發(fā)布時間：2021-12-02 06:53

　　開展兼具非線性電導(dǎo)和介電特性的復(fù)合材料的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,有助于更有效、廣泛地解決高電壓等級電力系統(tǒng)絕緣設(shè)備或部件電場分布不均勻的難題。為此,制備了ZnO壓敏陶瓷-硅橡膠復(fù)合材料并測量了其非線性壓敏介電特性。結(jié)果表明:制備的復(fù)合材料具有良好的分散性和非線性電導(dǎo)及介電特性;當(dāng)ZnO壓敏陶瓷填料體積分?jǐn)?shù)>10%時,復(fù)合材料可以表現(xiàn)出明顯的非線性介電特性,可以起到更顯著的電場均勻作用;當(dāng)ZnO壓敏陶瓷填料體積分?jǐn)?shù)>20%時,復(fù)合材料呈現(xiàn)出明顯的非線性電導(dǎo)特性,電導(dǎo)非線性系數(shù)可以達(dá)到10以上,當(dāng)電場強(qiáng)度超過壓敏電壓梯度時電導(dǎo)率可以提高100倍以上,而電場強(qiáng)度達(dá)到1.5倍壓敏電壓梯度時,可在對不均勻電場起抑制作用的同時,避免較大的損耗。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2015,41(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

復(fù)合材料樣品的制備流程

謝竟成，胡軍，何金良，等：壓敏陶瓷硅橡膠復(fù)合材料的非線性壓敏介電特性449圖2硅橡膠和不同配比的復(fù)合材料的X射線衍射譜Fig.2X-raydiffractionpatternsofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents有ZnO壓敏陶瓷填料的樣品中，主要包括ZnO相、Bi2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常顯著，為填料中的主要物相。其次較明顯的物相為Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由摻雜的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等摻雜元素和ZnO形成，尺寸較ZnO晶粒小，隨機(jī)分散在多個ZnO晶粒接觸部位。硅橡膠含量較多的樣品中，如純硅橡膠，以及含有5%、10%和20%ZnO壓敏陶瓷填料的復(fù)合材料樣品中，2θ=13°處有1個寬峰，由硅橡膠聚合物鏈的規(guī)則排列造成。當(dāng)ZnO壓敏陶瓷填料配比達(dá)30%時，硅橡膠聚合物鏈的規(guī)則排列被打亂，這個寬峰就變得不明顯。圖3顯示了不同配比樣品的SEM形貌，較亮區(qū)域?yàn)閆nO壓敏陶瓷粉體，晶粒直徑在2~5μm之間，數(shù)十個晶粒組成1個粒徑約20~50μm的粉體。ZnO壓敏陶瓷粉體均勻分散在硅橡膠基體中，其中沒有明顯的缺陷存在，表明ZnO壓敏陶瓷粉體和硅橡膠基體良好接觸。過去的研究表明，改善復(fù)合材料中兩相的界面，減少復(fù)合材料中的氣孔和其他缺陷，能提高復(fù)合材料的電氣性能[24]。2.2復(fù)合材料非線性電導(dǎo)特性ZnO壓敏陶瓷粉體(100%ZnO)和含有不同配比的復(fù)合材料的電導(dǎo)特性曲線見圖4，從圖中計算得到的數(shù)據(jù)列入表2。其中，由于5%和10%ZnO壓敏陶瓷配比的樣品的非線性不明顯，Jpre由電流密度平均值代替�？梢钥闯�，這些參數(shù)的變化與ZnO壓敏陶瓷填料的配比密切相關(guān)。5%和10%的樣品沒有電導(dǎo)非線性，隨著ZnO壓敏陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增圖3硅橡膠和不同配比的復(fù)合材料的?

