專利名稱：：電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(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)或電阻率的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)及制備方法。
背景技術(shù)：
：真空中固體絕緣材料發(fā)生沿面閃絡(luò)成為了電氣電子系統(tǒng)一個(gè)嚴(yán)重而難以避免的問題。因此，研究提高絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)在直流電壓作用下的真空沿面閃絡(luò)電壓；減少真空中高壓電極間絕緣介質(zhì)的長度，對(duì)縮小電氣、航天、武器設(shè)備的尺寸和體積，減輕其重量有著重要意義。在以往大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的研究學(xué)者對(duì)于沿面閃絡(luò)過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)的場致電子發(fā)射引起的，經(jīng)過發(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)極化釋放理(ElectronTriggeredPolarityRelaxation，ETPR)模型。已有研究者采用電場分析軟件，分析了三結(jié)合區(qū)域的電場分布，研究了三結(jié)合區(qū)域存在間隙時(shí)的電場分布和集中程度，提出采用變介電常數(shù)的方式來改善電場分布，但是并沒有實(shí)際的試驗(yàn)報(bào)道。研究表明絕緣固體材料的種類、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，難以應(yīng)用。有研究者采用金屬陶瓷嵌入陶瓷中，使陰極周圍電場均勻，從而提高沿面閃絡(luò)電壓，這將表面擊穿(閃絡(luò))轉(zhuǎn)變?yōu)轶w擊穿，是一種一體化制備技術(shù)。我國已經(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)代電氣裝備用的絕緣材料的研制開發(fā)剛剛起步。因此，急需研究開發(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)的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(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)的一種電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，包括氧化鋁陶瓷基體，所述氧化鋁陶瓷基體兩端面通過絕緣粘接層平面聯(lián)接有電壓敏陶瓷片，該電壓敏陶瓷片由ZnO陶瓷制成，其電位梯度在60-550之間。上述結(jié)構(gòu)中，所述氧化鋁陶瓷基體為圓柱瓷體。所述電壓敏陶瓷片為圓片，該圓片直徑與圓柱瓷體的直徑相等。所述絕緣粘接層為環(huán)氧粘接層、硅橡膠粘接層或者低溫玻璃粘接層。一種前述電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下述步驟1)采用常規(guī)電子陶瓷工藝制備氧化鋁陶瓷基體，并將其兩端面磨平；2)選用ZnO陶瓷制作電壓敏陶瓷片，并將其兩端面磨平；電壓敏陶瓷片電位梯度在60-550之間；3)在氧化鋁陶瓷基體兩端面用絕緣粘接劑粘接上述電壓敏陶瓷片；4)將粘接好電壓敏陶瓷片的氧化鋁陶瓷基體加熱固化或加熱處理，使壓敏陶瓷片與氧化鋁陶瓷基體聯(lián)接在一起。上述制備方法中，所述氧化鋁陶瓷基體制成圓柱瓷體；所述電壓敏陶瓷片制成圓片，該圓片直徑與圓柱瓷體的直徑相等。所述絕緣粘接劑采用環(huán)氧粘接劑、硅橡膠粘接劑或者低溫玻璃粘接劑。其中加熱處理是用低溫玻璃粘接劑將粘接好電壓敏陶瓷片的氧化鋁陶瓷基體放入高溫爐加熱至50(TC燒結(jié)使壓敏陶瓷片與氧化鋁陶瓷基體聯(lián)接在一起。與單純氧化鋁陶瓷相比，由于電壓敏陶瓷具有非線性的「/特性。在高壓狀態(tài)下，真空-絕緣子-電極三結(jié)合區(qū)的電場強(qiáng)度被大幅度削弱，從而抑制了三結(jié)合點(diǎn)的初始電子發(fā)射，阻礙了二次電子雪崩的形成，使真空中的沿面閃絡(luò)電壓大幅度的提高。圖1為本發(fā)明電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(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，一種電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，包括柱形氧化鋁陶瓷基體1，該柱形氧化鋁陶瓷基體可為75、85或95Al203瓷體，其兩端面通過絕緣粘接層3平面聯(lián)接電壓敏陶瓷圓片2,絕緣粘接層3為環(huán)氧粘接層、硅橡膠粘接層或低溫玻璃粘接層；電壓敏陶瓷圓片2的直徑與柱形氧化鋁陶瓷基體1的直徑相等。實(shí)施例一一種電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下述步驟:1)采用常規(guī)電子陶瓷工藝制備柱形氧化鋁陶瓷基體1，并將其兩端面磨平；柱形氧化鋁陶瓷基體1可為75、85或95Ab03瓷體。2)采用多種不同電位梯度的ZnO陶瓷制成電壓敏陶瓷圓片2，具體梯度如表1所示表lZnO陶瓷電位梯度<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3)在柱形氧化鋁陶瓷基體1兩端面用環(huán)氧粘接劑粘接上述電壓敏陶瓷圓片2;電壓敏陶瓷圓片2厚度為lmm;柱形氧化鋁陶瓷基體1厚度為8mm，電壓敏陶瓷圓片2的直徑與柱形氧化鋁陶瓷基體1的直徑相等。4)將粘接好電壓敏陶瓷圓片的柱形氧化鋁陶瓷基體放入烘箱加熱使粘結(jié)劑固化。環(huán)氧和固化劑比例為10:3。