纳秒脉冲下高气压SF6中同轴绝缘子沿面闪络影响因素实验研究

研究纳秒脉冲下的绝缘子沿面闪络影响因素对电磁脉冲模拟装置绝缘结构设计具有重要的借鉴意义。通过搭建绝缘子沿面闪络实验平台,实验研究了在0.5 MPa的SF6气体中,脉冲电压波形、绝缘材料和绝缘子沿面场强分布对绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明：绝缘子的闪络电压具有随着脉冲前沿时间减小而增加的趋势;相较于脉冲电压全波,绝缘子在脉冲电压前沿波形耐受下闪络电压较高;聚酰亚胺材料的绝缘性能最好;通过降低绝缘子沿面最大场强,改善电场分布可以有效地提高绝缘子的闪络电压。     

液氮中三种聚合物绝缘材料交直流击穿特性的研究

近年来,绝缘材料在低温下的电气性能受到越来越多的关注,本文以聚丙烯(PPLP)、聚芳酰胺T410(NOMEX-T410)和聚芳酰胺T418(NOMEX-T418)为研究对象,对三种聚合物绝缘材料在常温环境下以及液氮低温环境下进行了负极性直流击穿试验以及工频击穿试验.实验结果表明:三种绝缘材料在液氮低温环境下的绝缘性能均比常温下高;在相同条件下,三种绝缘材料的直流击穿场强均比工频击穿场强高;NOMEXT418和PPLP在低温环境下表现出了良好的电气性能.     

辉光放电预处理对聚酰亚胺绝缘子真空沿面闪络电压的影响

为提高绝缘子的真空沿面闪络电压,采用氩气下辉光放电对绝缘子进行处理,研究了辉光放电频率、放电电流大小和处理时间对绝缘子真空闪络电压的影响。结果表明,辉光放电能极大提高绝缘子的真空闪络电压。未处理的绝缘子真空闪络电压为55 kV左右;经高频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压达到100 kV;经工频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压可达125 kV,高出高频下25 kV;同时,辉光放电电流（数十mA）越大,处理后的绝缘子真空闪络电压越高,但随着辉光放电电流的增大,闪络电压的增加幅度趋于饱和。     

辉光放电预处理对聚酰亚胺绝缘子真空沿面闪络电压的影响

为提高绝缘子的真空沿面闪络电压,采用氩气下辉光放电对绝缘子进行处理,研究了辉光放电频率、放电电流大小和处理时间对绝缘子真空闪络电压的影响。结果表明,辉光放电能极大提高绝缘子的真空闪络电压。未处理的绝缘子真空闪络电压为55 kV左右;经高频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压达到100 kV;经工频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压可达125 kV,高出高频下25 kV;同时,辉光放电电流（数十mA）越大,处理后的绝缘子真空闪络电压越高,但随着辉光放电电流的增大,闪络电压的增加幅度趋于饱和。     

释气对介质沿面闪络击穿影响的粒子模拟

为研究释气下的高功率微波介质沿面闪络击穿物理机制,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、次级电子发射、蒙特卡罗碰撞模型以及碰撞退吸附气体分子模型;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别研究了弱退吸附、强退吸附以及释气分子运动速率对沿面闪络击穿的影响.研究结果表明:介质沿面闪络击穿本质是沉积功率的持续增加.弱退吸附下,次级电子倍增占优,随着退吸附系数的增加,碰撞电离效应对次级电子倍增有促进作用,主要表现为介质窗表面静电场、表面碰撞电子平均能量以及表面碰撞电子数目的增加,此处的表面碰撞电子主要是次级电子倍增形成的;释气分子运动速率高导致介质面附近气压下降,不利于次级电子与气体分子间碰撞电离过程形成.强退吸附下,气体碰撞电离效应占优,随着退吸附系数的增加,离子数增加速度表现为电离频率增加的指数增长形式,碰撞电离效应对次级电子倍增有抑制作用,主要表现为介质窗表面静电场为负、表面碰撞电子平均能量的降低,但是表面碰撞电子数目却得以增加,此处的表面碰撞电子主要是贴近介质面的气体碰撞电离形成的;释气分子运动速率高导致气体厚度增加,扩大了气体碰撞电离作用区域,有利于气体碰撞电离.     

