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- 氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)對其真空耐壓性能的影響
- 發(fā)布時間：2016/8/2 點擊次數(shù)：[9664]
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械上相互連接，達到氣密，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，且表面耐壓值遠遠小于其體擊穿電場強度。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現(xiàn)象，而閃絡現(xiàn)象是一個與材料表面性質(zhì)密切相關的現(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進行摻雜制備氧化鋁陶瓷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陶瓷的晶粒細化了，且真空耐壓性能也得到提高。無論是對氧化鋁陶瓷進行表面涂覆改性，還是摻雜改性處理，其目的都是通過降低陶瓷表面的二次電子發(fā)射來提高氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能。但在工程應用中，真空技術網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認為還存在研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆對氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)的改變，而這時的陶瓷表面狀態(tài)對其在真空中的耐壓性能影響如何，尚未看到系統(tǒng)的報道。 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用條件，結(jié)合實際的工藝處理過程，系統(tǒng)研究了經(jīng)過研磨加工、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 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)外圓表面進行施釉。系統(tǒng)研究了經(jīng)過研磨加工、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較大，波動幅度可達50%，但經(jīng)過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；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。
圖1 陶瓷絕緣子表面涂覆涂層示意圖 1.2 、能測試 氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能按文獻報道的方法測試，測試電源為直流電源，測試系統(tǒng)真空度小于5 × 10-4 Pa，測試時分別將兩片圓形正負壓電極夾緊陶瓷環(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 型號輪廓儀測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較大，波動幅度可達50%；但經(jīng)過研磨加工后可靠電壓值趨于一致。所以，對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，應該將其研磨加工后才進行使用。 (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，表面全涂和按涂層-氧化鋁絕緣層-涂層結(jié)構(gòu)涂覆時，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，其真空耐壓性能沒有提高，甚至還會降低。< >(來自：真空技術網(wǎng)報道)
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