電壓擊穿的擊穿電壓測試特性分析

       絕緣材料又稱電介質(zhì)，其絕緣性能主要由介質(zhì)極化、介質(zhì)損耗和介電強(qiáng)度等指標(biāo)來表征。熱界面復(fù)合材料的介電性能研究主要包括相對(duì)介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切和擊穿電場強(qiáng)度等。這些介電性能指標(biāo)可用來表明復(fù)合材料在施加電壓條件下所發(fā)生的性能變化和絕緣的質(zhì)量情況，其測試結(jié)果受多種因素影響，包括測試電壓條件(所施加電壓的波形、頻率、電場強(qiáng)度等)、測試環(huán)境條件(氣壓、溫度、濕度等)、電極與試樣本身的條件等。熱界面復(fù)合材料應(yīng)用于電力電子產(chǎn)品后，良好的絕緣性能是設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障，因此復(fù)合材料介電性能是關(guān)系到其能否應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的一個(gè)重要參數(shù)。本章將對(duì)制得的熱界面復(fù)合材料進(jìn)行電學(xué)性能的測試和分析。

      電介質(zhì)只能在一定的場強(qiáng)范圍內(nèi)維持其介電特性，在足夠強(qiáng)的電場作用下將失去介電性能成為導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)擊穿，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為擊穿電壓，電介質(zhì)擊穿時(shí)的電場強(qiáng)度叫擊穿場強(qiáng)。固體電介質(zhì)材料存在三種不同的擊穿理論:

(1)電擊穿:固體介質(zhì)電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎(chǔ)上建立的。在電場的作用下，固體介質(zhì)中的自由電子獲得動(dòng)能開始加速;另一方面與晶格發(fā)生碰撞，把能量傳遞給晶格振動(dòng)。當(dāng)這兩個(gè)過程在一定的溫度和場強(qiáng)下達(dá)到平衡時(shí)，固體介質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出穩(wěn)定的電導(dǎo);當(dāng)這一過程不能維持平衡時(shí)，即電子從電場中得到的動(dòng)能大于傳遞給晶格的能量，電子的動(dòng)能就越來越大，直至達(dá)到某一閉值時(shí)，開始電離產(chǎn)生新電子，使自由電子數(shù)迅速增加，導(dǎo)致“雪崩"效應(yīng)，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定階段，發(fā)生擊穿，電擊穿的作用時(shí)間非常短。

(2)熱擊穿:處于電場中的電介質(zhì)，由于發(fā)生介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量，當(dāng)外加電壓足夠高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量比散去的多，轉(zhuǎn)入散熱與發(fā)熱的不平衡狀態(tài)，介質(zhì)溫度逐漸升高，若作用時(shí)間足夠長，內(nèi)部開始出現(xiàn)缺陷，形成導(dǎo)電通道，直至出現(xiàn)損壞。

(3)電化學(xué)擊穿:電介質(zhì)經(jīng)長期運(yùn)行后，在電、熱、化學(xué)和機(jī)械力等的共同作用下，內(nèi)部會(huì)發(fā)生一些化學(xué)變化，如固體電介質(zhì)中出現(xiàn)的電解、還原等反應(yīng)，介質(zhì)中氣泡放電形成有害物質(zhì)腐蝕氣泡壁等現(xiàn)象，使物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，最終導(dǎo)致?lián)舸囟仍礁撸妷鹤饔脮r(shí)間越長，越易發(fā)生電化學(xué)擊穿。在本論文所做實(shí)驗(yàn)中，電壓的作用時(shí)間略超過電擊穿的時(shí)間范圍，電壓作用期間，會(huì)導(dǎo)致材料局部發(fā)熱，因此材料發(fā)生的擊穿屬于電熱聯(lián)合擊穿。