绝缘体材料及其制造方法

专利名称：绝缘体材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种绝缘体材料、 一种绝缘体装置、 一种用于制造绝缘体
材料和绝缘体装置的方法以及用于嵌入绝缘体材料中的气泡(alveole),具 体而言，涉及能够提供改善的重量轻的绝缘体材料和绝缘体装置的绝缘体 材料和绝缘体装置以及其制造方法。
背景技术：
在特定的应用中，需要重量轻的绝缘体材料，尤其是在暴露于大加速 度时，例如在计算机断层摄影装置中，高压部件以高速旋转，这会导致组 件的高的径向加速度。因此，需要一种重量轻的材料，以便减小运动质量， 从而减小由于高的径向加速度导致的力。从EP 1 176 856知道，将固体高 压绝缘材料用作一种填料，该材料例如基于环氧树脂，其应当具有小重量 的中空微球。对于理想的高压构造而言，必需要权衡这些中空微球的设计 参数。为了通过例如玻璃的微球的给定材料得到最低的重量，实现具有薄 壁厚度的较大中空微球是有用的，在将这些微球作为填料连同硬化剂和像 偶联剂等其他成份放入环氧树脂中时，可得到最低的总重量。
然而，微球的直径影响介电强度，直径越大，由于部分放电(PD)而 使耐电强度越低，在形式为由气体填充的中空微球的气态空间中，由于电 场增强，在固体材料内部的气体包围中会发生这种情况。这些部分放电从 特定点火电压开始发生，这取决于中空微球之内加速隙处的气体压力，部 分放电开始电离过程，电离过程导致电子雪崩，击中微球的内表面。理论 上这一过程被称为部分放电过程。从一定时间内一定能量开始，由部分放 电导致的这种电侵蚀过程首先根据壁厚破坏例如玻璃的中空微球的壁，接 下来破坏包围的环氧树脂基质，导致绝缘材料完全击穿。从其他固体绝缘 材料，例如用于具有聚合物绝缘材料的高压电缆的材料，也知道有这些效 应。为了防止部分放电，必需要将中空微球的直径以及其中的加速隙减小 到不会发生部分放电的量。由于取决于生产工艺，中空微球标称填充有例
如空气、N2、 C02、 S02的气体，对于计算部分放电点火电压而言所谓的 Paschen定律是有效的。对于小的加速隙和低压而言，点火电压与气体压力 p乘以加速隙距离d成比例，其中，加速隙对应于空心球体的直径。
这意味着必需要使压力或直径的任一个为零，以得到防止部分放电的 最高点火电压。点火电压必需要高于正常电压，正常电压是从内部分压器 所分的总构成施加到特定微球的，这对应于部分放电击穿的理论。
减小直径意味着壁厚与气体填充体积的关系变差，由此总的混合材料 重量升高。

发明内容
有鉴于此，可以将提供一种在重量和介质强度方面具有充分高性质的 高压绝缘材料视为本发明的目的。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题解决的，其中，在从属权利 要求中包括有利实施例。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种气泡，所述气泡具有包封空 腔的壁，其中，气泡的壁包括气孔，气孔的尺寸允许气体分子通过气泡壁， 并阻止聚合物分子从气泡外部传递到内部。
利用具有多孔壁结构的气泡，壁具有气孔，孔的直径能够使像空气、 N2、 C02、 S02的气体分子通过但足够小，使得像例如环氧树脂及其硬化 剂成分的典型热固性材料的聚合物链不能通过，可以将这些气泡用作绝缘 材料之内的填料。可以对气泡抽真空，使得气泡之内的气体可以从气泡的 空腔逃逸，同时避免聚合物分子进入，以维持气泡中的真空。
根据本发明的示例性实施例，该气泡具有气孔，气孔的尺寸允许气体 分子从所述气泡内部传递到外部，其中，所述气体分子选自由N2、 C02和 S02构成的组。
应当指出，仅仅出于定义气泡壁中气孔直径的目的给出了所述气体分 子，特别是因为上述气体是在生产像中空玻璃球的气泡期间产生的。气泡 也可以具有能够让其他气体分子，尤其是在制造中空气泡期间产生的那些气体分子通过的气孔。应当指出，可以将气泡视为开放多孔泡沫结构，该 结构具有多个子空腔，且考虑到相应气体分子的有效截面确定气孔尺寸的 量。可以认为抽真空过程类似于通过膜扩散。气孔的截面可以取决于气体
分子的种类和温度，即，尽管气体分子的几何直径可能小于例如1 nm (纳 米)(例如，N2分子的直径为大约0.31 nm， 02分子的直径为大约0.36 nm)， 但分子的有效截面可以大得多。于是，必需要将气孔的几何尺寸设计得大 于相应分子的几何直径，从而使气孔允许气体分子通过。由技术人员考虑 实际要求对孔径进行适当设计。
