一种低介低二次电子发射系数复合粉体、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种低介低二次电子发射系数复合粉体、制备方法及应用，其中，所述复合粉体包括Al、Cr、Mn、Ti、Mo、Si、La、Eu、Y、Ho、Mg、Cu，制备方法如下：首先，引入掺杂剂并进行一次球磨，然后，缓慢加入氧化铝粉体进行二次高能球磨，得氧化铝基球磨浆料，最后，对氧化铝基球磨浆料进行真空冷冻干燥、低温煅烧获得。该复合粉体可以通过刷涂、喷涂等多种施工工艺对真空绝缘材料进行涂层，达到提高真空绝缘工件，尤其是伪火花开关沿面闪络耐压的效果。其是伪火花开关沿面闪络耐压的效果。其是伪火花开关沿面闪络耐压的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种低介低二次电子发射系数复合粉体、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于真空高压绝缘
，特别提供了一种可提高沿面闪络电压的氧化铝基低二次电子发射系数复合粉体、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]在能源、宇航和高能物理研究等许多高电压应用领域中，固体绝缘子的电绝缘和支撑都是至关重要的。例如高压真空断路器、高功率光导开关、高功率速调管及空间飞行器的电源系统往往都要承受高电压的作用。往往桥接真空间隙的绝缘固体的耐高电压击穿能力普遍低于单纯真空间隙，而绝缘固体本身的体击穿耐压强度仍高于同尺寸的真空间隙。且伴随击穿过程、沿绝缘固体表面有显著的放电闪烁发生。显然，发生于绝缘固体表面的放电闪烁是绝缘固体耐高电压能力降低的症结。大量研究表明：绝缘子表面的电子发射和表面荷电增强电场都是导致绝缘子表面闪络形成并最后完全击穿的关键。
[0003]尽管如此，绝缘子在各种电力设备和许多真空器件中被大量使用，同时在伪火花开关中也得到了广泛的应用，主要起到真空密封、结构支撑和高压绝缘的作用。目前伪火花开关产品(如图1所示)所使用的绝缘材料均为95％氧化铝，其介电常数在9-12之间，而伪火花开关内真空介电常数为1，两者相差近一个数量级，存在着场强畸变，当在其两端施加电压时，场强畸变不断增强，金属电极、真空和绝缘材料表面三者结合处的局部电场强度较高，此处发生场致电子发射，产生一次电子。一次电子在电场的作用下被加速获得能量并撞击绝缘子表面，产生二次电子，电子数不断的增加，绝缘材料表面发射二次电子后留下了正电荷，而后不断发生的一次电子碰撞、二次电子发射、二次电子再次碰撞绝缘陶瓷材料表面等，使绝缘陶瓷材料表面积累了大量的正电荷，并导致产生二次电子发射雪崩，在电场的作用下向阳极移动。该过程中还伴随着部分气体分子解吸附后而发生电离，在电场的作用下，带电的气体分子也随着电子崩向阳极移动。上述过程在足够高的电压下构成正反馈，最终造成了击穿。
[0004]如果高压绝缘陶瓷材料的耐压性能不满足要求，不仅影响伪火花开关器件的性能参数，并且通常会出现放电击穿现象，严重影响了伪火花开关器件的使用寿命和工作的可靠性与稳定性，电击穿对伪火花开关而言是致命的问题。
[0005]针对上述造成伪火花开关沿面闪络的主要因素，国内外学者研究表明在绝缘材料表面制备一层低二次电子发射系数的涂层可有效的提高其沿面闪络耐压值，进而提高其工作稳定性与使用寿命等。然而，大部分研究都只是停留在直接选用一种或两种低二次电子发射的粉体进行涂覆的方式，而针对提高伪火花开关绝缘材料沿面闪络耐压涂层用的复合粉体的相关研制工作等鲜有报道。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术的目的是从真空绝缘工件沿面闪络原理出发，提供一种采用高能球磨工艺方式制备的低介低二次电子发射系数的复合粉体，该种复合粉体可以通过刷涂、
喷涂等多种施工工艺对真空绝缘材料进行涂层制备，达到提高真空绝缘工件，尤其是伪火花开关沿面闪络耐压的目的。
[0007]本专利技术一方面提供了一种低介低二次电子发射系数复合粉体，按摩尔量计，包括如下组分：Al：85.0～92.0份、Cr：1.0～10.0份、Mn：1.0～8.0份、Ti：1.0～3.5份、Mo：0.01～0.09份、Si：0.02～0.18份、La：0.01～0.09份、Eu：0.01～0.09份、Y：0.01～2.0份、Ho：0.01～2.0份、Mg：0.05～1.0份、Cu：0.05～3.0份。
[0008]本专利技术还提供了一种上述低介低二次电子发射系数复合粉体的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：按摩尔量，将掺杂剂Cr、Mn、Ti、Mo、Si、Mg和Cu以氧化物形式引入，La、Eu、Y、Ho以硝酸盐形式引入，加入到高能球磨设备的容量腔内进行一次球磨，球磨介质为去离子水和无水乙醇，球磨转数为3000-6000转/min，球磨时间为30-60min，球磨中加入分散剂；
