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无机材料的击穿

Clicks:2692 Update time:2023-05-25

    (1)不均匀介质中的电压分配

    无机材料常常为不均匀介质,有晶相、玻璃相和气孔存在。这使无机材料的击穿性质与均匀材料不同。不均匀材料最简单的情况是双层介质。双层介质具有各不相同的电性质,电导率小的介质承受场强高,电导率大的介质承受场强低。在交流电压下也有类似的关系。如果电导率相差甚大,则必然其中一层的电场强度将大于平均场强,这一层可能首先达到介电强度面被击穿。一层击穿以后,增加了另一层的电压,且电场因此大大畸变、结果另一层也随之击穿。由此可见,材料的不均匀性可能引起介电强度的降低。陶瓷中的晶相和玻璃相的分布可看成多层介质的串联和并联,上述的分析方法同样适用。

    (2)电-机械-热击穿

    材料中含有气孔时,因气孔的介电常数和电导率很小,根据不均匀介质上的电压分配可知气孔上承受的电场较高,而气泡的击穿强度比固体介质要低得多(空气的Eg≈33kV/cm,陶瓷的Eg≈80kV/cm),所以首先气泡击穿,引起气体放电(电离),产生大量的热,容易引起整个介质击穿。由于在产生热量的同时,形成相当高的内应力,材料也易丧失机械强度而别破坏,这种击穿成为电-机械-热击穿。

    气泡中的放电实际上是不连续的。可以把含气孔的介质看成电阻、电容串并联等效电路。由电路充放电理论分析可知,在交流50周情况下,每秒至少放电200次,可想而知,在高频下内电离的后果是相当严重的。这对在高频、高压下使用的电容陶瓷是值得重视的问题。

    大量的气泡放电,一方面导致介电-机械-热击穿;另一方面介质内引起不可逆的物理化学变化,使介质击穿电压下降,这种现象称为电压老化或化学击穿。

    (3)表面放电和边缘击穿

    固体介质处于周围气体媒质中,常发现有火花掠过它的表面,这就是表面放电,但介质本身并未击穿。固体介质的表面击穿电压总是低于没有固体介质时的空气击穿电压,其降低的程度视介质材料的不同、电极接触情况以及电压性质而定。

    ①固体介质材料不同,表面放电电压也不同。陶瓷介质由于介电常数大、表面吸湿等原因,引起离子式高压极化(空间电荷极化)。使表面电场畸变,降低表面击穿电压。

    ②固体介质与电极接触不好,则表面击穿电压降低,尤其当不良接触在阴极处时更是如此。其机理是空气隙介电常数低,根据夹层介质原理,电场畸变,气隙易放电。材料介电常数愈大,此效应愈显著。

    ③电场的频率不同,表面击穿电压也不同。随频率升高,击穿电压降低。这是由于气体正离子的迁移率比电子小,形成正的体积电荷。频率高时,这种现象更为突出。固体介质本身也因空间电荷极化导致电场畸变,因而表面击穿电压下降。

    总之,表面放电与电场畸变有关系。电极边缘常常电场集中,因面击穿常在电极边缘发生,即边缘击穿。表面放电与边缘击穿取决于电极周围媒质以及电场的分布,还取决于材料的介电系数、电导率,因而表面放电和边缘击穿电压并不能表征材料的介电强度,它与装置条件有关。

    为消除表面放电,防止边缘击穿,应选用电导率或介电常数较高的媒质,同时媒质本身介电强度要高,迪常选用变压器油。在瓷介表面施釉,可保持介质表面清洁,而且釉的电导率较大,对电场均匀化有好处,如果在电极边缘施以半导体釉,则效果更好。


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