化铝陶瓷电阻率
4.2.2 沉积处理后氧化铝陶瓷电阻率
4.3 相对介电常数
4.3.1 离子注入后氧化铝陶瓷相对介电常数
4.3.2 沉积处理后氧化铝陶瓷相对介电常数
4.4 二次电子发射系数
4.4.1 离子注入后氧化铝陶瓷二次电子发射系数
4.4.2 沉积处理后氧化铝陶瓷二次电子发射系数
4.5 表面电荷动态特性
4.5.1 基于ISPD理论的陷阱分布计算
4.5.2 离子注入后氧化铝陶瓷的表面电荷动态特性
4.5.3 沉积处理后氧化铝陶瓷的表面电荷动态特性
4.6 真空沿面闪络电压
4.6.1 离子注入后氧化铝陶瓷沿面闪络电压
4.6.2 沉积处理后氧化铝陶瓷沿面闪络电压
4.7 本章小结
第5章 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷沿面闪络特性改善机制
5.1 引言
5.2 真空沿面闪络过程PIC/MCC模拟
5.2.1 PIC/MCC模型
5.2.2 沿面闪络仿真模型
5.2.3 真空沿面闪络过程模拟
5.3 真空沿面闪络过程影响因素
5.3.1 外加电场强度
5.3.2 表面电阻率
5.3.3 二次电子发射系数
5.4 离子注入与沉积后氧化铝陶瓷真空沿面闪络机制分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3802166
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