[0010]步骤2：将氧化铝粉体缓慢加入到高能球磨设备容量腔内，与步骤1中球磨的掺杂剂进行二次高能球磨，得氧化铝基球磨浆料，球磨转数为3000-6000转/min，球磨时间为60-120min，球磨期间，不断加入球磨介质与分散剂；
[0011]步骤3：将步骤2中获得的氧化铝基球磨浆料取出，采用真空冷冻干燥技术进行干燥，后进行300～450℃低温煅烧，得到粒度分布范围窄、分散性良好的氧化铝基复合粉体。
[0012]优选，步骤1和步骤2中，球磨介质中，去离子水与无水乙醇，按体积比1:5引入。
[0013]进一步优选，步骤1中，加入的分散剂的体积占掺杂剂物料总体积的0.001-0.01。
[0014]进一步优选，步骤2中，以球磨介质与氧化铝基球磨浆料的质量比为1:1的比例不断加入球磨介质，加入的分散剂的体积占氧化铝基球磨浆料体积的0.001-0.01。
[0015]本专利技术还提供了一种上述低介低二次电子发射系数复合粉体的应用，首先，向所述复合粉体中添加质量为5％～10％的聚乙烯醇(PVA)溶液进行造粒，得复合造粒粉体，之后，将所述复合造粒粉体作为粉料在氧化铝陶瓷基片上进行涂层制备。
[0016]优选，所述涂层的厚度为20～100μm。
[0017]本专利技术针对目前真空绝缘材料尤其是伪火花开关用绝缘材料发生沿面闪络的原因，采用高能球磨工艺，在氧化铝基础粉体中通过进行掺杂改性来优化复合粉体介电性能、降低二次电子发射系数，提高抗还原性等掺杂剂进行改性，制得的粉体具有低的介电常数、低二次电子发射系数、成分均匀、粒度细、分布范围窄、分散性好等优点，保证了后续制备涂层后应用中的稳定性与可靠性。
附图说明
[0018]下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：
[0019]图1为伪火花开关的结构示意图；
[0020]图中，1、阳极；2、空心阴极；3、绝缘陶瓷；4、触发单元；5、氢储存器。
具体实施方式
[0021]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术一方面提供了一种低介低二次电子发射系数复合粉体，按摩尔量计，包括如下组分：Al：85.0～92.0份、Cr：1.0～10.0份、Mn：1.0～8.0份、Ti：1.0～3.5份、Mo：0.01～0.09份、Si：0.02～0.18份、La：0.01～0.09份、Eu：0.01～
0.09份、Y：0.01～2.0份、Ho：0.01～2.0份、Mg：0.05～1.0份、Cu：0.05～3.0份。
[0022]该低介低二次电子发射系数复合粉体，以氧化铝粉体为母体材料，进行其他元素的引入，Cr、Mn、Ti、Mo、Cu由于具有较低的二次电子发射系数，主要起到降低主体材料二次电子发射系数的目的，其他几种元素的引入，主要用于协同调整主体材料的介电常数，从而获得一种低介低二次电子发射系数的复合粉体。
[0023]本专利技术还提供了一种上述低介低二次电子发射系数复合粉体的制备方法，包括如下步骤：
[0024]步骤1：按摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低介低二次电子发射系数复合粉体，其特征在于，按摩尔量计，包括如下组分：Al：85.0～92.0份、Cr：1.0～10.0份、Mn：1.0～8.0份、Ti：1.0～3.5份、Mo：0.01～0.09份、Si：0.02～0.18份、La：0.01～0.09份、Eu：0.01～0.09份、Y：0.01～2.0份、Ho：0.01～2.0份、Mg：0.05～1.0份、Cu：0.05～3.0份。2.权利要求1所述低介低二次电子发射系数复合粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按摩尔量，将掺杂剂Cr、Mn、Ti、Mo、Si、Mg和Cu以氧化物形式引入，La、Eu、Y、Ho以硝酸盐形式引入，加入到高能球磨设备的容量腔内进行一次球磨，球磨介质为去离子水和无水乙醇，球磨转数为3000-6000转/min，球磨时间为30-60min，球磨中加入分散剂；步骤2：将氧化铝粉体缓慢加入到高能球磨设备容量腔内，与步骤1中球磨的掺杂剂进行二次高能球磨，得氧化铝基球磨浆料，球磨转数为3000-6000转/min，球磨时间为60-120min，球磨期间，不断加入球磨介质与分散剂；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨殿来，张莹莹，段同飞，杨国庆，马俊良，崔俊刚，薛健，许壮志，张明，周亮，
申请(专利权)人：辽宁省轻工科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：