電擊穿是指固體介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，內(nèi)部少量可自由移動(dòng)的載流子劇烈運(yùn)動(dòng)，與晶格上的原子發(fā)生碰撞使之游離，并迅速擴(kuò)展而導(dǎo)致?lián)舸Ｌ攸c(diǎn)是：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高，與電場(chǎng)均勻度密切相關(guān)，但與環(huán)境溫度及電壓作用時(shí)間幾乎無(wú)關(guān)。
基本介紹
固體絕緣介質(zhì)的純粹電破壞過(guò)程稱為電擊穿。電擊穿是因?yàn)楣腆w電介質(zhì)中的自由電子在強(qiáng)電場(chǎng)中作加速運(yùn)動(dòng)，累積較大的動(dòng)能，這些動(dòng)能足以破壞介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，發(fā)生碰撞游離的連鎖反應(yīng)時(shí)，會(huì)在電介質(zhì)中產(chǎn)生貫穿的導(dǎo)電通道，而使固體介質(zhì)喪失絕緣性能，導(dǎo)致電擊穿。
電擊穿的特點(diǎn)是：電壓作用時(shí)間短，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電場(chǎng)均勻程度有密切關(guān)系，與周圍環(huán)境溫度幾乎無(wú)關(guān)。
擊穿形式
固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程及其擊穿電壓的大小不但取決于電介質(zhì)的性能，而且還與電場(chǎng)分布、周同溫度、散熱條件、周同介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)、加壓速度和電壓作用的持續(xù)性等有關(guān)。固體絕緣介質(zhì)根據(jù)其擊穿發(fā)展的過(guò)程不同，可分為電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿二種形式。發(fā)生哪種擊穿形式，取決于介質(zhì)的性能和工作條件。
機(jī)制分類
在強(qiáng)電場(chǎng)下，固體導(dǎo)帶中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射存在一些電子。這些電子一方面在外電場(chǎng)作用下被加速，獲得動(dòng)能；另一方面與晶格振動(dòng)相互作用，把電場(chǎng)能量傳遞給晶格。當(dāng)兩個(gè)過(guò)程在一定的溫度和場(chǎng)強(qiáng)下平衡，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)：當(dāng)電子從電場(chǎng)中得到的能量大于傳遞給品格振動(dòng)的能量時(shí)，電子的動(dòng)能就越來(lái)越大，至電子能量大到一定值時(shí)，電子與晶格振動(dòng)的相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生新電子，使自由電子數(shù)迅速增加，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定階段，擊穿發(fā)生。
本征電擊穿機(jī)制
實(shí)驗(yàn)上，本征電擊穿表現(xiàn)的擊穿主要是由所加電場(chǎng)決定的，在所使用的電場(chǎng)條件下，使電子溫度達(dá)到擊穿的臨界水平。觀察發(fā)現(xiàn)，本征擊穿發(fā)生在室溫或室溫以下。發(fā)生的時(shí)間間隔很短，在微秒或微秒以下。本征擊穿所以稱之為“本征”，是因?yàn)檫@種擊穿機(jī)制與樣品或電極幾何形狀無(wú)關(guān)，或者與所加電場(chǎng)的波形無(wú)關(guān)。因此在給定溫度下，產(chǎn)生本征擊穿的電場(chǎng)值僅與材料有關(guān)。
這種擊穿與介質(zhì)中的自由電子有關(guān)。介質(zhì)中自由電子的來(lái)源為雜質(zhì)或缺陷能級(jí)、價(jià)帶。
雪崩式電擊穿機(jī)制
熱擊穿機(jī)制對(duì)于許多陶瓷材料是適用的。如果材料尺寸可看成是薄膜時(shí)，則雪崩式擊穿機(jī)制更為有效。
雪崩式電擊穿機(jī)制是把本征電擊穿機(jī)制和熱擊穿機(jī)制結(jié)合起來(lái)。因?yàn)楫?dāng)電子的分布不穩(wěn)定時(shí)，必然產(chǎn)生熱的結(jié)果。因此，這種理論是用本征電擊穿理論描述電子行為，而擊穿的判據(jù)采用的是熱擊穿性質(zhì)。
雪崩式理論認(rèn)為：電荷是逐漸或者相繼積聚，而不是電導(dǎo)率的突然改變，盡管電荷集聚在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生。
雪崩式電擊穿最初的機(jī)制是場(chǎng)發(fā)射或離子碰撞。場(chǎng)發(fā)射假設(shè)由隧道效應(yīng)來(lái)自價(jià)帶的電子進(jìn)入缺陷能級(jí)或進(jìn)入導(dǎo)帶，導(dǎo)致傳導(dǎo)電子密度增加。
局部放電擊穿
局部放電就是在電場(chǎng)作用下，在絕緣介質(zhì)局部區(qū)域中所發(fā)生的放電現(xiàn)象，這種放電沒(méi)有電極之間形成貫穿的通道，整個(gè)試樣并沒(méi)有被擊穿。例如氣體的電暈放電、液體中的氣泡放電都是局部放電。對(duì)于固體電介質(zhì)來(lái)說(shuō)，電極與介質(zhì)之間常常存在著一層環(huán)境媒質(zhì)：氣隙或油膜。就固體電介質(zhì)本身來(lái)說(shuō)，實(shí)際上也是不均勻的，往往存在著氣泡、液珠或其他雜質(zhì)和不均勻的組分等。例如陶瓷就是一種多孔性的不均勻材料。由于氣體和液體介電常數(shù)較小，因此承受的電場(chǎng)強(qiáng)度較高。同時(shí)氣體和液體的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度又比較低，于是當(dāng)外施電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，在這薄弱的區(qū)域，就發(fā)生局部放電。
局部放電是脈沖性的，其過(guò)程與電暈放電相同。放電結(jié)果產(chǎn)生大量的正、陰離子，形成空間電荷，建立反電場(chǎng)，使氣隙中的總電場(chǎng)強(qiáng)度下降，放電熄滅。這樣的放電持續(xù)時(shí)間很短，為10～10s。在直流電壓作用時(shí)，放電熄滅后直到空間電荷通過(guò)表面泄漏，使反電場(chǎng)削弱到一定程度，才能開始第二次放電。因此在直流電壓作用下，放電次數(shù)甚少。在交流電壓作用時(shí)，情況就有所不同。由于電壓的大小與方向是變動(dòng)的，放電將反復(fù)出現(xiàn)，以上表明局部放電是脈沖性的。
工程介質(zhì)，從材料本身來(lái)說(shuō)，其本征擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度一般較高，但由于介質(zhì)的不均勻性和各種影響，實(shí)際擊穿強(qiáng)度往往并不很高，有時(shí)甚至要降低一、二個(gè)數(shù)量級(jí)，其中重要原因之一就是局部放電。
影響絕緣因素
(1)電壓的高低。電壓越高越容易擊穿。
(2)電壓作用時(shí)間的長(zhǎng)短。時(shí)間越長(zhǎng)越容易擊穿。
(3)電壓作用的次數(shù)。次數(shù)越多電擊穿越容易發(fā)生。
(4)絕緣體存在內(nèi)部缺陷，絕緣體強(qiáng)度降低。
(5)絕緣體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高。
(6)與絕緣的溫度有關(guān)。
參考資料 >