專(zhuān)利名稱(chēng)：：變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合材料絕緣結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
：真空作為一種特殊的電介質(zhì)，因其優(yōu)良的介電特性而被廣泛用于電氣設(shè)備和電真空器件中，如真空開(kāi)關(guān)、高強(qiáng)度x射線管、大功率微波管、高能粒子加速器和脈沖功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)等。但是由于真空中沿面閃絡(luò)現(xiàn)象的存在，真空絕緣體表面的沿面閃絡(luò)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同樣絕緣距離的真空間隙或絕緣材料的體擊穿電壓，并表現(xiàn)出很大的分散性。在以往大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者對(duì)于沿面閃絡(luò)過(guò)程中的起始階段和最后階段的認(rèn)識(shí)已基本達(dá)成一致。普遍都認(rèn)為沿面閃絡(luò)是由陰極三結(jié)合處(真空-電極-絕緣子)的場(chǎng)致電子發(fā)射引起的，經(jīng)過(guò)發(fā)展階段，最后以在絕緣介質(zhì)表面的脫附氣體層和介質(zhì)材料本身的氣化層中形成貫穿性導(dǎo)電通道而結(jié)束。但是對(duì)于發(fā)展階段的物理機(jī)制的理解，則存在著分歧。先后有多個(gè)模型被提出，目前占主導(dǎo)地位的、較易被人們所認(rèn)可的模型主要有兩個(gè):由Anderson等人提出的二次電子雪崩(SecondaryElectronEmissionAvalanche,SEEA)模型，以及由Blaise和Gressus提出的電子觸發(fā)極化釋放(ElectronTriggeredPolarityRelaxation,ETPR)模型。己有研究者采用電場(chǎng)分析軟件，分析了三結(jié)合區(qū)域的電場(chǎng)分布，研究了三結(jié)合區(qū)域存在間隙時(shí)的電場(chǎng)分布和集中程度，提出采用變介電常數(shù)的方式來(lái)改善電場(chǎng)分布，但是并沒(méi)有實(shí)際的試驗(yàn)報(bào)道。研究表明絕緣固體材料的種類(lèi)、表面涂層、摻雜和改性處理等對(duì)沿面閃絡(luò)、損傷和耐壓性能有影響。但是，表面改性重復(fù)性差，不穩(wěn)定，可靠性不好，應(yīng)用較為困難。我國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電氣設(shè)備性能的提高需要對(duì)絕緣材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。但是，國(guó)內(nèi)在現(xiàn)代電氣裝備中使用的材料性能不穩(wěn)定，可靠性差。對(duì)現(xiàn)代電3氣裝備用的絕緣材料的研制開(kāi)發(fā)剛剛起步。因此，急需研究開(kāi)發(fā)高性能的絕緣材料和結(jié)構(gòu)，以滿足現(xiàn)代電氣裝備的需要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合材料絕緣結(jié)構(gòu)及制備方法，可顯著提高陶瓷沿面閃絡(luò)電壓，改善綜合電氣性能。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)，包括聚乙烯基體，其特征在于，所述聚乙烯基體兩端面通過(guò)熱壓平面聯(lián)接有復(fù)合材料片，該復(fù)合材料片按質(zhì)量百分比，由190%半導(dǎo)電料和1099%的聚乙烯制成。上述結(jié)構(gòu)中，所述聚乙烯基體為圓柱體。所述復(fù)合材料片為圓片，該圓片直徑與圓柱體的直徑相等。一種前述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)采用常規(guī)有機(jī)材料工藝制備聚乙烯基體，并將其兩端面打磨平整；2)制備復(fù)合材料片，按質(zhì)量百分比，取半導(dǎo)電料190%、聚乙烯1099%進(jìn)行稱(chēng)量，在開(kāi)放式煉膠機(jī)中混煉20-30分鐘，然后剪成小片，在平板硫化機(jī)中熱壓成厚度不大于2mm的復(fù)合板材，最后沖制成復(fù)合材料片，并將復(fù)合材料片兩端面打磨平整；3)將打磨平整的復(fù)合材料片熱壓聯(lián)結(jié)在聚乙烯基體兩端面上。上述方法中，所述聚乙烯基體制成圓柱體。