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        電擊穿和熱擊穿的本質是什么?

        發布時間:2022-12-05      點擊次數:433

        電擊穿和熱擊穿的本質是什么?

        1. 概念

        v 介質的擊穿:外加電場強度超過某一臨界值時,材料中形成 或存在電荷順利通過的擊穿“隧道" ,使材料破壞,介質由介電狀態變為導電狀態的現象。

        v 介電強度:使介質發生擊穿的臨界電場強度。

        2. 電擊穿

        v 固體介質電擊穿的碰撞理論:

        強電場作用下,固體導帶中因冷或熱發射存在一些電子, 這些電子被加速,獲得動能;

        高速電子與晶格振動相互作用,把能量傳遞給晶格;

        一定溫度和場強下平衡時,固體介質有穩定的電導;

        當電子從電場中獲得能量大于傳遞給晶格振動能量時, 電子動能越來越大;

        大到一定值,電子與晶格振動的相互作用導致電離產生 新電子,使電子數目迅速增加,電導進入不穩定狀態, 發生擊穿。

        3. 熱擊穿

        v 熱擊穿的本質:

        處于電場中的介質,由于介質損耗而受熱;

        當外加電壓足夠高時,散熱和發熱從平衡狀態轉入非平 衡狀態;

        若發熱量比散熱量多時,熱量就在介質內部聚集,使介 質溫度升高;

        溫度升高又導致電導率和損耗的進一步增加,介質的溫 度將越來越高,直至出現破壞。

         

        二、無機材料的擊穿

        1. 不均勻介質中的電場分配

        v 假設不均勻介質結構由兩層介質組成,在系統上加直流電壓 U,利用串聯模型導出:

        1670221659770.jpg

         

        2. 電離擊穿

        材料中存在氣孔,導致均勻性降低;

        氣體的電導率和介電常數很小,加上電壓后電場較高, 而氣體本身抗電強度比固體介質低得多;

        發生強烈的氣體放電,即電離,產生大量的熱量;

        氣孔附近局部區域強烈過熱,在材料內部形成相當高的 內應力;

        當熱應力超過一定限度時,材料喪失機械強度而發生破 壞,以致介電強度喪失,造成擊穿;

        這種擊穿稱為電-機械-熱擊穿。v 介電強度與樣品的尺寸有關:樣品尺寸減小,在一定應力下,

        存在可導致材料擊穿的缺陷相應減小。

        v 電壓老化或化學擊穿:大量的氣孔放電,在介質內部引起不 可逆的物理化學變化,使介質擊穿電壓下降。

        1670221667157.jpg

         

        3. 表面放電和邊緣擊穿

        (1) 表面放電:

        固體材料常處于氣體媒介中,擊穿時介質本身未擊穿, 但有火花掠過它的表面。

        (2) 邊緣擊穿:

        電極邊緣常常電場集中,因而擊穿常在電極邊緣發生。

        關鍵詞: 

        v 介電性、介電強度、介電常數;

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