专利名称：一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质及测试方法
技术领域：
本发明属于功能材料及击穿场强测试技术领域，尤其是一种提高以铌酸铅，铌酸钠为陶瓷相，二氧化硅为玻璃相的高介电常数玻璃陶瓷的脉冲击穿性能的测试介质，特别涉及一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质及测试方法。
背景技术：
随着脉冲功率技术的发展，脉冲功率系统小型化、轻型化成为一个新的发展方向。 储能器件作为脉冲功率系统中重要的储能部件，其储能密度的提高有着重要意义。采用高介电常数( 180)，高击穿场强(Eb > 50kV/mm)玻璃陶瓷作为储能器件的储能介质可以有效地减小其体积。具有高击穿特性玻璃陶瓷在脉冲功率技术领域展现出了良好的应用前景，成为科研工作者研究的热点。由于玻璃陶瓷具有远高于烧结陶瓷的击穿场强，一般的击穿测试方法并不适合玻璃陶瓷的击穿测试。对于普通的绝缘介质，为了防止测试过程中样品沿面击穿，脉冲击穿测试通常在液体绝缘介质(如硅油，变压器油)中进行。然而，在我们对玻璃陶瓷进行脉冲击穿性能测试过程中发现，采用低介电常数0 ；3)的硅油作为测试介质，测试介质先于样品击穿，这就使得玻璃陶瓷脉冲击穿场强的测量值低于其真实值。因此，提供一种能够有效提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的液体测试介质，就成为该技术领域急需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质。一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质，其特征在于，该测试介质为丙三醇。该测试介质具有 42. 5的介电常数以及 20kV/2. 5mm的击穿场强。—种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试方法，其特征在于，该方法步骤如下(1)制备玻璃陶瓷样品；(2)在步骤(1)所得的玻璃陶瓷样品两面分别镀金膜，作为待测电容器的电极；(3)将步骤⑵所得的电容器放入测试介质中测量其脉冲击穿场强，所述测试介质为丙三醇(GE)。步骤⑴的玻璃陶瓷样品采用传统切割、磨薄、抛光方法制备。步骤(1)制备的玻璃陶瓷样品的厚度为0. 05 0. 4mm。步骤⑵玻璃陶瓷样品两面镀的金膜厚度为1 3 μ m。本发明的有益效果为通过不同厚度玻璃陶瓷电容器在不同介电常数，不同击穿场强的液体介质中的脉冲击穿性能测量实验，选择出一种能够有效提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能而使其脉冲击穿强度的测量值接近其理论值的液体测试介质。不同的液体介质中不同厚度的玻璃陶瓷样品的脉冲击穿强度为45 106kV/mm。尤其是高介电常数5)的丙三醇可以有效地提高玻璃陶瓷的脉冲击穿性能，从而使不同厚度玻璃陶瓷样品的脉冲击穿强度可提高到70 106kV/mm，更接近其理论值。很好的满足了高介电常数玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试要求，非常适合作为固体高介电常数材料的脉冲击穿测试介质。
图1是玻璃陶瓷样品在不同测试介质中的击穿位置(a)硅油(SO)，(b)变压器油 (TO), (C)蓖麻油与变压器油的混合油(SCO), (d)丙三醇(GE)。图2是不同厚度的玻璃陶瓷样品在不同测试介质中的脉冲击穿场强。
具体实施例方式下面通过附图(表)和具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。制作击穿测试样品将玻璃陶瓷样品(玻璃陶瓷样品为以铌酸铅，铌酸钠为陶瓷相，二氧化硅为玻璃相的玻璃陶瓷，其中，铌酸钠，铌酸铅以及二氧化硅的比例为4 1 6)经过切割和抛光制成厚度为0. 05 0. 4mm的若干样品进行击穿场强测试，经抛光的样品上下两面镀厚度为 1 μ m的金膜作为电容器的电极，测试其性能。脉冲击穿性能测试实施例1本实施例制备的玻璃陶瓷样品厚度分别为0. 120mm、0. 143mm、0. 266mm和 0. 308mm。样品的脉冲击穿性能由 Tektronix AFG 3021 Arbitrary/Function Generator (Beaverton,OR)和 Trek Model 30/20A 高压放大器(Beaverton,OR)来测试。对样品的单个脉冲加压方式为三角波。开始脉冲三角波的峰值电压(VMax)为3kV，其后的每个脉冲的峰值电压(VMax)以300V递增直到样品击穿。在本实施例中选择硅油(SO)(不同液体测试介质性质如表1所示)作为测试介质来避免样品边缘飞弧的产生。样品的击穿位置如图1(a)所示。在硅油中测试的厚度为 0. 120mm、0. 143mm、0. 266mm 和 0. 308mm 的样品的击穿场强分别为 62. 