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介電強度與擊穿強度的含義
閱讀：2558發(fā)布時間：2023-3-8
擊穿強度與介電強度：
電介質(zhì)材料的擊穿是指在電場作用下伴隨著化學(xué)、熱、力等作用而喪失其絕緣、介電能力的現(xiàn)象。當(dāng)對介電材料施加的外加電場強度逐漸增大時，電介質(zhì)材料會從介電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，即介質(zhì)材料只能在一定的電場強度內(nèi)保持這些性質(zhì)，當(dāng)電場強度超過某一臨界值時，電介質(zhì)材料由介電態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電態(tài)，這種現(xiàn)象稱為介電強度的破壞或介質(zhì)的擊穿。相應(yīng)的電介質(zhì)材料所能承受的臨界電場強度就是介電強度。介電強度是表征材料耐電壓性能的物理量，對工程材料電性能的應(yīng)用具有重要意義。電介質(zhì)擊穿的機制包括熱擊穿、電擊穿、局部放電擊穿及樹枝擊穿。
（1）熱擊穿:電介質(zhì)在電場作用下，由電導(dǎo)和介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量超過試樣通過傳導(dǎo)、對流和輻射所散發(fā)的熱量，產(chǎn)出的熱量比散去的多，試樣中的熱平衡被破壞，試樣溫度不斷上升，造成久性破壞，這就是熱擊穿。
（2）電擊穿:電擊穿是指強電場下，介質(zhì)承受的電壓超過一定值Us時，其中有相當(dāng)大的電流通過，使介質(zhì)喪失絕緣性能，這個過程即是電擊穿。擊穿場強表達為:Es=Us/d，通常當(dāng)電場接近擊穿場強時，材料中的電流主要是電子型的。其擊穿機制主要有:碰撞電離理論、雪崩理論和隧道理論。碰撞電離理論是指晶體溫度高于絕對零度，晶格的微小振動形成格波，格波能量量子稱為聲子。碰撞電離中，存在電子和聲子碰撞，雜質(zhì)和缺陷對自由電子的散射。若外加電場足夠高，自由電子在電場中獲得的能量超過失去的能量時，自由電子便可在每次碰撞后積累起能量，最后發(fā)生擊穿;雪崩理論是指，在電場足夠大時，自由電子從電場中獲得的能量在每次碰撞后都能產(chǎn)生另一個自由電子，n次碰撞就有2n個自由電子，形成雪崩式倍增效應(yīng)，這些電子一方面向陽極遷移，一方面擴散，當(dāng)雪崩式倍增效應(yīng)貫穿兩電極時，則發(fā)生擊穿的現(xiàn)象;隧道理論則強調(diào)當(dāng)電場足夠高時，由于隧道效應(yīng)，使禁帶電子進入導(dǎo)帶，在電場作用下電子被加速，引起碰撞電離。這種雪崩過程不會導(dǎo)致晶粒的破壞，晶體擊穿的原因在于隧道電流導(dǎo)致晶體局部溫度過高，致使晶體局部熔融而破壞的擊穿過程。
（3）局部放電擊穿:局部放電擊穿指在電場作用下，介質(zhì)局部區(qū)域發(fā)生放電現(xiàn)象。通常由于介質(zhì)材料的不均勻性而導(dǎo)致電場分布的不均，在電場增強的地方如氣孔處會產(chǎn)生局部放電，使電場畸變進一步增加，同時產(chǎn)生大量的熱，容易引起整個介質(zhì)的擊穿。
（4）樹枝擊穿:樹枝化是種主要發(fā)生在高分子電介質(zhì)中的擊穿現(xiàn)象，它是指在電場作用下，在固體電介質(zhì)中形成一種樹枝狀氣化痕跡。其樹枝是充滿氣體的直徑為幾微米以下的細微管子組成的通道，聚合物樹枝化后并沒有擊穿，但樹枝化是一個很重要的擊穿潛伏因素。經(jīng)過一定過程后，最終導(dǎo)致聚合物擊穿，樹枝化的最大特點是要經(jīng)過較為冗長的過程才能導(dǎo)致樹枝引發(fā)乃至最后擊穿。
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