等离子体射流阵列辅助薄膜沉积对环氧树脂表面电气特性的影响

直流电场下的绝缘材料表面电荷积聚现象对电气设备的安全运行造成威胁。为了加快环氧树脂（ER）表面电荷的消散,文中采用纳秒脉冲电源激励的大气压等离子体射流（APPJ）阵列,对环氧树脂表面进行扫描处理,沉积SiOx薄膜,之后利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、高阻计、表面电位测试系统等装置对改性前后的样品表面理化特性进行表征分析。实验结果表明：射流阵列扫描沉积在环氧树脂表面引入了Si—O—Si、Si—OH和OH等基团,并且形成的薄膜使材料表面粗糙度降低。改性后的环氧树脂表面电导率提升2～3个数量级,使表面电荷初始积聚量减少,消散速度加快,陷阱能级的深度与密度均有所降低,闪络电压由未处理时的-6.5 kV提升至扫描沉积4次时的-9.3 kV。相对于单管射流改性,射流阵列可产生更大面积的低温等离子体,具有更高的处理效率和实用性。

次大气压介质阻挡放电处理环氧树脂对表面电荷消散的影响及老化特性

环氧树脂(ER)被广泛用作气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中的绝缘间隔,存在局部区域积聚大量表面电荷,且难以消散的问题,容易引发沿面闪络,造成绝缘损伤。本文通过表面电位测量系统研究了次大气压DBD对环氧树脂表面电荷消散以及电位分布的影响,利用高阻计监测电阻率变化,同时利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)与X射线光电子能谱仪(XPS)表征表面化学成分。实验结果表明:不同处理时间(0.5~10min)下的DBD均可大幅加快环氧树脂表面电荷消散,0~300s的消散率均达80%以上,未处理则均小于3.9%,而处理时间对消散率的影响较小。老化现象在1天内较为明显,处理3min的样品在0~300s内的电荷消散率约25%。1~10天以较缓的速率老化,老化10天后的消散率仍是未处理的2倍以上。样品刚处理完时的体积电阻率下降1~2个数量级,而表面电阻率下降接近3个数量级,电阻率随着老化天数逐渐升高,其变化趋势与电荷消散率相反。处理后的表层C/O值降低,C-O、C=O等极性基团含量升高。分析认为表面电荷主要沿面消散且等离子体影响化学成分的深度较浅。

氧含量对大气压等离子体薄膜沉积提高环氧树脂沿面耐压的影响

大气压等离子体改性可以有效提高环氧树脂(Al2O3-ER))表面沿面耐压特性。为了进一步提高放电均匀性和处理效果,研究了氧气(O2)对大气压等离子体射流薄膜沉积效果的影响。实验时氩气(Ar)作为载气,正硅酸四乙酯(TEOS)作为前驱气体。实验中保持通入射流管的Ar/TEOS混合气体含量不变,基底加热温度设为100℃,沉积3min,研究了氧含量对薄膜沉积的影响规律。实验结果表明Ar/TEOS混合气体中通入适量O2后,Al2O3-ER表面的Si—O—Si和Si—OH基团的吸收峰增强,Si元素和O元素的含量增加,这主要与Ar/O2反应中的潘宁电离增强、TEOS充分裂解有关。表面样貌观察结果表明不加氧时的表层出现与薄膜较为融合的纳米颗粒,添加0.8%O2后的表面呈现紧密的絮状结构。此外,表面电位分布测试表明添加1.6%O2后的峰值电位下降约50%,同时闪络电压平均值提高34.2%。实验结果为进一步优化薄膜沉积条件,提高Al2O3-ER沿面闪络性能研究提供了参考。

等离子体改性对环氧树脂材料表面电荷动态特性的影响

等离子体对环氧树脂材料的表面改性在未来高压输电设备制造有着广泛的应用前景,基于此,采用次大气压辉光放电等离子体处理环氧树脂材料,通过表面电荷测量系统测量表面电位值、表面(体)电导率、闪络电压等手段分析改性表面电荷动态特性。实验结果表明:等离子体对环氧树脂材料的改性处理能有效加快其表面电荷的消散;改性处理后的材料表面电位衰减加快、沿面闪络电压升高;从陷阱能级分布曲线可知,陷阱能级变浅,密度变大,且随着改性时间增长,浅能级深度陷阱密度减小。此外,处理后材料的表面电导率升高一个数量级,体电导率无明显变化。分析表明:一方面浅陷阱能级不利于电荷被材料表面的陷阱所捕获,但有利于被捕获电荷的脱陷;另一方面,材料表面电导率的升高加快了表面电荷沿面迁移的速率。在这两方面的共同作用下,处理后环氧树脂材料表面电荷消散加快,绝缘性能提高。