| 单词 | 绝缘材料 |
| 释义 | 【绝缘材料】 拼译：electrical insulating materials 又称“电介质”，其直流电阻系数大于107Ω·m。它通常位于电气设备和电子元器件的心脏部分，亦是电气设备中最脆弱的部分。它对电气设备的电压等级、耐热等级、可靠性和寿命等重要参数和特性起着决定性作用。在不同的电气产品中，绝缘材料还起着其他某些不同作用，例如散热冷却、机械固定、储能、灭弧、防潮以及保护导体等。 本领域主要研究电工和电子用绝缘材料的结构、性能、制造、改性、加工及其应用，其核心是电介质物理和电介质化学。由于材料的应用面广，从低电压到高电压，从低温至高温，从低频至高频，从户内至户外，从空间至海洋，从普通环境到严酷的如高能射线照射的环境，绝缘材料都要满足可靠运行的要求。而且材料的涉及面亦很广，包括气体、液体和固体，以及有机和无机，有机高分子材料中又涉及塑料、橡胶、涂料、粘合剂、纤维和复合材料等；无机材料又涉及陶瓷、玻璃、云母等硅酸盐材料。因而，这是集物理、化学、电气、材料等多学科交叉结合的一门边缘学科。介电常数、绝缘电阻系数、介质损失角正切和击穿强度是绝缘材料的基本电性能，在高电压下，绝缘材料中存在局部放电、树枝状放电和空间电荷等问题，这些都将缩短绝缘材料的使用寿命；在低电压下，绝缘材料存在热老化、防潮、防水、阻燃等重要问题。随着电磁规律的发现和20世纪各国电气化浪潮，导致对天然绝缘材料的广泛研究和应用，从而初步形成了绝缘材料这一技术领域，在20世纪30年代末德拜(Debye)由于研究极性绝缘材料的极化、损耗理论的成果而获得诺贝尔奖金，从而莫定了绝缘材料的理论基础——电介质物理学。40年代，由于高分子材料的发现以及有机合成材料的发展，为绝缘材料的推广应用开拓了光辉的前景，由于高分子合成材料大多是良好的绝缘材料，它们具有高电阻率、低介质损耗、高耐电强度和易于加工等优点，因而在近代已逐步取代了天然的绝缘材料，如美国GE公司自1957年开发成功了交联聚乙烯电缆绝缘之后，在世界范围得到了迅猛的发展，已逐步取代原有的油纸绝缘电力电缆，目前在国外电压等级已达到500kV。在英国和伊朗等国，已采用轻便的塑料绝缘子取代了笨重的陶瓷绝缘子。在电力电容器生产中，采用了聚丙烯薄膜与含芳烃合成油复合绝缘取代了油浸纸绝缘之后，工作电场强度即可提高4倍。用等离子体方法聚合而成的聚乙烯、F－46薄膜，其击穿强度可达10MV／cm。同时由于有机硅、氟塑料、聚酰亚胺(长期工作温度180℃)、聚苯硫醚(200～240℃)、聚醚醚酮(240～250℃)、液晶聚合物(175～320℃)和聚芳醚(260～300℃)等耐高温有机材料的发展，使电力设备的允许工作温度得到提高，达到H级、C级耐热等级。随着近代电气设备在航天、航海、核能、矿井、油井、电气机车、高层建筑等各种领域中的广泛应用，对于绝缘材料在耐高温、耐低温、抗辐射、耐油、阻燃等条件方面有特殊的要求，如石油工业中应用的潜油电泵的绝缘就要求耐200℃高温油的浸润而不变质。在潜艇、船舶、坦克及高层建筑等密闭条件下工作的绝缘材料要求阻燃，而且不能产生有毒烟气。超导用绝缘材料则要研究在液氮温度下的电物理性能。因而研究绝缘材料的组成结构与在特殊环境条件下的电气特性的变化规律和机理成为较广泛的研究新课题。自近代多种新型半导体电子器件发明和广泛应用，以及MOS场效应器件的发展，电子器件电压水平虽不很高，但其绝缘多处于器件表面，介质厚度很薄(低达微米级)，故介质仍处于高场强下工作。由于半导体电子器件的电特性与表面的电场状况密切有关，而介质薄膜的带电状态就决定了电子器件的表面电场，从而决定了电子器件的电性和稳定性。因此对于电子器件绝缘介质的带电与其组成结构含杂条件的关系就成为一重要的课题。强场下的绝缘材料的电导变化是预击穿现象的主要参量，无论是在液体绝缘材料还是固体绝缘材料的电导击穿研究，都把注重点放到电极向绝缘材料中的电子和空穴注入上，现已发现载流子注入的性质及电导载流子不只与金属电极的逸出功有关，而且与绝缘材料的成份组成有关，如聚乙烯中载流子带负电荷，而以氟取代氢后则载流子转为带正电荷，而聚乙烯醇缩醛引入聚乙烯，则将可增加空穴注入。聚合物的击穿树枝发展与载流子的注入密切有关，因而研究控制注入即可提高绝缘材料的耐电强度和工作场强，此具有明显的实际意义。在液体绝缘材料击穿中对于流体摩擦带电引起电场局部集中而导致的击穿，已引起人们的关注。同样在固体绝缘材料中亦有空间电荷存在改变了材料内部的电场，因此推动了对于绝缘材料内部及表面的带电的机理和测定方法的研究，对绝缘材料中电荷参数Q的产生分布、变化规律的研究已形成为绝缘材料的第5个基本参数。绝缘材料的老化是实际应用中的一个极为重要的问题，这里包括有老化机理和老化试验方法与评定的问题。已经了解热应力作用下，会引起和加速各种化学反应，包括氧化、热降解、热氧化降解、缩聚等。这些反应决定了绝缘材料的热老化寿命。而且可以根据化学反应动力学规律，在一定条件下，绝缘材料的寿命值的对数与以绝对温度表示的热应力的倒数有线性关系，由此可制订一种预测热老化寿命的常规老化方法。用热分析手段可得到快速老化的温度指数。对于高电压场合，需要掌握绝缘材料的电老化规律，从目前情况而言，局部放电是造成后期损坏的主要原因。但对诱发局部放电的原因、局部放电下热应力的作用等还只停留在宏观的了解上，另外绝缘材料的微观结构与局部放电的相对关系也需作深入研究。在某些情况下，机械应力、辐射、环境因素等都可能成为绝缘材料老化的主导因素。不仅如此，在实际上多数还是多因子老化，但对这些老化机理的研究与了解不如热、电老化成熟，很多问题还在探索之中。【参考文献】：1 田中祀捷．电气学会杂志，1990，110(5)∶3522 大木義路．电气学会杂志，1990，110(5)∶3543 水谷照吉．电气学会杂志，1990，110(5)∶3614 邬雄飞，等．电工绝缘手册．北京：机械工业出版社，19905 徐传骧，等．第2届全国工程电介质学术会议论文集．1991(上海交通大学王寿泰教授撰) |
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