一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法技术

本发明专利技术属于陶瓷绝缘子绝缘性能提升方法，具体涉及一种提高陶瓷绝缘子真空闪络电压的方法。目的是解决现有提高绝缘子闪络电压的技术中存在的真空绝缘闪络耐压性能提升幅度低、可靠性差或涂层无法用于复杂结构的问题。本发明专利技术中提高陶瓷绝缘子闪络电压的方案包括以下步骤：步骤1，配制硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水的混合溶液进行水解，制得自组装反应液；步骤2，将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行分子自组装反应；步骤3，取出绝缘子，清洁绝缘子表面并干燥，得到预制样品；步骤4，对预制样品进行高温醚化反应，得到绝缘子样品。该提升陶瓷绝缘子真空沿面闪络性能的方法具有应用面广、可靠性高、工艺难度小和成本低等优点。

A Method for Improving Flashover Voltage of Ceramic Insulators

【技术实现步骤摘要】
一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法
本专利技术属于陶瓷绝缘子绝缘性能提升方法，具体涉及一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法。
技术介绍
在真空绝缘系统中，沿绝缘子表面极易发生放电，放电电压一般远低于绝缘子与真空的体击穿电压，这种现象称为绝缘子真空沿面闪络。闪络现象的存在严重降低了整个绝缘体系的耐压强度，给设备运行的安全性和稳定性造成了巨大隐患，因此如何提升绝缘子的闪络电压一直是真空绝缘领域内的研究热点。为提升绝缘子的闪络电压，研究人员在理论与实验方面均投入了大量研究，发现闪络电压受多种因素的影响，其中绝缘子的表面化学成分对闪络的影响尤为明显，表面成分的微细变化可能引起闪络性能的很大变化。通过改变绝缘子的表面特性来提升绝缘子闪络电压成为了一种有效提升闪络耐压的手段。邵涛等人在期刊《APPLIEDPHYSICSLETTERS》上发表的文章《Enhancedsurfaceflashoverstrengthinvacuumofpolymethylmethacrylatebysurfacemodificationusingatmospheric-pressuredielectricbarrierdischarge》中说明，通过介质阻挡放电的方式在聚合物绝缘子上制备了一层含氟物质，能够有效地提升绝缘子闪络电压。Sudarshan、Cross等人在《IEEETransactionsonElectricalInsulationEI》上发表的《PrebreakdownProcessesAssociatedwithSurfaceFlashoverofSolidInsulatorsinVacuum》一文中提到，氧化铝陶瓷材料表面制备一层低二次电子发射系数的Cu2O和Cr2O3金属氧化物涂层，降低了表面二次电子发射系数，使得绝缘子真空沿面闪络电压得到了一定的提高。虽然多种方法都具有一定的效果，但均存在提高真空绝缘闪络特性幅度不大、可靠性不高或涂层无法用于复杂结构的绝缘子等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中针对提高绝缘子闪络电压，虽然在改变绝缘子表面化学成分方面已经做了很多改善，但仍然存在提高真空绝缘闪络特性幅度不大、可靠性不高或涂层无法用于复杂结构的问题，而提供一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1，配制硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水的混合溶液，并对混合溶液进行水解，制得自组装反应液；步骤2，将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行分子自组装反应；步骤3，取出绝缘子，清洁绝缘子表面并干燥，得到预制样品；步骤4，对预制样品进行高温醚化反应，得到绝缘子样品。进一步地，步骤1所述硅烷偶联剂、去离子水和有机溶剂体积比1：1：20-500，有机溶剂能够溶解硅烷偶联剂。进一步地，步骤1所述硅烷偶联剂、去离子水和有机溶剂按照体积比是1：1：30或1：1：450。进一步地，步骤1所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550或十八烷基三氯硅烷中的任一种。有机溶剂的选择与硅烷偶联剂相匹配。进一步地，步骤1所述有机溶剂为甲苯、丙酮或乙醇中的任一种。进一步地，步骤1所述水解，是将混合溶液在室温下进行0.1-10h的水解。水解过程中，去离子水能够与硅烷偶联剂具有极性的一端发生反应生成硅醇。进一步地，步骤2所述绝缘子是基体为氧化铝、氧化锆或硅酸盐中任一种的陶瓷绝缘子，这类绝缘子表面存在大量羟基。进一步地，步骤2是将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行12-36h的分子自组装反应。进一步地，步骤3所述清洁绝缘子表面是先后采用乙醇和水对绝缘子进行超声清洗，去除表面残留。进一步地，步骤3所述的干燥是在烘箱内60℃下进行烘干。进一步地，所述步骤4是在100-150℃下进行高温醚化反应，使陶瓷绝缘子表面以醚键连接自组装小分子，对绝缘子表面改性，提高绝缘子表面均匀性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，采用表面分子组装技术，操作简单、影响因素少。