电介质的击穿理论

材料物理学第6章电介质物理1上课时间：01-14周周二、周四上午1-2节授课教师:尧中华办公地点:东院老光纤楼401室E-mail:[e-mail]基本内容：概述静电场中的介电行为变动电场中电介质的行为及介电损耗极化弛豫动态介电系数固体电介质的电导与击穿电介质的唯象理论复介电常数和介电谱的实验研究23本章摘要本章主要对有关电介质的基本理论,将介绍如下内容：电介质的极化响应电介质中的电荷转移、电介质的电导、损耗及击穿特性电介质的唯象理论介电谱测试以达到进一步对电介质的最基本的物理性质——介电性，以及电介质的分子结构和极化机理的了解。4电介质的击穿特性电介质的击穿特性固体电介质的击穿就是在电场作用下伴随着热、化学、力等等的作用而丧失其绝缘性能的现象;介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞作为击穿发生的标志。发生击穿时的临界电压称为电介质的击穿电压，相应的电场强度称为电介质的击穿场强。电介质的击穿特性电介质的击穿特性固体电介质击穿的特点:电介质的击穿特性Å电介质的击穿特性：电击穿电击穿理论1：碰撞电离理论（主要）在碰撞电离理论中，碰撞机制一般应考虑电子和声子的碰撞，同时也应该计及杂质和缺陷对自由电子的散射。若外加电场足够高，当自由电子在电场中获得的能量超过失去的能量时，自由电子便可在每次碰撞后积累起能量，最后发生电击穿。电击穿理论2：雪崩理论（主要）雪崩理论是在电场足够高时，自由电子从电场中获得的能量在每次碰撞后都能产生一个自由电子。因此往n次碰撞后就有2n个自由电子，形成雪崩或倍增效应。这些电子一方面向阳极迁移，一方面扩散，因而形成一个圆柱形空间，当雪崩或倍增效应贯穿两电极时，则出现击穿。其他电击穿理论：隧道击穿当外电场足够高时，由于量子力学的隧道效应，禁带电子就可能进入导带。在强场作用下，自由电子被加速，引起电子碰撞电离。这种电子雪崩过程同样引起很大的电流，但这并不导致晶体的破坏。导致晶体击穿的原因是由于隧道电流的增加，晶体局部温度提高，致使晶体局部熔融而破坏。这个机理首先由齐纳提出的，因此称为齐纳击穿。电介质的击穿特性：电击穿理论一些因素对固体电介质击穿场强的影响：①固体介质的击穿场强往往取决于材料的均匀性；②大部分材料在交变电场下的击穿场强低于直流下的击穿场强。在高频下由于局部放电的加剧，使得击穿场强下降得更历害，并且材料的介电常数越大，击穿场强下降得越多；③无机电介质在高频下的击穿往往具有热的特征，发生纯粹电击穿的情况并不多见；④在室温附近，高分子电介的击穿场强往往比陶瓷等无机材料要大，并且极大性高聚物的击穿场强常常要比非极性的大；⑤在软化温度附近，热塑性高聚物的击穿场强急剧下降；电介质的击穿特性：电击穿电介质的击穿特性：热击穿当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗的产生的热量超过试样通过传导、对流和辐射所能散发的热量时，试样中的热平衡就被破坏，试样温度不断上升，最终造成介质永久性的热破坏，这就是热击穿。固体电介质的热击穿判据：当发热曲线W1与散热直线W2相切时，切点C应满足以下条件：TmTtWTmTtWTmTTWtmtTVW2222)(),(2121电介质的击穿特性：热击穿判据局部放电就是在电场作用下，在电介质局部区域中所发生的放电现象，这种放电没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并没有被击穿；如气体的电晕、液体中气泡放电。如陶瓷中多孔性的不均匀，气体耐压小，容易出现弱点击穿；局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相同。放电结果产生大量的正、负离子，形成空间电荷，建立反电场，使气隙中的总电场下降，放电熄灭；局部放电将导致介质的击穿和老化，因为局部放电除电的过程以外，还伴随着热、辐射、化学和应力作用等过程；电介质的击穿特性：局部放电击穿电介质的击穿特性：其他击穿机制图6.14树枝化击穿高压绝缘油，防止“非本征击穿”！16书题