基于二元布气的大气压等离子体沉积TiO_2功能层提高陶瓷表面绝缘性能

作者：赵鸣鸣; 于维鑫; 孔飞; 章程; 程显; 邵涛

来源：电工技术学报, 2022, 37(13): 3404-3412.

DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210609

• 大气压等离子体
• 沉积氧化铝
• 陶瓷TiO_2
• 表面电荷
• 闪络电压

真空/固体介质界面的绝缘性能相对较低，真空沿面闪络现象时有发生，严重威胁高压电气设备、脉冲功率系统的安全可靠运行。为提高陶瓷材料在真空中的表面绝缘性能，该文采用大气压等离子体沉积技术，以钛酸四乙酯与乙醇的混合溶液为前驱物，利用二元布气的反应器在陶瓷表面沉积二氧化钛（TiO2）薄膜。通过调控沉积条件，得到均匀致密的TiO2功能层，并对沉积改性前后材料表面的理化特性、表面电荷特性、电荷陷阱分布以及在真空中的沿面闪络特性进行测量和表征。实验结果表明：当基底温度为25℃时，大气压等离子体沉积处理在陶瓷表面引入TiO2功能层后，样品表面陷阱能级最低，电荷消散速度最快，与未处理样品相比，闪络电压提高39%；当基底温度升高至80℃时，TiO2功能层致密均匀，样品表面陷阱能级最高，电荷陷阱逐渐变为深陷阱，闪络电压提高58%。通过大气压等离子体改性技术在绝缘材料表面沉积TiO2功能层，能够有效提高陶瓷的表面绝缘性能，为后续工程应用提供新的改性途径。