擊穿強度結果及分析

交流短時擊穿場強測試結果

電介質在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導體，稱為電介質擊穿，所對應的電壓稱為擊穿電壓。電介質擊穿時的電場強度叫擊穿場強。不同電介質在相同溫度下，其擊穿場強不同。當電容器介質和兩極板的距離ｄ—定后，由U₁-U₂＝Ed知，擊穿場強決定了擊穿電壓。擊穿場強通常又稱為電介質的介電強度。測試時，采用ZJC-150KV電壓擊穿試驗儀，通過電氣控制柜持續(xù)以2KV/S的升壓速度升高電壓，記錄發(fā)生擊穿時的電壓值即擊穿電壓。根據(jù)試樣厚度、擊穿電壓以及擊穿強度公式，計算得到復合材料的擊穿強度。

測試時，保持樣品表面干燥清潔，電極無尖，實驗溫度25±1℃，相對濕度50±5%，試樣樣品浸泡在變壓器油中，分別對同等納米填料含量的10個樣本進行測試。試樣的交流短時擊穿電壓威布爾分布如下圖所示。

由實驗結果可知，試樣的擊穿強度由未摻雜的31.5kv提高至36.5kv，穿電壓變化趨勢與局放起始電壓實驗結果相似，即隨著SIO2填充量的增加，工頻擊穿電壓先增加，至5%填充量到達峰值，而后隨著納米填料比例的繼續(xù)增加，擊穿電壓又邊顯著下降趨勢。

擊穿場強測試結果分析

對于摻雜納米粒子來提高環(huán)氧樹脂的擊穿性能，有很多科學工作者也都做過研究，王旗等研宄了在環(huán)氧樹脂中摻雜納米和微米氧化鋁對環(huán)氧樹脂擊穿強度的影響。實驗結果表明，在環(huán)氧樹脂中摻雜納米氧化鋁會提高擊穿場強，而摻雜微米氧化錯會降低復合材料的擊穿強度。而且，當納米氧化鋁顆粒含量較低時，加入納米氧化鋁顆粒到環(huán)氧樹脂降低了環(huán)氧樹脂的擊穿強度，當納米氧化鋁質量分數(shù)達到5WT%時，納米氧化鋁/環(huán)氧樹脂復合材料的擊穿強度超過了純環(huán)氧樹脂的擊穿強度。他認為這是電于由于納米氧化鋁顆粒具有更大的比表面積，能夠在大分子及其鏈之間形成緊密連接，阻止初始電子移動，加入到環(huán)氧樹脂中后能消除環(huán)氧樹脂的部分缺陷，因此引入納米氧化鋁顆粒能提高環(huán)氧樹脂的擊穿強度與納米氧化鋁顆粒相比，單個微米氧化鋁顆粒過大，很難像納米氧化鋁顆粒一樣能與環(huán)氧樹脂形成緊密結構。微米氧化鋁顆粒與環(huán)氧樹脂之間的松散結構，不能像納米氧化鋁顆粒一樣移除，隨添加奮增大，反而引入更多導致環(huán)氧復合材料擊穿強度降低的缺陷。該缺陷能夠使起始電子更容易移動，并隨著起始電子的撞擊而引入更多的電子，從而降低了擊穿強度。納米氧化鋁提高了環(huán)氧樹脂的擊穿強度，而微米氧化招則降低了擊穿強度。也研究了微米、納米、微/納米A1203對環(huán)氧樹脂擊穿強度的影響，研究結果發(fā)現(xiàn)摻雜微米氧化鋁的復合材料的擊穿強度較純環(huán)氧樹脂降低了55%，由202.8KV降低到90.3KV；而在微/納米復合材料又較納米復合材料擊穿電壓略高；偶聯(lián)劑對擊穿強度的影響不大。他認為是由于納米粒子具有更高的擊穿強度，阻擋了電樹枝和放電通道的生長。

結合本次實驗結果和酵前對于擊穿強度作用機理的研宄成果，對實驗結果作出如下討論。當環(huán)氧樹脂內(nèi)部不填加任何納米填料時，環(huán)氧固化物會由于固化不全而形成分子團，在分子面之間，會形成缺陷，這在圖2-1中能清晰的看出，分子團與分子團之間都有較深的縫隙。由于這些缺陷的存在，導致環(huán)氧樹脂的擊穿強度較低。

當環(huán)氧樹脂中摻雜納米粒子后，環(huán)氧樹脂擊穿電壓升高,—方面是納米粒子的形態(tài)緊，擊穿強度很高，預放電通道、電樹枝等可被納米填料中斷，其模型如下圖所示：

另一方面，聚合物中摻雜納米粒子引入了大量陷阱或者使原有的陷阱能級變深，由于載流子的入陷和出陷，使得載流子自由程變短，遷移率降低，在電場作用下積累的動能也降低，減少了載流子對聚合物分予鏈的撞擊破壞，從而提高了擊穿場強。

當添加量進一歩増加時（超過5wt%），復合材料的擊穿強度開始下降，這可能是兩方面原因造成的。首先，當納米粒子摻雜量較大時，由于其表面能大，納米粒子開始團聚，使得納米粒子具有的小尺寸效應消失，并且在復合材料內(nèi)部引入了缺陷，從而使擊穿強度降低。其次，隨著導電粒子濃度的增加，導電粒子之間開始相互接觸，能形成連續(xù)導電逾滲網(wǎng)絡，從而使材料的擊穿強度又逐漸降低。