一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法技术

本发明专利技术公开了一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，该方法包括：步骤1、搭建复合薄膜沉积系统；步骤2、对沉积样品的表面进行预处理；步骤3、在处理完成的样品表面沉积半导体薄膜；步骤4、对步骤3中的半导体薄膜进行处理，消除残余应力；步骤5、在处理完成的半导体薄膜上沉积绝缘薄膜；步骤6、对步骤5中的绝缘薄膜进行处理，消除残余应力。

【技术实现步骤摘要】
一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法
本专利技术涉及等离子体沉积领域，具体而言，涉及一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法。
技术介绍
GIL/GIS因其输电容量大、可靠性高的特点而被广泛应用于特高压输电领域。但在生产、安装和运行以及开关接头动作的过程中会对导体表面造成划损伤，在高电压会造成电场畸变甚至导致局部微放电；另外，还会产生较多的金属微粒在GIL/GIS中因带电而在电场力作用下克服重力发生启举，并且在金属微粒的启举过程中会诱发局部微放电以及电场畸变，严重影响设备的绝缘水平。目前对气体管道输电中金属微粒的治理方法主要有：金属微粒老炼、低压电极表面设置微粒陷阱、电极表面覆膜等，其中电极表面覆膜由于实施简便并且效果明显而被视为一种抑制金属微粒运动活性的较大潜力的方法。目前对于抑制金属微粒启举运动的研究主要集中在金属微粒的带电机理和运动行为以及电极表面覆膜后金属微粒的带电量和启举电压变化。李庆民通过实验验证了在直流应力下电极表面覆膜虽然对微粒的最终带电量没有影响只是延长了微粒的充电时间，并且覆膜产生静电吸附可以显著提高金属微粒的启举电压(王健,李庆民,李伯涛,等.直流应力下电极表面覆膜对金属微粒启举的影响机理研究[J].电工技术学报,2015,30(5):119-127.)。此外，薄膜的介电常数和体电阻率对微粒的启举电压和充电时间具有较大影响，介电常数和体电阻率越大则金属微粒的启举电压越高、充电时间越长。申请公布号为CN106011786A的专利报道了一种通过弥散放电装置在金属表面沉积类SiO2薄膜的方法，该方法利用大气压弥散放电在金属表面产生均匀的大面积低温等离子体在金属表面通过化学气相沉积法生成较大面积的类SiO2绝缘薄膜，利用SiO2薄膜的较好的绝缘能力阻隔微缺陷处电子崩的产生以达到抑制金属电极表面微放电的效果。申请公布号为CN108130522A的专利报道了一种大气压下金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，该方法采用大气压低温等离子体射流辅助化学气相沉积的方式在沉积基底表面沉积TiO2薄膜，利用TiO2优良的半导体性能来匀化导体电极表面微缺陷处的电场，降低局部电场畸变。综上可知，为有效抑制气体绝缘输电管道中金属微粒的运动活性和微放电的产生，应选择同时具备较大介电常数和体电阻率的薄膜材料。目前在电气设备领域的研究中，电极表面覆膜采取的大都为直接涂覆薄膜方法，会造成薄膜不均匀、电极与薄膜间残留气隙的情况，导致电极表面的局部电场畸变甚至造成绝缘能力的下降。如进行单一薄膜沉积无法满足同时具备较大介电常数和较高电阻率的条件，并且直接在电极表面覆绝缘薄膜会使电场梯度突变，容易造成绝缘薄膜的击穿；而只在电极表面覆半导体薄膜，由于此时微粒的传导带电过程起主导作用，使金属微粒带电速度与裸电极相比相差较小，对金属微粒启举的抑制效果也不明显。目前沉积复合薄膜沉积的方法较为匮乏。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，在金属电极表面沉积半导体-绝缘复合薄膜，以获得具有较大介电常数和较高电阻率的薄膜层，抑制金属微粒的运动活性；同时，金属-半导体-绝缘层可避免界面层的电场梯度突变，使电场缓慢过度，起到匀化电场的作用。本专利技术提供了一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，该方法包括：步骤1、搭建复合薄膜沉积系统；步骤2、对沉积样品的表面进行预处理；步骤3、在处理完成的样品表面沉积半导体薄膜；步骤4、对步骤3中的半导体薄膜进行处理，消除残余应力；步骤5、在处理完成的半导体薄膜上沉积绝缘薄膜；步骤6、对步骤5中的绝缘薄膜进行处理，消除残余应力。作为本专利技术的进一步改进，步骤1中搭建复合薄膜沉积系统的具体步骤为：步骤101、连接放电电路，并对连接好的电路进行检查；步骤102、依次连接激发气体、前驱物以及调节气体管道，并对连接好的管道予以检查；步骤103、通过油浴装置对前驱物进行加热；步骤104、通过加热带对洗气瓶和放电电极之间的管道进行加热。作为本专利技术的进一步改进，步骤2中对沉积样品进行表面预处理的具体方法为：步骤201、使用惰性气体等离子对样品表面进行处理，去除表面的灰尘和杂质；步骤202、使用无水乙醇对处理完后的样品表面予以清洗。作为本专利技术的进一步改进，步骤3中沉积半导体薄膜的具体方法为：步骤301、根据沉积薄膜选用的电极设置激励源的电压幅值以及激发气体流速；步骤302、移动样品平台，使等离子体在沉积样品表面均匀沉积；步骤303、通入调节气体对所得半导体薄膜进行微观结构和致密度调节。作为本专利技术的进一步改进，步骤4中处理半导体薄膜的具体方法为：使用惰性气体和氧气的混合气体产生的等离子体对半导体薄膜进行处理，使半导体薄膜上未完全分解的前驱物氧化分解，减小半导体薄膜的残余应力。作为本专利技术的进一步改进，步骤5中沉积绝缘薄膜的具体方法为：将半导体薄膜的前驱物转接为绝缘薄膜的前驱物，重复步骤301-303。作为本专利技术的进一步改进，步骤6中处理绝缘薄膜的具体方法为：使用惰性气体和氧气的混合气体产生的等离子体对绝缘薄膜进行处理，使绝缘薄膜上未完全分解的前驱物氧化分解，消除残余应力。作为本专利技术的进一步改进，步骤301中的激励源为纳秒脉冲源、微秒脉冲源或高频交流源，且放电幅值均为10-15kV。作为本专利技术的进一步改进，步骤102中的激发气体为惰性气体、氮气或空气；前驱物根据沉积的薄膜来确定；调节气体为氮气或氧气。作为本专利技术的进一步改进，步骤302中的样品平台为三维移动平台。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，利用放电产生的低温等离子体在金属表面逐层沉积半导体薄膜和绝缘薄膜，以获得具有较大介电常数和较高电阻率的复合薄膜，避免界面层电场梯度突变，便于电场缓慢过渡；其次，与现有的技术相比，本专利技术可以实现常温常压下在金属表面简单、快速地沉积具有特定功能的复合薄膜，以达到抑制金属微粒启举的效果；另外，本专利技术可以实现对非线性曲面金属电极表面的复合薄膜快速沉积，具有操作简便可靠、效果显著等特点，非常有利于在工程应用现场进行处理，有利于研究成果向工程实际应用转化。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种放电等离子体沉积复合薄膜的装置示意图；图3为本专利技术实施例所述的Cu表面沉积的TiO2薄膜和TiO2-SiO2双层复合薄膜的SEM断面图，(a)为TiO2薄膜，(b)为TiO2-SiO2双层复合薄膜；图4为本专利技术实施例所述的未处理Cu表面、Cu表面沉积TiO2薄膜和Cu表面沉积TiO2-SiO2双层复合薄膜的FTIR测试结果；图中，1、高压激励源；2、激发气体；3、前驱物；4、调节气体；5、电沉积区域。下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术实施例所述的是一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，该方法包括：步骤1、搭建复合薄膜沉积系统；步骤2、对沉积样品的表面进行预处理；步骤3、在处理完成的样品表面沉积半导体薄膜；步骤4、对步骤3中的半导体薄膜进行处理，消除残余应力；步骤5、在处理完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，其特征在于，包括：步骤1、搭建复合薄膜沉积系统；步骤2、对沉积样品的表面进行预处理；步骤3、在处理完成的样品表面沉积半导体薄膜；步骤4、对步骤3中的半导体薄膜进行处理，消除残余应力；步骤5、在处理完成的半导体薄膜上沉积绝缘薄膜；步骤6、对步骤5中的绝缘薄膜进行处理，消除残余应力。