根据本发明的示例性实施例，所述气孔的尺寸阻止聚合物分子从所述 气泡外部传递到内部，所述聚合物分子选自包括环氧树脂和/或聚酯类树脂 及对应硬化剂成分、硅橡胶、热固性材料、热塑性材料、硅酮油和/或矿油 的材料组。
应当指出，也可以考虑将像矿油的聚合物的不规则链用作关于本发明 的聚合物分子。此外，还应当考虑到非常短的聚合物分子，像仅几个单体 单元的构造。
根据本发明的示例性实施例，所述气泡的壁由选自包括玻璃、陶瓷、 酚醛树脂和/或丙烯腈共聚物的材料组的材料形成。
这些材料为设计气泡的多孔壁结构提供了良好的性质，并允许提供气 体分子通过气孔的可能。
根据本发明的示例性实施例，气泡基本具有球形式形状或椭球形式形 状。球和椭球为强场应用几何学提供了良好性质。此外，应当指出，气泡 之内的空腔可以是具有多个子空腔的开放多孔结构。然而，也可以使用任 何其他外部形状的气泡。
根据本发明的示例性实施例，所述气泡具有5 pm (微米)到500 pm 的直径，优选地具有10 pm到200 )am的直径，更优选地具有80 |im到160 Mm的直径。
利用气泡，例如具有这种直径的球或椭球，可以施加真空，真空适于 减少气泡空腔中的电击穿，同时，可以减小包括作为填料的气泡的绝缘体 的整体重量。气泡的壁可以具有大约0.5 pm到5 nm，优选地1 到2 pm 的厚度。根据本发明的示例性实施例，提供了一种绝缘体材料，其包括基质材
料和多个气泡，所述气泡在低于对应于Paschen定律最小值的压强的压强下 被抽真空。
根据本发明的示例性实施例，所述压强等于或低于对应于Paschen定律 中所表示的击穿电压为Paschen定律最小值的击穿电压两倍时的压强的压 强。
事实上，技术人员会选择相对于期望击穿电压适当的真空。
Paschen定律描述了击穿电压与压强和间隙距离之积之间的关系。根据 Paschen定律，如果压强和直径之积非常低或如果直径和压强之积非常高， 击穿电压会增大。在这之间，击穿电压具有最小值。因此，在提供具有恒 定直径的间隙时，为了提高击穿电压，压强必需非常高或非常低。为了提 高击穿电压，常常使用高于对应于Paschen定律最小值的压强的压强。然而， 根据本发明，对气泡抽真空以达到Paschen定律曲线的范围，其对应于低于 对应于Paschen定律最小值的压强的压强。于是，为了填充气泡不需要像六 氟化硫SF6那样引起负温室效应的特殊气体，此外，通过施加适当压强的 真空，利用抽真空的气泡可以实现类似效果。
根据示例性实施例，如上所述，绝缘体材料中使用的气泡是具有包封 空腔的壁的气泡，其中，气泡的壁包括气孔，所述气孔的尺寸允许气体分 子从气泡内部传递到外部，并阻止聚合物分子从气泡外部传递到内部。
于是，可以将气泡与基质材料混合，然后可以对其抽真空，这是由于 气泡的气孔允许气体逃逸并阻止较大的聚合物分子从气泡外部进入其内 部。基质材料应当有适当的粘滞度，允许产生的气泡从混合材料中逃逸。
根据示例性实施例，所述基质材料是选自包括环氧树脂和/或聚酯类树 脂及对应硬化剂成分、硅橡胶、热固性材料、热塑性材料、硅酮油和/或矿 油的材料组的材料。
这些材料对于高电场强度具有良好的性质，因此，可以用作内嵌气泡 作为填充材料的基质材料。由于这些材料至少是临时流体，这些材料可以 允许气泡中包括的气体在所施加的真空下逃逸，以便提供抽真空的气泡。 然而，也可以使用任何其他高压绝缘材料，尤其是像SF6的绝缘气体。
根据示例性实施例，气泡的压强介于5X10exp (-1) mbar和5X10exp
10(隱2) mbar之间。
利用适当尺寸的气泡，这些压强提供了充分的真空，以分别针对
Paschen定律和Paschen曲线维持高的击穿电压。
根据示例性实施例，所述压强高于所述基质材料的蒸汽压。
于是，可以防止基质材料的液体溶剂成分被汽化，这会导致基质材料失效。
根据本发明的示例性实施例，所述压强高于基质材料的成分彼此分离 的压强。
于是，可以无需借助分解基质材料或其成分来破坏结构将基质材料保 持在适当状态下。
根据本发明的示例性实施例，所述压强等于或低于对应于Paschen定律 中表示对应于所述基质材料的击穿电压的击穿电压的压强的压强。
于是，不论基质材料或抽真空气泡的位置如何，都可以使绝缘体材料 的击穿强度保持恒定。具体而言，利用这种真空，可以实现绝缘体材料的 最大介电强度而没有部分放电的风险。
根据本发明的示例性实施例，绝缘材料是流体。于是，进一步可以在 操作期间移动绝缘体材料，以便导热或者以便在操作期间过滤绝缘材料。
根据本发明的示例性实施例，所述绝缘材料为固体。
于是，可以避免由于堆积沾污物质而导致纤维击穿。应当指出，也可 以将橡胶材料视为固体物料。