0kV/mm、59. 0kV/mm、 55. 0kV/mm和46. 7kV/mm，不同测试样品的击穿场强在46kV/mm 62kV/mm之间(如图2所示)°实施例2本实施例制备的玻璃陶瓷样品厚度分别为0. 082mm、0. 190mm、0. 234mm、0. 290mm 禾口 0. 383mm。测试样品的脉冲击穿性能的加压方式与实施例1相同。本实施例中选择变压器油(TO)(性质如表1所示)作为测试介质，样品的击穿位置如图1 (b)所示。在变压器油中测试的厚度为0. 082mm、0. 190mm、0. 234mm、0. 290mm和0. 383mm的样品的击穿场强分别为 65. 9kV/mm、58. 4kV/mm、55. lkV/mm、52. 8kV/mm 和 47. 4kV/mm，不同厚度样品的击穿场强在 47kV/mm 66kV/mm之间(如图2所示)，较实施例1有所提高。实施例3本实施例制备的玻璃陶瓷样品厚度分别为0. 098mm、0. 132mm、0. 239mm、0. 280mm, 0. 308mm 和 0. 330mm。
测试样品的脉冲击穿性能的加压方式与实施例1相同。本实施例中选择蓖麻油和硅油的混合液(SCO)(性质如表1所示)作为测试介质，样品的击穿位置如图1(c)所示。在蓖麻油和硅油的混合液中测试的厚度为0. 098mm、0. 132mm、0. 239mm、0. 280mm,0. 308mm和 0. 330mm 样品的击穿场强分别为 74. 0kV/mm、70. 7kV/mm、67. 7kV/mm、62. 2kV/mm、59. lkV/mm 和52. 3kV/mm，不同厚度样品的击穿场强有所提高，在52kV/mm 74kV/mm之间(如图2所示)°实施例4本实施例制备的玻璃陶瓷样品厚度分别为0. 108mm、0. 141mm、0. 163mm、0. 191mm、 0. 242mm>0. 290mm 和 0. 350mmo测试样品的脉冲击穿性能的加压方式与实施例1相同。本实施例中选择丙三醇 (GE)(性质如表1所示)作为测试介质，样品的击穿位置如图1 (e)所示。在丙三醇中测试的厚度为 0. 108mm、0. 141mm、0. 163mm、0. 191mm、0. 242mm、0. 290mm 和 0. 350mm 的样品的击穿场强分别为 105. 6kV/mm、102. 9kV/mm、98. 6kV/mm、85. 0kV/mm、86. 3kV/mm、77. 6kV/mm 和 70. 3kV/mm。不同厚度样品的击穿场强在70kV/mm 106kV/mm之间(如图2所示)。表1是不同液体测试介质的性质
权利要求
1.一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质，其特征在于，该测试介质为丙三醇。
2.根据权利要求1所述的一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质，其特征在于， 该测试介质具有 42. 5的介电常数以及 20kV/2. 5mm的击穿场强。
3.一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试方法，其特征在于，该方法步骤如下(1)制备玻璃陶瓷样品；(2)在步骤(1)所得的玻璃陶瓷样品两面分别镀金膜，作为待测电容器的电极；(3)将步骤( 所得的电容器放入测试介质中测量其脉冲击穿场强，所述测试介质为丙三醇。
4.根据权利要求3所述的一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试方法，其特征在于， 步骤(1)的玻璃陶瓷样品采用传统切割、磨薄、抛光方法制备。
5.根据权利要求3所述的一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试方法，其特征在于， 步骤(1)制备的玻璃陶瓷样品的厚度为0. 05 0. 4mm。
6.根据权利要求3所述的一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试方法，其特征在于， 步骤( 玻璃陶瓷样品两面镀的金膜厚度为1 3μπι。
全文摘要
本发明公开了属于功能材料及击穿场强测试技术领域的一种提高玻璃陶瓷脉冲击穿性能的测试介质及测试性能。该测试介质为丙三醇，具有≈42.5的介电常数以及≈20kV/2.5mm的击穿场强。测试方法为制备玻璃陶瓷样品，将所得的玻璃陶瓷样品两面分别镀金膜，作为待测电容器的电极；将所得的电容器放入测试介质中测量其脉冲击穿场强，所述测试介质为丙三醇。本发明提出的测试介质丙三醇非常适合作为固体高介电常数材料的脉冲击穿测试介质。
文档编号G01N27/92GK102435671SQ201010297448
公开日2012年5月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者唐群, 张庆猛, 杜军, 罗君, 韩东方 申请人:北京有色金属研究总院