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低温等离子体铝电极表面薄膜沉积工艺研究

低温等离子体铝电极表面薄膜沉积工艺研究

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作者：刘昱辰北京化工大学

学位级别：硕士

高压电缆在新能源利用工程展现出显著的优势和广泛的应用前景,然而金属微粒污染导致的电缆接头绝缘失效约束了高压电缆与电力系统的进一步发展。涂层改性作为一种有效的表面强化技术,在高电压绝缘领域被充分研究。基于低温等离子体的薄... 详细信息

高压电缆在新能源利用工程展现出显著的优势和广泛的应用前景,然而金属微粒污染导致的电缆接头绝缘失效约束了高压电缆与电力系统的进一步发展。涂层改性作为一种有效的表面强化技术,在高电压绝缘领域被充分研究。基于低温等离子体的薄膜沉积方法具有安全、高效、适用性强等优点。然而,等离子体装置普遍带有外置电源,功耗大、体积大等问题显著,且等离子体沉积工艺尚需要进一步优化,针对以上问题,本文开展的研究工作如下:（1）大气压低温等离子体装置的研制。分别根据不同的激发原理,采用交流电源与脉冲电源,研制了空间、表面、喷射式三种不同形式的大气压低温等离子体装置,并分析了等离子体放电参数与光学性能。研究了喷射式等离子体与金属基底的相互作用,通过参数优化,发现气流为3 L/min时喷射式等离子体具有最佳的射流长度与较低的热积累,更适用于薄膜沉积应用。（2）基底温度对绝缘薄膜特性的影响规律与机制。采用喷射式等离子体在铝表面沉积SiOx薄膜,研究了基底温度对薄膜性能的影响规律。结果表明,基底温度的升高促进了前驱体的分解和薄膜的生长速度。随着基底温度的升高,观察到Si-O-Si键角和薄膜成分的变化。在300℃时沉积的薄膜具有优异的绝缘性能。过高的基底温度降低了薄膜的生长速度,甚至导致多孔结构的形成。（3）等离子体沉积薄膜绝缘性能与寿命评估。通过金属微粒启举的实验证实,在基底温度为300℃时,SiOx薄膜的相对介电常数最高,达到3.718,显示其优异的绝缘特性。此外,该条件下沉积的薄膜的启举电压达到21.64 kV,比室温时增加了180.8%。通过长期浸泡在模拟原油中,薄膜展现了良好的抗腐蚀性。经过热老化实验和在高电场持续作用下的测试,预计这种薄膜的使用寿命可达近50年。

关键词：高压电缆接头金属微粒污染低温等离子体装置 SiOx薄膜使用寿命测试

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