專利名稱:電絕緣子制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電絕緣子的制造方法,其中,在絕緣子的模制件上鍍一個疏水的等離子體聚合物鍍層。
在這里電絕緣子指的是在電路內(nèi)或在電氣設(shè)備中任何電絕緣的構(gòu)件。這種絕緣構(gòu)件例如是電路中使用的阻擋層、通電導(dǎo)體的絕緣蒙皮或電子印刷板。但在本申請文件中的電絕緣子尤其還指的是在配電技術(shù)中利用來導(dǎo)引或隔開通電的電線一定距離的絕緣子。電絕緣子具體地還理解為一種高壓絕緣子,它應(yīng)用于導(dǎo)引或隔開強電工程架空線一定距離。大功率半導(dǎo)體或電開關(guān)元件例如可控硅或閘流管的絕緣外殼,也屬于本申請文件所指的電絕緣子。
電絕緣子由許多不同的材料制造。但主要采用塑料、玻璃和陶瓷,尤其是瓷。由上述材料制造電絕緣子通常通過可變形的原材料成形和接著硬化實現(xiàn)。在這里,取決于采用的材料,硬化通過冷卻、光照或在陶瓷的情況下通過焙燒實現(xiàn)。也可以由多個不同材料的分段組成的已成形絕緣子(人們稱之為組合絕緣子),在下文中稱為成形件。這種電絕緣子成形件的制造是眾所周知的先有技術(shù)。例如有關(guān)陶瓷高壓絕緣子的制造可見西門子公司文件“High-Voltage Ceramics fbr all Applications-by the Pioneer of Power Engineering!”(Bestell-Nr.A96001-U10-A444-X-7600,1997)。
若電絕緣子經(jīng)過較長時間的使用,則取決于使用地點,它將多多少少受到嚴重的表面污染,由此可能顯著惡化清潔的絕緣子原先的絕緣性能。例如由于污染引起表面飛弧。因為粗糙的表面比光滑表面更快被污染,所以例如在陶瓷絕緣子表面上上釉,釉在技術(shù)上改善絕緣子。對于其他的電絕緣子涂防污漆或加鍍層以減少長期工作造成的表面污染也是常見的。
當(dāng)電絕緣子使用在潮濕的環(huán)境中或空氣濕度大的地方,或露天使用遭受潮濕的大氣影響如霧或雨時,同樣存在損失絕緣性能的問題。由于冷凝或下雨,在電絕緣子的表面上沉積有水。當(dāng)水蒸發(fā)時,過去溶解的臟物顆粒粘附在絕緣子表面。因此時間一長仍會形成表面污染,它惡化清潔絕緣子的絕緣特性。即使是光滑的表面也不能防止這種污染。當(dāng)絕緣子應(yīng)用在含鹽的環(huán)境中,例如海岸附近或工業(yè)區(qū)附近時,會產(chǎn)生同樣的問題。
為防止沿絕緣子潮濕或污染的表面過早地產(chǎn)生飛弧,高壓絕緣子必須設(shè)所謂的護助,借此顯著延長在彼此要絕緣的零件之間經(jīng)表面的漏電路徑。然而這些復(fù)雜的措施需要消耗更多材料并導(dǎo)致高的制造成本。
由西門子公司文件“SIMOTEC Verbundisolatoren:Ihr Schluessel Zu einerneuen Generation von Schaltanlagen”(Bestell-Nr.A96001-U10-A413,1996)已知一種所謂組合絕緣子,作為尤其在潮濕環(huán)境中上述表面污染問題的解決方案,它有硅酮橡膠制的護助。硅酮橡膠的疏水表面防止形成水膜和粘附雜質(zhì)層。在這種絕緣子表面上沉積的水連同溶解在水中的雜質(zhì)如珠狀落下,因此不會形成污染膜。
