一种基于等离子体射流的表面裂纹精准修复装置和方法

1.本发明涉及一种固体介质表面裂纹精准修复方法，特别涉及一种基于大气压等离子体射流的固体介质表面裂纹精准修复方法。


背景技术：

2.户外绝缘固体介质作为电位隔离，机械支撑的关键材料，在长期服役条件下，易受电晕放电、沿面闪络、机械应力等影响，其大分子链发生断键或过交联，其表面不可避免地会发生硬化、粉化、划痕等裂纹等老化现象，这改变了绝缘表面的电场分布，成为水滴、污垢等杂质潜在的位点，从而降低绝缘的可靠性，严重影响电力系统的安全可靠运行。
3.针对绝缘表面裂纹类缺陷，一般通过绝缘表面涂敷技术修复绝缘表面损伤，如硅油硅脂涂料、地蜡机油涂料以及广泛应用的室温硫化硅橡胶rtv。然而，由于涂料与绝缘基体在分子结构的相互独立性以及多步涂敷工艺的繁琐性，常规表面涂覆方法仅从宏观尺度完成对绝缘表面缺陷的遮蔽，这造成单纯涂敷的物理修复手段“治标不治本”；而针对绝缘表面局部缺陷所采用的大面积过盈涂敷方法，同时引入了宏观界面，产生绝缘表面电场畸变，造成绝缘子面临再次失效的潜在风险。
4.近些年，学者们通过微胶囊包覆修复剂、硅氧烷注入填充技术，利用特殊增强相即“修复相”的靶向化学反应实现了绝缘本体内部裂纹缺陷的修复。上述靶向化学反应修复绝缘本体内部缺陷技术为绝缘表面损伤修复技术提供了思路，但上述技术较难直接应用于户外绝缘表面的裂纹修复。一方面，本体掺杂型自修复材料的化学反应需要较为苛刻的反应条件，固化修复时间达数小时；另一方面，高分子硅橡胶材料与有机修复剂直接接触会出现典型的“溶胀”现象，危害材料的电气绝缘性能。亟须需一种考虑修复剂与材料表面微观反应而可靠接枝成键的化学修复方法，实现对绝缘表面细长且分布式裂纹的精准与快速修复。
5.针对材料改性装置，已有专利公开了相关方案。一种固体绝缘表面裂纹修复方法及其修复装置cn202110144983.6利用微波等离子体射流实现对绝缘表面裂纹修复，但是其射流反应器位置固定无法对分布式裂纹进行处理，其单一前驱物甲基硅氧烷或氧化铝溶液不存在自聚合反应，仅属于等离子体喷涂修复，无法保证有效的化学修复。
6.一种集成电路修复方法cn202010898353.3采用聚焦离子束fib工艺对目标区域内的金属互连结构进修复，但这种方法属于刻蚀工艺，去除位于目标区域上的存储阵列层，而非对缺陷的修复填补。
7.应用在其他领域的等离子体修复，已有专利公开了相关方案。一种土淋放电等离子体修复有机污染土壤的方法与装置cn201910306533.5通过放电等离子体产生的活性物质接触并发生物理化学反应，使土壤中的有机污染物得到降解或矿化处理，降低污染土壤毒性水平，但这种方式无法实现对固体介质材料裂纹的修复。


