热老化对复合材料击穿电压场强度特性的影响

热老化对复合材料击穿电压场强度特性的影响：

复合材料介电常数的高低并不能决定材料的击穿场强的高低，复合材料老化后需测试其击穿场强和沿面击穿电压来检验复合材料的耐老化特性。 

①  击穿场强 

复合材料的击穿场强按照章节 2.4.2 介绍的方法测试。球球电极下，90 °C 老化 500 h 后测的 EP/SrTiO3复合材料的击穿场强如图 4.19 所示。击穿场强是检验绝缘材料能否运用于工程实际中的重要标准，填充 SrTiO3纳米颗粒后，复合材料的击穿场强整体上升了 25%左右。复合材料的击穿场强并不是呈线性上升，填充少量的 SrTiO3纳米颗粒，如 7 wt%的填充量就能使得复合材料的击穿场强提高 20%，随着填充量的增加，击穿场强缓慢上升。从图 4.19 看出 90 °C 老化后的纯环氧树脂击穿场强平均值在 10.5 kV/mm附近。填充质量分数分别为 7 wt%、15 wt%、25 wt%、40 wt%的复合材料的击穿场强平均值为 12.7、12.8、13.3、14 kV/mm。老化后的复合材料的击穿场强平均值随填充量增加逐渐增大，与纯环氧树脂相比，增幅保持在 21%~33.3%范围内。经过 90 °C 老化500 h 后，复合材料的击穿场强仍较高，说明填充 SrTiO 纳米颗粒后，复合材料能够耐受 90 °C 的长期工作。

②  沿面击穿电压 

         老化后 EP/SrTiO3复合材料的沿面放电电压由图 2.19 搭建的微秒沿面放电实验平台测试。图 4.20 为 SF6气体中，90 °C 老化 500 h 后的样片的沿面放电电压，控制针板电极的间隙为 6 mm，升压速率为 2 kV/30 s，沿面放电电压取 5 次实验的平均值。 

         由于实验室条件有限，无法直接测试 90 °C 温度下样品的击穿场强和沿面放电电压，沿面放电电压在室温下进行。从图中可以看出，90 °C 老化 500 h 后，纯环氧树脂样片的 5 次测试平均值与未老化的纯环氧树脂（图 4.7）相比较低。未老化的纯环氧树脂样片的击穿电压平均值为 7.6 kV，老化后的纯环氧树脂的沿面放电电压平均值为 6.85 kV。随着填充量的增加，老化后的复合材料的沿面放电电压与未老化的复合材料相比反而呈现上升的趋势，如填充量为 25 wt%的复合材料老化后的沿面放电电压比老化前升高了 13%。 

       纯环氧树脂样片老化后，表面氧化层加快了其表面碳化速度，电离出的自由电子活动范围增大。填充 SrTiO3 纳米颗粒之后，电子碰撞平均自由程下降，高能电子浓度处于可控范围，增加材料表面结构中的浅陷阱密度和载流子的迁移率能够改善表面电荷的迁移过程，减弱累积效应，有效抑制表面电荷的聚集。此外，与纯环氧树脂相比，复合材料表面能略有升高，老化后的表面结构势能也会增大，因此纯环氧树脂老化后的微秒沿面放电电压下降，而填充纳米颗粒后的复合材料经过 90 °C 老化 500 h 后，沿面放电电压略有升高。