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  • 氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)對(duì)其真空耐壓性能的影響
  • 發(fā)布時(shí)間：2016/8/2　　點(diǎn)擊次數(shù)：[929]

  • 系統(tǒng)研究了經(jīng)過(guò)研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆等工藝處理后，氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)對(duì)其真空耐壓性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面未加工的95%Al2O3陶瓷的可靠電壓波動(dòng)較大，波動(dòng)幅度可達(dá)50%，但經(jīng)過(guò)研磨加工后可靠電壓值趨于一致；表面涂覆可以改善氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能，并且改善的情況與涂覆的結(jié)構(gòu)有關(guān)；而表面施釉不僅不能改善陶瓷的真空耐壓性能，而且還降低了其真空耐壓性能。

    　　微波電真空器件中絕緣結(jié)構(gòu)陶瓷的作用是將處于不同電位的金屬材料在機(jī)械上相互連接，達(dá)到氣密，以保持真空器件內(nèi)的真空度；在電氣上相互絕緣，以維持兩電極間電壓的穩(wěn)定。由于真空條件下，存在因沿絕緣陶瓷表面放電造成絕緣陶瓷絕緣性能喪失的現(xiàn)象，且表面耐壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。所以在真空中決定陶瓷材料絕緣能力的不是陶瓷的體擊穿強(qiáng)度，而是其表面耐壓性能。決定氧化鋁陶瓷真空中耐壓性能的主要是材料表面的閃絡(luò)現(xiàn)象，而閃絡(luò)現(xiàn)象是一個(gè)與材料表面性質(zhì)密切相關(guān)的現(xiàn)象。

    　　為此，人們研究了表面粗糙度、表面涂層、摻雜改性處理等對(duì)絕緣材料真空耐壓性能的影響。鄭家貴等在氧化鋁陶瓷表面涂覆Mn、Cr、Ti 混合物，經(jīng)高溫處理后，發(fā)現(xiàn)陶瓷真空耐壓性能有顯著提高；雷楊俊等在用Cr2 O3和MnCO3進(jìn)行摻雜制備氧化鋁陶瓷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陶瓷的晶粒細(xì)化了，且真空耐壓性能也得到提高。無(wú)論是對(duì)氧化鋁陶瓷進(jìn)行表面涂覆改性，還是摻雜改性處理，其目的都是通過(guò)降低陶瓷表面的二次電子發(fā)射來(lái)提高氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能。但在工程應(yīng)用中，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認(rèn)為還存在研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆對(duì)氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)的改變，而這時(shí)的陶瓷表面狀態(tài)對(duì)其在真空中的耐壓性能影響如何，尚未看到系統(tǒng)的報(bào)道。

    　　為此，本文根據(jù)氧化鋁陶瓷絕緣子在微波電真空器件中的應(yīng)用條件，結(jié)合實(shí)際的工藝處理過(guò)程，系統(tǒng)研究了經(jīng)過(guò)研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆等工藝處理后，氧化鋁陶瓷在真空耐壓性能的變化。

    　　1、試驗(yàn)

    　　1.1、樣品制備

    　　95%Al2O3陶瓷：組分為95% Al2O3 + 5% SiO2 +CaO) ，成型工藝為熱壓鑄成型，樣品規(guī)格為Φ28mm × 22 mm × 5 mm，燒成溫度為1640℃。燒成后的樣品分成四類：第一類為陶瓷環(huán)的內(nèi)外圓表面不加工，保持燒結(jié)后的自然表面；第二類為陶瓷環(huán)的內(nèi)外圓表面用180 目的金剛石砂輪進(jìn)行研磨加工；第三類為陶瓷環(huán)的內(nèi)外圓表面涂覆一層Mn、Cr、Ti 混合物，然后經(jīng)過(guò)1450℃高溫熱處理，其中涂覆結(jié)構(gòu)分三種情況，第一種為陶瓷環(huán)內(nèi)外圓表面全部涂覆；第二種是僅在陶瓷環(huán)內(nèi)外圓的兩端與電極相連的地方涂上1 mm 左右寬的涂層，記作ABA 結(jié)構(gòu)；第三種結(jié)構(gòu)是僅在陶瓷環(huán)內(nèi)外圓的中間處涂上3 mm 左右寬的涂層，記作BAB 結(jié)構(gòu)( 如圖1 所示) ；第四類為陶瓷環(huán)的內(nèi)外圓表面進(jìn)行施釉。

    陶瓷絕緣子表面涂覆涂層示意圖

    圖1 陶瓷絕緣子表面涂覆涂層示意圖

    　　1.2 、能測(cè)試

    　　氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能按文獻(xiàn)報(bào)道的方法測(cè)試，測(cè)試電源為直流電源，測(cè)試系統(tǒng)真空度小于5 × 10-4 Pa，測(cè)試時(shí)分別將兩片圓形正負(fù)壓電極夾緊陶瓷環(huán)的上下兩平面。用HITACHIS 4800 型掃描電鏡(SEM) 觀察氧化鋁陶瓷材料表面形貌。用PGI400 型號(hào)輪廓儀測(cè)量磨加工前后陶瓷樣品表面粗糙度。

    　　2、結(jié)論

    　　(1) 表面未加工的95% Al2O3陶瓷的可靠電壓波動(dòng)較大，波動(dòng)幅度可達(dá)50%；但經(jīng)過(guò)研磨加工后可靠電壓值趨于一致。所以，對(duì)于電真空用絕緣氧化鋁陶瓷，為了保證其真空耐壓性能的穩(wěn)定，應(yīng)該將其研磨加工后才進(jìn)行使用。

    　　(2) 表面涂覆可以改變氧化鋁陶瓷的真空中耐壓性能，但改善的情況與涂覆的結(jié)構(gòu)有關(guān)，表面全涂和按涂層-氧化鋁絕緣層-涂層結(jié)構(gòu)涂覆時(shí)，其真空耐壓性能可以提高50% 以上，而按氧化鋁絕緣層-涂層-氧化鋁絕緣層結(jié)構(gòu)涂覆時(shí)，其真空耐壓性能沒(méi)有提高，甚至還會(huì)降低。

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    (來(lái)自：真空技術(shù)網(wǎng)報(bào)道)