根据本发明的示例性实施例，气泡和绝缘材料之间的体积比在40%和 74%之间，尤其在60%和68%之间。
体积比越高，绝缘体材料越轻。同样大小球体的六边形最高密度为大 约74%，然而，在使用不同尺寸的气泡时，体积比也可以高于74%。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种具有由外部形状代表的预定 形式的绝缘体装置，所述外部形状被绝缘体材料填充，所述绝缘体材料包 括基质材料和多个气泡，在低于对应于Paschen定律最小值的压强的压强下 对气泡抽真空。
于是，如上文详细所述，能够提供由本发明绝缘体材料制成的具有特 定形式的绝缘体装置。根据本发明的示例性实施例，所述绝缘体材料为固体，且所述外部形 状是所述固体绝缘体材料的表面。
这意味着，可以从完全的材料将绝缘体装置作为铸造体、注射成形体 或加工体来加以制造。
根据示例性实施例，由形成空腔的外壳给出外部形状，该空腔填充有 绝缘体材料，该绝缘体材料为流体或气态。
于是，也可以利用液体绝缘材料提供具有预定形式的绝缘体装置，例 如，以提供流体运动，以便提供热传输。基质材料也可以是气态的，例如
像SF6的绝缘气体，其提供了轻重量的绝缘装置。无论基质材料是流体还
是气态，选择气泡的高体积比都可以避免热对流，这是由于气泡的高封装
密度阻止了流体或气体通过对流来运动。
根据本发明的示例性实施例，所述绝缘体材料适于被固化。
于是，也可以使用在制造期间为液体或流体，但在预定时间之后固化
的绝缘体材料来提供固体绝缘体装置。固体或固化的绝缘体可以不仅充当
绝缘体而且充当机械支撑。
根据本发明的示例性实施例，外壳是由对于外部空气气氛而言真空密
闭的材料制成的。
于是，能够使外部空气气氛远离绝缘材料，以便维持气泡之内的真空， 尤其是在基质材料不能在几年或几十年的长时间中维持真空的情况下。可 以避免让外部空气进入绝缘材料结构中。
根据示例性实施例，所述绝缘体装置适于用在计算机断层摄影的旋转 台架中。
为此目的，例如可以将绝缘体装置设计成没有可能在计算机断层摄影 旋转台架工作期间在高离心力作用下运动的可移动部分。旋转台架上实现 加速的部分可以在几十个标准重力的范围内。流体或气态基质材料中气泡 的充分高封装密度避免了气泡在离心力或加速度下运动。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种计算机断层摄影设备，其包 括根据本发明的绝缘体装置。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种制造绝缘体 料的方法，其 包括混合基质材料和多个气泡，所述气泡在低于对应于Paschen定律最小值的压强的压强下被抽真空。
于是，可以提供在重量和介质强度方面具有良好性质的绝缘材料。 根据本发明的示例性实施例，气泡是具有包封空腔的壁的气泡，其中，
气泡的壁包括气孔，气孔的尺寸允许气体分子从气泡内部传递到外部，并
阻止聚合物分子从气泡外部传递到内部。
根据本发明的示例性实施例，在与基质材料混合之前对气泡抽真空。 例如，如果基质材料具有低粘稠度，因此在将气泡嵌入基质材料中之
后不允许抽真空，这是有用的。
根据本发明的示例性实施例，在与基质材料混合之后对气泡抽真空。 于是，基质材料不仅可用作基质材料，而且可用作在对气泡抽真空之
后密封气泡气孔的密封材料。如果基质材料的粘滞度允许气泡运动，气泡
之内的气体可以逃逸并在基质材料中升起。
根据本发明的示例性实施例，将第一量的气泡与环氧树脂混合，在混
合环氧树脂和对应硬化剂成分之前，将第二量的气泡与对应硬化剂成分混合。
于是，在制造过程期间可以节省时间，尤其是用于固化和硬化环氧树 脂的时间。于是，在环氧树脂的混合和固化阶段期间不需要提供分别用于 将气泡混合到环氧树脂和硬化剂成分中所需的时间。
根据本发明的示例性实施例，环氧树脂的硬化在对应于抽真空的气泡 的内压的压强下发生。
于是，即使气泡的气孔应当大，即大到聚合链可以进入气泡的空腔， 在固化过程期间，外部真空压强也使基质材料保持远离气泡的气孔开口， 使得在硬化环氧树脂之后，聚合链不再是柔性的，以便能够进入气泡的空 腔。
根据本发明的示例性实施例，所述压强高于基质材料的成分彼此分离 的压强。
于是，可以避免基质材料分离和失效，以便针对基质材料的介电影响 维持完全的灵活性。
根据本发明的示例性实施例，在压强对应于所述抽真空的气泡内压的 气氛下对所述绝缘材料进行注射成形。
13于是，能够借助注射成形工艺制造绝缘装置，并使气泡的空腔保持没 有聚合物分子，直到完成注射成形过程时树脂固化为止。
