CN101183574A - 一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法 - Google Patents

一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法 Download PDF

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Abstract

本发明为了提高真空中绝缘介质沿面闪络电压，公开了一种对绝缘介质表面溅射金粒子的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)制备长度为4mm～14mm的绝缘介质试样，试样长度即为电极间距；(2)使用粒子溅射仪，在绝缘介质试样表面溅射金粒子，溅射时间控制在10s～40s；(3)最后得到金膜厚度在3.92～15.68埃的表面半导化绝缘介质的试样。本发明通过对绝缘介质外表面进行溅射金粒子处理，可以显著的提高其真空沿面闪络电压。本发明提出的方法可应用于电气、航天、武器系统等多个领域。

Description

一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法
技术领域
本发明涉及一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，
背景技术
真空中固体绝缘材料发生沿面闪络成为了电气电子系统一个严重而难以避免的问题。因此，研究提高绝缘材料和绝缘结构在直流电压作用下的真空沿面闪络电压；减少真空中高压电极间绝缘介质的长度，对缩小电气、航天、武器设备的尺寸和体积，减轻其重量有着重要意义。
研究表明：绝缘固体材料的种类、表面涂层、掺杂和改性处理等对沿面闪络、损伤和耐压性能有影响。但是，表面改性重复性差，不稳定，可靠性不好，难以应用。有研究者采用金属陶瓷嵌入陶瓷中，使阴极周围电场均匀，从而提高沿面闪络电压，这将表面击穿(闪络)转变为体击穿，是一种一体化制备技术。从目前国内外各种研究结果看，从材料角度提高绝缘介质沿面闪络电压可从以下几个方面来考虑：提高材料表面的介电均匀性；降低材料表面的二次电子发射系数；降低材料表面介电常数；降低绝缘介质的表面电阻率；减少表面吸附气体量或提高气体吸附能。
根据以往的文献报道，在绝缘介质表面涂敷导体层或半导体层对于提高沿面闪络电压是有好处的，而且能够渗入绝缘介质外层的涂层比只停留在表面的涂层更为优越，因为具有这样的表面掺杂层的绝缘介质通常更能抵抗表面损伤。大多数表面涂敷都是针对无机材料，通常是陶瓷材料。H.C.Miller和E.J.Furno很早以前就已报道了氧化铝陶瓷表面涂敷Mn/Ti对绝缘子闪络电压的改善作用。
发明内容
本发明为了提高真空中绝缘介质沿面闪络电压，提供了一种通过绝缘介质表面溅射金粒子的方法，改善综合电气性能。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)制备长度为4mm～14mm的绝缘介质试样，试样长度即为电极间距；
(2)使用粒子溅射仪，在绝缘介质试样表面溅射金粒子，溅射时间控制在10s～40s；
(3)最后得到金膜厚度大致在4～16埃的表面半导化绝缘介质试样。
上述方案中，所述的绝缘介质试样为SiO2水晶单晶或Al2O3单晶；当电极间距在14mm时，对绝缘介质试样为SiO2水晶单晶，溅射时间控制在20s；对绝缘介质试样为Al2O3单晶，溅射时间控制在30s。
本发明采用粒子溅射仪对绝缘介质表面溅射金粒子，溅射时间10s～40s，喷金后的试样表面电阻率呈不断下降的趋势，通过对绝缘介质表面进行半导化处理，可以显著提高其真空沿面闪络电压。对绝缘介质试样为SiO2水晶单晶来说，电极间距14mm，溅射时间控制在20s；真空沿面闪络场强提高可达85％；对绝缘介质试样为Al2O3单晶来说，电极间距14mm，溅射时间控制在30s，真空沿面闪络场强提高可达57％。本发明提出的方法可应用于电气、航天、武器系统等多个领域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，使用粒子溅射仪在三组不同长度SiO2水晶单晶表面溅射金粒子，也即溅射时的电极间距(4、9、14mm)，溅射时间选择为10s、20s、30s、40s；溅射后单晶表面的金膜厚度如表2所示；然后进行沿面闪络实验，在JTK-200型真空高电压实验系统中进行，真空度范围选择1.0×10-2Pa～5.0×10-4Pa，因为在1.0×10-2Pa以下，真空度对沿面闪络电压没有影响。共做了15个试样，所测得实验结果如表1所示。
表1本发明在SiO2水晶单晶表面溅射金粒子的工艺参数及测试结果
 试样代号 电极间距(mm)   溅射时间(S) 金膜厚度(埃)  闪络场强(kV/cm)
  1     4     0     0     69.8
  2     4     10     3.92     108.4
  3     4     20     7.84     71.2
  4     4     30     11.76     82
  5     4     40     15.68     -
  6     9     0     0     27.38
  7     9     10     3.92     41.67
  8     9     20     7.84     29.22
  9     9     30     11.76     30.13
  10     9     40     15.68     -
  11     14     0     0     20
  12     14     10     3.92     24.83
  13     14     20     7.84     37.09
  14     14     30     11.76     33.33
  15     14     40     15.68     28.93
在表1中可以看出，电极间距14mm，溅射时间为20秒时，场强提高最大，高达85％。式样5与式样10由于电流太大，在200μA以上，所以未测试闪络电压。
实施例2
另一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，使用粒子溅射仪在在三组不同长度Al2O3单晶表面溅射金粒子，也即溅射时的电极间距(4、9、14mm)，溅射时间选择为10s、20s、30s、40s；溅射后单晶表面的金膜厚度如表2所示；然后进行沿面闪络实验，在JTK-200型真空高电压实验系统中进行，真空度范围选择1.0×10-2Pa～5.0×10-4Pa，因为在1.0×10-2Pa以下，真空度对沿面闪络电压没有影响。也做了15个试样，所测得实验结果如表2所示：
表2本发明在Al2O3单晶表面溅射金粒子的工艺参数及测试结果
  试样代号 电极间距(mm) 溅射时间(S)  金膜厚度(埃)   闪络场强(kV/cm)
   16     4     0     0     68.7
   17     4     10     3.92     -
   18     4     20     7.84     83.25
   19     4     30     11.76     66
   20     4     40     15.68     69
   21     9     0     0     30.1
   22     9     10     3.92     -
   23     9     20     7.84     33
   24     9     30     11.76     39.4
   25     9     40     15.68     30.5
   26     14     0     0     19
   27     14     10     3.92     19
   28     14     20     7.84     21.1
   29     14     30     11.76     30.23
   30     14     40     15.68     29.27
从表2中可以看出，当溅射时间为10s时，闪络场强没有明显变化，所以式样17和式样22未列出闪络场强数据，电极间距14mm，溅射时间为30秒时，场强提高最大，高达57％。

Claims (4)

1.一种提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)制备长度为4mm～14mm的绝缘介质试样，试样长度即为电极间距；
(2)使用粒子溅射仪，在绝缘介质试样表面溅射金粒子，溅射时间控制在10s～40s；
(3)最后得到金膜厚度大致在4～16埃的表面半导化绝缘介质试样。
2.根据权利要求1所述的提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，其特征在于，所述的绝缘介质试样为SiO2水晶单晶或Al2O3单晶。
3.根据权利要求2所述的提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，其特征在于，当电极间距在14mm时，对绝缘介质试样为SiO2水晶单晶，溅射时间控制在20s；
4.根据权利要求2所述的提高真空绝缘介质沿面闪络电压的方法，其特征在于，当电极间距在14mm时，对绝缘介质试样为Al2O3单晶，溅射时间控制在30s。
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