表面改性对绝缘子真空沿面闪络特性的影响

在不同温度下对交联聚苯乙烯绝缘子进行了表面氟化处理,在脉宽0.5μs的脉冲电压下对绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。结果表明:在50~60℃下对交联聚苯乙烯进行表面氟化能将绝缘子沿面闪络电压提高40%~60%。通过在绝缘子表面层规律地嵌入多个薄膜导电层,制备了新型结构的高梯度绝缘子,新型高梯度绝缘子沿面闪络电压较相同材料的普通绝缘子提高40%~50%,并保持了较好的力学及加工性能。     

表面改性对绝缘子真空沿面闪络特性的影响

在不同温度下对交联聚苯乙烯绝缘子进行了表面氟化处理,在脉宽0.5 s的脉冲电压下对绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。结果表明：在50~60 ℃下对交联聚苯乙烯进行表面氟化能将绝缘子沿面闪络电压提高40%~60%。通过在绝缘子表面层规律地嵌入多个薄膜导电层,制备了新型结构的高梯度绝缘子,新型高梯度绝缘子沿面闪络电压较相同材料的普通绝缘子提高40%~50%,并保持了较好的力学及加工性能。     

聚集态和陷阱对交联聚乙烯真空沿面闪络特性的影响

研究了半结晶聚合物交联聚乙烯的聚集态和陷阱等对真空沿面闪络特性的影响.交联聚乙烯(XLPE)在135℃下恒温10min后,分别经过-56℃,-25℃淬火处理,自然降温,或1℃/min,0.5℃/min慢速降温等热处理过程,测量了热处理后试样的电气性能、显微结构、陷阱分布和真空中的沿面闪络特性.实验结果表明,与未热处理试样相比,热处理试样的直流闪络电压最高提高了76%,脉冲闪络电压最高提高了19%.认为热处理改变了XLPE试样的聚集态和陷阱,从而提高了XLPE试样的真空沿面闪络性能,提出了可以通过控制半结晶聚合物的聚集态和缺陷结构提高其真空沿面闪络性能.     

基于磁场闪络抑制技术的真空沿面闪络实验研究

为解决脉冲功率系统中击穿电压最低的部分,即真空固体绝缘界面,采用磁场闪络抑制技术提高闪络电压,为研究磁场和沿面闪络电压的关系,针对不同介电常数的样品开展了一系列相关实验。实验结果表明:采用电容器对通电螺线管充电产生的脉冲强磁场稳定可靠,并且当施加在绝缘子表面磁场强度为1.1 T时,PMMA材料的闪络电压可以提高至1.8倍。     

百纳秒脉冲下绝缘材料沿面闪络特性

为研究百纳秒脉冲下两种典型的绝缘材料（尼龙和有机玻璃）在气体中的沿面闪络特性,设计了百纳秒脉冲沿面闪络实验平台。通过实验研究了绝缘材料的闪络电压随气体气压、闪络距离、等物理因素的变化规律,实验表明：闪络电压随着气压的增加而增加,但是闪络场强随着闪络间距的增加而降低;在相同条件下,有机玻璃的闪络电压比尼龙高。同时通过沿面闪络实验,得到在百纳秒脉冲下不同气压、不同闪络间距的闪络电压值。     

An analytical method for DC negative corona discharge in a wire-cylinder device at high temperatures

This paper proposes an analytical solution for DC negative corona discharge in a wire-cylinder device based on experimental results in which both the corona and drift regions are considered; this approach aims to provide a theoretical method for analyzing electrostatic precipitation at high temperatures. The inter-electrode space is divided into three zones, namely, the ionization layer, the attachment layer (corona region) and the drift region, to investigate the space charge concentration and the electric field distribution. The boundary of the ionization layer is assumed to be the radius at which the rate of ionization balances that of electron attachment. The radius where the value of E/N equals 110 Td is recommended as the boundary of the attachment layer. It was determined that an increasing temperature leads to a decrease in the largest space charge number density and the largest electric field in the drift region that can be provided by a discharging device. With respect to the device in the present work, when the temperature increases from 350 °C to 850 °C, the largest electric field decreases from ∼9 × 10⁶ V/m to ∼3 × 10⁶ V/m, and the largest charge number density decreases from ∼1.3 × 10¹⁵ m⁻³ to 6.4 × 10¹⁴ m⁻³. The radius of the corona region, the space charge number density and the electric field increase as the applied voltage increases at a given temperature. For example, at a temperature of 550 °C, when the applied voltage increases from 10,500 V to 18,879 V, the radius of the corona region increases from ∼2.9 mm to ∼4.9 mm. It appears to be unreasonable to use a constant value that is calculated from Peek's formula as the electric field at the surface of the cathode under all of the conditions.     

