CN105761857A - 一种cf4等离子体氟化绝缘子的方法 - Google Patents

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张冠军
陈思乐
常正实
李平
许桂敏
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Abstract

本发明属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法，该方法是将绝缘子放置于反应腔体中，通入CF4气体与惰性气体的混合物，在室温及0.01～0.1atm的低气压下，通过放电等离子体处理2～30min，使得CF4气体与绝缘子表面发生反应形成氟化层。本发明的特点是：采用在CF4气体中等离子体处理的方法对绝缘子表面进行氟化，改善了绝缘子的沿面闪络特性，提高了绝缘子的耐电强度，其闪络电压最高可以提高约50％，同时改善了绝缘子表面疏水和疏油的性质，提高了绝缘子防湿闪和污闪的能力。

Description

一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法
技术领域：
本发明属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法。
背景技术：
绝缘子在电力系统中兼具电气绝缘和机械固定的作用，能将不同电位的导体或者导体与大地之间在机械上相互连接，而在电气上相互绝缘。由于绝缘子的沿面闪络现象使其耐压强度远低于其体击穿电压，严重制约着高压设备的耐压能力，影响设备正常运行。因此，如何改善绝缘子的闪络特性成为备受关注的问题。近年来，采用气体氟化技术处理绝缘子表面的技术可以较好的提高绝缘子表面的闪络电压；然而气体氟化技术中通常采用的氟气性质极为活泼，具有极强的氧化性和腐蚀性，对人体有剧毒，使气体氟化技术有较高的危险性和应用难度。
等离子体是气体电离后产生的离子化气体状物质，其内部含有丰富的活性粒子，如激发态的原子和分子、高能电子、自由基等，其化学反应活性极强，易于和所接触的材料表面发生复杂的化学反应，在材料表面改性处理方面有着及其广泛的应用。等离子体表面改性技术目前主要应用于改善材料的亲(疏)水性、可印染性、粗糙度、表面能等方面，而将等离子体技术用于氟化绝缘子以改善其闪络特性的领域鲜有报道。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法，即利用在CF4气体氛围中等离子体处理的方法对绝缘子表面进行氟化改性，在其表面形成一层氟化层，提高绝缘子的闪络电压，同时增强绝缘子防湿闪和污闪的能量。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：
一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法，包括以下步骤：
将绝缘子放置于反应腔体中，通入CF4气体与惰性气体的混合物，在室温及0.01～0.1atm的低气压下，通过放电等离子体处理2～30min，使得CF4气体与绝缘子表面发生反应形成氟化层。
本发明进一步的改进在于：CF4气体与惰性气体的混合物中，CF4气体的体积浓度为1～10％，其余为惰性气体，充当保护气。
本发明进一步的改进在于：绝缘子的材料为环氧树脂、硅橡胶、氧化铝陶瓷或钢化玻璃。
本发明进一步的改进在于：绝缘子的表面氟化层厚度在100nm数量级。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
1、相比于强氧化性和剧毒的氟气，本发明采用的氟化剂为CF4，其无色、无味、不可燃、毒性低，是一种较为稳定的气体，对设备及人体造成的危害较小，显著的提高了绝缘子氟化处理的安全性。
2、本发明采用等离子体技术将氟元素引入绝缘子表面，其产生方法简单，处理简便快捷，反应条件温和，在改善绝缘子表面性质的同时，不影响其本体的性质。
3、本发明对绝缘子氟化的方法，在改善其沿面闪络特性的同时，改善了绝缘子表面的疏水性和疏油性，不同处理时间下，其表面对水和二碘甲烷的接触角提高了30～40°，提高了绝缘子防湿闪和污闪的能力。
综上所述，本发明采用CF4气体作为氟化剂，CF4无色、无味、不可燃、毒性低，是一种较为稳定的气体，同时采用等离子体处理的方法将氟元素引入绝缘子表面。本发明可以在温和的条件下在绝缘子表面形成氟化层，较好的解决了背景技术中提及的问题。
