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pi/al2o3纳米薄膜的制备及其绝缘性能的研究

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PI/Al2O3纳米薄膜的制备及其绝缘性能的研究

作者：刘洋西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国高速铁路发展迅猛。随着动车组运行速度的不断提升,其变频牵引电机的功率也随之加大。然而受电机体积大小限制,实际运行过程中变频牵引电机会受到强温度场和强电场的双重作用,导致电机匝间绝缘提前老化,严重威胁动车组安全... 详细信息

近年来,我国高速铁路发展迅猛。随着动车组运行速度的不断提升,其变频牵引电机的功率也随之加大。然而受电机体积大小限制,实际运行过程中变频牵引电机会受到强温度场和强电场的双重作用,导致电机匝间绝缘提前老化,严重威胁动车组安全运行。聚酰亚胺(pi)薄膜因其卓越的电气绝缘性能而被广泛运用于变频牵引电机绝缘,纳米材料改性pi膜是改善其绝缘性能的有效手段。与传统的绝缘介质相比,纳米电介质具有更加优异的电气性能,但其材料内部相互作用较为复杂。因此,研究纳米粒子对于pi薄膜绝缘性能影响机理对改善变频牵引电机匝间绝缘寿命有重要意义。本文主要选择al2o3 (60nm)粒子作为填料进行改性。为了探究纳米al2o3对pi薄膜电气特性的影响,通过原位聚合法自制了不同al2o3含量的pi/al2o3复合薄膜。观察了其微观材料特性。测试了方波脉冲电压下不同pi/al2o3复合薄膜的击穿电压值、电晕老化时间以及局部放电特征量。并研究了实验温度对pi/al2o3薄膜老化时间以及局部放电参量的影响。揭示了方波脉冲电压下纳米粒子对pi/al2o3电气特性影响机理。为了研究纳米al2o3对掺杂对pi薄膜内部材料特性的影响,利用红外光谱比较了纯pi膜与pi/al2o3内部的分子结构差异,并分析了pi/al2o3膜的降解过程中化学基团的变化过程。通过扫描电镜比较了电晕老化前后不同al2o3掺杂量的pi/al2o3膜表面微观形貌。测试了不同纳米粒子含量下pi/al2o3的导热性能以及介电性能。讨论了纳米al2o3在pi基体中对导热性能以及介电性能影响机理。最后,基于纳米al2o3对pi薄膜在电气特性以及材料特性的影响数据,建立了热电子与pi/al2o3内部结构相互作用模型。解析了方波脉冲条件下纳米al2o3在延长复合薄膜耐电晕寿命、提高复合薄膜结构稳定性方面的作用机理。其作用模型及机理分析对改善变频电机匝间绝缘性能提供了理论基础。

关键词：变频牵引电机 pi/al2o3复合薄膜局部放电介电特性电晕老化微观形貌红外光谱

纳米氧化铝掺杂对高速动车组牵引电机绝缘性能的影响

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铁道学报 2016年第3期38卷 66-71页

作者：刘洋吴广宁高国强西南交通大学电气工程学院四川成都610031

聚酰亚胺薄膜(polyimide,pi)以其卓越的介电性能广泛应用于高速动车组牵引电机匝间绝缘,而方波脉冲下的局部放电是牵引电机绝缘失效的主要原因之一。纳米填料对改善pi膜绝缘性能有很大帮助。为了研究方波条件下纳米al_2o_3对pi膜绝缘性... 详细信息

