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邓宏李波2015《近代电介质理论》DIELECTRIC STRENGTH AND INSULATION BREAKDOWN一、电介质击穿（Dielectric Breakdown ）UIOU bU b 为击穿电压（击穿电场E b =U b /d，d为介质厚度）导体电介质由绝缘体击穿时，当常数在低电压区满足：→⇒⇒∞→==Ubb dUdI U U dUdI击穿的分类：•本征击穿（Intrinsic Breakdown ）：电击穿；•非本征击穿：热击穿（Thermal Breakdown ）；•放电击穿（Discharge Breakdown ）•击穿是一种原子或分子聚集体的集体现象。
•“自愈现象”（Self-Healing ）：气体（包括一些液体介质），在电场的作用下被击穿，当外电场撤除后，气体介质又恢复其绝缘性能。
•固体介质的击穿是永久性的。
二、气体介质的击穿)/(2m A j )/(m V E IIIIII1E iE Sj bE 如电场很高，例如E>108V/m ，离子在电场中获得很高的能量而产生新的碰撞和电离，使N 随E 的增大指数增加，导致电流的指数增大。
1002003004001010 1010 10 10 10 1010100 HGFEV Vs与初始引发有关着火电压VDCA常见的放电形式：AC 段属于非自持放电-火花放电自持放电正常辉光放电区EF 段-辉光放电欠正常的辉光放电区CD 段-电晕放电起辉电压异常辉光放电FG 段弧光放电GH 段放电维持电压辉光放电发光区域及光强分布图当辉光放电时，在放电管内形成明暗交替的辉光放电区。
其中包括II 负辉区、III 法拉弟暗区、IV 正柱区（等离子区）、I 阴极光膜和V 阳极辉区五个发光区。
其中前两者发光较强，以负辉区发光最强，是作为PDP 的主要发光源，等离子体显示板工作在II 、III 、IV 形成的负阻区。
汤申特(Townsend) 碰撞游离理论1. 碰撞游离的必要条件：EVE q W L L L E q W E W W ii i =⋅≥∴⋅⋅=≥ 电荷的运动距离—为：的作用下所积累的能量一个电荷在电场（分子的游离能量）（电子的积累能量），且满足：金属电极表面逸出电子∵•多级碰撞，如果碰撞能量较小但之间间隔周期很短，可能使分子游离；•电子与受激的中性分子碰撞，中性分子回到零位状态，而电子被加速能量增大，可使下一个中性分子游离；•两个受激的分子碰撞，一个交出能量，而另一个获得能量而游离。
电火花加工技术在陶瓷加工中的应用柳新民, 柯宏发（国防科技大学）陶瓷材料、金属材料和有机高分子材料并列为当今三大固体材料。
其中陶瓷材具有强度高、硬度大、比重小、耐高温、抗氧化、抗磨耐蚀、热扩散率低、热膨涨系数小等优点，在机械、电子、航空航天等工业领域中得到越来越广泛的应用。
陶瓷材料具有一定的脆性。
并且硬度高，加工极为困难，严重地阻碍了陶瓷材料应用发展。
因此陶瓷材料的机械加工技术的研究日益受到世界各国的重视。
目前，陶瓷材料的精密加工通常采用金刚石砂轮磨削和电火花加工，但前者成本高，效率低，电火花加工技术则在各种难加工材料领域中获得广泛的应用。
本文概述电火花加工技术在陶瓷加工方面的具体应用。
一、陶瓷的电火花加工电火花加工所采用的脉冲放电能量密度高，适于加工那些普通机械加工方法难以加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。
它脉冲放电持续的时间极短，放电产生的热量传导扩散范围小，材料被加工表面受热影响的范围小。
而且加工时工具电与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，可用软的工具加工任何高硬度的料。
因此电火花加工降低了劳动强度，加工质量好，便于实现自动化。
国内外专家对陶瓷加工进行了大量的研究，并取得了一定的进展。
(一)加工导电性陶瓷工程陶瓷中的相当一部分具有一定的导电性，因而可用电火花直接加工。
瑞士一学者通过对不同的导电陶瓷进行电火花加工，发现适用于金属的电火花加工理论对导陶瓷却不适用，研究表明材料去除率和加工表面粗糙度，不仅取决于物理加工参数，—而且还与材料本身有关。
另有研究表明，当陶瓷材料的电阻率小于100Ω· cm时，对其进行有效的电火花加工。
对导电陶瓷的电火花加工，可采用普通的加工方法和设备，1．电火花线切割加工电火花线切割加工是研究得较多也是较为成熟的一种，一般的研究都是试图找出线切割加工的各种电参数与加工质量和加工效率之间的关系，国内也做了大量的工作。
最近，江苏理工大学朱曾采用普通的数控式线切割机对工程陶瓷A12O3-TiC线切割加工电参数进行优化试验，找出影响生产率和表面粗糙度的主要因素和较优组合。
特种加工不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。
它直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。