所述復(fù)合材料片制成圓片，該圓片直徑與圓柱體的直徑相等。步驟2)所述復(fù)合板材熱壓溫度為15(TC，壓強(qiáng)為10Mpa，保壓35min，步驟3)所述熱壓聯(lián)結(jié)的溫度為150°C。本發(fā)明三層絕緣結(jié)構(gòu)與單純聚乙烯相比，材料的電氣性能產(chǎn)生了顯著變化，隨著半導(dǎo)電料含量的增加，電阻率不斷降低，介電常數(shù)逐漸升高。在聚乙烯基體兩端采用熱壓復(fù)合半導(dǎo)電料-聚乙烯的方法，形成介電常數(shù)及電阻率的梯度變化，這種絕緣結(jié)構(gòu)可以顯著的提高真空中絕緣子的沿面閃絡(luò)電壓，改善真空耐壓性能。圖1為本發(fā)明變介電常數(shù)-電阻率復(fù)合材料絕緣結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)，包括柱形聚乙烯基體1，其兩端面通過(guò)熱壓平面聯(lián)接有摻半導(dǎo)電料的聚乙烯基復(fù)合材料圓片2。摻半導(dǎo)電料的聚乙烯基復(fù)合材料圓片2由摻質(zhì)量百分比為190%半導(dǎo)電料和1099%的聚乙烯制成。復(fù)合材料圓片2的直徑與柱形聚乙烯基體1的直徑相等。圖1所示變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下述1)采用常規(guī)有機(jī)材料工藝制備聚乙烯基體l，并將其兩端面磨平；2)復(fù)合材料片圓片2的制備按質(zhì)量百分比，取半導(dǎo)電料190%、聚乙烯1099%進(jìn)行稱(chēng)量，具體實(shí)施例組成見(jiàn)表l。半導(dǎo)電料是一種電纜專(zhuān)用的聚乙烯和炭黑復(fù)合的材料，可采用市售的型號(hào)為pyjbj-083的半導(dǎo)電料，每個(gè)組成均在開(kāi)放式煉膠機(jī)中將混煉2030分鐘，然后剪成小片，填裝模具后在15(TC溫度下預(yù)熱10min，保持該溫度于平板硫化機(jī)中熱壓并保壓3-5min，熱壓壓強(qiáng)為10Mpa，最后制成lmm厚的復(fù)合板材，沖成圓片后，將兩端面表1摻半導(dǎo)電料的聚乙烯基復(fù)合材料圓片2的實(shí)施例組成(質(zhì)量百分比％)組成代號(hào)ABCDEFGHIKMN半導(dǎo)電料11015202530354045607080卯聚乙烯99959085807570656055403020103)在柱形聚乙烯基體1兩端面用熱壓方法聯(lián)接各組成的復(fù)合材料圓片2，最后制成A-N的14個(gè)不同組成的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)試樣。復(fù)合材料圓片2厚度為0.7mm;柱形聚乙烯基體厚度為5.2mm，復(fù)合材料圓片的直徑與柱形聚乙烯基體的直徑均為30mm。表2給出了實(shí)施例組成A-N所有14個(gè)復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)試樣的介電常數(shù)-電阻率數(shù)據(jù)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(備注電阻率為直流電壓下測(cè)得，介電常數(shù)為雷電脈沖頻率)對(duì)所得到的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)各試樣進(jìn)行真空中的沿面閃絡(luò)試驗(yàn)，真空度范圍在3.0Xl(TPa9.5X10—卞a之間。閃絡(luò)試驗(yàn)時(shí)的升壓方式為(1)、直流電壓從40kV開(kāi)始，以2kV為一個(gè)等級(jí)，逐級(jí)升壓，每一級(jí)電壓加壓3次，每次加壓停留5s，加壓間隔lmin，直至出現(xiàn)首次沿面閃絡(luò)得出首次閃絡(luò)電壓，接著測(cè)量老練電壓和耐受電壓。(2)、脈沖電壓從40kV開(kāi)始，以2kV為一個(gè)等級(jí)，逐級(jí)升壓，每一級(jí)電壓加壓3次，加壓間隔lmin，直至出現(xiàn)首次沿面閃絡(luò)得出首次閃絡(luò)電壓，接著測(cè)量老練電壓和耐受電壓。試驗(yàn)測(cè)得直流和脈沖閃絡(luò)電壓分別列于表3、4之中。表3直流閃絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表3中可以看出，相比于同樣厚度的聚乙烯，半導(dǎo)電料-聚乙烯(0.7mm)+聚乙烯(5.2mm)+半導(dǎo)電料-聚乙烯(0.7mm)這種絕緣結(jié)構(gòu)可以顯著的提升直流沿面閃絡(luò)電壓，在實(shí)施例中半導(dǎo)電料含量在35%時(shí)到達(dá)峰值，其中首次閃絡(luò)電壓升高了34%。