聚酰亚胺薄膜(polyimide,pi)以其卓越的介电性能广泛应用于高速动车组牵引电机匝间绝缘,而方波脉冲下的局部放电是牵引电机绝缘失效的主要原因之一。纳米填料对改善pi膜绝缘性能有很大帮助。为了研究方波条件下纳米al_2o_3对pi膜绝缘性能的影响,本文将粒径为60nm的al_2o_3纳米粒子作为无机填料添加到pi基体中,制作了掺杂量为0%、1%、2%、5%的pi薄膜。测试了复合薄膜的介电常数,并对复合薄膜进行了表面放电试验。用扫描电子显微镜观察了pi/al_2o_3薄膜破坏的微观形貌。利用纳米复合三层结构解释了纳米粒子对于pi膜绝缘性能的影响。研究结果表明:纳米粒子均匀分布在pi基体中,al_2o_3的掺入提高了复合薄膜表面电导率以及介电常数;复合薄膜耐电晕特性随着al_2o_3纳米粒子含量增加而上升。al_2o_3纳米粒子会在复合薄膜中产生大量的有机-无机界面以及复合结构,影响了电子在介质中的作用机理,导致pi膜绝缘性能发生改变。

关键词： pi/al2o3复合薄膜介电常数耐电晕微观形貌纳米复合结构

方波脉冲下纳米氧化铝掺杂对聚酰亚胺介电性能的影响

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高电压技术 2015年第6期41卷 1929-1935页

作者：吴广宁刘洋罗杨古圳高国强西南交通大学电气工程学院成都610031

为了研究方波条件下纳米al2o3对pi膜介电性能的影响,将粒径为60 nm的al2o3纳米粒子作为无机填料添加到pi基体中,制作了掺杂量质量分数为1%,2%,5%,7%,10%的pi薄膜。测量了pi/al2o3薄膜耐电晕性能和介电温度谱以及介电频谱,并用SEM镜观察... 详细信息

为了研究方波条件下纳米al2o3对pi膜介电性能的影响,将粒径为60 nm的al2o3纳米粒子作为无机填料添加到pi基体中,制作了掺杂量质量分数为1%,2%,5%,7%,10%的pi薄膜。测量了pi/al2o3薄膜耐电晕性能和介电温度谱以及介电频谱,并用SEM镜观察了放电前后pi/al2o3薄膜微观形貌。研究结果表明:al2o3纳米粒子的掺入提高了复合薄膜的耐电晕性能;pi/al2o3复合薄膜的相对介电常数(εr)与介质损耗正切(tanδ)值随着al2o3含量升高而升高,其tanδ值随着频率的增加先减小后增大,在200 Hz处有最小值。在同一频率下,pi/al2o3薄膜εr和tanδ表现出对温度的依赖性,tanδ在70℃与170℃附近出现两个峰值;且随着al2o3含量的增高,tanδ介电峰向高温方向移动。pi基体中高分子链缠结在纳米粒子周围,纳米粒子所引入的界面以及在聚合物中表现的"钉扎效应"是影响pi/al2o3复合薄膜介电性能的主要原因。

关键词： pi/al2o3复合薄膜电晕老化介电频谱介电温度谱 SEM分析平均放电量

聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜在电晕放电下的老化过程及击穿特点

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高电压技术 2016年第12期42卷 3941-3947页

作者：张明玉刘立柱翁凌崔巍巍田丰王诚哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨150040 哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080

为探讨电晕放电对复合薄膜绝缘的损伤过程,参照GB/T 22689—2008标准,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FTIR)研究了pi/al_2o_3薄膜在电晕放电下老化至击穿的整个过程。实验结果表明:随着电晕放电时间的延长,电晕破坏区的表... 详细信息

为探讨电晕放电对复合薄膜绝缘的损伤过程,参照GB/T 22689—2008标准,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FTIR)研究了pi/al_2o_3薄膜在电晕放电下老化至击穿的整个过程。实验结果表明:随着电晕放电时间的延长,电晕破坏区的表面被破坏的越来越严重,表面的有机物逐渐减少,氧化铝越来越多,膨松的氧化铝在表面形成了连续覆盖层。电晕老化击穿后形成的击穿孔为20μm左右的圆形孔洞,定位击穿孔的位置发现击穿孔并不在电晕放电破坏的区域内,而在中心处不易散热的区域,这说明电晕老化击穿并不是传统的电击穿和电化学击穿引起的,而是由于电晕放电产生的热量积累引起材料发生了热击穿。

