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如果用球球電極測(cè)試復(fù)合材料工頻交流下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)
閱讀：1368發(fā)布時(shí)間：2022-9-19
如果用球球電極測(cè)試復(fù)合材料工頻交流下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)：
導(dǎo)熱特性的增強(qiáng)的同時(shí)不能降低絕緣材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng),，因此，工頻電壓下絕緣材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是驗(yàn)證絕緣材料實(shí)際工程運(yùn)用價(jià)值的重要參數(shù),。按照章節(jié) 2.4.2 介紹的方法測(cè)試了球球電極下環(huán)氧樹(shù)脂及其復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng),，樣品厚度為 1 mm。取不同填充分?jǐn)?shù)的樣片各 10 片,，測(cè)試工頻交流下的擊穿場(chǎng)強(qiáng),。
Weibull 分布函數(shù)為：
式中 P 是電失效的累積概率，E 是每次實(shí)驗(yàn)測(cè)試的擊穿場(chǎng)強(qiáng),，β 是形狀參數(shù),，它決定著可能冪函數(shù)的形狀，也就是通常所說(shuō)的斜率參數(shù),，0E 是尺度參數(shù),，表示失效概率為 63.2%時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，這個(gè)參數(shù)通常被用來(lái)比較不同樣品的介電強(qiáng)度,，P 根據(jù)下式的公式進(jìn)行計(jì)算：
E 直按升序排列,，i 代表 E 值的位數(shù)，n 表示每個(gè)樣品的總測(cè)試量,。
圖 4.4 是工頻下復(fù)合材料在球球電極下?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)的 Weibull 分布圖,。室溫下，填充質(zhì)量比為 0 wt%,、7 wt%,、15 wt%、25 wt%和 40 wt%的復(fù)合材料的 63.2%概率的擊穿場(chǎng)強(qiáng)值為別為 11.41,、12.40,、12.50、12.92,、13.51 kV/mm,，其對(duì)應(yīng)的 β 形狀參數(shù)分別為7.46、8.36,、8.87,、10.14、10.8,。在 Weibull 分布中,，0E 和 β 分別代表特征擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及介電強(qiáng)度的分散因子，0E 值越大,，表示擊穿場(chǎng)強(qiáng)越高,；β 越高表示擊穿場(chǎng)強(qiáng)的離散性越小。從圖中可以看出純環(huán)氧樹(shù)脂的 β 值較小,，說(shuō)明純環(huán)氧樹(shù)脂擊穿場(chǎng)強(qiáng)的分散性最為嚴(yán)重,，隨著填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,，β 值逐步升高，擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨之增大,。
與純環(huán)氧樹(shù)脂相比,，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40 wt%的復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)增加了 18.4%。復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)有達(dá)到飽和的趨勢(shì),，表現(xiàn)為超過(guò) 63.2%概率的擊穿場(chǎng)強(qiáng)的大小趨向集中,。復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)受到多種因素的影響，其中,，納米顆粒的分散度,、平均尺寸和界面作用是主要的影響因素。在高壓電場(chǎng)的作用下,，復(fù)合材料內(nèi)部顆粒與聚合物基體的界面處電場(chǎng)強(qiáng)度較高,，隨著電壓的升高，介電損耗不斷升高,，界面處更多的空間電荷擺脫束縛,，泄漏電流逐步增大，最終導(dǎo)致復(fù)合材料的擊穿,。對(duì)于純環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)說(shuō),，電樹(shù)的發(fā)展取向性更明顯，填充納米顆粒有抑制電樹(shù)發(fā)展的作用,。納米顆粒分布均勻性較高有助于提高復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng),。圖 2.9 復(fù)合材料橫截面 SEM 圖顯示 SrTiO3納米顆粒尺寸大小偏差不大且均勻分布在環(huán)氧樹(shù)脂基底中。圖 2.10 復(fù)合材料的 IR 光譜分析顯示在復(fù)合材料內(nèi)納米顆粒與聚合物高分子之間存在較強(qiáng)的相互作用,。因此,，填充 SrTiO3納米顆粒之后，復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)總體上有所上升,，擊穿場(chǎng)強(qiáng)的最大值趨于穩(wěn)定,。
填充型納米復(fù)合材料的本征擊穿是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，量子力學(xué)表明,，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,，聚合物基體與納米顆粒界面處的電場(chǎng)畸變較大，深陷阱的電子捕獲能力消減,；肖特基效應(yīng)表明在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,，表面勢(shì)壘會(huì)逐步降低，場(chǎng)發(fā)射電流密度會(huì)相應(yīng)升高,。與此同時(shí),，分子離解能也隨著介電常數(shù)的升高而降低，電子碰撞電離增強(qiáng),，增加了發(fā)生雪崩擊穿發(fā)生的可能性,；同時(shí),，填充量較大時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)自由體積分?jǐn)?shù)增加,，離子載流子的電導(dǎo)活化能降低，因而在較強(qiáng)的電場(chǎng)作用下,，離子遷移率增加,，最終導(dǎo)致了復(fù)合材料的擊穿。從圖 4.4 可以看出,，復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是隨著填充質(zhì)量比的增加而逐步增強(qiáng)的,，進(jìn)而證明了 EP/SrTiO3復(fù)合材料除了具有較高的導(dǎo)熱率外，電氣特性也得到了整體增強(qiáng),。
① EP/SrTiO3與 Ba TiO3 復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,，Ba TiO3填充的聚四氟乙烯(PVDF)復(fù)合材料運(yùn)用于儲(chǔ)能器件的研究中發(fā)現(xiàn)，103 Hz 頻率下,，填充體積分?jǐn)?shù)為 10 vol%的復(fù)合材料的介電常數(shù)為 7 左右,，但是復(fù)合材料的電導(dǎo)率在 103 Hz 頻率下達(dá)到了 10-6 S/m 數(shù)量級(jí)，較高的電導(dǎo)率使得復(fù)合材料在 1 Hz 低頻下產(chǎn)生較強(qiáng)的界面極化,，因而 1 Hz 頻率的介電常數(shù)達(dá)到了 100 左右,，BaTiO3填充的聚四氟乙烯復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨著填充量的增加逐步下降。Ba TiO3與聚合物基體間的電性能差異,，引發(fā)電場(chǎng)集中,，在界面處產(chǎn)生較大的電場(chǎng)畸變，擊穿場(chǎng)強(qiáng)的下降不利于絕緣材料在長(zhǎng)期高溫高電壓下運(yùn)行,。
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