【技术特征摘要】
1.一种放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，其特征在于，包括：步骤1、搭建复合薄膜沉积系统；步骤2、对沉积样品的表面进行预处理；步骤3、在处理完成的样品表面沉积半导体薄膜；步骤4、对步骤3中的半导体薄膜进行处理，消除残余应力；步骤5、在处理完成的半导体薄膜上沉积绝缘薄膜；步骤6、对步骤5中的绝缘薄膜进行处理，消除残余应力。2.根据权利要求1所述的放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，其特征在于，步骤1中搭建复合薄膜沉积系统的具体步骤为：步骤101、连接放电电路，并对连接好的电路进行检查；步骤102、依次连接激发气体、前驱物以及调节气体管道，并对连接好的管道予以检查；步骤103、通过油浴装置对前驱物进行加热；步骤104、通过加热带对洗气瓶和放电电极之间的管道进行加热。3.根据权利要求1所述的放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，其特征在于，步骤2中对沉积样品进行表面预处理的具体方法为：步骤201、使用惰性气体等离子对样品表面进行处理，去除表面的灰尘和杂质；步骤202、使用无水乙醇对处理完后的样品表面予以清洗。4.根据权利要求1所述的放电等离子体沉积复合薄膜抑制金属微粒启举的方法，其特征在于，步骤3中沉积半导体薄膜的具体方法为：步骤301、根据沉积薄膜选用的电极设置高压激励源的电压幅值以及激发气体流速；步骤302、移动样品平台，使等离子体在沉积样品表面均匀沉积；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵涛，王瑞雪，徐晖，章程，孔飞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11