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熱老化對復合材料擊穿電壓場強度特性的影響
閱讀：1393發布時間：2022-9-19
熱老化對復合材料擊穿電壓場強度特性的影響：
復合材料介電常數的高低并不能決定材料的擊穿場強的高低，復合材料老化后需測試其擊穿場強和沿面擊穿電壓來檢驗復合材料的耐老化特性。
① 擊穿場強
復合材料的擊穿場強按照章節 2.4.2 介紹的方法測試。球球電極下，90 °C 老化 500 h 后測的 EP/SrTiO3復合材料的擊穿場強如圖 4.19 所示。擊穿場強是檢驗絕緣材料能否運用于工程實際中的重要標準，填充 SrTiO3納米顆粒后，復合材料的擊穿場強整體上升了 25%左右。復合材料的擊穿場強并不是呈線性上升，填充少量的 SrTiO3納米顆粒，如 7 wt%的填充量就能使得復合材料的擊穿場強提高 20%，隨著填充量的增加，擊穿場強緩慢上升。從圖 4.19 看出 90 °C 老化后的純環氧樹脂擊穿場強平均值在 10.5 kV/mm附近。填充質量分數分別為 7 wt%、15 wt%、25 wt%、40 wt%的復合材料的擊穿場強平均值為 12.7、12.8、13.3、14 kV/mm。老化后的復合材料的擊穿場強平均值隨填充量增加逐漸增大，與純環氧樹脂相比，增幅保持在 21%~33.3%范圍內。經過 90 °C 老化500 h 后，復合材料的擊穿場強仍較高，說明填充 SrTiO 納米顆粒后，復合材料能夠耐受 90 °C 的長期工作。
② 沿面擊穿電壓
老化后 EP/SrTiO3復合材料的沿面放電電壓由圖 2.19 搭建的微秒沿面放電實驗平臺測試。圖 4.20 為 SF6氣體中，90 °C 老化 500 h 后的樣片的沿面放電電壓，控制針板電極的間隙為 6 mm，升壓速率為 2 kV/30 s，沿面放電電壓取 5 次實驗的平均值。
由于實驗室條件有限，無法直接測試 90 °C 溫度下樣品的擊穿場強和沿面放電電壓，沿面放電電壓在室溫下進行。從圖中可以看出，90 °C 老化 500 h 后，純環氧樹脂樣片的 5 次測試平均值與未老化的純環氧樹脂（圖 4.7）相比較低。未老化的純環氧樹脂樣片的擊穿電壓平均值為 7.6 kV，老化后的純環氧樹脂的沿面放電電壓平均值為 6.85 kV。隨著填充量的增加，老化后的復合材料的沿面放電電壓與未老化的復合材料相比反而呈現上升的趨勢，如填充量為 25 wt%的復合材料老化后的沿面放電電壓比老化前升高了 13%。
純環氧樹脂樣片老化后，表面氧化層加快了其表面碳化速度，電離出的自由電子活動范圍增大。填充 SrTiO3 納米顆粒之后，電子碰撞平均自由程下降，高能電子濃度處于可控范圍，增加材料表面結構中的淺陷阱密度和載流子的遷移率能夠改善表面電荷的遷移過程，減弱累積效應，有效抑制表面電荷的聚集。此外，與純環氧樹脂相比，復合材料表面能略有升高，老化后的表面結構勢能也會增大，因此純環氧樹脂老化后的微秒沿面放電電壓下降，而填充納米顆粒后的復合材料經過 90 °C 老化 500 h 后，沿面放電電壓略有升高。
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