[發明專利]等離子體處理絕緣材料提高真空沿面耐壓性能的方法

有效

• 申請號: 201410047959.0
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN103834052A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 邵濤;牛錚;章程;楊文晉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J7/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種等離子體處理絕緣材料提高真空沿面耐壓性能的方法，其特征在于，所述的方法利用金屬電極在脈沖電源激勵下放電產生等離子體，在有機玻璃表面形成憎水表面結構；通過等離子體中高能粒子的刻蝕作用和等離子體中的活性離子在絕緣材料表面發生的聚合和接枝作用，提高了絕緣材料表面的粗糙度，改變了絕緣材料表面的分子結構，降低了材料表面能，降低了材料的二次電子發射系數，從而提高了絕緣材料在真空條件下的沿面耐壓性能。

2.按照權利要求1所述的等離子體處理絕緣材料提高真空沿面耐壓性能的方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

步驟1：清洗有機玻璃材料，測量材料表面的原始水接觸角；

選取一塊50×50×2mm規格的有機玻璃作為待處理的絕緣材料；將作為待處理絕緣材料的有機玻璃順序置于去離子水、酒精、超聲波清洗儀和去離子水中清洗，去除其表面雜質，然后放置于干燥箱中烘干；在清洗后的有機玻璃表面滴2μL去離子水液滴，測量水液滴與作為待處理絕緣材料的有機玻璃表面的接觸角度，測量八次，取其算術平均值；

步驟2：根據采用的表面改性的處理方法選用放電電極和激勵電源；選擇對有機玻璃進行表面改性處理的裝置；

1）、對有機玻璃進行表面改性處理的裝置為介質阻擋電極或等離子體射流電極；介質阻擋放電方式采用介質阻擋電極，等離子體射流放電方式采用等離子體射流電極；

（1）所述的介質阻擋電極主體為兩塊鋁制電極，分別為施加電壓電極和接地電極；選取兩塊100×100×2mm規格的有機玻璃作為介質阻擋電極中的介質阻擋層；將兩塊有機玻璃分別依次置于去離子水、酒精、超聲波清洗儀和去離子水中清洗，去除其表面雜質，并放置于干燥箱中烘干；然后將兩塊有機玻璃分別接觸施加電壓電極和接地電極并固定；施加電壓電極與接地電極相對布置于玻璃真空腔內，施加電壓電極固定在玻璃真空腔內的頂部，通過導線將施加電壓電極引出用于連接脈沖電源，接地電極固定在玻璃真空腔內的底部，通過導線引出用于接地；玻璃真空腔頂部配有進氣口，底部配有排氣口并外接真空泵；

（2）所述的等離子體射流電極由同軸布置的玻璃管和針狀電極組成，玻璃管的一端塞有中央開孔的皮塞，針狀電極穿過中央小孔與玻璃管同軸布置；針狀電極為施加電壓電極，其一端伸出帶孔皮塞約1cm，針狀電極的另一端距離與皮塞相對的玻璃管口3–4cm；玻璃管腹部靠近皮塞的一端設有進氣口，形成T型結構；

2）、選取放電激勵電源；

放電激勵電源選用納秒脈沖電源或微秒脈沖電源；激勵電源選定后，將電源高壓輸出端與所選用的放電電極的施加電壓電極相連接，將電源接地端接地；納秒脈沖電源輸出波形為單極性類三角波脈沖，脈寬約100ns，上升沿約70ns，通過控制輸入電壓的大小控制激勵電源輸出0～40kV的脈沖電壓，頻率由外部觸發器控制，在0～1000Hz內調節；納秒脈沖電源的工作參數為電壓峰值35～40kV，頻率250～1000Hz；微秒脈沖電源脈沖上升沿為1μs，脈寬2μs，工作電壓在0～35kV連續可調，頻率為1～10kHz；微秒脈沖電源的工作參數為電壓峰值10～25kV，頻率3000～5000Hz；利用介質阻擋放電方式處理有機玻璃時，以能夠保證介質阻擋放電均勻發生為原則選擇電源參數；利用等離子體射流放電方式處理有機玻璃時，以能夠保證等離子體射流穩定地噴出玻璃管口為原則選擇電源參數；

步驟3：選擇處理媒介進行材料表面改性處理；

改性處理的媒介選取二甲基硅油或四氟化碳（CF₄）；

（1）選用介質阻擋放電方式處理有機玻璃時，若采用二甲基硅油作為處理媒介，則無需對玻璃真空腔抽氣；首先在經步驟1清洗的作為待處理絕緣材料的有機玻璃表面均勻涂覆一層二甲基硅油；然后將作為待處理絕緣材料的有機玻璃置于介質阻擋電極接地電極的有機玻璃上，直接在大氣壓空氣條件下對作為待處理絕緣材料的有機玻璃進行改性處理；若采用四氟化碳作為處理媒介，首先將經步驟1清洗的作為待處理絕緣材料的有機玻璃置于介質阻擋電極接地電極的有機玻璃上；然后利用真空泵抽取玻璃真空腔內的空氣，當真空度達到10^-3Pa量級后，按照Ar流量4L/min，CF₄流量0.4L/min的比例通過玻璃真空腔底部的進氣口向玻璃真空腔內通入氣體直至大氣壓；利用選定的電源激勵介質阻擋放電，對放置在接地電極有機玻璃上的作為待處理絕緣材料的有機玻璃進行改性處理；

（2）選用等離子體射流放電方式處理有機玻璃時，若采用二甲基硅油作為處理媒介，首先在經步驟1中清洗后的作為待處理絕緣材料的有機玻璃表面均勻涂覆一層二甲基硅油；然后通過玻璃管腹部的進氣口向玻璃管中通入He氣，在材料處理過程中保持氣體流量為4L/min，直到處理過程結束；利用產生的等離子體射流處理該塊作為待處理絕緣材料的有機玻璃；若采用四氟化碳作為處理媒介，則在材料處理過程中始終保持通過所述的進氣口向玻璃管中通入Ar流量4L/min，CF₄流量0.3L/min，O₂流量0.2L/min的氣體；利用產生的等離子體射流，直接對經步驟1清洗后作為待處理絕緣材料的有機玻璃表面進行改性處理；

步驟4：后期處理；

（1）若選擇二甲基硅油作為處理媒介，將改性后的有機玻璃取出后，在酒精和去離子水中進行清洗，去除有機玻璃表面的二甲基硅油；

（2）若選擇四氟化碳作為處理媒介，將改性后的有機玻璃取出，在去離子水中浸泡一段時間后取出。