等离子体处理绝缘材料提高真空沿面耐压性能的方法

摘要

一种等离子体处理绝缘材料提高真空沿面耐压性能的方法，所述的方法利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生低温等离子体，在有机玻璃表面形成憎水表面结构；改变有机玻璃绝缘材料表面的粗糙度和表面能，通过表面改性降低二次电子发射系数，从而提高有机玻璃在真空条件下的沿面耐压性能。

主权项

一种等离子体处理绝缘材料提高真空沿面耐压性能的方法，所述的方法利用金属电极在脉冲电源激励下放电产生等离子体，在有机玻璃表面形成憎水表面结构；通过等离子体中高能粒子的刻蚀作用和等离子体中的活性离子在绝缘材料表面发生的聚合和接枝作用，提高了绝缘材料表面的粗糙度，改变了绝缘材料表面的分子结构，降低了材料表面能，降低了材料的二次电子发射系数，从而提高了绝缘材料在真空条件下的沿面耐压性能，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1：清洗有机玻璃材料，测量材料表面的原始水接触角；选取一块50×50×2mm规格的有机玻璃作为待处理的绝缘材料；将作为待处理绝缘材料的有机玻璃顺序置于去离子水、酒精、超声波清洗仪和去离子水中清洗，去除其表面杂质，然后放置于干燥箱中烘干；在清洗后的有机玻璃表面滴2μL去离子水液滴，测量水液滴与作为待处理绝缘材料的有机玻璃表面的接触角度，测量八次，取其算术平均值；步骤2：根据采用的表面改性的处理方法选用放电电极和激励电源；选择对有机玻璃进行表面改性处理的装置；1)、对有机玻璃进行表面改性处理的装置为介质阻挡电极或等离子体射流电极；介质阻挡放电方式采用介质阻挡电极，等离子体射流放电方式采用等离子体射流电极；(1)所述的介质阻挡电极主体为两块铝制电极，分别为施加电压电极和接地电极；选取两块100×100×2mm规格的有机玻璃作为介质阻挡电极中的介质阻挡层；将两块有机玻璃分别依次置于去离子水、酒精、超声波清洗仪和去离子水中清洗，去除其表面杂质，并放置于干燥箱中烘干；然后将两块有机玻璃分别接触施加电压电极和接地电极并固定；施加电压电极与接地电极相对布置于玻璃真空腔内，施加电压电极固定在玻璃真空腔内的顶部，通过导线将施加电压电极引出用于连接脉冲电源，接地电极固定在玻璃真空腔内的底部，通过导线引出用于接地；玻璃真空腔顶部配有进气口，底部配有排气口并外接真空泵；(2)所述的等离子体射流电极由同轴布置的玻璃管和针状电极组成，玻璃管的一端塞有中央开孔的皮塞，针状电极穿过中央小孔与玻璃管同轴布置；针状电极为施加电压电极，其一端伸出带孔皮塞1cm，针状电极的另一端距离与皮塞相对的玻璃管口3–4cm；玻璃管腹部靠近皮塞的一端设有进气口，形成T型结构；2)、选取放电激励电源；放电激励电源选用纳秒脉冲电源或微秒脉冲电源；激励电源选定后，将电源高压输出端与所选用的放电电极的施加电压电极相连接，将电源接地端接地；纳秒脉冲电源输出波形为单极性类三角波脉冲，脉宽100ns，上升沿70ns，通过控制输入电压的大小控制激励电源输出0～40kV的脉冲电压，频率由外部触发器控制，在0～1000Hz内调节；纳秒脉冲电源的工作参数为电压峰值35～40kV，频率250～1000Hz；微秒脉冲电源脉冲上升沿为1μs，脉宽2μs，工作电压在0～35kV连续可调，频率为1～10kHz；微秒脉冲电源的工作参数为电压峰值10～25kV，频率3000～5000Hz；利用介质阻挡放电方式处理有机玻璃时，以能够保证介质阻挡放电均匀发生为原则选择电源参数；利用等离子体射流放电方式处理有机玻璃时，以能够保证等离子体射流稳定地喷出玻璃管口为原则选择电源参数；步骤3：选择处理媒介进行材料表面改性处理；改性处理的媒介选取二甲基硅油或四氟化碳(CF₄)；(1)选用介质阻挡放电方式处理有机玻璃时，若采用二甲基硅油作为处理媒介，则无需对玻璃真空腔抽气；首先在经步骤1清洗的作为待处理绝缘材料的有机玻璃表面均匀涂覆一层二甲基硅油；然后将作为待处理绝缘材料的有机玻璃置于介质阻挡电极接地电极的有机玻璃上，直接在大气压空气条件下对作为待处理绝缘材料的有机玻璃进行改性处理；若采用四氟化碳作为处理媒介，首先将经步骤1清洗的作为待处理绝缘材料的有机玻璃置于介质阻挡电极接地电极的有机玻璃上；然后利用真空泵抽取玻璃真空腔内的空气，当真空度达到10^‑3Pa量级后，按照Ar流量4L/min，CF₄流量0.4L/min的比例通过玻璃真空腔底部的进气口向玻璃真空腔内通入气体直至大气压；利用选定的电源激励介质阻挡放电，对放置在接地电极有机玻璃上的作为待处理绝缘材料的有机玻璃进行改性处理；(2)选用等离子体射流放电方式处理有机玻璃时，若采用二甲基硅油作为处理媒介，首先在经步骤1中清洗后的作为待处理绝缘材料的有机玻璃表面均匀涂覆一层二甲基硅油；然后通过玻璃管腹部的进气口向玻璃管中通入He气，在材料处理过程中保持气体流量为4L/min，直到处理过程结束；利用产生的等离子体射流处理该块作为待处理绝缘材料的有机玻璃；若采用四氟化碳作为处理媒介，则在材料处理过程中始终保持通过所述的进气口向玻璃管中通入Ar流量4L/min，CF₄流量0.3L/min，O₂流量0.2L/min的气体；利用产生的等离子体射流，直接对经步骤1清洗后作为待处理绝缘材料的有机玻璃表面进行改性处理；步骤4：后期处理；(1)若选择二甲基硅油作为处理媒介，将改性后的有机玻璃取出后，在酒精和去离子水中进行清洗，去除有机玻璃表面的二甲基硅油；(2)若选择四氟化碳作为处理媒介，将改性后的有机玻璃取出，在去离子水中浸泡一段时间后取出。