应当指出，也可以将绝缘材料和绝缘装置用作绝热体。
还应当指出，可以在不脱离本发明的情况下组合上述特征的任何一些。
可以将提供一种高压绝缘材料视为本发明的要点，根据Paschen定律， 利用非常低压强处的高击穿电压，可以通过较简单方式对这种绝缘材料的 重量、介电强度和力学强度进行优化。
参考下文所述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显见并得到 阐述。


将在下文中参考以下附图描述本发明的示例性实施例。
图1示出了根据Paschen定律的Paschen曲线；
图2示出了具有两种不同尺寸的分子的气泡；
图3示出了具有嵌入基质材料中的气泡的绝缘材料的结构；
图4示出了基质材料中气泡的几何结构和对应的电容；
图5示出了具有外部形状的绝缘装置；
图6示出了以外壳作为外部形状的绝缘体装置；
图7示出了计算机断层摄影装置；
图8示出了根据本发明的示例性实施例的方法；
图9示出了根据本发明的另一示例性实施例的方法；
图IO示出了根据本发明的另一示例性实施例的方法。
具体实施例方式
图1示出了根据Paschen定律的Paschen曲线。Paschen定律示出了击 穿电压Ub与压强p和距离d之积之间的关系。根据Paschen定律，可以将 击穿电压Ub如下表示
t/J = ln(cl; 0 — lnlnl/yUb为击穿电压，p为几何结构之内的压强，d是两个电极之间的距离，
可以将其视为例如气泡的直径，Y (伽马)是表示材料常数的第三汤森系数
(Townsend coefficient),其典型值为y=0.01到0.1; cl和c2是表示气体和 电极材料的材料常数。根据图1所示的Paschen定律，击穿电压取决于气体， 其中，对于空气而言，最小值在大约0.4PaXm处。对于更大的pd， Ub几 乎线性地增大，这是由于在更高压强下自由程长度减小，导致击穿电压增 大。
对于更小的pd，几乎没有雪崩效应，这是由于自由程长度大于距离d。 在Paschen曲线的最小值处，自由程长度和距离d几乎相等。
在Paschen曲线最小值左侧选择气泡之内的压强，即提供真空的气泡， 能够提高气泡之内的击穿电压并避免从特定点火电压以上开始的部分放 电，这取决于气体压力和加速隙尺寸。通过减小气泡之内的压力，可以减 少电离过程和雪崩效应，从而可以避免电子雪崩击中气泡的内表面。
图2示出了气泡10，其具有包封空腔12的壁11，其中，气泡的壁包 括气孔13。在图2中，仅示出了一个气孔，然而，气泡也可以包括多个气 孔。气孔13的尺寸允许气体分子4从气泡10内部传递到外部，并阻止聚 合物分子5从气泡IO外部传递到内部。应当指出，分子通常没有球形结构， 图2中用4和5表示的要素仅仅是出于例示的目的示出的，以便示出较小 分子4能够通过气孔13，其中，用5所表示的那些较大分子不能进入气泡 10的空腔12。气体分子可以是从N2、 C02和S02构成的组中选择的。这 些气体出现于气泡，尤其是中空玻璃球的生产过程中。另一方面，聚合物 分子5选自包括环氧树脂和/或聚脂树脂及其对应硬化剂成分、硅树脂、热 固性材料、热塑性材料、硅酮油和/或矿油的材料组。
应当指出，气体分子也可以是比上述分子更大的气体分子，其中，聚 合物分子也可以是比上述材料的分子更小的分子。
将考虑到要用于基质材料的该气体分子和该聚合物分子，针对要求确 定气孔的尺寸。
可以由选自包括玻璃、陶瓷、酚醛树脂和/丙烯腈共聚物的组的材料形 成气泡。应当指出，气泡可以是基本球形或椭球形，不过，任何其他外部 形状都是可能的，只不过气孔大小是如上述那样的尺度。还应当指出，气放的多孔泡 沫，其中，子空腔之间的开口必需要至少在上述气孔尺寸中，以便允许特
定气体分子从每个子空腔逃逸，从而根据Paschen定律提高击穿电压。而且 子空腔可以具有球形或椭球形状，其中，其形状不限于此。如果子空腔的 直径相对于自由程长度充分地小，子空腔中的压力可以更高，以受到 Paschen定律约束，即，在充分小的直径上，不需要对子空腔抽真空来满足 Paschen条件。
气泡可以具有5 nm到500 的直径，优选地具有10 nm到200 pm 的直径，更优选具有80 pm到160 nm的直径。应当指出，考虑到Paschen 定律，更大直径需要更低的真空压力，以便维持高的击穿电压，这是由于 为了维持所需击穿电压，压强p和距离d之积应当保持恒定。于是，增大 的直径或距离d需要增大的压强p来补偿气泡空腔之内增大的自由程长度。 然而，直径越大，壁厚和直径之比越好，因此气泡的相对单位重量越好， 这导致绝缘装置的整体重量减少。应当指出，考虑到上述Paschen定律的关 系，将按照需要选择气泡的直径最优值。