技术实现要素：

8.1.所要解决的技术问题：常规涂敷技术过盈处理，需等待涂层固化，处理效率低，运维时间长；化学修复法由于修复剂对环境要求较高，无法直接应用于固体绝缘介质的表面裂纹修复；针对分布式的不规则裂纹，缺乏精准修复装置；现有技术中所选择的反应媒质或前驱物仅实现裂纹填充，不满足对裂纹缝隙三维修复与填充的需求。
9.2.技术方案：为了解决以上问题，本发明提供了一种基于等离子体射流的表面裂纹精准修复装置，包括气体瓶和射流反应器，所述气体瓶的气体通过管道分三路，每路都设有一个流量计，分别为流量计a、流量计b和流量计c，其中流量计a和媒质a洗气瓶串联，流量计b和媒质b洗气瓶串联， 三路气体都进入混气箱，所述混气箱的出口和射流反应器的入口连接，所述射流反应器经等离子体激励源作用下发生放电，产生等离子体体羽，所述等离子体羽用于固定介质表面裂纹修复，媒质a为甲氧基硅烷，所述媒质b为去离子水。
10.所述气体瓶通过塑料三通接头a将输出气体一分为二，一路流向流量计a，带出媒质a洗气瓶中的媒质a进入混气箱，另一路通过塑料三通接头b再一分为二，一路流向流量计b，带出媒质b洗气瓶中的媒质b进入混气箱另一路连接流量计c，所述流量计c直接与混气箱相连。
11.还包括机械臂，所述机械臂和射流反应器连接，带动射流反应器移动。
12.通过流量计a与流量计b分别控制反应媒质a、媒质b吹入混气箱的质量比在8：1~10：1之间。
13.所述流量计c控制反应气体流速，反应气体为ar气，气体流速.0.8-1.2 l/min之间。
14.气体通过鼓泡法带出媒质a洗气瓶中的媒质a和媒质b洗气瓶中的媒质b进入到混气箱。
15.所述射流反应器通过环形聚四氟乙烯套固定在机械臂上。
16.本发明还提供了通过所述的基于等离子体射流的表面裂纹精准修复装置修复的方法，包括如下步骤：将需修补的固体绝缘介质置于射流反应器下方，打开减压阀，气体一路通过流量计a，带动媒质a进入混气箱，一路通过流量计b，带动媒质b进入混气箱，一路通过流量计c进入混气箱，在混气箱中媒质a、媒质b、反应气体充分混合后，通入射流反应器，经过等离子体激励源作用下发生放电，产生等离子体体羽对准裂纹，通过机械臂的移动实现对裂纹的精准修复。
17.所述裂纹为不规则形状。
18.3.有益效果：本发明基于大气压等离子体射流技术，解决固体绝缘表面裂纹修复中过盈涂敷、物理涂敷、化学修复剂在材料表面稳定性差等问题，实现对绝缘材料表面损伤的精准修复与化学愈合，延长固体绝缘介质的使用寿命，提高其运行可靠性。
附图说明
19.图1是等离子体射流精准修复绝缘表面裂纹装置。
20.图2是等离子体修复前后对比图。
21.附图标记说明；1气体瓶，2减压阀，3流量计a，4流量计b，5流量计c，6媒质a洗气瓶，7媒质b洗气瓶，8混气箱，9射流反应器，10环形聚四氟乙烯套，11机械臂，12等离子体激励源，13固体绝缘介质，14管道，15塑料三通接头a，16塑料三通接头b，17等离子体体羽，18裂纹。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
23.如图1所示，一种基于等离子体射流的表面裂纹精准修复装置，所述气体瓶1的气体通过管道14分三路，每路都设有一个流量计，分别为流量计a3、流量计b4和流量计c5，其中流量计a3和媒质a洗气瓶6串联，流量计b4和媒质b洗气瓶7串联， 三路气体都进入混气箱8，所述混气箱8的出口和射流反应器9的入口连接，在混气箱8内媒质与反应气体充分混合通入射流反应器9。
24.所述射流反应器9经等离子体激励源12作用下发生放电，产生等离子体体羽17，所述等离子体羽17用于固定介质表面裂纹修复，媒质a为甲氧基硅烷，所述媒质b为去离子水。
25.在一个实施例中，气体分为三路的具体方式为：塑料三通接头a15将气体瓶1输出气体一分为二，一路通向流量计a3，通过鼓泡法带出媒质a洗气瓶6中的媒质a进入混气箱8；另一路通向塑料三通接头b16一分为二，随后分别通入流量计b4和流量计c5。
26.流量计b4与媒质b洗气瓶b7相连，回路中的气体通过鼓泡法将媒质b带出进入混气箱8；流量计c5直接与混气箱8相连。
27.在一个实施例中，还包括一个机械臂11，所示机械臂一端固定在射流反应器9上，通过机械臂的移动实现对不规则裂纹的精准修复。射流反应器9通过环形聚四氟乙烯套10固定在机械臂11上，保证高压引线与机械臂金属结构间的绝缘性能。
28.为了更好的效果修复效果，通过流量计a3与流量计b4分别控制反应媒质a、媒质b吹入混气箱8的质量比在8：1~10：1之间。
29.所述流量计c5控制反应气体流速，反应气体为ar气，气体流速0.8-1.2l/min之间。
30.等离子体射流作用于绝缘材料表面时，会氧化材料表面，在分子链中引入含氧的极性官能团，实现对绝缘材料表面活化。以硅橡胶绝缘为例，其硅氧烷分子骨架的支链一般存在甲基-ch3或乙烯基-ch=ch2，在等离子体作用下支链化学键被打开，引入了含氧羟基基团-oh，如式1和式2所示：。
31.于此同时反应媒质a与反应媒质b在等离子体作用下加速在绝缘表面裂纹处形成外援型增强相，其中包含-och3基团的甲氧基硅烷在等离子体作用下加速与水之间发生的水解反应形成硅醇，如式3所示，其中ph为苯基，
。
32.硅醇因高活性si-oh基团的存在，使硅醇与硅醇之间会发生缩合反应形成硅氧烷低聚物，如式4所示：。
33.硅氧烷低聚物链端的羟基与绝缘材料裂纹表面的羟基相互吸附而形成氢键，进而接枝共聚使硅氧烷低聚物与绝缘材料之间形成共价键。同时，硅醇与硅醇之间交联固化，形成三维网状结构而实现裂纹的修复，如式5所示：。
34.本发明还提供了通过所述的基于等离子体射流的表面裂纹精准修复装置修复的方法，包括如下步骤：将需修补的固体绝缘介质置13于射流反应器9下方，打开减压阀2，气体一路通过流量计a3，带动媒质a进入混气箱8，一路通过流量计b4，带动媒质b进入混气箱8，一路通过流量计c5进入混气箱8，在混气箱8中媒质a、媒质b、反应气体充分混合后，通入射流反应器9，经过等离子体激励源12作用下发生放电，产生等离子体体羽17对准裂纹18，通过机械臂11的移动实现对裂纹的精准修复。
35.由于机械臂可以多个方向移动，所以所述裂纹为不规则形状的时候，依然能过对裂纹18进行精准修复。
36.图2是修复前后的对照图，从图2左右是修复前，图2的右边是修复后，从图中可以看出，经过修复后，固体介质表面裂纹完全修复。