多炭非晶薄膜在耐高压绝缘材料中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及绝缘技术领域，具体涉及多炭非晶薄膜在耐高压绝缘材料中的应用。
【背景技术】
[0002] 有机、无机材料以优越的加工性能或绝缘性能被加工成耐高电压的绝缘材料，绝 缘材料耐高压性能的测试一般采用测试闪络电压或击穿电压的方式进行。在高电压作用 下，绝缘材料表面发生破坏性放电，其放电时的电压称为闪络电压。发生闪络后，电极间的 电压迅速下降到零或接近于零。闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化， 损坏表面绝缘性。这种沿绝缘体表面的放电叫闪络。而沿绝缘体内部的放电则称为是击穿。
[0003] 其中有机绝缘材料的闪络电压较低，造成表面绝缘性能一般都不高，现有技术中 一般通过添加无机纳米材料（比如纳米三氧化二铝)来提高表面绝缘性能。经研究发现，此 方法的局限性在于无机纳米材料的添加量有限，一般不超过3%，超高这一数量，即使再增加 无机纳米材料的量，有机材料的表面绝缘性能不但不会提高，反而会下降。而作为无机绝缘 材料的陶瓷由于表面粗糙，其表面绝缘性能也不好。
[0004] 由于碳的资源量几乎无限并且无害，所以考虑到资源和环境问题，碳是一种极好 的材料。碳材料具有多种原子间键合形态，而且多种晶体结构是公知的，诸如金刚石、类金 刚石碳、石墨、富勒烯和碳纳米管，尤其是，具有非晶结构的类金刚石碳(非晶碳）由于具有 高机械强度和优越的化学稳定性，因此有望将其应用在各个工业领域中。
[0005] 中国发明专利CN 101448740B《非晶碳膜、形成非晶碳膜的方法、具有非晶碳膜的 导电性部件以及燃料电池用隔板》提供了采用等离子体CVD法形成非晶碳膜的步骤，具体为 首先将基材放入真空容器中，并引入反应气体和载气，接着，通过放电产生等离子体以便沉 积到基材上，基材壳使用选自金属、半导体、陶瓷、树脂等材料。材料的实例包括金属基材诸 如铁，或如碳钢、合金钢和铸铁的铁基合金，铝或铝合金，钛或钛合金以及铜或铜合金;半金 属基材诸如硅;陶瓷基材诸如硬金属、二氧化硅、氧化铝和碳化硅；以及树脂基材诸如聚酰 亚胺、聚酰胺和聚对苯二甲酸已二醇酯。还提出在形成非晶碳膜期间，基材的表面温度优选 450°C以上、500°C以上或550°C以上。
[0006] 上述专利技术中还提供了一种导电性部件，具有如燃料电池用隔板，所述隔板包 括金属基材和至少覆盖该基材面对电极的表面的非晶碳膜，其采用金属基材具有钛、不锈 钢，达到了提高燃料电池用隔板的耐磨耗性、润滑性、耐腐蚀性的技术效果。其将非晶碳膜 应用到导电性部件，利用的是非晶碳膜的导电性，及其固有的耐磨耗性、润滑性、耐腐蚀性。
[0007] 现有技术中还未见非晶碳膜在耐高压材料中的应用。
【发明内容】
[0008] 鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供多炭非晶薄膜的应用， 其能够降低绝缘材料的表面粗糙度，达到微观结构表面平坦化，提高其闪络电压，从而大大 提高绝缘材料的表面绝缘性能。本发明的另一目的在于提供该耐高压绝缘材料的制备方 法。
[0009] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：多炭非晶薄膜在耐高压绝缘材料中的应 用。
[0010] 优化的，所述耐高压绝缘材料由绝缘基体材料和多炭非晶薄膜构成。
[0011]优化的，绝缘基体材料采用有机绝缘材料或无机绝缘材料。
[0012]优化的，有机绝缘材料采用低密度聚乙烯、环氧树脂或交联聚苯乙烯;无机绝缘材 料采用陶瓷材料。
[0013] 优化的，多炭非晶薄膜的厚度为50~lOOOnm。
[0014] 本发明提供的包含多炭非晶薄膜的耐高压绝缘材料的制备方法，其步骤如下：步 骤一，清洗绝缘基体材料;步骤二，干燥绝缘基体材料;步骤三，在绝缘基体材料表面沉积多 炭非晶薄膜。
[0015]优化的，步骤三中沉积多炭非晶薄膜采用平板电极法、空心阴极法、微波等离子体 法或高温裂解法。
[0016]优化的，采用平板电极法沉积多炭非晶薄膜，具体操作为:将干燥的绝缘基体材料 放入CVD镀膜机中，金属平板作为电极，绝缘基体材料距离电极40~100mm，保持温度低于 l〇〇°C，抽真空，通入碳源和氢气；电极通电，气体电离，多炭非晶薄膜即沉积在绝缘基体材 料上。
[0017] 优化的，碳源采用甲烷;抽真空至20~l(T3Pa，通入甲烷和氢气的体积比为1:1~5， 通入甲烷和氢气后，气压保持在40~lOOPa;电极通入的电压为500~1000V，气体电离后，沉 积20~lOOrnin，停止电离，多炭非晶薄膜即沉积在绝缘基体材料上，厚度为50~lOOOnm。
[0018] 优化的，绝缘基体材料用低密度聚乙烯、环氧树脂或交联聚苯乙烯或陶瓷材料。
[0019] 本发明的有益效果在于： 1、现有技术中还未见非晶碳膜在耐高压材料中的应用，本发明发现多炭非晶薄膜应用 在耐高压绝缘材料中，能够降低绝缘材料的表面粗糙度，达到微观结构表面平坦化，还能够 使绝缘材料耐火花烧蚀、大大提高了绝缘材料的表面绝缘性能和耐高电压性能，最高可以 使耐尚压绝缘材料的闪络电压提尚百分之五十以上，从而大大提尚绝缘材料的表面绝缘性 能。
[0020] 2、多炭非晶薄膜一方面可以提高绝缘材料在电场中的使用寿命，还可以在保障安 全运行的情况下，显著甚至成倍降低电力设备的尺寸，将会产生巨大的经济效益和社会效 益。其可广泛应用于高压电力设备气体绝缘体系，气体管道电缆，高功率脉冲技术，高速列 车的电力系统，真空绝缘以及航空、航天、军事等领域。
[0021] 3、为了实现多炭非晶薄膜在耐高压绝缘材料中的应用，本发明提供了包含多炭非 晶薄膜的耐高压绝缘材料的制备方法，以甲烷(或者丙烷，乙炔等）、氢气为原材料，采用平 板电极法在绝缘材料表面沉积一层厚度为50~lOOOnm左右的致密的多炭非晶薄膜，根据本 发明的研究，为实现提尚耐尚压绝缘材料的耐尚压性能，在制备耐尚压绝缘材料时，绝缘基 体材料距离电极需在40~100mm，保持温度低于100°C，这与现有技术中在金属表面沉积多 炭非晶薄膜采用的距离电极4_5mm和高达上千度的温度由显著差异。
[0022] 4、本发明提供了包含多炭非晶薄膜的耐高压绝缘材料的制备方法，操作简单，易 于实现。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过【具体实施方式】具体说明本发明。
[0024] 本发明采用平板电极法在绝缘基体材料表面沉积一层多炭非晶薄膜，本发明提供 了两个实施例和六个对比例（其中两个为不沉积多炭非晶薄膜，仅采用绝缘基体材料的空 白对比），沉积多炭非晶薄膜后观察绝缘材料并进行