2O3相和尖晶石相。ZnO相衍射峰非常顯著，為填料中的主要物相。其次較明顯的物相為Bi2O3相和尖晶石相。Bi2O3相由摻雜的Bi2O3直接生成，尖晶石相由Bi、Mn、Co、Sb等摻雜元素和ZnO形成，尺寸較ZnO晶粒小，隨機(jī)分散在多個ZnO晶粒接觸部位。硅橡膠含量較多的樣品中，如純硅橡膠，以及含有5%、10%和20%ZnO壓敏陶瓷填料的復(fù)合材料樣品中，2θ=13°處有1個寬峰，由硅橡膠聚合物鏈的規(guī)則排列造成。當(dāng)ZnO壓敏陶瓷填料配比達(dá)30%時，硅橡膠聚合物鏈的規(guī)則排列被打亂，這個寬峰就變得不明顯。圖3顯示了不同配比樣品的SEM形貌，較亮區(qū)域?yàn)閆nO壓敏陶瓷粉體，晶粒直徑在2~5μm之間，數(shù)十個晶粒組成1個粒徑約20~50μm的粉體。ZnO壓敏陶瓷粉體均勻分散在硅橡膠基體中，其中沒有明顯的缺陷存在，表明ZnO壓敏陶瓷粉體和硅橡膠基體良好接觸。過去的研究表明，改善復(fù)合材料中兩相的界面，減少復(fù)合材料中的氣孔和其他缺陷，能提高復(fù)合材料的電氣性能[24]。2.2復(fù)合材料非線性電導(dǎo)特性ZnO壓敏陶瓷粉體(100%ZnO)和含有不同配比的復(fù)合材料的電導(dǎo)特性曲線見圖4，從圖中計算得到的數(shù)據(jù)列入表2。其中，由于5%和10%ZnO壓敏陶瓷配比的樣品的非線性不明顯，Jpre由電流密度平均值代替�？梢钥闯�，這些參數(shù)的變化與ZnO壓敏陶瓷填料的配比密切相關(guān)。5%和10%的樣品沒有電導(dǎo)非線性，隨著ZnO壓敏陶瓷粉體體積分?jǐn)?shù)的增圖3硅橡膠和不同配比的復(fù)合材料的斷面SEM形貌Fig.3SEMmorphologyofthefreshsurfacesofthesiliconerubberandcompositeswithdifferentZnOvaristorcontents圖4氧化鋅壓敏陶瓷粉體和不同配比的復(fù)合材料的電導(dǎo)特性(JE)曲線Fig.4Currentdensity-electricfield(J–E)characteristicsofZnOvaristorpowdersandth

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非線性復(fù)合材料對不均勻電場的改善效果仿真分析[J]. 謝竟成,胡軍,何金良,郭志沖,殷禹.  高電壓技術(shù). 2014(03)
[2]改善不均勻電場的非線性復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 何金良,謝竟成,胡軍.  高電壓技術(shù). 2014(03)
[3]特高壓直流復(fù)合支柱絕緣子均壓環(huán)的優(yōu)化設(shè)計[J]. 胡建林,吳堯,肖代波,蔣興良,劉健,張志勁.  高電壓技術(shù). 2014(01)
[4]特高壓復(fù)合絕緣子電場計算及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法的均壓環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 司馬文霞,施健,袁濤,楊慶,孫才新.  高電壓技術(shù). 2012(02)
[5]聚乙烯/碳化硅復(fù)合材料的非線性電導(dǎo)特性的研究[J]. 郭文敏,韓寶忠,李忠華.  功能材料. 2010(03)
[6]碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料的非線性電導(dǎo)特性[J]. 韓寶忠,郭文敏,李忠華.  功能材料. 2008(09)
[7]高壓交聯(lián)電纜終端預(yù)制橡膠應(yīng)力錐的研究進(jìn)展[J]. 韓軒,馬永其.  絕緣材料. 2007(04)
[8]顆粒填充聚合物高介電復(fù)合材料[J]. 黃興溢,柯清泉,江平開,韋平,汪根林.  高分子通報. 2006(12)
[9]非線性電介質(zhì)改善應(yīng)力控制型套管電場的模擬計算與試驗(yàn)分析[J]. 楊娟娟,劉英,曹曉瓏.  絕緣材料. 2003(05)



本文編號：3527948