但是,硅酮橡膠在潮濕的環(huán)境中盡管其有疏水的表面性質(zhì)仍有逐漸存水的傾向。當(dāng)環(huán)境空氣的濕度高時會導(dǎo)致絕緣性能暫時下降,在要絕緣高電壓的情況下,飛弧會導(dǎo)致絕緣子破壞。也就是說,由于存水飛弧不再沿表面進行,而是部分穿過絕緣子本身進行。也有同樣負面效果的是沉積在硅酮橡膠表面內(nèi)的灰塵和污物顆粒。
由出版物“Insulators Glaze Modified by Plasma Processes”(Tyman,A.;Pospieszna,I.;Iuchniewicz,I.;9thInternational Symposium of High VoltageEngineering,Graz,28.August-1.September 1995)已知另一種用于在電絕緣子上生成疏水層的建議。其中通過等離子體處理過程在陶瓷的釉上制成一個疏水的等離子體聚合物鍍層。為此在第一道工序中在一封閉的容器內(nèi)由氬產(chǎn)生惰性氣體等離子體,以便通過氣體轟擊從表面浸提存在于釉內(nèi)的堿離子,如鈉或鉀。經(jīng)此表面處理后在容器中流入作為工作氣體的六甲基二硅氧烷(HMDSO),在壓力高于1.12mbar的情況下再由此氣體產(chǎn)生等離子體。通過等離子體聚合過程,除去的堿離子被化學(xué)上牢固鍵合的疏水族代替。在這種情況下構(gòu)成了一個等離子體聚合物的疏水鍍層。此等離子體聚合物鍍層的疏水性和粘附性不利地與釉的類型有關(guān)。例如業(yè)已證實,堿離子比白釉少得多的褐色釉為等離子體聚合過程提供了更好的前提條件,以及為生成疏水層顯示出良好的化學(xué)連結(jié)能力。
如前所述,已知的方法通過等離子體聚合,在陶瓷的絕緣子釉上造成一個疏水層,然而此鍍層的質(zhì)量與釉的成分有密切的關(guān)系。這種方法在有缺陷的瓶子中很小的陶瓷塊上實施。它不適用于為大的電絕緣子鍍層。
本發(fā)明的目的是提供一種用于電絕緣子的制造方法,其中在絕緣子的成形件上鍍上一個疏水的等離子體聚合物鍍層。在這里,此疏水的等離子體聚合物鍍層應(yīng)與成形件的材料或與其表面的材料無關(guān)具有相同質(zhì)量地鍍覆。此外,此絕緣子的制造方法應(yīng)完全一樣地適用于任意尺寸的絕緣子,也就是從微電子技術(shù)用的絕緣子到數(shù)米長的高壓絕緣子。鍍好的等離子體聚合物鍍層應(yīng)持久和硬質(zhì)并與成形件的材料牢固連接。
本發(fā)明的目的通過具有下列步驟的制造方法來實現(xiàn)。
將按已知的方式制成的絕緣子成形件裝入等離子體反應(yīng)器可抽真空的一腔室內(nèi);該腔室被抽成真空;向腔室內(nèi)輸入一種非極性的或具有非極性族的工作氣體;在連續(xù)氣流的情況下將腔室內(nèi)的工作壓力調(diào)整在1·10-5mbar與5·10-1mbar之間;通過產(chǎn)生一個電場由工作氣體形成一種等離子體,其中,每單位腔室容積供入的電功率調(diào)整在0.5KW/m3與5KW/m3之間,以及每單位腔室容積的氣流調(diào)整在10 sccm/m3與1000 sccm/m3之間;等離子體至少維持到由工作氣體的等離子體聚合物在成形件表面構(gòu)成一閉合的鍍層時為止;切斷電場,從腔室內(nèi)取出完成鍍層的絕緣子。
單位sccm是在等離子技術(shù)中通用的單位,指的是標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(英文名稱standard cubic centimeter),表示換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣體體積。溫度25℃和壓力1013mbar定義為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
