一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于脉冲与功率技术领域，特别涉及一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在特种电真空器件中，绝缘子沿面闪络耐压能力大大低于相同距离的真空间隙，严重制约着器件的绝缘耐压性能。美国圣地亚国家实验室基于二次电子雪崩理论提出了绝缘介质与金属层交替排列的高梯度绝缘子的概念，取得了突破性进展，表面闪络耐压强度比传统绝缘子提高了 1.4?4倍。高梯度绝缘子的研宄已经从概念研宄转入工程化应用，现正逐渐将其应用于大电流脉冲功率装置、光触发高压开关和介壁加速器中。现在报道的高梯度绝缘子多为有机高分子绝缘层(交联聚苯乙烯，聚酰亚胺等)等与导电薄膜的叠层结构，其厚度均可以达到微米量级。基于陶瓷的高梯度绝缘子研宄进展缓慢，报道的仅有通过金属化焊接形成的氧化铝、铁钴镍合金结构与叠压的可加工陶瓷、金属结构，其薄层厚度尺寸均在毫米量级，尚不适合工程化应用。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于将陶瓷高梯度绝缘子的绝缘层与导电层的厚度降低到微米量级，提高其表面闪络耐压强度。
[0004]本发明的上述技术问题是通过提供一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子而解决的，该绝缘子以金属陶瓷材料为导电层，以氧化铝材料为绝缘层，绝缘层与导电层交替排列，绝缘层厚度为30~300微米，导电层厚度为5~100微米。
[0005]本发明的高梯度绝缘子的金属陶瓷导电层材料为钼-氧化铝金属陶瓷、氮化钛-氧化铝金属陶瓷，其中钼和氮化钛的体积比例为15%~30%。氧化铝绝缘层材料为高纯度氧化铝或含重量比1%~10%玻璃相烧结助剂氧化铝材料。
[0006]本发明的高梯度绝缘子的制备方法由以下步骤组成:
(a)通过流延技术制备氧化销材料流延片；
(b)将适量钼粉或氮化钛粉与氧化铝材料粉体与溶剂二乙二醇单丁基醚醋酸酯和分散剂海名斯(Nuosperse ) 657混合并球磨制备金属陶瓷楽料；
(C)在氧化铝材料流延片上丝网印刷一定厚度钼-氧化铝金属陶瓷或氮化钛-氧化铝金属陶瓷浆料并烘干使溶剂挥发；
(d)将印有和未印有金属陶瓷层氧化铝流延片按适当层数交替排列，进行叠层压制；
(e)流延片叠层排除有机物后烧结得到独石结构高梯度绝缘子。
【具体实施方式】
[0007]实施例1
通过流延技术制备40微米厚高纯氧化铝流延片，在氧化铝流延片上丝网印刷20微米厚钼-氧化铝金属陶瓷浆料形成金属陶瓷层，其中钼体积百分比27%。将印有金属陶瓷层流延片交替排列进行叠层压制并排除有机物后湿氢气氛1650° C共烧得到绝缘层厚度为30微米、导电层厚度为17微米独石结构高梯度绝缘子，绝缘层与导电层界面清晰，综合力学性能好。
[0008]实施例2
通过流延技术制备40微米厚高纯氧化铝流延片，在氧化铝流延片上丝网印刷60微米厚钼-氧化铝金属陶瓷浆料形成金属陶瓷层，其中钼体积百分比27%。将7层流延片与I层印有金属陶瓷层流延片交替排列进行叠层压制并排除有机物后湿氢气氛1650° C共烧得到绝缘层厚度为270微米、导电层厚度为50微米独石结构高梯度绝缘子，绝缘层与导电层界面清晰，综合力学性能好。
[0009]实施例3
通过流延技术制备40微米厚90%氧化铝流延片，其中90%氧化铝含10%重量比玻璃相烧结助剂；在90%氧化铝流延片上丝网印刷10微米厚氮化钛-氧化铝金属陶瓷层，其中氮化钛体积百分比20%。将I层流延片与I层印有金属陶瓷层流延片交替排列叠层压制并排除有机物后氢气氮气混和气氛1650 ° C共烧得到绝缘层厚度为60微米、导电层厚度为8微米独石结构高梯度绝缘子，90%氧化铝层中玻璃相渗入氮化钛-氧化铝金属陶瓷层促进其致密化，绝缘层与导电层界面清晰，综合力学性能好。
[0010]实施例4
通过流延技术制备40微米厚95%氧化铝流延片，其中95%氧化铝含5%重量比玻璃相烧结助剂；在95%氧化铝流延片上丝网印刷100微米厚氮化钛-氧化铝金属陶瓷层，其中氮化钛体积百分比20%。将2层流延片与I层印有金属陶瓷层流延片交替排列叠层压制并排除有机物后氢气氮气混和气氛1650° C共烧得到绝缘层厚度为100微米、导电层厚度为80微米独石结构高梯度绝缘子，95%氧化铝层中玻璃相渗入氮化钛-氧化铝金属陶瓷层促进其致密化，绝缘层与导电层界面清晰，综合力学性能好。
【主权项】
1.一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子，其特征在于:所述的绝缘子以金属陶瓷材料为导电层，以氧化铝材料为绝缘层，绝缘层与导电层交替排列，绝缘层厚度为30~300微米，导电层厚度为5~100微米。
2.根据权利要求1所述的一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子，其特征在于:所述的高梯度绝缘子的金属陶瓷导电层材料为钼-氧化铝金属陶瓷、氮化钛-氧化铝金属陶瓷，其中钼和氮化钛的体积比例为15%~30% ； 氧化铝绝缘层材料为高纯度氧化铝或含重量比1%~10%玻璃相烧结助剂氧化铝材料。
3.根据权利要求1所述的一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子的制备方法，其特征在于:所述的制备方法由以下步骤组成: (a)通过流延技术制备氧化销材料流延片； (b)将适量钼粉或氮化钛粉与氧化铝材料粉体与溶剂二乙二醇单丁基醚醋酸酯和分散剂海名斯(Nuosperse ) 657混合并球磨制备金属陶瓷楽料； (C)在氧化铝材料流延片上丝网印刷钼-氧化铝金属陶瓷或氮化钛-氧化铝金属陶瓷浆料层并烘干使溶剂挥发； (d)将印有和未印有金属陶瓷层氧化铝流延片按适当层数交替排列，进行叠层压制； (e)氧化铝流延片叠层排除有机物后烧结得到独石结构高梯度绝缘子。
【专利摘要】本发明提供了一种独石结构全陶瓷型高梯度绝缘子及其制备方法，属于脉冲与功率技术领域，其特征在于所述绝缘子以金属陶瓷材料为导电层，以氧化铝材料为绝缘层，绝缘层与导电层交替排列，绝缘层厚度为30~300微米，导电层厚度为5~100微米，金属陶瓷导电层材料为钼-氧化铝金属陶瓷、氮化钛-氧化铝金属陶瓷。其制备方法为通过流延技术制备氧化铝流延片，在氧化铝流延片上利用丝网印刷工艺印制金属陶瓷层，将流延片与印制金属陶瓷层流延片按照适当层数交替排列叠层压制并排除有机物后烧结得到独石结构高梯度绝缘子。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-10
【公开号】CN104761244
【申请号】CN201510159624
【发明人】张华力, 黄晓军, 雷杨俊, 向伟
【申请人】中国工程物理研究院电子工程研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月7日