图3示出了具有多个嵌入基质材料20中的气泡10的绝缘材料结构的 示例性实施例，其中，将气泡抽真空至低于对应于Paschen定律最小值的压 力的压力。应当指出，气泡可以是不同尺寸的，此外，可以具有特定次序， 不过这不是强制的。可以在一种绝缘材料中使用不同尺寸的气泡。
气泡可以是上述气泡，即具有包封空腔的壁的气泡，其中，气泡的壁 包括具有上述尺寸的气孔。然而，也可能嵌入已经抽真空的气泡。
图4示出了基质材料20之内的气泡10。此外，图4示出了表示基质材 料第一部分21、包封气泡10的基质材料第二部分22、和基质材料第三部 分23的电容的电容器等效电路。通常，基质材料具有比填充了气体的气泡 更高的介电常数，从而对于基质材料等效电路的电容器C1和C3而言，考 虑比等效电容器C2更高的sr，由于气泡之中是真空，介电常数sr应当大 约为1 (一)。由于介质位移密度的连续性，气泡的电容器C2之中的电场 强度高于基质材料的等效电容器C1和C3的电场强度。于是，气泡之内的 真空具有更高电场强度。因此，根据本发明的示例性实施例，气泡之内的 真空可以是这种质量的，其使得气泡10抵抗住对应于基质材料有限场强的电场强度。因此，需要对一个或多个气泡抽真空，以在工作期间维持高的 电介质应力。
基质材料20可以是选自包括环氧树脂和/或聚脂树脂及其对应硬化剂
成分、热固性材料、硅橡胶、热塑性材料、硅酮油和/或矿油的材料组的材 料。应当指出，只要材料是兼容的，这些材料也可以混合那些材料，其混
合物不会导致聚合材料和基质材料相应的失常。气泡10的压强例如可以是 5X10exp (-1) mbar和5X10exp (-2) mbar之间。额外地或替代地，压强 可以高于基质材料的蒸汽压，这是由于低于基质材料蒸汽压的压强将导致 基质材料的劣化和失常，例如，由于其特定成分分解的原因。
额外地或替代地，如上文参考图4更详细描述的，压强也可以等于或 低于对应于Paschen定律中表示对应于基质材料击穿电压的击穿电压的压 强。
绝缘材料，即基质材料和气泡的混合物，可以是液体或气体，例如， 用于实现空腔的绝缘填充。绝缘材料也可以是固体。例如，可以由环氧树 脂和/或聚脂树脂及对应硬化剂成分、硅橡胶或热固性材料或热塑性材料形 成固体绝缘材料。应当指出，也可以通过与交联剂混合的液体硅酮实现硅 橡胶。固体绝缘材料可以是可加工的材料，以便制造特定形式的绝缘装置。 此外，也可以对绝缘材料进行注射成形，以便实现固体绝缘装置，其中， 绝缘材料适于在对材料注射成形之后固化。
气泡和绝缘材料之间的体积比例如可以在40%和74%之间，或者尤其 是在60%和68%之间。尽管六边形的最高密度为大约0.74=74°/。，也可能实 现气泡和绝缘材料之间更高的体积比，因为也能够提供不同尺寸的气泡， 填充六边形最高密度封装中堆积的气泡之间的空间。利用其他填充材料， 也可以实现更高的体积比。
图5示出了具有由外部形状代表的预定形式的绝缘体装置，如上所述， 利用绝缘体材料填充该外部形状。图5的示例性实施例示出，绝缘体材料 为固体，外部形状是固体绝缘材料的表面。为了维持气泡的真空，尤其是 上述具有气孔的气泡的真空，基质材料可以是真空密闭基质材料，以便可 靠地覆盖气泡。也可以通过为绝缘体材料的主体上漆来实现这一目的。然 而，也可以提供并非真空密闭的基质材料，但在这种情况下，可以将外壳
17设计成真空密闭的外壳。
图6示出了由形成空腔的外壳给出外部形状的绝缘体装置，该空腔填 充有绝缘体材料。该绝缘体材料可以包括流体或气态基质材料，或者也可 以是真空的，使得外壳也提供整个绝缘体所需的形状，然而，例如，如果 绝缘体材料的相应基质材料不是真空密闭的，绝缘体材料中填充的也可以 是固体。
事实上，外壳33可以不仅充当绝缘体的外部形状31，也可以充当可以 向其中填充流体绝缘体材料的造型，以便使绝缘体材料固化，例如使环氧 树脂和/或聚脂树脂及对应硬化剂成分或硅酮交联。于是，绝缘体装置30 的空腔32被用作铸型。应当理解，外壳33也可以用作注射成形绝缘体装 置的造型。
外壳可以由对于外部空气气氛，即对于空气气氛中存在的分子的紧密 的真空密闭材料制成。在需要这种外部隔离时，绝缘体装置的外壳也可以 由绝缘材料制成。事实上，外壳也可以由导电材料制成，以便提供例如通 往地电势的可靠连接并提供绝缘体装置空腔之内预定的场分布。
绝缘体装置30也可以适用于计算机断层摄影50的旋转台架40中。为 此，绝缘体装置应当相对于由于计算机断层摄影旋转台架运行期间发生的 径向离心力导致的大加速度是稳定的。，
