【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种绝缘器件及其制备方法，具体涉及一种金属层内嵌型高梯度绝缘子及其制备方法。
技术介绍
1、在真空绝缘领域内，真空与真空绝缘介质均能耐受较高的电压，但在二者的界面处，施加极低的电压就能引发沿面击穿放电，这种现象称为真空沿面闪络。真空沿面闪络的存在大幅度降低了真空绝缘系统的整体耐压水平，严重降低了整个系统的运行效率与运行稳定性。现有技术通常使用增大绝缘子尺寸的方法来提升耐压水平，但这会增加真空绝缘系统的体积与复杂度；随着装置向小型化、集成化的方向发展，只有提升绝缘子单位距离上的闪络耐压水平才能满足当前的发展要求。
2、传统的高梯度绝缘子制备方法一般包括金属层与绝缘层热压成型和机械加工形成绝缘子两个步骤，在机械加工形成绝缘子时，由于金属层与绝缘层热膨胀系数不一致，二者之间容易产生间隙，同时机械加工过程中金属薄片破碎形成的金属颗粒易嵌入绝缘层，在后期的打磨中难以去除，残留在绝缘层中，形成电场增强点，容易增加该点的电子发射强度，诱导闪络的发生；且金属边缘暴露在绝缘子表面，由于边缘处较为尖锐，也易形成电场增强点，诱导闪络的发生，降低闪络电压。上述不利因素，尤其是加工产生的金属颗粒在绝缘层随机分散排布，粒度不均匀，导致制备的绝缘子表面状态相差较大，严重降低了绝缘子的耐压稳定性，在使用中存在较大的安全隐患。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有高梯度绝缘子制备方法易导致绝缘子耐压稳定性不足、存在安全隐患的问题，而提供一种金属层内嵌型高梯度绝缘子及其制备方法。p>
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
3、一种金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特殊之处在于：
4、包括自下而上同轴交替排布的x个绝缘片和(x-1)个金属片，x≥3；所述金属片的周边外缘尺寸小于所述绝缘片的周边外缘尺寸；所述绝缘片的厚度δp与所述金属片的厚度δm之比δr满足：1<δr≤10；所述金属片的周边外缘与绝缘片的周边外缘之间的水平投影距离dh满足：0.1mm≤dh≤10mm。
5、进一步地，所述x个绝缘片的周边外缘形状为圆形，其外径尺寸均相同，所述(x-1)个金属片的周边外缘形状为圆形，其外径尺寸均相同。
6、进一步地，每个所述绝缘片的材质均为有机玻璃、交联聚苯乙烯、环氧树脂、尼龙或聚酰亚胺，每个所述金属片的材质均为铜、铝或不锈钢。
7、进一步地，所述绝缘片的厚度δp与所述金属片的厚度δm之比δr满足：6<δr≤10；所述金属片的周边外缘与绝缘片的周边外缘之间的水平投影距离dh满足：2mm≤dh≤6mm。
8、进一步地，所述绝缘片的厚度δp与所述金属片的厚度δm之比δr满足：δr＝10；所述金属片的周边外缘与绝缘片的周边外缘之间的水平投影距离dh满足：dh＝2mm。
9、同时，本专利技术还提供了一种上述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特殊之处于，包括以下步骤：
10、步骤一：制备x个绝缘片和(x-1)个金属片，准备与x个绝缘片中最大绝缘片周边外缘尺寸相匹配的模具，模具为筒状；
11、步骤二：使用激光器在(x-2)个绝缘片的上底面和下底面、两个绝缘片中一个绝缘片的下底面和另一个绝缘片的上底面中心分别加工出与所述金属片周边外缘尺寸相匹配、用于定位的轮廓线；
12、步骤三：将x个绝缘片和(x-1)个金属片依次交替粘贴，并使得金属片的周边外缘定位于轮廓线上，之后放入模具中；
13、步骤四：给予模具施加持续时长为t1的轴向压力f1，使x个绝缘片与(x-1)个金属片充分粘连；
14、步骤五：拆卸模具，得到金属层内嵌型高梯度绝缘子，完成制备。
15、进一步地，步骤二具体为：
16、使用co2激光器、紫外激光器或光纤激光器在(x-2)个绝缘片的上底面和下底面、两个绝缘片中一个绝缘片的下底面和另一个绝缘片的上底面中心分别加工出与所述金属片周边外缘尺寸相匹配、用于定位的轮廓线，轮廓线的深度不超过0.02mm。
