介电击穿试验仪测试的主要意义

时间：2023-06-08作者：佚名

介电击穿试验仪测试的主要意义

概述

介电强度是一种材料作为绝缘体时的电强度的量度。

它定义为试样被击穿时，单位厚度承受的蕞大电压,表示为伏特每单位厚度物质的介电强度越大它作为绝缘体的质量越好。

塑料介电强度测试原理

基本测试原理塑料介电强度试验是在电场处于均匀状态下进行的，一般采用连续均匀升压或逐级升压的方式，对试样施加直流或交流电压，直到试样被击穿。根据击穿时的电压值击穿电压)和试样厚度，即可计算出试样的介电强度(E)。

所谓连续均匀升压，是指施加于试样的电压从零开始，按预定速度均匀上升，直到试样被击穿为止。而逐级升压，则是指施加于试样的电压从零升到该材料用连续升压求得的击穿电压值的一半，在此电压下保持1min。以后逐级升压，每次均停留1min，每级升压值约为ym穿的5%~10%。

介质在电场中的破坏

介质的特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的特性，即介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿。相应的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场强度。

虽然严格地划分击穿类型是很困难的，但为了便于叙述和理解，通常将击穿类型分为三种:热击穿、电击穿、局部放电击穿。

1. 热击穿

热击穿的本质是处于电场中的介质,由于其中的介质损耗而受热，当外加电压足够高时可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就是热击穿。

2. 电击穿

固体介质电击穿理论是在气体放电的碰撞电离理论基础上建立的。大约在本世纪30年代，以AVonHippel和Frohlich为代表，在固体物理基础上，以量子力学为工具，逐步建立了固体介质电击穿的碰撞理论，这一理论可简述如下在强电场下，固体导带中可能因冷发射或热发射存在一些电子。这些电子一方面在外电场作用下被加速，获得动能;另一方面与晶格振动相互作用，把电场能量传递给晶格。当这两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导:当电子从电场中得到的能量大于传递给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与

晶格振动相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。

3. 无机材料的击穿

不均匀介质中的电压分配无机材料常常为不均匀介质，有晶相、玻璃相和气孔存在，这使无机材料的击穿性质与均匀材料不同。

不均匀介质蕞简单的情况是双层介质。设双层介质具有各不相同的电性质ε1，σ1，d1和ε2，σ2，d2分别代表第一层、第二层的介电常数、电导率、厚度。若在此系统上加直流电压U，则各层内的电场强度E1，E2都不等于平均电场强度E(推证从略)。

介电击穿试验仪测试的主要意义

上式表明:电导率小的介质承受场强高，电导率大的介质承受场强低。陶瓷中晶相和玻璃相分布可看成多层介质的串连和并联，上述的分析方法同样适用。

4. 内电离

材料中含有气泡时，气泡的ε及σ很小，因此加上电压后气泡上的电场较高，而气泡本身的抗电强度比固体介质要低得多(一般空气的Eb≈80kv/cm)，所以首先气泡击穿，引起气体放电(电离)产生大量的热，容易引起整个介质击穿。由于在产生热量的同时，形成

相当高的内应力，材料也易丧失机械强度而被破坏，这种击穿称为电一机械一热击穿。大量的气泡放电，一方面导致介电一机械一热击穿;另一方面介质内引起不可逆的物理化学变化，使介质击穿电压下降。这种现象称为电压老化或化学击穿。

5. 表面放电和边缘击穿

固体介质的表面放电属于气体放电。固体介质常处于周围气体媒质中，击穿时，常发现介质本身并未击穿，但有火花掠过它的表面，这就是表面放电。

固体介质的表面击穿电压总是低于没有固体介质时的空气击穿电压，其降低的程度视介质材料的不同、电极接触情况以及电压性质而定。提高表面放电电压，防止边缘击穿以发挥材料介电强度的有效作用，这对于高压下工作的元件，尤其是高频、高压下工作的元件，是极为重要的。另外，对材料介电强度的测量工作也有意义。为消除表面放电，防止边缘击穿，应选用电导率或介电常数较高的媒介，同时媒介本身介电常数要高，通常选用变压器油。此外，在瓷介表面施釉，可保持介质表面清洁，而且釉的电导率较大，对电场均匀化有好处。如果在电极边缘施以半导体釉，则效果更好。为了消除表面放电，还应注意元件结构，电极形状的设计。一方面要增大表面放电途经;另一方面要使边缘电场均匀。

研究应用

1.北卡罗来纳州立大学Jacob L. Jones研究员、西安交通大学李盛涛教授(共同通讯作者)等利用高能同步辐射X射线衍射(XRD)结合面积检测器来测量1% Nb掺杂的PbZrxTi1-xO3(PZT，0.50 ≤ x ≤ 0.56)压电陶瓷对电场的响应，使用涉及基于微机械的计算和配对分布函数(PDF)分析，发现本征和外在贡献对于实现高电子应变均非常重要。且利用静电感应效应实现了介电弹性体（DE）薄膜的类似电荷驱动，降低了其内部的真实场强，提升了整体器件的等效介电强度，保证了DE薄膜的可靠性。

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