本發(fā)明以下列事實為出發(fā)點,即,按先有技術(shù)在陶瓷絕緣子的釉上制造疏水等離子體聚合物鍍層的方法中使用大于1.12mbar的工作壓力。在此較高的工作壓力下,在等離子體電離的分子之間平均的游離距離比較小。因此在等離子體內(nèi)通過電離分子的相互作用已經(jīng)導(dǎo)致聚合作用和沉積生成物質(zhì)。在絕緣子本身本來應(yīng)當(dāng)形成等離子體聚合物的表面上造成鍍層的非均質(zhì)性。按先有技術(shù)在要鍍層的底物表面發(fā)生離子轟擊。這種離子轟擊是非均勻的。以此方式等離子體電離的分子不再能到達要鍍層的底物上的遮蔽區(qū),所以在那里可能并沒有實現(xiàn)用等離子體聚合物鍍層。當(dāng)工作壓力高于1mbar時,底物均質(zhì)的鍍層只能在勻稱和小尺寸的底物上生成。在這里等離子體的空間范圍只允許在幾厘米內(nèi)變動。因為研究證明,當(dāng)?shù)入x子體的空間范圍超過50cm時,在工作壓力大于1mbar的情況下,由于物理學(xué)方面的原因,不再可能獲得均質(zhì)的鍍層。
然而,在按先有技術(shù)用于在陶瓷絕緣子的釉上鍍層的方法中不允許輕易降低工作壓力,因為要不然不再能用等離子體的離子實現(xiàn)對經(jīng)預(yù)處理的釉的加工。因此用形成的等離子體聚合物在化學(xué)上牢固鍵合的族來替代從釉中擊出的堿離子的目的不再能夠達到。
現(xiàn)在令人驚異地發(fā)現(xiàn),若將工作壓力調(diào)整為1·10-5mbar至5·10-1mbar便能獲得持久的等離子體聚合物鍍層,只要除此之外令等離子體在每單位腔室容積供入電功率在0.5與5KW/m3之間以及每單位腔室容積氣流在10與1000sccm/m3之間的條件下形成。
還出人意料地發(fā)現(xiàn),按這種工藝規(guī)程制成的等離子體聚合物鍍層與選擇的絕緣子材料無關(guān)。也不需要對絕緣子的表面進行預(yù)處理,這種預(yù)處理例如是為了借助于氬濺射從釉中擊出堿離子以提供一個活性表面,然后等離子體聚合物再化學(xué)地連接在此表面上。在所選擇的工作壓力和所選擇的功率輸入強度的條件下,形成的等離子體聚合物顯然互相良好交聯(lián),完全不必操心它在絕緣子表面的化學(xué)鍵合問題。制成的是一種耐磨和硬質(zhì)的等離子體聚合物鍍層。采用非極性或具有非極性的族的工作氣體,形成一個活性差、亦即能量小的等離子體聚合物表面作為絕緣子表面上的涂層。這一表面高度疏水,亦即防水。除此之外,此等離子體聚合物防UV(紫外線)作用。還有,這種鍍層或涂層不吸水?;覊m和臟物顆粒也被阻止侵入表面內(nèi)。
在所說明的工作壓力下不會導(dǎo)致等離子體成分的定向運動。不造成離子轟擊。由于等離子體成分的游離距離較長,故沒有在等離子體內(nèi)就產(chǎn)生聚合作用,而是只有在要鍍層的樣品上才發(fā)生聚合作用。即使對于大尺寸的絕緣子也能獲得均質(zhì)的鍍層。
術(shù)語“等離子體聚合物”表示一種通過等離子方法制造的聚合物,它不同于用傳統(tǒng)的化學(xué)途徑制成的聚合物,各分子簇相互之間有強得多的交聯(lián),不是定向的而是無定形的,而且除此之外有高得多的密度。與例如傳統(tǒng)的聚合物相比,等離子體聚合物的特征在于擴展了用IR光譜儀測量的紅外線振動帶。