本发明在氟化绝缘子的同时，也兼具了等离子体表面处理提高绝缘子表面疏水和疏油的性质，增强了绝缘子防湿闪、污闪的能力。
附图说明：
图1为CF4等离子体处理时间与盆式绝缘子样品(主要成分为环氧树脂)表面氟含量之间的关系曲线图。
图2为CF4等离子体处理时间提高盆式绝缘子样品(主要成分为环氧树脂)沿面闪络电压起始值的关系曲线图。
图3为CF4等离子体处理时间提高盆式绝缘子样品(主要成分为环氧树脂)表面水接触角和二碘甲烷接触角的关系曲线图。
具体实施方式：
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法，包括以下步骤：
1)将绝缘子放入反应腔体内，用惰性气体将反应腔体内的空气排净并密封；
2)将反应腔体抽真空，并充入CF4和惰性气体混合物至0.01～0.1atm；
3)对反应腔体内的电极加上高压，产生等离子体并处理绝缘子样品2～30min，整个过程在室温下进行；
4)用氮气将反应腔体中的气体充分置换后，将绝缘子样品取出。
由图(1)可知，随着反应的进行，绝缘子表面的氟元素含量慢慢升高直至稳定，可知等离子体处理确实将CF4中的氟元素引入了绝缘子表面。
由图(2)可知，绝缘子表面闪络电压的起始值随着CF4等离子体处理时间的增加而提高，最后趋于稳定，最高可以提高约50％，可知氟化层的引入提高了绝缘子的闪络电压和耐电强度，并且在一定范围内，氟化层越厚，闪络电压提高越多。
由图(3)可知，CF4等离子体处理能使绝缘子样品表面对水和二碘甲烷的接触角提高30～40°，可知绝缘子表面的疏水性和疏油性得到提高，使得极性和非极性的污秽物在绝缘子表面难以聚集，提高了绝缘子防湿闪和污闪的能力。
实施例1：
1)在室温下，将盆式绝缘子样品(主要成分为环氧树脂)放入密闭的反应腔体内，然后将反应器抽真空至压力小于10-2Pa；
2)向反应腔体内充入CF4与氩气的混合气体至腔体内气压至0.1atm，其中CF4的浓度为10％；
3)对反应腔体内的电极加上高压，产生等离子体并处理绝缘子样品5min；
4)反应结束后，用氮气将反应腔体中的气体充分置换，并将绝缘子样品取出，进行闪络电压和表面接触角的测试。
实施例2：
1)在室温下，将硅橡胶绝缘子放入密闭的反应腔体内，然后将反应器抽真空至压力小于10-2Pa；
2)向反应腔体内充入CF4与氩气的混合气体至腔体内气压至0.1atm，其中CF4的浓度为10％；
3)对反应腔体内的电极加上高压，产生等离子体并处理绝缘子样品10min；
4)反应结束后，用氮气将反应腔体中的气体充分置换，并将绝缘子样品取出，进行闪络电压和表面接触角的测试。
实施例3：
1)在室温下，将氧化铝陶瓷绝缘子放入密闭的反应腔体内，然后将反应器抽真空至压力小于10-2Pa；
2)向反应腔体内充入CF4与氩气的混合气体至腔体内气压至0.1atm，其中CF4的浓度为10％；
3)对反应腔体内的电极加上高压，产生等离子体并处理绝缘子样品8min；
4)反应结束后，用氮气将反应腔体中的气体充分置换，并将绝缘子样品取出，进行闪络电压和表面接触角的测试。
实施例4：
1)在室温下，将钢化玻璃绝缘子样品放入密闭的反应腔体内，然后将反应器抽真空至压力小于10-2Pa；
2)向反应腔体内充入CF4与氩气的混合气体至腔体内气压至0.1atm，其中CF4的浓度为10％；
3)对反应腔体内的电极加上高压，产生等离子体并处理绝缘子样品5min；
4)反应结束后，用氮气将反应腔体中的气体充分置换，并将绝缘子样品取出，进行闪络电压和表面接触角的测试。

Claims (4)

1.一种CF4等离子体氟化绝缘子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将绝缘子放置于反应腔体中，通入CF4气体与惰性气体的混合物，在室温及0.01～0.1atm的低气压下，通过放电等离子体处理2～30min，使得CF4气体与绝缘子表面发生反应形成氟化层。
2.根据权利要求1所述的CF4等离子体氟化绝缘子的方法，其特征在于：CF4气体与惰性气体的混合物中，CF4气体的体积浓度为1～10％，其余为惰性气体，充当保护气。
3.根据权利要求1所述的CF4等离子体氟化绝缘子的方法，其特征在于：绝缘子的材料为环氧树脂、硅橡胶、氧化铝陶瓷或钢化玻璃。
4.根据权利要求1所述的CF4等离子体氟化绝缘子的方法，其特征在于：绝缘子的表面氟化层厚度在100nm数量级。
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