氧化鋁陶瓷的陷阱分布對其真空中沿面閃絡(luò)特性的影響.pdf

1、絕緣子在遠(yuǎn)低于自身以及相同真空間隙的擊穿強(qiáng)度下就會發(fā)生沿面擊穿,這種沿面閃絡(luò)現(xiàn)象嚴(yán)重制約著真空電氣系統(tǒng)的絕緣性能.因此,研究真空中絕緣子沿面閃絡(luò)現(xiàn)象及其形成機(jī)理,尋找提高其閃絡(luò)電壓的方法,無論對于絕緣擊穿的理論研究還是實(shí)際絕緣子的工程應(yīng)用都有十分重要的意義.該文以真空絕緣體系中最常用的絕緣材料—高純度氧化鋁陶瓷材料(氧化鋁含量在99％以上)為研究對象,通過對三個(gè)不同的燒結(jié)溫度、三種不同添加劑等12類陶瓷試品在沖擊電壓(0.7/4μs)作

2、用下真空中的沿面閃絡(luò)特性、表面帶電特性的試驗(yàn),結(jié)合熱刺激電流試驗(yàn),研究了加壓方式、表面帶電、陷阱分布等因素對陶瓷材料真空中沿面閃絡(luò)性能的影響;從能帶理論出發(fā),探索了它們之間的內(nèi)在聯(lián)系.首先利用自行研制的TSC系統(tǒng)對12類陶瓷試品開展了TSC試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到了陷阱電荷量和陷阱深度這兩個(gè)參數(shù),分析了燒結(jié)溫度和添加劑對介質(zhì)陷阱的影響.將不同電壓階段下陶瓷介質(zhì)的表面帶電特性同它的陷阱特性結(jié)合起來進(jìn)行研究.觀測到未經(jīng)閃絡(luò)處理的某些種類的試品

3、表面電荷隨電壓升高發(fā)生由負(fù)到正的變化,同時(shí)發(fā)現(xiàn)在閃絡(luò)處理前后它們的表面帶電特性不同.提出了真空中陶瓷介質(zhì)表面帶電的新機(jī)制.在低電場作用下,電極注入自由載流子到介質(zhì)中,自由載流子可在介質(zhì)的物理吸附表面態(tài)中移動.隨著外電場提高,介質(zhì)—真空—電極三者交界處開始發(fā)射電子,表面帶電將由表面態(tài)、材料的二次電子發(fā)射特性、介質(zhì)本身的陷阱結(jié)構(gòu)共同決定.隨著介質(zhì)表面物理吸附表面態(tài)的破壞,材料的二次電子發(fā)射特性和固體本身的陷阱將主導(dǎo)介質(zhì)的表面帶電.淺陷阱占優(yōu)

4、的陷阱結(jié)構(gòu)很可能是使介質(zhì)表面帶負(fù)電的主要原因.研究了加壓方式對試品沿面閃絡(luò)性能的影響.在首輪閃絡(luò)試驗(yàn)中,當(dāng)加壓過程跳過某些電壓等級時(shí),會使試品閃絡(luò)電壓提高.它可能是通過直接影響介質(zhì)表面帶電情況實(shí)現(xiàn)的.經(jīng)閃絡(luò)處理后試品的閃絡(luò)電壓比首輪的要高,并和加壓方式無關(guān).分析認(rèn)為這是由于表面吸附氣體被消除的緣故.通過研究介質(zhì)的陷阱、表面電荷極性、表面電荷量以及閃絡(luò)發(fā)展過程,該文發(fā)現(xiàn),當(dāng)介質(zhì)的陷阱電荷密度越大,它的表面電荷量越多,它的閃絡(luò)性能就越差.陷