【摘 要】
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六氟化硫(Sulfur Hexafluoride,SF6)作为一种强电负性气体,不仅广泛用于电力系统的绝缘,还广泛应用于航空航天中低气压下的绝缘和微电子工业中的等离子体刻蚀等,研究低气压下SF6的击穿特性对这些应用有重要的意义。目前低气压下SF6的直流击穿特性的实验与理论数据都较少,本论文针对低气压下SF6的直流击穿现象,研究了该过程中的等离子体参数演化和放电模式,并模拟了对应的帕邢曲线。采用了一
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六氟化硫(Sulfur Hexafluoride,SF6)作为一种强电负性气体,不仅广泛用于电力系统的绝缘,还广泛应用于航空航天中低气压下的绝缘和微电子工业中的等离子体刻蚀等,研究低气压下SF6的击穿特性对这些应用有重要的意义。目前低气压下SF6的直流击穿特性的实验与理论数据都较少,本论文针对低气压下SF6的直流击穿现象,研究了该过程中的等离子体参数演化和放电模式,并模拟了对应的帕邢曲线。采用了一维隐式粒子蒙特卡洛模拟程序来研究SF6在直流低气压下的击穿特性。考虑了外电路模型和二次电子发射模型,除了电子-分子碰撞模型,还重点考虑了离子-分子碰撞模型,其中包括三种负离子和两种正离子与SF6的654个碰撞反应,此外正负离子间的复合反应模型也被考虑其中。研究了SF6在直流低气压下的整个击穿过程,整个击穿过程可以被分为三个阶段:预击穿阶段、击穿阶段和后击穿阶段。在预击穿阶段,阴极鞘层还未形成,恒定电场存在于整个放电区域。在击穿阶段,分析了阴极鞘层的形成机制,放电整体从容性逐渐转变为阻性,与外电阻进行分压。在后击穿阶段,继续增长的正离子导致了阳极鞘层的形成,最终形成负的等离子体电势。包括加热功率和二次电子功率在内的能量产生项与包括碰撞损失功率和边界损失功率在内的能量损失项相等,其中碰撞损失功率和边界损失功率大小相当,二次电子功率太小以致基本可以忽略。最终等离子体的各项参数逐渐演化到稳态。进一步研究了SF6在直流低气压下的放电模式与帕邢曲线。分析了外加电压和气压对放电的影响,外加电压影响击穿放电时延和阴极鞘层厚度,气压不影响等离子体密度但影响鞘层厚度。根据扫描结果发现了SF6在直流低气压条件下击穿的三种模式:不击穿放电模式、常规击穿放电模式和局部电离击穿放电模式,局部电离击穿放电模式出现在帕邢曲线的右上方区域,此时电离是局部的,体区电势在空间上呈梯度分布。提出了一种帕邢曲线程序算法,得到了SF6直流低气压范围下的帕邢曲线,结果与实验吻合较好。
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