离子注入改进聚合物/陶瓷真空沿面闪络特性研究

绝缘子在远低于自身以及相同真空间隙的击穿强度下就会发生沿面击穿，这种沿面闪络现象严重制约着真空电气系统的绝缘性能。真空中绝缘介质沿面闪络现象是一个与绝缘子表面特性密切相关的现象，绝缘子的表面特性（如表面粗糙度、表面能、表面缺陷和表面残余应力等）对它的沿面闪络性能影响十分明显。通过离子注入技术改变绝缘子表面的粗糙度、电阻率、表面结构、吸附能力等，研究其对绝缘子表面耐压特性的影响是本课题重点。本项目以离子注入改性、真空沿面闪络特性实验研究为主，采用AFM、 XRD、XPS、全金属超高真空分析系统、四极质谱仪、二次电子发射系数测量装置等多种测量手段，并配合一定的理论计算，探索离子注入改进绝缘子沿面闪络特性的影响因素及其机理，系统的研究提高绝缘材料表面耐压性能的新技术。

绝缘子在远低于自身以及相同真空间隙的击穿强度下就会发生沿面击穿，这种沿面闪络现象严重制约着真空电气系统的绝缘性能。真空中绝缘介质沿面闪络现象是一个与绝缘子表面特性密切相关的现象，绝缘子的表面特性对它的沿面闪络性能影响十分明显。离子注入技术将离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能，进而对绝缘子的表面耐压特性产生影响。本课题建立了真空沿面闪络特性研究实验平台，并对电流、电压测量系统进行了搭建和标定。制备了聚四氟乙烯和陶瓷绝缘试样，开展了不同电极材料下的沿面闪络实验。针对真空沿面放电中二次电子雪崩机制开发了模拟软件，并开展了初步的仿真计算。利用离子注入软件SRIM程序，计算了不同能量注入离子条件下的绝缘材料表面特性变化规律，包括离子的射程和材料的损伤情况等。利用电子回旋共振离子源开展了离子注入实验，利用不同注入剂量的C和N离子注入陶瓷和聚四氟乙烯样品表面，测量离子注入前后表面特性的变化，结合计算结果，对离子注入改性机理进行了探讨。