微纳米环氧树脂体系耐电侵蚀机理的研究

基于电力电子器件日益小型化的要求，提出采用更易加工并且价格便宜的环氧树脂替代陶瓷材料作为基板绝缘。通过分步混合方法在环氧树脂中掺入具有高热导系数的无机微米颗粒提高聚合物的热导系数。电力电子器件绝缘材料要求具有优异的耐局部放电和电晕侵蚀特性，微米和纳米无机颗粒具有提高环氧树脂耐电侵蚀的作用。通过预先对无机颗粒进行表面处理，再添加到环氧树脂当中制备成复合材料将可以改善无机颗粒与环氧树脂之间的界面，更进一步提高耐电侵蚀。通过棒板电极测量复合材料的耐电晕放电侵蚀能力，并采用刻蚀的方法制备试样的电极，模拟电力电子器件绝缘结构，研究复合材料耐局部放电侵蚀能力，探索微、纳米无机颗粒在复合材料当中抑制电树生长的作用。提出通过添加微、纳米无机颗粒制备环氧树脂微纳米复合材料替代陶瓷作为电力电子器件绝缘材料的可行性。

本基金研究过程中完成了五项实验研究：1、制备微、纳米氧化铝颗粒/环氧树脂复合材料，通过三辊研磨机对复合材料进行分散，获得了均匀分散的复合材料试样；2、采用通过分析热传导方程的激光脉冲法的LFA447装置来测量复合材料热导率；3、通过球球电极对复合材料进行短时击穿实验，测量其击穿强度；4、通过棒板电极对复合材料进行表面侵蚀实验，采用交流高压进行电晕放电，测量试样表面的电侵蚀深度；5、通过针板电极对复合材料进行电树老化实验，观察电树生长情况，记录复合材料由电树引发的击穿电压并比较研究无机颗粒对电树生长的抑制作用。完成上述实验，发表一篇、投稿一篇IEEE Trans. DEI杂志文章；一篇《绝缘材料》杂志文章；发表一篇、投稿一篇《电工技术学报》杂志文章；国际会议文章4篇，出席国际会议三次。培养硕士生一名，辅助培养硕士生一名，本科生五名。研究发现微、纳米氧化铝无机颗粒在环氧树脂中具有耐点侵蚀作用，在短时击穿和长时间电老化中的作用存在不同的机理。氧化铝颗粒的添加为环氧树脂替代陶瓷材料作为IGBT的基板绝缘提供了可行性，热导率和绝缘性能之间的矛盾将作为今后重点研究解决的方面，以期达到高导热率复合材料仍保持着足够高的电气绝缘性能。