氧化铝陶瓷具有良好的热传导性、电绝缘性能和耐高温特性,广泛应用于高电压及电真空绝缘领域。但是,由于其表面电阻率和二次电子发射系数大,在高电场和复杂环境下,表面容易积聚大量电荷,降低沿面闪络电压,引发沿面放电事故。因此,通过研究氧化铝陶瓷真空沿面闪络发展过程,探寻抑制电介质表面电荷积聚以及提高沿面闪络性能的方法具有重要科学和工程意义。本文采用离子注入与沉积的方法提高了氧化铝陶瓷的闪络特性,并通过仿真模拟和实验相结合研究了真空沿面闪络的形成与发展过程。分别采用钛离子注入与氧化铬薄膜沉积的方法对氧化铝陶瓷进行了表面改性。通过金属栅网辅助+射频氩等离子体中和电荷的方法,消除了离子注入过程中氧化铝陶瓷表面的“打火”现象。研究了离子注入时间对氧化铝陶瓷表层化学成分和微观组织结构的影响,发现注入钛元素浓度呈类高斯分布,浓度峰值位于30 nm附近,氧化铝陶瓷表面形成了非晶改性层。研究了基体温度、氧流量和沉积时间对氧化铬薄膜微观组织结构的影响规律:基体温度高于100℃时薄膜开始晶化;随着氧流量的增加,氧化铬薄膜的沉积速率下降,薄膜的衍射峰强度降低,薄膜化学计量比由欠氧状态转变为富氧状态;基体温度达到300℃,氧流量为5 sccm时,沉积薄膜为化学计量比2:3的纳米柱状多晶氧化铬;随着沉积时间的增加,薄膜沉积速率保持稳定,晶粒尺寸逐渐增大。对离子注入与沉积处理前后的氧化铝陶瓷表面电学特性进行了测试,发现随着钛离子注入时间的增加,氧化铝陶瓷表面电阻率降低,体积电阻率、相对介电常数和二次电子发射系数变化不大;随着沉积氧化铬薄膜厚度的增加,氧化铝陶瓷表面电阻率接近块体氧化铬,二次电子发射系数从7.8降低到1.93。通过针-板直流电晕放电实验发现,经过钛离子注入与氧化铬薄膜沉积处理后,氧化铝陶瓷表面电阻率降低和陷阱能级变浅共同抑制了表面电荷积累,促进了表面电荷消散。通过真空沿面闪络实验发现:随着钛离子注入时间的增加,氧化铝陶瓷沿面闪络电压呈现先提高后降低的趋势,而随着沉积氧化铬薄膜厚度的增加先提高后趋于稳定。采用2维PIC/MCC(Particle-in-cell/Monte Carlo collision)模拟方法,建立了氧化铝陶瓷真空沿面闪络仿真模型,模拟了不同条件下的沿面闪络过程。研究发现:考虑表面释气时,由于电子与脱附气体发生碰撞电离,二次电子倍增达到饱和后,空间电子数目和离子数目会继续随时间呈现指数增长,发生气体雪崩击穿。不考虑表面释气时,二次电子倍增存在饱和阶段,空间电子数目与外加电场强度呈二次关系,表面积累正电荷密度随外加电场强度线性增加;氧化铝陶瓷表面预先积累正电荷,会促进二次电子倍增过程的发展,增加饱和阶段的表面正电荷积累;空间电子数目和表面正电荷密度随着二次电子发射系数增加呈现指数增长,将氧化铝陶瓷表面二次电子发射系数降低至3以下,可以有效地抑制二次电子倍增效应。真空脉冲电压作用下,钛离子注入处理后,氧化铝陶瓷表面正电荷密度略有降低,表面电荷分布范围与未处理氧化铝陶瓷相似;表面沉积120 min的氧化铬薄膜后氧化铝陶瓷表面正电荷密度和分布范围明显减小。