按本發(fā)明的方法具有的優(yōu)點是,可制造一種具有持久、耐磨和高度疏水的等離子體聚合物鍍層的電絕緣子。有待鍍層的絕緣子成形件的尺寸和材料不起作用。因此,本方法尤其適用于大尺寸的絕緣子,例如數(shù)米長的高壓絕緣子。
按本發(fā)明的一項有利的設(shè)計,每單位腔室容積供入的電功率在1KW/m3與3.5KW/m3之間。
更有利的是,每單位腔室容積的氣流調(diào)整在20sccm/m3與300sccm/m3之間。
為了等離子體聚合物的耐久性以及保護成形件免受外來的影響,比較有利的是等離子體一直維持到等離子體聚合物鍍層的層厚達到100nm與10μm之間時為止。
為了清除附著在絕緣子成形件表面上的能氧化的成分,如油或脂,比較有利的是在腔室抽成真空時按以下方式計量在腔室內(nèi)含氧的氣體,尤其是空氣,即,在腔室內(nèi)暫時存在1與5mbar之間的壓力,與此同時在此氣體內(nèi)點燃等離子體,持續(xù)時間在1秒與5分鐘之間。以此方式發(fā)生表面雜質(zhì)的氧化。氧化的成分不被吸附。經(jīng)這一處理后形成了絕緣子成形件純凈的表面。
按本發(fā)明另一項有利的設(shè)計,周期性點燃等離子體。業(yè)已證實,以此方式可以改善等離子體聚合物鍍層的均質(zhì)性。
在周期性點燃的情況下,比較有利的是等離子體以0.1至100Hz的頻率被點燃。
按已知的方法可通過產(chǎn)生電場實現(xiàn)等離子體的點燃。電場可例如借助于微波發(fā)生器感應(yīng)地或電容地耦合?,F(xiàn)已研究證明,尤其為了處理大而長的絕緣子成形件,借助于往裝在腔室內(nèi)的電極上施加一個電壓來點燃等離子體是特別恰當(dāng)?shù)?。在這里一個電極例如設(shè)計為棒狀,而另一個電極由腔壁本身構(gòu)成。也可以采用兩個對置的棒狀電極。在借助電極點燃等離子體時,成形件上難以接近的表面部分也被可靠地鍍上等離子體聚合物層。
原則上等離子體可借助一個隨時間不變的電場產(chǎn)生。但更有利的是,電場是一個頻率在1KHz與5GHz之間的交變電場。在這種情況下,實際上采用的頻率要取決于所使用的工作氣體。
按本發(fā)明另一項有利的設(shè)計,在腔室內(nèi)的工作壓力調(diào)整在1·10-3mbar與1·10-1mbar之間。
對于制造等離子體聚合物鍍層特別有利的是,采用一種碳氫化合物,尤其是乙炔和/或甲烷作為工作氣體。
對于在絕緣子成形件上生成的等離子體聚合物鍍層的質(zhì)量而言,比較有利的是采用一種硅有機化合物或氟有機化合物作為工作氣體。由這種化合物等離子體形成的等離子體聚合物,其特點在于各分子簇互相高度交聯(lián)?;谶@種交聯(lián)使制成的鍍層極其穩(wěn)定并能防止雜質(zhì)影響,而且有高的硬度。此外,由非極性或具有非極性族的硅有機化合物或氟有機化合物等離子體生成的等離子體聚合物,顯示出其有良好和持久的疏水性。
對于等離子體聚合物鍍層的疏水性、硬度和品質(zhì)而言特別有利的是,采用六甲基二硅氧烷、四乙基原硅酸鹽、乙烯基三甲基甲硅烷或八氟環(huán)丁烷或它們的混合物為工作氣體。上述這些工作氣體的混合物也同樣提供良好的結(jié)果。
按本發(fā)明另一項有利的設(shè)計,在工作氣體內(nèi)添加一種附加氣體。在這種情況下有利的是,附加氣體是惰性氣體、鹵素,尤其是氟、氧或氮或它們的混合物。