實(shí)施例二步驟1)、步驟2)同實(shí)施例一；3)在柱形氧化鋁陶瓷基體1兩端面用低溫玻璃粘接劑粘接電壓敏陶瓷圓片2;4)將粘接好電壓敏陶瓷圓片的柱形氧化鋁陶瓷基體放入高溫爐加熱至50(TC燒結(jié)使壓敏陶瓷片與氧化鋁陶瓷基體聯(lián)接在一起。對(duì)所得到的陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行真空中的沿面閃絡(luò)試驗(yàn)，真空度范圍在3.0X10—:'Pa~9.5X10—4Pa之間。閃絡(luò)試驗(yàn)時(shí)的升壓方式為(1)、直流電壓從38kV開始，以2kV為一個(gè)等級(jí)，逐級(jí)升壓，每一級(jí)電壓加壓5次，每次加壓停留5s，加壓間隔2min，直至出現(xiàn)首次沿面閃絡(luò)得出首次閃絡(luò)電壓，接著測量老練電壓和耐受電壓。(2)、脈沖電壓從38kV開始，以2kV為一個(gè)等級(jí)，逐級(jí)升壓，每一級(jí)電壓加壓5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，接著測量老練電壓和耐受電壓。試驗(yàn)測得直流和脈沖閃絡(luò)電壓分別列于表2、3之中。表2直流閃絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表中可以看出，相比于同樣長度的95Ab03瓷，電壓敏陶瓷+八120395瓷+電壓敏陶瓷這種絕緣結(jié)構(gòu)可以顯著的提升直流沿面閃絡(luò)電壓，ZnO陶瓷電位梯度在500V以上時(shí)首次閃絡(luò)電壓升高了81%。表3脈沖閃絡(luò)試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表中可以看出，相比于同樣長度的Al20395瓷，電壓敏陶瓷+八120395瓷+電壓敏陶瓷這種絕緣結(jié)構(gòu)同樣可以顯著的提升脈沖沿面閃絡(luò)電壓，，其中首次閃絡(luò)電壓峰值升高了86%。權(quán)利要求1、一種電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，包括氧化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氧化鋁陶瓷基體兩端面通過絕緣粘接層平面聯(lián)接有電壓敏陶瓷片，該電壓敏陶瓷片由ZnO陶瓷制成，其電位梯度在60-550之間。2、如權(quán)利要求1所述電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氧化鋁陶瓷基體為圓柱瓷體。3、如權(quán)利要求2所述電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電壓敏陶瓷片為圓片，該圓片直徑與圓柱瓷體的直徑相等。4、如權(quán)利要求l、2或3所述電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣粘接層為環(huán)氧粘接層、硅橡膠粘接層或者低溫玻璃粘接層。5、一種如權(quán)利要求1電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(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)電子陶瓷工藝制備氧化鋁陶瓷基體，并將其兩端面磨平;2)選用ZnO陶瓷制作電壓敏陶瓷片，并將其兩端面磨平；電壓敏陶瓷片電位梯度在60-550之間；3)在氧化鋁陶瓷基體兩端面用絕緣粘接劑粘接上述電壓敏陶瓷片；4)將粘接好電壓敏陶瓷片的氧化鋁陶瓷基體加熱固化或加熱處理，使壓敏陶瓷片與氧化鋁陶瓷基體聯(lián)接在一起。6、如權(quán)利要求5所述權(quán)利要求1的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述氧化鋁陶瓷基體制成圓柱瓷體；7、如權(quán)利要求6所述權(quán)利要求1的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述電壓敏陶瓷片制成圓片，該圓片直徑與圓柱瓷體的直徑相等。8、如權(quán)利要求5、6或7所述權(quán)利要求1的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述絕緣粘接劑采用環(huán)氧粘接劑、硅橡膠粘接劑或者低溫玻璃粘接劑。9、如權(quán)利要求8所述權(quán)利要求1的電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述加熱處理是用低溫玻璃粘接劑將粘接好電壓敏陶瓷片的氧化鋁陶瓷基體放入高溫爐加熱至50(TC燒結(jié)，使壓敏陶瓷片與氧化鋁陶瓷基體聯(lián)接在一起。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，公開了一種電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)及制備方法，其特征在于，在氧化鋁陶瓷基體兩端面通過絕緣粘接層平面聯(lián)接有電壓敏陶瓷片，所述復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的制備方法包括下述步驟(1)將電壓敏陶瓷與氧化鋁陶瓷分別打磨平整；(2)粘接電壓敏陶瓷+氧化鋁陶瓷+電壓敏陶瓷；低溫粘接可使用環(huán)氧、硅橡膠等；高溫粘接可使用低溫玻璃；(3)加熱固化。得到變介電常數(shù)或電阻率的絕緣結(jié)構(gòu)。由于電壓敏陶瓷具有非線性的V-I特性，使得在高電壓下，真空-電極-絕緣子三結(jié)合區(qū)的場強(qiáng)得到大幅度的減弱，從而抑制了初始電子發(fā)射。本發(fā)明公開的這種絕緣結(jié)構(gòu)可以顯著的改善真空沿面閃絡(luò)性能。文檔編號(hào)C04B37/00GK101348381SQ200810150880公開日2009年1月21日申請日期2008年9月9日優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日發(fā)明者倪鳳燕,拓張,張?jiān)葡?李巍巍,李建英,李盛濤,焦興六申請人:西安交通大學(xué)