[發(fā)明專利]一種獨(dú)石結(jié)構(gòu)全陶瓷型高梯度絕緣子及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510159624.2
• 申請(qǐng)日: 2015-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN104761244A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華力;黃曉軍;雷楊俊;向偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號(hào): C04B35/10
• 分類號(hào): C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖與功率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種獨(dú)石結(jié)構(gòu)全陶瓷型高梯度絕緣子及其制備方法。

背景技術(shù)

在特種電真空器件中，絕緣子沿面閃絡(luò)耐壓能力大大低于相同距離的真空間隙，嚴(yán)重制約著器件的絕緣耐壓性能。美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室基于二次電子雪崩理論提出了絕緣介質(zhì)與金屬層交替排列的高梯度絕緣子的概念，取得了突破性進(jìn)展，表面閃絡(luò)耐壓強(qiáng)度比傳統(tǒng)絕緣子提高了1.4～4倍。高梯度絕緣子的研究已經(jīng)從概念研究轉(zhuǎn)入工程化應(yīng)用，現(xiàn)正逐漸將其應(yīng)用于大電流脈沖功率裝置、光觸發(fā)高壓開關(guān)和介壁加速器中。現(xiàn)在報(bào)道的高梯度絕緣子多為有機(jī)高分子絕緣層(交聯(lián)聚苯乙烯，聚酰亞胺等)等與導(dǎo)電薄膜的疊層結(jié)構(gòu),其厚度均可以達(dá)到微米量級(jí)。基于陶瓷的高梯度絕緣子研究進(jìn)展緩慢，報(bào)道的僅有通過金屬化焊接形成的氧化鋁、鐵鈷鎳合金結(jié)構(gòu)與疊壓的可加工陶瓷、金屬結(jié)構(gòu)，其薄層厚度尺寸均在毫米量級(jí),?尚不適合工程化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于將陶瓷高梯度絕緣子的絕緣層與導(dǎo)電層的厚度降低到微米量級(jí),提高其表面閃絡(luò)耐壓強(qiáng)度。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過提供一種獨(dú)石結(jié)構(gòu)全陶瓷型高梯度絕緣子而解決的，該絕緣子以金屬陶瓷材料為導(dǎo)電層，以氧化鋁材料為絕緣層，絕緣層與導(dǎo)電層交替排列，絕緣層厚度為30~300微米，導(dǎo)電層厚度為5~100微米。

本發(fā)明的高梯度絕緣子的金屬陶瓷導(dǎo)電層材料為鉬-氧化鋁金屬陶瓷、氮化鈦-氧化鋁金屬陶瓷，其中鉬和氮化鈦的體積比例為15%~30%。氧化鋁絕緣層材料為高純度氧化鋁或含重量比1%~10%玻璃相燒結(jié)助劑氧化鋁材料。

本發(fā)明的高梯度絕緣子的制備方法由以下步驟組成:

(a)?通過流延技術(shù)制備氧化鋁材料流延片;

(b)?將適量鉬粉或氮化鈦粉與氧化鋁材料粉體與溶劑二乙二醇單丁基醚醋酸酯和分散劑海名斯(Nuosperse?)?657混合并球磨制備金屬陶瓷漿料；

(c)?在氧化鋁材料流延片上絲網(wǎng)印刷一定厚度鉬-氧化鋁金屬陶瓷或氮化鈦-氧化鋁金屬陶瓷漿料并烘干使溶劑揮發(fā)；

(d)?將印有和未印有金屬陶瓷層氧化鋁流延片按適當(dāng)層數(shù)交替排列，進(jìn)行疊層壓制；

(e)?流延片疊層排除有機(jī)物后燒結(jié)得到獨(dú)石結(jié)構(gòu)高梯度絕緣子。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

通過流延技術(shù)制備40微米厚高純氧化鋁流延片，在氧化鋁流延片上絲網(wǎng)印刷20微米厚鉬-氧化鋁金屬陶瓷漿料形成金屬陶瓷層，其中鉬體積百分比27%。將印有金屬陶瓷層流延片交替排列進(jìn)行疊層壓制并排除有機(jī)物后濕氫氣氛1650°C共燒得到絕緣層厚度為30微米、導(dǎo)電層厚度為17微米獨(dú)石結(jié)構(gòu)高梯度絕緣子，絕緣層與導(dǎo)電層界面清晰，綜合力學(xué)性能好。

實(shí)施例2

通過流延技術(shù)制備40微米厚高純氧化鋁流延片，在氧化鋁流延片上絲網(wǎng)印刷60微米厚鉬-氧化鋁金屬陶瓷漿料形成金屬陶瓷層，其中鉬體積百分比27%。將7層流延片與1層印有金屬陶瓷層流延片交替排列進(jìn)行疊層壓制并排除有機(jī)物后濕氫氣氛1650°C共燒得到絕緣層厚度為270微米、導(dǎo)電層厚度為50微米獨(dú)石結(jié)構(gòu)高梯度絕緣子，絕緣層與導(dǎo)電層界面清晰，綜合力學(xué)性能好。

實(shí)施例3

通過流延技術(shù)制備40微米厚90%氧化鋁流延片，其中90%氧化鋁含10%重量比玻璃相燒結(jié)助劑；在90%氧化鋁流延片上絲網(wǎng)印刷10微米厚氮化鈦-氧化鋁金屬陶瓷層，其中氮化鈦體積百分比20%。將1層流延片與1層印有金屬陶瓷層流延片交替排列疊層壓制并排除有機(jī)物后氫氣氮?dú)饣旌蜌夥?650°C共燒得到絕緣層厚度為60微米、導(dǎo)電層厚度為8微米獨(dú)石結(jié)構(gòu)高梯度絕緣子，90%氧化鋁層中玻璃相滲入氮化鈦-?氧化鋁金屬陶瓷層促進(jìn)其致密化，絕緣層與導(dǎo)電層界面清晰，綜合力學(xué)性能好。

實(shí)施例4

通過流延技術(shù)制備40微米厚95%氧化鋁流延片，其中95%氧化鋁含5%重量比玻璃相燒結(jié)助劑；在95%氧化鋁流延片上絲網(wǎng)印刷100微米厚氮化鈦-氧化鋁金屬陶瓷層，其中氮化鈦體積百分比20%。將2層流延片與1層印有金屬陶瓷層流延片交替排列疊層壓制并排除有機(jī)物后氫氣氮?dú)饣旌蜌夥?650°C共燒得到絕緣層厚度為100微米、導(dǎo)電層厚度為80微米獨(dú)石結(jié)構(gòu)高梯度絕緣子，95%氧化鋁層中玻璃相滲入氮化鈦-?氧化鋁金屬陶瓷層促進(jìn)其致密化，絕緣層與導(dǎo)電層界面清晰，綜合力學(xué)性能好。