击穿强度测试仪结果及分析

击穿强度结果及分析

交流短时击穿场强测试结果

电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体，称为电介质击穿，所对应的电压称为击穿电压。电介质击穿时的电场强度叫击穿场强。不同电介质在相同温度下，其击穿场强不同。当电容器介质和两极板的距离ｄ—定后，由U₁-U₂＝Ed知，击穿场强决定了击穿电压。击穿场强通常又称为电介质的介电强度。测试时，采用ZJC-150KV电压击穿试验仪，通过电气控制柜持续以2KV/S的升压速度升高电压，记录发生击穿时的电压值即击穿电压。根据试样厚度、击穿电压以及击穿强度公式，计算得到复合材料的击穿强度。

测试时，保持样品表面干燥清洁，电极无尖，实验温度25±1℃，相对湿度50±5%，试样样品浸泡在变压器油中，分别对同等纳米填料含量的10个样本进行测试。试样的交流短时击穿电压威布尔分布如下图所示。

由实验结果可知，试样的击穿强度由未掺杂的31.5kv提高至36.5kv，穿电压变化趋势与局放起始电压实验结果相似，即随着SIO2填充量的增加，工频击穿电压先增加，至5%填充量到达峰值，而后随着纳米填料比例的继续增加，击穿电压又邊显著下降趋势。

击穿场强测试结果分析

对于掺杂纳米粒子来提高环氧树脂的击穿性能，有很多科学工作者也都做过研究，王旗等研宄了在环氧树脂中掺杂纳米和微米氧化铝对环氧树脂击穿强度的影响。实验结果表明，在环氧树脂中掺杂纳米氧化铝会提高击穿场强，而掺杂微米氧化错会降低复合材料的击穿强度。而且，当纳米氧化铝颗粒含量较低时，加入纳米氧化铝颗粒到环氧树脂降低了环氧树脂的击穿强度，当纳米氧化铝质量分数达到5WT%时，纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的击穿强度超过了纯环氧树脂的击穿强度。他认为这是电于由于纳米氧化铝颗粒具有更大的比表面积，能够在大分子及其链之间形成紧密连接，阻止初始电子移动，加入到环氧树脂中后能消除环氧树脂的部分缺陷，因此引入纳米氧化铝颗粒能提高环氧树脂的击穿强度与纳米氧化铝颗粒相比，单个微米氧化铝颗粒过大，很难像纳米氧化铝颗粒一样能与环氧树脂形成紧密结构。微米氧化铝颗粒与环氧树脂之间的松散结构，不能像纳米氧化铝颗粒一样移除，随添加奮增大，反而引入更多导致环氧复合材料击穿强度降低的缺陷。该缺陷能够使起始电子更容易移动，并随着起始电子的撞击而引入更多的电子，从而降低了击穿强度。纳米氧化铝提高了环氧树脂的击穿强度，而微米氧化招则降低了击穿强度。也研究了微米、纳米、微/纳米A1203对环氧树脂击穿强度的影响，研究结果发现掺杂微米氧化铝的复合材料的击穿强度较纯环氧树脂降低了55%，由202.8KV降低到90.3KV；而在微/纳米复合材料又较纳米复合材料击穿电压略高；偶联剂对击穿强度的影响不大。他认为是由于纳米粒子具有更高的击穿强度，阻挡了电树枝和放电通道的生长。

结合本次实验结果和酵前对于击穿强度作用机理的研宄成果，对实验结果作出如下讨论。当环氧树脂内部不填加任何纳米填料时，环氧固化物会由于固化不全而形成分子团，在分子面之间，会形成缺陷，这在图2-1中能清晰的看出，分子团与分子团之间都有较深的缝隙。由于这些缺陷的存在，导致环氧树脂的击穿强度较低。

当环氧树脂中掺杂纳米粒子后，环氧树脂击穿电压升高,—方面是纳米粒子的形态紧，击穿强度很高，预放电通道、电树枝等可被纳米填料中断，其模型如下图所示：

另一方面，聚合物中掺杂纳米粒子引入了大量陷阱或者使原有的陷阱能级变深，由于载流子的入陷和出陷，使得载流子自由程变短，迁移率降低，在电场作用下积累的动能也降低，减少了载流子对聚合物分予链的撞击破坏，从而提高了击穿场强。

当添加量进一歩増加时（超过5wt%），复合材料的击穿强度开始下降，这可能是两方面原因造成的。首先，当纳米粒子掺杂量较大时，由于其表面能大，纳米粒子开始团聚，使得纳米粒子具有的小尺寸效应消失，并且在复合材料内部引入了缺陷，从而使击穿强度降低。其次，随着导电粒子浓度的增加，导电粒子之间开始相互接触，能形成连续导电逾渗网络，从而使材料的击穿强度又逐渐降低。