17、此外，本专利技术还提供了另一种上述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特殊之处于，包括以下步骤：
18、步骤一：制备绝缘子胚体
19、准备x个绝缘材料薄层和(x-1)个金属薄层，将其加工为相同大小的方形片，并以玻璃板为基底，将x个绝缘材料薄层和(x-1)个金属薄层依次交替粘贴，且周边外缘一致，并在轴向压力f2的作用下保持t2时长，然后得到绝缘子胚体；
20、步骤二：将绝缘子胚体加工成绝缘子基体
21、将步骤一得到的绝缘子胚体加工成所需形状的柱状体，然后使用砂纸将其侧面打磨干净；
22、步骤三：选取能够将步骤一中金属薄层所使用金属材料予以腐蚀的适配腐蚀剂，进行时长为t4的腐蚀操作，去除步骤二所得绝缘子基体表面的金属屑，并使得金属薄层的周边外缘低于绝缘材料薄层的周边外缘，所述金属薄层的周边外缘与绝缘材料薄层的周边外缘之间的水平投影距离dh满足：0.1mm≤dh≤10mm，进而得到由x个绝缘片和(x-1)个金属片自下而上同轴交替排布的金属层内嵌型高梯度绝缘子；然后予以干燥，完成制备。
23、进一步地，步骤三具体为：
24、选取能够将步骤一中金属薄层所使用金属材料予以腐蚀的的5w％～60w％硝酸、盐酸或硫酸，在超声辅助下，进行时长为t4的腐蚀操作，去除步骤二所得绝缘子基体表面的金属屑，并使得金属薄层的周边外缘低于绝缘材料薄层的周边外缘，所述金属薄层的周边外缘与绝缘材料薄层的周边外缘之间的水平投影距离dh满足：0.1mm≤dh≤10mm，进而得到由x个绝缘片和(x-1)个金属片自下而上同轴交替排布的金属层内嵌型高梯度绝缘子；清洗干净，然后予以干燥t3时长，完成制备。
25、进一步地，步骤三中，所述硝酸、盐酸或硫酸的浓度为5w％～60w％。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
27、1、本专利技术提供的金属层内嵌型高梯度绝缘子，将多个金属片内嵌于多个绝缘片的内部，多个金属片组成金属层，内嵌的金属片将单个厚绝缘子转化为多个薄绝缘子的串联的结构，具备传统高梯度绝缘结构中金属层均匀电场的作用，且能够避免闪络放电对金属层烧蚀形成金属碎屑，进而能够消除金属碎屑造成的电场畸变，提升绝缘子耐压稳定性；金属片的尺寸小于所述绝缘片的尺寸，内嵌的金属片边缘在绝缘基质内部，能够有效地抑制金属层边缘在绝缘子表面造成的电场增强效应；同时能够有效阻断金属层将电子发射到绝缘子的表面；
28、2、本专利技术提供的金属层内嵌型高梯度绝缘子，金属层内嵌在绝缘层之间形成了槽状结构，该槽状结构能够阻碍绝缘材料表面的二次电子倍增，抑制闪络的发展，更有利于提升绝缘子的闪络电压；
29、3、本专利技术提供了两种金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，第一种方法不产生金属屑，第二种方法可有效地消除产生的金属屑，均可防止金属屑导致绝缘子表面的电场增强，进一步提升本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
6.一种权利要求1～5任一所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤二具体为：
8.一种权利要求1～5任一所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤三具体为：
10.根据权利要求9所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的金属层内嵌型高梯度绝缘子，其特征在于：
6.一种权利要求1～5任一所述金属层内嵌型高梯度绝缘子的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍艳坤，刘文元，何亚姣，程军，柯昌凤，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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