对于各种难切削材料的加工，各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工，薄壁、弹性元件等刚度、特殊零件的加工，传统加工手段难起效，而特种加工则不然。
因为特种加工与加工对象的机械性能无关。
如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏,耐腐蚀,高熔点,高强度、特殊性能的金属和非金属材料。
本文只是粗略介绍特种加工中的电火花加工、激光加工、超声波加工三种加工技术。
1.电火花加工电火花加工的物理本质：电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极互相靠近时，极间形成脉冲性火花放电，击穿极间电介质形成电火花通道，并在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属腐蚀下来。
在微观上，当脉冲电压施加到工具与工件电极之间时极间介质被击穿并形成一个极为细小的放电通道。
由于放电通道中电子和离子受到放电时的电磁力和周围液体介质的压缩，因此其截面积很小，通道中的电流密度极大可达104~107 A/cm2。
通道中的介质以等离子体状态存在，其离子与电子的数量几乎相等。
因此，该通道是电的良导体并呈电中性。
在极间电场作用下，通道中的正离子与电子高速地向阴极和阳极运动并发生剧烈碰撞，从而在放电通道中产生大量的热量;同时，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的高速冲击，动能也转换为热能，在电极放电点表面产生大量的热，整个放电通道形成一个瞬时热源其温度可达10000C左右。
这一热源足可以使参与放电的电极材料表面局部熔化和气化蒸发，金属的熔化、气化以及介质的汽化都具有明显的爆炸特征，爆炸力将熔化和气化的金属抛入周围的工作液介质中，在电极表面上就形成了蚀除凹坑。
介电击穿试验原理一、引言介电击穿是指电介质在强电场的作用下发生击穿的现象。
在电力系统和电子设备中，介电击穿是一种常见且重要的物理现象。
了解介电击穿的原理、影响因素以及测试方法对于预测和评估电气设备的性能和寿命具有重要意义。
本文将对介电击穿试验的原理进行详细阐述，以便更好地理解和应用这一领域的知识。
二、介电击穿试验的物理机制介电击穿主要涉及到电介质中的电子和离子的运动。
在强电场的作用下，电子和离子会获得足够的能量，克服介质中的势垒，导致电子或离子的迁移。
随着时间的推移，这种迁移会导致电介质中的电流密度增大，产生热量，并最终导致介质损坏或击穿。
介电击穿的物理机制主要包括以下几种：1.电子雪崩机制：在强电场的作用下，介质中的电子被加速获得高能量，并与介质分子碰撞产生更多的电子，形成电子雪崩，导致电流密度迅速增大。
2.热击穿机制：在持续的高电流密度下，介质产生大量的热量，导致介质温度升高。
当温度达到介质的热分解温度时，介质发生热击穿。
3.电化学击穿机制：在强电场的作用下，介质表面的离子或分子发生电化学反应，生成导电性较强的通道或产物，导致介质击穿。
三、介电击穿试验方法介电击穿试验的方法主要有以下几种：1.耐压测试：通过对电介质施加高于其击穿电压的电压，观察介质的击穿情况。
该方法简单直观，适用于大多数电介质。
2.脉冲电压测试：通过施加脉冲电压来模拟实际工作状态下的电压波形，以评估介质的性能。
该方法能够更真实地反映介质的实际工作情况。
3.谐振电压测试：通过施加具有特定频率的正弦波电压，使介质处于谐振状态，从而提高电压的测试值。
该方法主要用于测试高频或微波介质。
4.老化试验：将介质置于持续的高电压或高温条件下，模拟介质的实际工作情况，以观察介质的性能变化。
该方法能够评估介质的长期稳定性和可靠性。
四、影响介电击穿的因素介电击穿的过程受多种因素影响，主要包括以下几类：1.外部因素：主要包括电压波形、施加电压的频率、温度、压力和光照等环境因素。
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
介电强度（Dielectric Strength）和击穿强度（Breakdown Strength）是两个与材料电性能相关的重要参数。
介电强度（Dielectric Strength）：介电强度是指材料在电场作用下能够承受的最大电压强度，也可以理解为材料能够抵抗电场产生的电击的能力。
通常以电场强度的单位来表示，例如伏/米（V/m）或千伏/厘米（kV/cm）。
较高的介电强度意味着材料在电场中能够更好地绝缘，不容易发生电击或击穿现象。
击穿强度（Breakdown Strength）：击穿强度是指材料在电场作用下发生击穿的临界电场强度。
当电场强度超过材料的击穿强度时，电击穿现象会发生，导致材料的绝缘性能失效。
击穿强度通常以电场强度的单位来表示，例如伏/米（V/m）或千伏/厘米（kV/cm）。
较高的击穿强度意味着材料在电场作用下更难发生击穿现象。
介电强度和击穿强度是评估材料绝缘性能和耐电击性能的重要指标。
不同材料的介电强度和击穿强度可能存在差异，取决于材料的特性和组成。
在电力工程、电子设备和绝缘材料领域，对介电强度和击穿强度的研究和测试非常重要，以确保材料在电场中的安全和可靠性。