用等離子體鍍層的絕緣子制造方法特別適用于高壓絕緣子。高壓絕緣子的尺寸可從幾厘米到幾米。此方法尤其適用于桿式絕緣子,如應(yīng)用于支承架空線的那種絕緣子。這種絕緣子被制成有一些盤狀護肋的成形件,以便以此方式加長絕緣子兩端之間的漏電路徑。這種絕緣子即使在其表面受到污染時仍能可靠地防止飛弧。
因為按本發(fā)明的制造方法制有等離子體聚合物鍍層的絕緣子具有高度疏水的表面,所以它能可靠防止由于溶在水中的雜質(zhì)造成的污垢沉積。因為以此方式防止了恰好在露天長期工作的絕緣子受污染,所以可以取消采用護肋的結(jié)構(gòu)來加長漏電路徑。在這里甚至可以設(shè)想將絕緣子按理想的形狀設(shè)計為一根長管。這樣與傳統(tǒng)的高壓絕緣予相比可極大地節(jié)約材料。而且生產(chǎn)成形件的制造方法也變得特別簡單,以及這種方法比用于制造設(shè)有護肋的成形件的方法便宜得多。
因為所制成的等離子體聚合物鍍層的質(zhì)量與電絕緣子成形件的材料無關(guān),所以特別恰當(dāng)?shù)氖牵尚图梢环N焙燒的陶瓷、上釉的焙燒陶瓷、玻璃或塑料,尤其由硅酮橡膠、環(huán)氧樹脂或玻璃纖維強化塑料制成。即使遇到例如雖經(jīng)焙燒但未上釉的陶瓷是一種粗糙的表面,但按本發(fā)明的制造方法恰好能提供一種具有高度疏水性表面的絕緣子,這種絕緣子的性能甚至超越雖上釉但沒有疏水鍍層的陶瓷絕緣子的性能。粗糙的表面對于施加鍍層而言絕不意味著有什么困難。即使是由硅酮橡膠制的成形件,采用按本發(fā)明的方法也能加工成一種有疏水等離體聚合物鍍層的絕緣子。以此方式不改變地保持了用硅酮橡膠制的絕緣子良好的電氣和防污染的性能,除此之外可靠地避免了硅酮橡膠有不希望的性質(zhì),亦即積水和/或吸灰塵和臟物顆粒。此外任何塑料可通過按本發(fā)明的方法進一步加工成高質(zhì)量的設(shè)有疏水表面的絕緣子。本發(fā)明公開了這種可能性,即允許用任意塑料制造成用于絕緣子的成形件并將這種成形件通過等離子體聚合作用加上一個疏水的鍍層。這種塑料絕緣子與傳統(tǒng)的塑料絕緣子相比,在其絕緣能力方面具有明顯改善的長期特性。這種塑料絕緣子可以長期替代昂貴的硅酮橡膠絕緣子。此外在這里本發(fā)明還公開了這種可能性,即避免為了增加漏電路徑而采用形狀復(fù)雜的絕緣子。
下面舉兩個例子說明本發(fā)明。
例1按已知的方式用原材料高嶺土、長石、陶土和石英通過加水混合制成一種可捏和的物質(zhì),由此物質(zhì)通過車削制成有一些護肋的空心圓柱形粘土件。粘土件經(jīng)干燥并焙燒成一個成形件。成形件的長度約為50cm。此陶瓷絕緣子的成形件裝入等離子體反應(yīng)器一個可抽真空容積1m3的腔室內(nèi)。在腔室抽成真空后加入由六甲基二硅氧烷與氦組成的混合物作為工作氣體。在六甲基二硅氧烷30sccm和氦30sccm的連續(xù)氣流的情況下通過有控制地抽真空,將腔室內(nèi)的工作壓力調(diào)整為9·10-3mbar。在這些條件下借助電極點燃工作氣體內(nèi)的等離子體。為此在電極上施加頻率為13.56MHz和功率為2KW的交變電場。在時間持續(xù)30分鐘后,從已通風(fēng)的腔室內(nèi)取出現(xiàn)在已加上一個疏水的等離子體聚合物鍍層的成形件,亦即制成的高壓絕緣子。
例2按例1制造的陶瓷高壓絕緣子的成形件裝入等離子體反應(yīng)器容積為350升、可抽真空的腔室內(nèi)。采用乙烯基三甲基甲硅烷作為工作氣體。當(dāng)流量為100sccm時將腔室內(nèi)的工作壓力調(diào)整為1.5·10-1mbar。通過在電極上施加電壓在腔室內(nèi)點燃等離子體。電壓是頻率為13.56MHz的交流電壓。吸收的功率為1.2KW。在時間持續(xù)20分鐘后,將加上疏水的等離子體聚合物鍍層的成形件從已通風(fēng)的腔室內(nèi)取出。