利用硅烷偶联剂、去离子水、有机溶剂在陶瓷绝缘子表面进行自组装反应，在绝缘子表面形成具有一定厚度的自组装有机物分子层，改善陶瓷绝缘子的真空沿面闪络特性，提高绝缘子的表面击穿电压，提高幅度达到90％-120％，而绝缘子内部仍保留了陶瓷材料的固有性能。因而具有应用面广、可靠性高、工艺难度小和成本低等优点。另外，本专利技术的分子组装方法在溶液中进行反应，能满足任意形状陶瓷绝缘子的改性需求，且反应条件温和，可直接对陶瓷绝缘子进行处理，改性处理后不影响绝缘子的加工和使用。2.硅烷偶联剂经水解后，能够形成一端具有极性的硅醇，另一端具有非极性的碳氢链，形成双极性分子，而绝缘子表面为极性基底，因此硅烷偶联剂能够在极性的绝缘子基底表面形成整齐排列的分子层。3.绝缘子选用基体为氧化铝、氧化锆或硅酸盐的陶瓷绝缘子，这类绝缘子基体表面存在大量羟基，因此更有利于发生分子自组装反应。4.高温醚化反应能够在水解后的硅烷偶联剂和绝缘子基体间形成醚键，因而在绝缘子基体表面形成稳定的有一定厚度的有机物分子层，从而提高绝缘子的闪络电压。附图说明图1为本专利技术一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法实施例中的流程示意图；图2为本专利技术实施例中绝缘子表面分子自组装反应的原理示意图；图3为本专利技术实施例一中绝缘子表面分子自组装反应前后的接触角检测结果示意图；其中，图(a)为绝缘子表面分子自组装反应前的接触角检测结果示意图，图(b)为绝缘子表面分子自组装反应后的接触角检测结果示意图；图4为本专利技术实施例一中绝缘子表面分子自组装反应前后的表面元素种类及含量检测结果示意图；其中，图(a)为绝缘子表面分子自组装反应前表面元素种类及含量检测结果示意图，图(b)为绝缘子表面分子自组装反应后表面元素种类及含量检测结果示意图。具体实施方式下面将结合实施例和附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本专利技术的限制。如图1，一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，包括以下步骤：步骤1，配制硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水的混合溶液，并对混合溶液进行水解，制得自组装反应液；硅烷偶联剂、去离子水和有机溶剂按照体积比1：1：20-500混合，水解是将混合溶液在室温下进行0.1-10h的水解；步骤2，将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行12-36h分子自组装反应；步骤3，取出绝缘子，先后用乙醇和水清洁绝缘子表面去除残留物并干燥，得到预制样品；干燥是在烘箱内60℃下进行烘干。步骤4，升温至100-150℃，对预制样品进行高温醚化反应1-2h，得到表面具有自组装分子膜的陶瓷绝缘子样品。本专利技术是利用分子自组装反应对绝缘子表面进行改性。如图2是绝缘子表面分子自组装反应的原理示意图，硅烷偶联剂是能够水解的双极性分子有机物，水解后一端为具有极性的硅醇，另一端为非极性碳氢链，再经高温醚化反应，具有极性的一端与绝缘子表面通过醚键连接，另一非极性端得碳氢链尾部之间通过范德华力相互结合整齐排列，在绝缘子表面形成纳米级厚度的有机物分子层，得到规整的表面结构，通过在绝缘子表面进行分子自组装反应对其表面改性提升绝缘子的表面均匀性，从而提高闪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，配制硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水的混合溶液，并对混合溶液进行水解，制得自组装反应液；步骤2，将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行分子自组装反应；步骤3，取出绝缘子，清洁绝缘子表面并干燥，得到预制样品；步骤4，对预制样品进行高温醚化反应，得到绝缘子样品。

【技术特征摘要】
1.一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，配制硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水的混合溶液，并对混合溶液进行水解，制得自组装反应液；步骤2，将表面干燥的绝缘子浸入自组装反应液中进行分子自组装反应；步骤3，取出绝缘子，清洁绝缘子表面并干燥，得到预制样品；步骤4，对预制样品进行高温醚化反应，得到绝缘子样品。2.如权利要求1所述一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特征在于：步骤1所述硅烷偶联剂、去离子水和有机溶剂体积比是1：1：20-500。3.如权利要求2所述一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特征在于：步骤1所述硅烷偶联剂、去离子水和有机溶剂体积比是1：1：30或1：1：450。4.如权利要求2或3所述一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方法，其特征在于：步骤1所述水解，是将混合溶液在室温下进行0.1-10h的水解。5.如权利要求4所述一种提高陶瓷绝缘子闪络电压的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍艳坤，柯昌凤，刘文元，陈昌华，孙钧，郭跃文，唐运生，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61