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陶瓷材料抗沿面闪络性能的提高

时间:2021-12-29 08:44:05  来源:  作者:

基于对沿面闪络机理的认识,提高陶瓷材料本身耐压性能目前主要有两个思路,其一是降低表面二次电子发射系数,抑制二次电子倍增过程;其二是适当降低表面电阻率,提高电荷消散能力,避免电场的局部过度集中。许多研究者在这方面做了大量工作。加拿大学者Sudarshan等采用Cr2O3Cu2O涂层技术使氧化铝陶瓷闪络电压显著提高,特别是Cr2O3涂层将直流闪络电压提高1~2倍;日本Asaril等研究中Cr2O3涂层厚度3.8μm条件下,经老炼后氧化铝陶瓷表面闪络电压提高约1倍(图1);德国Brettschneider采用Mn、Ti表面掺杂可将闪络电压提高20%左右,掺杂试样发生闪络的概率显著降低。

图1 含Cr2O3涂层与无涂层氧化铝陶瓷闪络电压

国内中国工程物理研究院雷杨俊等采用Cr2O3MnO体掺杂技术将氧化铝陶瓷闪络电压提高70%左右;西安交通大学乔冠军团队研究了添加Cr2O3对硼酸盐玻璃陶瓷沿面闪络性能的影响,3%的添加量可将其耐压能力提高45%;华北电力大学Lu等研究了不同金属化氧化物添加(FeMnTi氧化物)对氧化铝陶瓷漏电的温度效应,以揭示氧化铝陶瓷电荷捕获特性,发现同价金属离子添加影响捕获密度和捕获能级,而异价金属离子添加会产生新的捕获能级。

需要说明的是,不同研究者实验结果离散性较大,实验结果可比性不强,很难形成统一、合理的解释。主要原因有两个方面,其一,对“闪络”定义缺乏统一、量化的描述,多高电流脉冲、多大能量的放电才能称之为“闪络”?现有研究文献并没有给出明确、一致的标准;其二,没有形成统一的测试标准,不同研究者采用的试样(包括测试电极)结构和尺寸、试样的处理工艺、表面状态、测试电源、测试环境条件等不同程度存在差异,得到的测试数据自然也不相同。

不难想象,微观尺度上电场作用下带电粒子在陶瓷表面跳跃、碰撞、二次激发等过程几乎不可能避免,只是在不同电场强度下带电粒子参与的数量和活动的剧烈程度不同。带电粒子可能来自强电场区域的电子发射、极化状态下陶瓷表面区域各种缺陷相互扰动和激发,也可能来自环境中气体分子的电离,等等。如果不通过人为的强制定义,“闪络”并非只有“0”和“1”两种状态,而是有无限个中间状态。接受这种认知对于开展陶瓷材料沿面闪络现象的研究十分重要。


 

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