下面借助附圖進一步說明本發(fā)明的實施例,附圖中
圖1示出在絕緣子成形件上鍍覆疏水的等離子體聚合物鍍層的設(shè)備,圖2示出具有疏水的等離子體聚合物鍍層的陶瓷高壓絕緣子;以及圖3為圖2所示高壓絕緣子的等離子體聚合物鍍層的局部放大示圖。
圖1表示在電絕緣子的成形件上鍍疏水的等離子體聚合物鍍層的設(shè)備。該設(shè)備包括一等離子體反應(yīng)器1,它設(shè)計為可抽真空的金屬腔室2,腔室2內(nèi)有裝在它里面的視孔玻璃3。為了將腔室2抽真空設(shè)有一泵站5,它按前后串聯(lián)的方式包括一個油擴散泵6、一個羅茨泵(Rootspumpe)7和一個旋轉(zhuǎn)滑閥式真空泵8。在這里為了給腔室2抽真空,首先接通旋轉(zhuǎn)滑閥式真空泵8,接著接通羅茨泵7,最后接通油擴散泵6。
借助三通閥10,可以要么接通泵站5,要么接通與腔室2連接的進氣管13的通風(fēng)閥12。為了控制泵的功率,附加地在進氣管13中裝入一可控制的節(jié)流閥14。
為了監(jiān)控壓力,設(shè)有一個與腔室2的內(nèi)室連接的皮拉尼測壓計15和一個與之相連的壓力表17。皮拉尼測壓計15有效工作至壓力范圍10-3mbar。為了調(diào)整腔室2內(nèi)的工作壓力,設(shè)有一個與腔室2的內(nèi)室連接的所謂Baratron19。在Baratron 19內(nèi)通過改變一個膜片與一固定板之間的容積測量壓力。Baratron 19輸出合理的壓力值低至幾個10-4mbar。為了調(diào)整壓力,在Baratron19的出口連接壓力調(diào)節(jié)器21,它將測得的壓力實際值與規(guī)定的額定值比較,并通過調(diào)節(jié)管22控制節(jié)流閥14。若例如通過Baratron 19測得的腔室2內(nèi)的工作壓力低于規(guī)定的額定值,則通過調(diào)節(jié)管22小量地打開節(jié)流閥14,于是泵站5對腔室2的抽吸功率減小。為了向Baratron 19供電設(shè)有一電源25。
為了在等離子體反應(yīng)器1的腔室2內(nèi)輸入工作氣體,在腔室2上連接一供氣管27。通過一個伺服閥28和一些流量調(diào)節(jié)器29可向供氣管27導(dǎo)通一系列工作氣體管30。工作氣體管30分別與一個壓縮氣瓶連接。在圖1中表示的五根工作氣體管30例如與用于六甲基二硅氧烷、乙烯基三甲基甲硅烷、氬、氧或氮的壓縮氣瓶連接。
借助流量調(diào)節(jié)器29可以組合一種特殊的混合氣并經(jīng)供氣管27輸入腔室2。
因為在生成等離子體聚合物鍍層時要消耗工作氣體,所以要在工作氣體連續(xù)通過腔室2流動的情況下工作。以此方式為生成等離子體聚合物鍍層不斷地補充供氣。工作氣體各組成部分相應(yīng)的流量借助于氣體流量調(diào)節(jié)器33通過連接導(dǎo)線31經(jīng)流量調(diào)節(jié)器29控制。氣體流量調(diào)節(jié)器33本身與壓力調(diào)節(jié)器21連接。以此方式當(dāng)工作氣體組成部分為規(guī)定的流量時,通過控制節(jié)流閥14在腔室2內(nèi)準(zhǔn)確地達到所要求的工作壓力。