图8、 9、 IO示出了本发明的示例性实施例。
用于制造绝缘体材料的方法可以包括Sl，混合基质材料20和多个气 泡10，在低于对应于Paschen定律最小值的压强的压强下，或者尤其是在 对应于所表示的击穿电压为Paschen定律最小值的击穿电压两倍时的压强 的压强下，对气泡抽真空。图8示出了该方法的实施例，根据该实施例， 在与基质材料混合之前，对气泡抽真空，S2。气泡可以是具有包封空腔的 壁的气泡，其中，气泡的壁包括气孔，气孔的尺寸允许气体分子从气泡内 部传递到外部，并阻止聚合物分子从气泡外部传递到内部。事实上，也可 以在与基质材料混合之后，通过向基质材料和气泡的混合物施加真空来对 气泡抽真空，如图9所示。所施加的真空导致气泡中包括的气体通过气孔， 使得逃逸的气体在基质材料中作为气泡升起。
当在与基质材料混合之前对气泡抽真空时，也可以对气泡抽真空并在混合过程期间保持在真空下。于是，在混合气泡和基质材料之前，基质材 料和抽真空的气泡都保持在真空下，这可以避免后来基质材料中的气泡和 气体包裹体，它们是在对已经混合的气泡和基质材料进行抽真空过程期间 从气泡逃逸的气体造成的。换言之，例如可以在要抽真空的第一槽中提供 气泡，其中，在第二槽中将基质材料保持在真空下，在对气泡抽真空之后， 例如，可以通过管道从第一槽向第二槽提供气泡，其中，第一槽、第二槽 和连接管道的完整系统应当是真空密闭的。通常，可以将气泡保持与基质 材料分开，直到对气泡抽真空从而之后混合气泡和基质材料。
根据另一实施例，在真空Sla下将第一量的气泡与环氧树脂混合，在 混合环氧树脂和对应硬化剂成分之前，在真空Slb下将第二量的气泡与对 应硬化剂成分混合，S4。环氧树脂的硬化可以在对应于抽真空的气泡的内 压的压强下发生。于是，可以避免破坏气泡中的真空条件以及由到达真空 密闭气泡的硬化环氧树脂封闭气泡的气孔。此外，环氧树脂硬化所处的压 强高于基质材料的成分，即环氧树脂和/或硬化剂成分彼此分离的压强。除 了环氧树脂之外，还可以使用聚酯树脂和对应的硬化剂。对于硅酮和对应 交联剂要实现硅橡胶而言，同样的情况是成立的。
在抽真空和混合过程之后，例如，可以通过铸造或注射成形来处理混 合物，S3。例如，可以在压强对应于抽真空的气泡的内压的气氛下执行注 射成形过程。这意味着，必需要保持完成的混合物以及包括要向其中注射 成形绝缘体材料的铸模的注射成形过程是真空密闭的，以便保持在Paschen 曲线的适当范围之中，以在绝缘材料的气态空间中针对击穿电压保持充分 高的性质。
利用多孔气泡，例如中空微球形式的气泡，孔的直径能够使像空气、 N2、 C02、 S02的气体分子通过但足够小，使得例如环氧树脂及其硬化剂 成分的典型热固性材料的聚合物链不能通过，就可以提供改进的绝缘材料。 在真空下在环氧树脂/硬化剂混合物中搅拌之前，通过使气泡成为例如真空 下的微球形式，可以封闭气泡的气孔，以便维持气泡中的真空。通过将这 种混合物放入真空下的模具中，这种系统获得了固体绝缘的最终产品，以 实现固体绝缘材料，该材料填充有例如中空微球形式的填充了真空的中空 气泡。结果是填充了气泡的固体高压绝缘材料，其中，气泡是在真空下填充的且填充有真空。基于Paschen定律，可以实现球或气泡之内的高的和最 高的介质强度。气泡的固体壁例如可以是玻璃或陶瓷或树脂基质，例如， 环氧树脂或其他热固性或热塑性材料，使得，例如气泡的壁和基质材料可 以是相同的材料。
此外，可以使用普通的填料，例如氧化硅或其他填料，其优点是材料 的重量非常轻且力学强度适当。
作为另一个选项，可以在壁中提供气孔，其尺寸允许SF6 (六氟化硫) 分子通过，例如，从气泡外部到内部。压强可以介于lbar和10bar之间， 优选地3bar到6bar。此外，可以在增大的上方压强下与基质材料混合和/ 或搅拌气泡。在使用环氧树脂或聚酯类树脂及对应硬化剂成分时，也可以 在所述压强下执行硬化。事实上，只要不会导致所用气体分子的压强和直 径高于Paschen曲线最小值的压强和直径之积，也可以使用任何其他种类的 气体分子(例如N2)。
应当指出，对气泡抽真空或利用适当隔离气体填充气泡都可能导致击 穿电压增大，除非压强和直径之积高于或低于对应于Paschen曲线最小值的 压强和直径之积。换言之，气泡的以上两个选项都获得了改进的隔离材料。
此外，应当指出，对于涉及抽真空的气泡的实施例而言，为气泡和基 质材料所用的材料以及凝聚物状态和封装密度可以是同样相似的。用于制 造隔离体材料和具有嵌入加压气泡的隔离体装置的方法步骤可以类似于用 于制造隔离体材料和具有嵌入抽真空气泡的隔离体装置的步骤，其中，施 加高压而非低压。
