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以2KV/S的升壓速度升高電壓，記錄發生擊穿時的電壓值即擊穿電壓。根據試樣厚度、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，王旗等研宄了在環氧樹脂中摻雜納米和微米氧化鋁對環氧樹脂擊穿強度的影響。實驗結果表明，在環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氧樹脂降低了環氧樹脂的擊穿強度，當納米氧化鋁質量分數達到5WT%時，納米氧化鋁/環氧樹脂復合材料的擊穿強度超過了純環氧樹脂的擊穿強度。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，加入到環氧樹脂中后能消除環氧樹脂的部分缺陷，因此引入納米氧化鋁顆粒能提高環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氧樹脂形成緊密結構。微米氧化鋁顆粒與環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對環氧樹脂擊穿強度的影響，研究結果發現摻雜微米氧化鋁的復合材料的擊穿強度較純環氧樹脂降低了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。當環氧樹脂內部不填加任何納米填料時，環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，導致環氧樹脂的擊穿強度較低。

當環氧樹脂中摻雜納米粒子后，環氧樹脂擊穿電壓升高,—方面是納米粒子的形態緊，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，能形成連續導電逾滲網絡，從而使材料的擊穿強度又逐漸降低。