王鹏
核工业理化工程研究院 天津 300180
摘要：固体绝缘材料沿面闪络是一种发生在高电场下的复杂界面以及表面的物理现象，针对闪络的过程进行分析，需要对绝缘材料的各种参数进行综合考虑。本文主要针对不同的影响因素进行分析之后提出有效改善的综合评价体系。
关键词：固体绝缘材料；真空；沿面闪络；电极；绝缘子
在真空的环境下，复合绝缘系统的绝缘性等会受到多种因素的影响，特别是固体介质表面闪络现象的影响。用于真空绝缘的材料，不仅需要具备较高的耐电性能，还应该具备较好的致密性，低吸气率放气率等性能，目前陶瓷材料因为具有较好的性能，而被广泛地应用在真空系统的绝缘系统当中。但是真空沿面闪络现象的发生概率相对较大，我们主要分析固体绝缘材料的真空沿面闪络现象的相关内容，希望能在一定程度上保证真空高压器件的使用性能以及使用安全性。
1、固体绝缘材料真空沿面闪络机理现象研究
目前人们对固体绝缘材料真空沿面闪络机理现象的研究关注度相对较高，而关于真空沿面闪络过程，人们普遍认为可以分为三个不同的阶段。在第1个阶段也就是开始阶段，会产生非常明显的电子现象，第2个阶段是发展阶段，在这个阶段当中，伴随沿面现象，整个电子数量会变得越来越多。第3个阶段就是击穿，逐步增多的电子会随着惯性原理，使得电子实施通道。为了能够更好地显示闪络的发展过程，我们就需要结合前期阶段以及最后击穿阶段进行深入地分析，从而实现沿面闪络的发展阶段。从目前我们了解的情况来看，不同的学者所认可的模型都具有较大的差异，而在经过调研分析，目前解释真空沿面闪络问题的主要模型有两种，分别是二次电子发射雪崩模型以及电子触发极化松弛模型。
针对二次电子发射雪崩模型的相关内容进行分析，电子雪崩主要发生在阴极、真空和绝缘材料的三结合点，从阴极三结合点发射出的初始电子在电场的作用下撞击固体电介质表面产生二次电子，部分二次电子将继续撞击介质表面以产生更多的次级电子（电子倍增过程），最终导致电子雪崩。在整个撞击电介质的过程当中，电子的运动过程具有一定的独特性，它需要材料的表面实现气体吸附的过程，而这一过程又具备一定的贯穿性。
电子触发极化松弛模型，以绝缘材料进行电子束轰击时发生沿面闪络而提出的一种新型模型，该模型与二次电子发射雪崩模型存在较为明显的差异。从该模型的角度进行分析，人们普遍认为因为介质本身存在一定的缺陷,这些缺陷会直接导致介质当中的磁化系数分布不均匀，所以在发生反应的过程当中，绝缘子的区域会形成陷阱中心，陷阱俘获电荷之后，这一局部区域就会出现非常明显的极化现象，并在绝缘子形成不太稳定的平衡状态。在这样的状态下发生一系列的反应，一旦外界的因素未能得到有效地控制，那么被陷阱俘获的电荷就会获得足够的能量，从而快速地脱陷。这一系列的反应过程，对原本的平衡状态产生消极的影响，所以原来已经在绝缘子表面建立的平衡体系，在被破坏之后就会释放出大量的能量。在这一个反应过程当中，产生能量巨大的电子以及光子会继续作用在陷阱电荷当中，使得周围的电荷退陷的话，最终电子就会像雪崩一样发生，出现闪络现象。
2、固体绝缘材料真空沿面闪络现象影响因素
通过上文的分析，我们针对固体绝缘材料真空沿面闪络现象的相关内容已经具有了清晰的认识，而在产生反应的过程当中，它非常容易受到外界因素的影响，我们可以将其影响因素分为三种不同的类型。他们分别是真空度的影响，老练过程的影响以及绝缘子形状的影响。
2.1首先从真空度影响的角度进行分析，在1985年，相关学者就针对真空度在其气压发生变化的情况下，聚四氟乙烯材料在不同的情况下，沿面闪络性能变化的情况。学者分别在三种不同电压的形式下，开展一系列的实际研究操作，这三种不同的电压形式，分别是交流电，直流电以及脉冲电压。三种电压形势下的聚四氟乙烯的真空沿面闪络电压会随着气压的增加表现为三个不同的阶段。以10?2pa和1pa作为节点，当气体气压在这一范围以下时，真空沿面闪络性能随着气体气压的增加，表现出非常明显的下降趋势；当气体压力从1Pa增加至102Pa时，真空沿面闪络电压基本保持稳定。
2.2相关学者针对绝缘子进行了大量的闪络实验操作，而在不同的实验当中发现，一旦进入到老练过程之后，绝缘子就会发生非常明显的闪络现象，而且不断的结合闪络的过程，电压就可以逐渐得到完善，那么在对电压进行完善之后，后续闪络的次数就可以得到保障。在这个过程当中，闪络的现象会随着电压的增加而逐渐的增加，并且达到一个稳定值，我们可以将这种现象称之为老练现象。在不同沿面闪络能量的影响之下，连续进行30次的闪络实验之后，随着闪络能量的不断增加，就会到达老练状态。而此时我们就需要对闪络的次数进行严格的控制，如果次数越少那么老练的速度也会变得越来越快，老练的电压幅度也会变得越来越高，那么整个系统的稳定性能会不断的下降。
2.3经过大量的实际操作，我们可以发现绝缘子形状也会对沿 面闪络的现象产生直接的影响，绝缘子的外观以及尺寸对其电压的变化影响程度相对较大。而且大量的研究数据表明，在纳秒脉冲的情况下，如果绝原子外形的接触角从原来的15度增加到70度，那么整个绝缘子的闪络性能就会明显的增加，如果接触的角度为－30度增加到－80度，那么少了电压的数值就会增加，但是增加的幅度并不是非常的明显，如果接触角在－20度变化到0度，那么该阶段的闪络性能最差。从这些数据当中，我们就可以看出圆柱形的绝缘子形状是最为简单的，它需要承受的真空闪络电压值也是最低的。
3、关于固体绝缘材料真空沿面闪络现象的几点认识
从本质的角度进行分析，真空中固体绝缘的沿面闪络现象，是一种发生在高电场下复合介质系统的一种复杂表面以及界面的物理现象，不能仅仅作为一种单纯的电气电子现象来开展工作，它的核心内容在于表面和界面的物理特性。所以在针对该现象进行研究的过程当中，我们需要表面界面物理学，固体物理学，电工材料学等多个学科的内容作为基础，所以整体的研究难度相对较大。
我们可以将演变产物的发展分为两个不同的发展过程，分别是体内过程以及体外过程发展，在绝缘材料的体内是指电荷在注入，复合以及迁移的过程当中发生的一系列反应，发生在体外的过程是一次电子发射，二次电子发射的过程，如果能够将这两个过程充分的融合在一起，那么就可以表现出整体的宏观现象，那么它的本质就是高电场下的电荷行为。
总结
在进行研究的过程当中，我们应该重点针对表面和界面的核心问题进行看分析，特别是在针对固体绝缘真空里面闪络现象的相关原理和模型进行讨论时，必须要对其发生和发展的本质进行探讨，它最终取决于带电粒子的产生运输以及相互作用的机制。目前我们需要对绝缘材料的介电常数电阻率，二次电子发射性质等综合指标进行考虑，在分析不同的影响因素之后，再探讨这些因素对闪络现象产生的影响。
参考文献：
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