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真空中绝缘介质的沿面闪络不仅严重制约着高压电器设备的耐压能力,影响设备的正常稳定运行,而且发生沿面闪络击穿也会造成巨大的经济损失,因此研究真空环境下绝缘材料沿面闪络的影响因素,提高其沿面闪络强度,对于绝缘材料的应用和真空电器设备整体性能的提升都具有十分重要的意义。
本文采用绝缘介质Al2O3陶瓷材料作为研究对象,并选用Cr2O3材料对其进行表面改性处理。论文研究了涂层制备工艺、涂层组分对涂层的表面形貌、介电常数、表面电阻率、涂层的结合强度及其沿面闪络强度的影响规律。
论文首先研究了Al2O3陶瓷的制备工艺,在1570℃烧结温度下获得了致密度为98.3%的Al2O3陶瓷,探索了溶胶凝胶法制备Cr2O3粉体的工艺,在铬源与尿素1∶1, pH为3,水浴温度60℃,煅烧温度600℃,煅烧时间2h下,制成了纳米尺度的Cr2O3粉体。
在800℃~1000℃不同的热处理温度下,用5%PVA、Cr2O3溶胶、Al(H2PO4)3溶液、硅溶胶、铝溶胶分别与纳米Cr2O3粉体混合制成了五种涂层。
(1)采用5%PVA与纳米Cr2O3粉体制成了纯Cr2O3涂层,其表面电阻率为4.2×109Ω~2.5×1010Ω,结合强度较低,小于0.03 MPa,不符合应用条件。又采用Cr2O3溶胶与Cr2O3粉体制成了纯Cr2O3涂层,其介电常数为2~3.5,表面电阻率在8.4×109Ω~4.8×1010Ω范围内,结合强度为1.56~1.91MPa,使Al2O3陶瓷的沿面闪络性能提高了77%。
(2)选用了Al(H2PO4)3溶液、硅溶胶、铝溶胶作为粘结剂分别与纳米Cr2O3粉末混合制成复合Cr2O3涂层,其中Al(H2PO4)3溶液与Cr2O3粉体制成的涂层介电常数为3~5,表面电阻率在5.7×1011Ω~1.2×1012Ω的范围内,结合强度在1.26~2.56MPa,其沿面闪络性能提高了93%,硅溶胶与Cr2O3粉体制成的涂层介电常数为2~4,表面电阻率在2.2×1011Ω~1.0×1012Ω的范围内,结合强度2.88~3.75MPa,其沿面闪络性能提高了64%;铝溶胶与Cr2O3粉体制成的涂层介电常数为3~5,表面电阻率在2.2×1010Ω4.6×1010Ω的范围内,结合强度在1.47~2.09MPa,其沿面闪络性能提高了179%。