微间隙放电机理与高沿面绝缘强度微堆层绝缘表面低温等离子体处理工艺的研究

Study on the law of the micro-gap(less than 1mm, metal-Insulation-metal) surface flashover, research on electron emission under high electrical field and secondary electron in movement process, reveal the reason of high flashover electrical field on micro-gap insulation and the basic physical processes of micro-gap flashover,master the new advanced micro-stacked insulator design principles and methods.The key of improvement flashover electrical field of micro-stacked insulator are surface treatment.Low temperature plasma treatment technology is the way to achieve the aim. research on low temperature plasma energy even and controllable,low-temperature plasma with metal and insulation material, Interaction characteristics and mechanism of low-temperature plasma with metal and insulation material.The basis of the above study, developed a new high-performance micro-stack structure insulators.The new micro-stacked insulator will greatly increase the vacuum flashover field.Insulator can be directly applied on accelerator, to improve the quality and efficiency of the beam transport.The mechanism of the results of research can be used in many areas. such as aerospace, micro-nanofabrication, MEMS. The development of dielectric physics, high voltage insulation and electric vacuum physics will be promoted.

从微间隙(小于1mm)下金属-绝缘-金属的沿面闪络规律入手，研究微间隙强电场作用下电子发射及二次电子运动过程，揭示微小间隙绝缘高沿面闪络强度的原因和微间隙沿面闪络的基本物理过程，掌握目前新型先进的高沿面绝缘强度微堆层绝缘子的设计原理和方法。同时以低温等离子体处理为技术手段，针对微堆层绝缘实现高沿面闪络场强的关键技术问题：表面处理方法和工艺，进行能量均匀可控低温等离子体产生、不同环境中低温等离子体与金属及绝缘材料相互作用规律和机理的深入研究，以促进高沿面强度微堆层绝缘子的实际应用。以上述研究为基础，研制出高性能新型微堆层结构绝缘子。新型微堆层绝缘子将大幅度提高真空闪络特性，可直接应用于脉冲功率加速器，提高其束流传输质量和效率。机理研究的成果对航天、微纳加工、MEMS等领域的绝缘设计也具有重要指导意义，推动电介质物理、高电压绝缘和真空电物理等学科的发展。

微堆层结构绝缘是一种具有较高的真空沿面闪络电压，在加速器、脉冲功率电源及高压设备关键部件等方面应用有着很好的应用前景。建立真空闪络试验平台，包括高压真空试验腔、真空系统、显微观测系统、脉冲电源的改进、微间隙试验样品设计加工方法。研究脉冲作用下微小间隙绝缘真空闪络的特性及机理，提出微堆层设计的指导原则。开展放电等离子体与金属相互作用的规律性研究，对微堆层样品的制备和表面处理方法进行研究，提出新的微堆层制备工艺和放电等离子体处理微堆层结构绝缘材料表面的工艺方法。在此基础上采用DBD放电等离子体、射流等离子体的方法处理微堆层样品表面，研究其表面形貌及闪络特性的变化规律。研制出经过表面处理闪络场强提高约40%的微堆层绝缘样品。发布微堆层绝缘材料制备专利1项及表面处理工艺的专利1项。