不同样品温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导铜击穿光谱的影响

研究了不同温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)强度的影响,使用Nd:YAG脉冲激光激发样品并产生等离子体,探测的等离子体发射的光谱线为Cu(Ⅰ)510.55 nm,Cu(Ⅰ)515.32 nm和Cu(Ⅰ)521.82 nm.使用透镜的焦距为200 mm,测量的聚焦透镜到样品表面距离的范围为170—200 mm,样品温度从25℃升高到270℃,激光能量为26 mJ.总体上,升高样品温度能有效地提高LIBS光谱的辐射强度.在25℃和100℃时,光谱强度随着聚焦透镜到样品表面距离的增加而单调增加;在样品温度更高(150, 200, 250和270℃)时,光谱强度随着距离的增加出现先升高而后又降低的变化.同时,在样品接近焦点附近,随着样品温度的升高,LIBS光谱强度的变化不明显,还可能出现光谱强度随着样品温度升高而降低的情况,这在通过升高样品温度来提高LIBS光谱强度中特别值得我们注意.为了更进一步了解这两个条件对LIBS的影响,计算了等离子体温度和电子密度,发现等离子体温度和电子密度的变化与光谱强度的变化几乎一致,更高样品温度下产生的等离子体温度和电子密度更高.     

液氮温区下应变式位移传感系统测量性能的研究

文中研究了一种应变式位移传感系统在室温和液氮温度下的静态传输特性。实验结果表明,该系统在液氮温区下具有良好的输出特性,系统非线性度低于1%,滞环率低于5%,其灵敏系数与温度相关,293K和77K温度下的灵敏系数分别为-0.3654mV/V/mm和-0.3886mV/V/mm。实验结果为该位移传感系统在低温环境中的应用提供了一定基础。     

活性炭在高真空多层绝热中液氮温度下的吸气性能

通过实验获得了活性炭在液氮温度下对N2和H2两种气体的吸附等温线。结果表明:活性炭对N2的吸附效果非常好,对H2的吸附效果较差,相同平衡压力下对N2的吸附量比对H2的吸附量高出2～3个数量级,且在活性炭外包上绝热材料能大大提高其对气体的吸附能力,尤其是对N2的吸附量能提高2～3个数量级,对H2的吸附量也能提高1倍以上。用temkin吸附式对吸附等温线进行拟合,得到了活性炭在10-4～10Pa范围内适用的对N2和H2两种气体的吸附等温方程式。     

Effects of proton and electron irradiation on the structural and tribological properties of MoS2/polyimide

To study the structural and tribological properties of MoS₂/polyimide (MoS₂/PI) composite under the irradiation environment of proton and electron, the MoS₂/PI composites were investigated in a ground-based simulation facility, in which the energy of proton and electron was 25 keV and the flux was 2.5 × 10¹⁴ cm⁻² s⁻¹. The experimental results revealed that the simplex and combined irradiation of proton and electron induced bond break and cross-link, proton irradiation can break the PI bond easier than electron irradiation and then formed the graphite-like structure at surface area of the samples. Irradiation decreased the friction coefficient and wear rate remarkably of the composites comparing with the pristine one. The wear rate increased with the increasing of the proton and combined radiation time, and decreased with the electron radiation conditions.     