此外，应当指出，绝缘体装置的实施例也适用于对气泡加压，其中， 可以用过压紧密壳取代真空密闭壳。
本发明例如可用在X射线设备中，像计算机断层摄影以及其他需要介 电性质良好的特别轻重量的绝缘材料的应用中，例如用于飞机中。本发明 也可以用作绝热体。
应当指出，术语"包括"不排除其他元件或步骤，"一"或"一个"不 排除多个。而且可以对结合不同实施例描述的元件进行组合。
应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权 要求的范围。
权利要求
1、一种具有包封空腔(12)的壁的气泡，其中，所述气泡(10)的所述壁(11)包括气孔(13)，所述气孔的尺寸允许气体分子(4)通过所述气泡的所述壁，并阻止聚合物分子(5)从所述气泡的外部传递到内部。
2、 根据权利要求1所述的气泡，其中，所述气孔(13)的尺寸允许气 体分子(4)从所述气泡的内部传递到外部，所述气体分子选自由N2、 C02 和S02构成的组。
3、 根据权利要求1和2的任一项所述的气泡，其中，所述气孔的尺寸 阻止聚合物分子(5)从所述气泡的外部传递到内部，所述聚合物分子选自 包括环氧树脂及对应硬化剂成分、热固性材料、硅橡胶、热塑性材料、硅 酮油和/或矿油的材料组。
4、 根据权利要求1到3的任一项所述的气泡，其中，所述气泡(10) 的所述壁(11)由选自包括玻璃、陶瓷、酚醛树脂和/或丙烯腈共聚物的材 料组的材料形成。
5、 根据权利要求1到4的任一项所述的气泡，其中，所述气泡(10) 基本具有球和/或椭球形式的形状。
6、 根据权利要求1到5的任一项所述的气泡，其中，所述气泡(10) 具有5pm到500nm的直径，优选地为10fim到200pm，更优选地为80pm 到160,。
7、 一种绝缘体材料，其包括基质材料(20)和多个气泡(10)，所述 气泡在低于对应于Paschen定律最小值的压强的压强下被抽真空。
8、 根据权利要求7所述的绝缘材料，其中，所述压强等于或低于对应于Paschen定律中所表示的击穿电压为Paschen定律最小值的击穿电压两倍 时的压强的压强。
9、 根据权利要求7或8的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述气泡 (10)是根据权利要求1到6之一所述的气泡。
10、 根据权利要求7到9的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述基 质材料(20)是选自包括环氧树脂和/或聚酯类树脂及对应硬化剂成分、热 固性材料、硅橡胶、热塑性材料、硅酮油和/或矿油的材料组的材料。
11、 根据权利要求7到IO的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述压 强介于5 X 10exp(-l) mbar和5 X 10exp(-2) mbar之间。
12、 根据权利要求7到10的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述压 强高于所述基质材料(20)的蒸汽压。
13、 根据权利要求7到IO的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述压 强高于基质材料(20)的成分彼此分离的压强。
14、 根据权利要求7到13的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述压 强等于或低于对应于Paschen定律中表示对应于所述基质材料(20)的击穿电压的所述击穿电压的所述压强的压强。
15、 根据权利要求7到14的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述绝 缘材料为流体。
16、 根据权利要求7到15的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述绝 缘材料为固体。
17、 根据权利要求7到16的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述气泡和所述绝缘体材料之间的体积比在40%到74%的范围内，优选地在60% 到68%的范围内。
18、 一种具有由外部形状(31)代表的预定形式的绝缘体装置，利用 权利要求6到17之一所述的绝缘体材料(10， 20)填充所述外部形状。
19、 根据权利要求17所述的绝缘体装置，其中，所述绝缘体材料为固 体，且所述外部形状(31)是所述固体绝缘体材料的表面。