关键词：聚酰亚胺 pi/al2o3复合薄膜电晕放电老化热积累击穿

方波脉冲下纳米氧化铝掺杂对聚酰亚胺表面放电特性影响

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中国电机工程学报 2016年第4期36卷 1141-1147页

作者：刘洋吴广宁高国强 AKRAM SHAEEL 钟鑫朱健西南交通大学电气工程学院四川省成都市610031

聚酰亚胺薄膜(polyimide,pi)以其卓越的介电性能广泛应用于变频电机匝间绝缘,纳米掺杂能改善pi膜的绝缘性能。为研究方波条件下纳米al_2o_3对pi膜表面放电特性的影响,文中将粒径为60nm的al_2o_3纳米粒子作为无机填料添加到pi基体中,制... 详细信息

聚酰亚胺薄膜(polyimide,pi)以其卓越的介电性能广泛应用于变频电机匝间绝缘,纳米掺杂能改善pi膜的绝缘性能。为研究方波条件下纳米al_2o_3对pi膜表面放电特性的影响,文中将粒径为60nm的al_2o_3纳米粒子作为无机填料添加到pi基体中,制作了掺杂量为1%,2%,5%,7%,10%的pi薄膜。测量了pi/al_2o_3薄膜耐电晕性能和局部放电次数随温度的变化,用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察了放电前后pi/al_2o_3薄膜微观形貌。利用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)测试了复合薄膜老化前后的化学键情况。研究结果表明:纳米al_2o_3在pi基体中弥散分布,pi/al_2o_3复合薄膜的红外吸收峰与纯pi膜基本一致,但吸收峰深度有所加强。老化4h后pi/al_2o_3分子链上的C-o-C(醚键)以及C-N-C(酰亚胺环)消失,其余化学键吸收峰有所减弱;al_2o_3纳米粒子的掺入提高了复合薄膜的耐电晕性能并减少了局部放电次数。并且温度的上升会导致局部放电次数减少。表面放电导致的化学键断裂是复合薄膜降解的主要原因,纳米粒子所引入的两相界面以及其优良的导热性能提高了复合薄膜的绝缘性能。

关键词： pi/al2o3复合薄膜电晕老化傅里叶红外光谱分析局部放电扫描电镜分析降解

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聚酰亚胺薄膜在电晕放电下击穿特点分析

绝缘材料 2017年第3期50卷 66-69,74页

作者：张明玉姜秀刚刘立柱张正中苏州工业职业技术学院电子与通信工程系江苏苏州215104 江苏沛县大屯煤电集团公司发电厂江苏徐州221611 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

为探讨电晕放电引起聚酰亚胺(pi)薄膜绝缘老化的原因,利用扫描电镜(SEM)分别研究了纯pi薄膜和pi/al_2o_3复合薄膜在电晕放电下老化击穿的特点,并通过重复电晕老化击穿实验统计了薄膜击穿位置出现的规律。结果表明:电晕老化击穿后纯pi薄... 详细信息

为探讨电晕放电引起聚酰亚胺(pi)薄膜绝缘老化的原因,利用扫描电镜(SEM)分别研究了纯pi薄膜和pi/al_2o_3复合薄膜在电晕放电下老化击穿的特点,并通过重复电晕老化击穿实验统计了薄膜击穿位置出现的规律。结果表明:电晕老化击穿后纯pi薄膜和pi/al_2o_3复合薄膜均形成了直径约为20μm的圆形击穿孔,统计击穿孔的位置发现大多数击穿位置集中在特定的圆心区和边缘区,只有少数击穿发生在电晕破坏环上,说明电晕放电对薄膜的破坏并不是引起薄膜最终老化击穿的主要原因,电晕放电产生大量的热量在薄膜上积累引发的热击穿导致薄膜最终发生了热老化击穿。

关键词：聚酰亚胺 pi/al2o3复合薄膜电晕放电老化击穿