Characteristics of DC discharge in a wire-cylinder configuration at high ambient temperatures

In the present work, the characteristics of direct-current (DC) discharge in a wire-cylinder configuration at an ambient temperature range of 350–850 °C were studied by analyzing photographs of the discharging process and the corresponding V–I characteristics, with the aim of facilitating the application of plasma technology in the fields of energy and the environment. The influences of the ambient temperature, the inter-electrode gap, the gas medium and the cathode material on the DC discharge were investigated. The corona-onset threshold voltage (COTV) and the spark-breakdown threshold voltage (SBTV) decrease as the ambient temperature increases, and the SBTV decreases more rapidly. Increasing the inter-electrode gap enlarges the difference between the SBTV and the COTV. After spark breakdown, in an air atmosphere, glow discharge is more likely to take place under conditions of high ambient temperatures or small inter-electrode gaps. The values of the SBTV in different atmospheres have the following relation: air ≈ O₂ > CO₂. At an ambient temperature range of 350–850 °C and in an atmosphere of N₂, glow discharge and arc discharge occur successively as the output voltage of the power supply is increased, while in an atmosphere of O₂ and CO₂, only corona and arc discharge are successively observed. In an air atmosphere, when the inter-electrode gap is 29 mm, corona, glow and arc discharge occur successively with increasing output voltage when the ambient temperature is 850 °C, while only corona and arc discharge appear when the temperature is 350–750 °C. When the inter-electrode gap is 5 mm in an air atmosphere, corona, glow and arc discharge occur successively in an ambient temperature range of 350–850 °C. The cathode material has a minor influence on the COTV and a more significant influence on the SBTV. In a device using a cathode with a low work function, the SBTV is low, and the power to maintain arc discharge is small.     

脉冲电压下的自击穿水介质开关击穿特性和电路参数实验研究

 介绍了“强光一号”加速器中两种结构的自击穿水开关,建立了简化的开关电路模型,并通过估算和Pspice模拟确定了开关的电路参数,包括电极间杂散电容、火花通道电感和火花电阻。研究表明开关导通过程中的流注电容效应可以忽略,放电通道火花电感与电阻选取流注导通时刻的值,且在主放电电流传递过程中保持不变。根据实验结果,阐述了两种开关击穿的不同特点：对于局部电场增强型的球-板电极结构的主开关,可以采用J. C. Martin稍不均匀场水击穿经验公式估算临界场强;而棒-板电极结构的多针开关,适合用J. C. Martin针-板击穿模型的水击穿经验公式估算临界场强,且并联工作的9个多针开关可以同时形成独立的放电通道。     

脉冲磁控溅射MoS2-Ti涂层常温及高温真空摩擦磨损性能

利用脉冲磁控溅射法,以铝青铜合金(C63200)和硅片为基底,制作不同Ti含量的MoS₂-Ti复合涂层。通过XRD、SEM、EDS、光学显微镜、多环境摩擦试验机等表征了涂层的结构成分和摩擦性能。结果表明：随Ti含量的增加,涂层致密度提升,S、Mo原子比上升。Ti的掺入使涂层由高度结晶态向非晶态转变。Ti含量增加,涂层摩擦磨损性能先上升再下降,常温真空下含3%Ti的涂层拥有稳定和低至0.015的摩擦系数,23%Ti的涂层失去润滑性。温度升高到400℃,涂层摩擦系数由0.015~0.04上升至0.07~0.1,含13%Ti的涂层高温真空下在800s后润滑失效。磨痕形貌显示,含3%Ti的涂层磨痕最窄,温度升高宽度增加不大,含13%Ti的涂层磨损严重,400℃真空环境下很快磨穿,纯MoS₂和13%Ti涂层摩擦时发现大量磨粒和破碎磨屑。     

近三相点氮分子固体的低温红外吸收特性研究

利用自主研制的低温液体/固体制备系统制备出了均匀、透光性好的氮分子固体冰层, 测量了其近三相点的红外吸收谱, 在频率2222–2439 cm^-1处观察到了一个宽的吸收带, 且最强峰位位于2288 cm^-1.基于非谐振子模型计算了氮分子的振动频率, 解释了实验中得到的固体中氮分子的红外吸收带主要由氮分子的基频振动及基频振动与转动耦合引起.     

激光辐照绝缘样品不同位置的沿面闪络性能

绝缘体沿面闪络是制约脉冲功率技术发展的瓶颈之一。为了能对沿面闪络机理有更深的认识,通过在沿面闪络过程中引入激光辐照的作用,考察了绝缘样品上不同的辐照位置对于沿面闪络性能的影响。实验结果表明：辐照位置越靠近闪络起始的地方,对沿面闪络性能的影响越大;在沿面闪络的过程中,不同的阶段如闪络起始阶段及电子倍增阶段在整个闪络过程中所起的作用不同。