20、 根据权利要求18所述的绝缘体装置，其中，所述外部形状(31) 是由形成空腔(32)的外壳(33)给出的，所述空腔填充有所述绝缘体材 料，所述绝缘体材料为流体和/或气态和/或真空。
21、 根据权利要求20所述的绝缘体装置，其中，所述绝缘体材料适于 被固化。
22、 根据权利要求20或21所述的绝缘体装置，其中，所述外壳(33) 由对于外部空气气氛而言真空密闭的材料制成。
23、 一种计算机断层摄影设备，其具有根据权利要求7到14的任一项 所述的绝缘体装置，其中，所述绝缘体装置适于用于所述计算机断层摄影 设备(50)的旋转台架(40)中。
24、 一种用于制造绝缘体材料的方法，包括混合(Sl)基质材料(20)和多个气泡(10)，所述气泡在低于对应于 Paschen定律最小值的所述压强的压强下被抽真空。
25、 根据权利要求24所述的方法，其中，所述气泡(10)是根据权利 要求1到6的气泡。
26、 根据权利要求24或25所述的方法，其中，在与所述基质材料(20) 混合(Sl)之前对所述气泡(10)抽真空(S2)。
27、 根据权利要求25或26所述的方法，其中，在与所述基质材料(20) 混合(Sl)之后对所述气泡(10)抽真空(S2)。
28、 根据权利要求25到27的任一项所述的方法，其中，将第一量的 所述气泡与环氧树脂混合(Sla),在混合(S4)所述环氧树脂和对应硬化 剂成分之前，将第二量的所述气泡与对应硬化剂成分混合(Slb)。
29、 根据权利要求25到28的任一项所述的方法，其中，所述环氧树 脂的混合和硬化在对应于抽真空的所述气泡的所述内压的压强下发生。
30、 根据权利要求25到29的任一项所述的方法，其中，所述压强高 于基质材料的成分彼此分离的压强。
31、 根据权利要求26到30的任一项所述的方法，其中，在压强对应 于所述抽真空的气泡内压的气氛下对所述绝缘材料进行注射成形(S3 )。
32、 将根据权利要求7到17的绝缘体材料或根据权利要求18到23的 绝缘体装置用作绝热体。
33、 根据权利要求1所述的气泡，其中，所述气孔(13)的尺寸允许 气体分子(4)从所述气泡内部传递到外部，所述气体分子选自由N2和SF6 构成的组。
34、 一种绝缘体材料，其包括基质材料(20)和多个气泡(10)，所述 气泡在高于对应于Paschen定律最小值的所述压强的压强下被加压。
35、 根据权利要求34所述的绝缘材料，其中，所述压强等于或高于对应于Paschen定律中表示Paschen定律最小值的所述击穿电压两倍的击穿电 压的所述压强的压强。
36、 根据权利要求34或35的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述 气泡(10)是根据权利要求1到6或33之一所述的气泡。
37、 根据权利要求34到36的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述 压强介于1 bar和10 bar之间，优选地3 bar到6 bar。
38、 根据权利要求34到37的任一项所述的绝缘体材料，其中，所述 压强等于或高于对应于Paschen定律中表示所述基质材料(20)的击穿电压 的所述击穿电压的所述压强的压强。
39、 一种用于制造绝缘体材料的方法，包括混合基质材料(20)和多个气泡(10)，所述气泡在高于对应于Paschen 定律最小值的所述压强的压强下被加压。
40、 根据权利要求39所述的方法，其中，在与所述基质材料(20)混 合之前对所述气泡(10)加压。
41、 根据权利要求39到40的任一项所述的方法，其中，环氧树脂的 混合和硬化在对应于所述加压的气泡的内压的压强下发生。
42、 根据权利要求39到41的任一项所述的方法，其中，在压强对应 于所述加压的气泡的内压的气氛下对所述绝缘材料进行注射成形。
全文摘要
填充真空的中空气泡嵌入于绝缘材料中，以便利用抽真空空腔的高击穿电压，即，处于低于Paschen定律最小值的真空下的气泡来实现重量轻的绝缘材料。加压的中空气泡嵌入于绝缘材料中，以便利用加压空腔的高击穿电压，即，处于高于Paschen定律最小值的压强下的气泡来实现重量轻的绝缘材料。
文档编号H01B3/00GK101632137SQ200880007857
公开日2010年1月20日 申请日期2008年3月10日 优先权日2007年3月13日
发明者H·尼格尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司