北京真空電子技術(shù)研究所 作者：田志英
系統(tǒng)研究了經(jīng)過研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆等工藝處理后，氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)對其真空耐壓性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面未加工的95%Al2O3陶瓷的可靠電壓波動較大，波動幅度可達(dá)50%，但經(jīng)過研磨加工后可靠電壓值趨于一致；表面涂覆可以改善氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能，并且改善的情況與涂覆的結(jié)構(gòu)有關(guān)；而表面施釉不僅不能改善陶瓷的真空耐壓性能，而且還降低了其真空耐壓性能。
微波電真空器件中絕緣結(jié)構(gòu)陶瓷的作用是將處于不同電位的金屬材料在機(jī)械上相互連接，達(dá)到氣密，以保持真空器件內(nèi)的真空度；在電氣上相互絕緣，以維持兩電極間電壓的穩(wěn)定。由于真空條件下，存在因沿絕緣陶瓷表面放電造成絕緣陶瓷絕緣性能喪失的現(xiàn)象，且表面耐壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其體擊穿電場強(qiáng)度。所以在真空中決定陶瓷材料絕緣能力的不是陶瓷的體擊穿強(qiáng)度，而是其表面耐壓性能。決定氧化鋁陶瓷真空中耐壓性能的主要是材料表面的閃絡(luò)現(xiàn)象，而閃絡(luò)現(xiàn)象是一個與材料表面性質(zhì)密切相關(guān)的現(xiàn)象。
為此，人們研究了表面粗糙度、表面涂層、摻雜改性處理等對絕緣材料真空耐壓性能的影響。鄭家貴等在氧化鋁陶瓷表面涂覆Mn、Cr、Ti 混合物，經(jīng)高溫處理后，發(fā)現(xiàn)陶瓷真空耐壓性能有顯著提高；雷楊俊等在用Cr2 O3和MnCO3進(jìn)行摻雜制備氧化鋁陶瓷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陶瓷的晶粒細(xì)化了，且真空耐壓性能也得到提高。無論是對氧化鋁陶瓷進(jìn)行表面涂覆改性，還是摻雜改性處理，其目的都是通過降低陶瓷表面的二次電子發(fā)射來提高氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能。但在工程應(yīng)用中，真空技術(shù)網(wǎng)()認(rèn)為還存在研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆對氧化鋁陶瓷表面狀態(tài)的改變，「內(nèi)襯陶瓷耐磨復(fù)合管」而這時的陶瓷表面狀態(tài)對其在真空中的耐壓性能影響如何，尚未看到系統(tǒng)的報道。
為此，本文根據(jù)氧化鋁陶瓷絕緣子在微波電真空器件中的應(yīng)用條件，結(jié)合實(shí)際的工藝處理過程，系統(tǒng)研究了經(jīng)過研磨加工、陶瓷表面施釉及表面涂覆等工藝處理后，氧化鋁陶瓷在真空耐壓性能的變化。
、試驗(yàn)
.、樣品制備
.2 、性能測試
氧化鋁陶瓷的真空耐壓性能按文獻(xiàn)報道的方法測試，測試電源為直流電源，測試系統(tǒng)真空度小于5 × 0-4 Pa，測試時分別將兩片圓形正負(fù)壓電極夾緊陶瓷環(huán)的上下兩平面。用HITACHIS 4800 型掃描電鏡(SEM) 觀察氧化鋁陶瓷材料表面形貌。用PGI400 型號輪廓儀測量磨加工前后陶瓷樣品表面粗糙度。
2、結(jié)論
() 表面未加工的95% Al2O3陶瓷的可靠電壓波動較大，波動幅度可達(dá)50%；但經(jīng)過研磨加工后可靠電壓值趨于一致。所以，對于電真空用絕緣氧化鋁陶瓷，為了保證其真空耐壓性能的穩(wěn)定，應(yīng)該將其研磨加工后才進(jìn)行使用。
(2) 表面涂覆可以改變氧化鋁陶瓷的真空中耐壓性能，但改善的情況與涂覆的結(jié)構(gòu)有關(guān)，表面全涂和按涂層-氧化鋁絕緣層-涂層結(jié)構(gòu)涂覆時，其真空耐壓性能可以提高50% 以上，而按氧化鋁絕緣層-涂層-氧化鋁絕緣層結(jié)構(gòu)涂覆時，其真空耐壓性能沒有提高，甚還會降低。
(3) 氧化鋁陶瓷表面施釉后，「內(nèi)襯陶瓷耐磨復(fù)合管」不僅不能改善陶瓷的真空耐壓性能，而且還降低了其真空耐壓性能?！?/p>