表4脈沖閃絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果試樣代號(hào)首次閃絡(luò)kV老練閃絡(luò)kV耐受閃絡(luò)kVA447066.7B526462C667270D728476E587066F627270G749486H899894I386260了366058從表4中可以看出，相比于同樣厚度的聚乙烯，半導(dǎo)電料-聚乙烯(0.7mm)+聚乙烯(5.2mm)+半導(dǎo)電料-聚乙烯(0.7mm)這種絕緣結(jié)構(gòu)可以顯著的提升直流沿面閃絡(luò)電壓，在實(shí)施例中半導(dǎo)電料含量在30%時(shí)到達(dá)峰值，其中首次閃絡(luò)電壓升高了105%。權(quán)利要求1、一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)，包括聚乙烯基體，其特征在于，所述聚乙烯基體兩端面通過(guò)熱壓平面聯(lián)接有復(fù)合材料片，該復(fù)合材料片按質(zhì)量百分比，由1～90％半導(dǎo)電料和10～99％的聚乙烯制成。2、如權(quán)利要求1所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述聚乙烯基體為圓柱體。3、如權(quán)利要求2所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料片為圓片，該圓片直徑與圓柱體的直徑相等。4、一種權(quán)利要求1所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)采用常規(guī)有機(jī)材料工藝制備聚乙烯基體，并將其兩端面打磨平整；2)制備復(fù)合材料片，按質(zhì)量百分比，取半導(dǎo)電料190%、聚乙烯1099%進(jìn)行稱(chēng)量，在開(kāi)放式煉膠機(jī)中混煉2030分鐘，然后剪成小片，在平板硫化機(jī)中熱壓成厚度不大于2mm的復(fù)合板材，最后沖制成復(fù)合材料片，并將復(fù)合材料片兩端面打磨平整；3)將打磨平整的復(fù)合材料片熱壓聯(lián)結(jié)在聚乙烯基體兩端面上。5、如權(quán)利要求4所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯基體制成圓柱體。6、如權(quán)利要求5所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合材料片制成圓片，該圓片直徑與圓柱體的直徑相等。7、如權(quán)利要求4所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟2)所述復(fù)合板材熱壓溫度為150°C，壓強(qiáng)為10Mpa，保壓35min，8、如權(quán)利要求4所述變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟3)所述熱壓聯(lián)結(jié)的溫度為150°C。全文摘要本發(fā)明為了提高真空中絕緣介質(zhì)沿面閃絡(luò)電壓，公開(kāi)了一種變介電常數(shù)-電阻率的復(fù)合有機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)及制備方法，在聚乙烯基體兩端面通過(guò)熱壓的方法平面聯(lián)接有半導(dǎo)電料與聚乙烯的復(fù)合材料層。制備方法包括下述步驟1)采用常規(guī)有機(jī)材料工藝制備聚乙烯基體；2)按質(zhì)量百分比將聚乙烯料10～99％、半導(dǎo)電料1～90％配料，經(jīng)混合、熱壓制成復(fù)合材料片；3)將半導(dǎo)電料-聚乙烯復(fù)合材料片與聚乙烯基體分別打磨平整后熱壓在一起，形成半導(dǎo)電料-聚乙烯+聚乙烯+半導(dǎo)電料-聚乙烯三層絕緣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的這種絕緣結(jié)構(gòu)其電阻率和介電常數(shù)均有明顯的變化，可以顯著的改善真空沿面閃絡(luò)性能。文檔編號(hào)H01B17/56GK101477857SQ20091002085公開(kāi)日2009年7月8日申請(qǐng)日期2009年1月9日優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日發(fā)明者倪鳳燕,李建英,李盛濤,焦興六,黃奇峰申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)