在腔室2內(nèi)室中的工作氣體等離子體的點燃,通過在一個HF電極35上施加的電壓實現(xiàn)。HF電極在腔2的內(nèi)室中設(shè)計為長的棒形電極36。腔室2的金屬外殼本身在一定程度上起第二個電極的作用。為了產(chǎn)生電壓設(shè)一電壓發(fā)生器37。
將按已知的方法制造的電絕緣子的成形件裝在等離子體反應(yīng)器1的腔室2中。接著借助泵站5在適當(dāng)調(diào)整三通閥10的情況下將腔室2抽真空。
通過控制有關(guān)的流量調(diào)節(jié)器29并與此同時借助節(jié)流閥14控制泵站5作用在腔室2內(nèi)的抽吸功率,在腔室內(nèi)流入規(guī)定流量的氧。在這種情況下腔室內(nèi)存在的壓力調(diào)整為3mbar。同時,在腔室2內(nèi)借助電壓發(fā)生器37通過在HF電極35上施加一個電壓點燃等離子體,持續(xù)時間在1秒與5分鐘之間。以此方式從表面消除表面污垢,尤其是脂或油。
接著借助有關(guān)的流量調(diào)節(jié)器29節(jié)制氧的供應(yīng)。腔室重新被抽真空并在控制流量為300sccm的情況下在腔室內(nèi)引入六甲基二硅氧烷和氦。通過節(jié)流閥14控制泵站5的抽吸功率,使腔室2內(nèi)存在的工作壓力為9·10-2mbar。通過電壓發(fā)生器37借助在腔室2內(nèi)的HF電極35點燃由工作氣體產(chǎn)生的等離子體。作為電壓采用頻率為13.56MHz的交流電壓。用于制成疏水的等離子體聚合物鍍層的功耗為3.5KW。
點燃等離子體保持時間5分鐘至60分鐘。接著在相應(yīng)地調(diào)整三通閥10和緩慢地打開節(jié)流閥14的情況下,腔室2經(jīng)通風(fēng)閥12通風(fēng)。將制成的加上疏水等離子體聚合物鍍層的絕緣子從腔室2內(nèi)取出。
圖2用局部剖視圖表示具有一些護肋46的陶瓷高壓絕緣子45。此高壓絕緣子全部用陶瓷48制造。為了與要絕緣的通電部分連接,高壓絕緣子45兩端還有連接器47。
陶瓷高壓絕緣子45在按圖1設(shè)計的設(shè)備中通過點燃在工作氣體六甲基二硅氧烷內(nèi)的等離子體,鍍上疏水的等離子體聚合物鍍層。
在圖3對圖2局部Ⅲ的放大示圖中,可以清楚看出這種疏水等離子體聚合物鍍層的結(jié)構(gòu)。鍍層厚度約為1000nm。人們可以很清楚地看到,在等離子體聚合物鍍層的分子簇之間形成高的交聯(lián)度??床坏饺缭趥鹘y(tǒng)的聚合物中那樣的定向結(jié)構(gòu)。確切地說是一種無定形的結(jié)構(gòu)。由于高度交聯(lián),所以這種等離子體聚合物鍍層有高的組織密度,并因而阻止分子,如氧、氫或二氧化碳滲透。此外,此等離子體聚合物鍍層有高的密度,這一點可通過各硅原子的固氧得到解釋。由于六甲基二硅氧烷非極性的CH3族,所以由此工作氣體生成的等離子體聚合物鍍層還有低的能量,并因而是高度疏水的。
下面通過試驗證明按本發(fā)明的制造方法制成的等離子體聚合物鍍層的疏水性和耐久性。
試驗1一個上釉的陶瓷高壓絕緣子與一個形狀一致但加有疏水的等離子體聚合物鍍層的陶瓷高壓絕緣子比較。其中等離子體聚合物鍍層通過點燃在由六甲基二硅氧烷和氦組成的工作氣體中的等離子體制成。所選擇的參數(shù)與例1中所述的一致。生成等離子體聚合物鍍層的持續(xù)時間為30分鐘。鍍覆的等離子體聚合物鍍層的層厚為1000nm。等離子體聚合物鍍層直接鍍在釉上。
兩種高壓絕緣子的長度均為50cm。它們有九個護肋,護肋相互的間距為45mm。護肋直徑為223mm;桿徑為75mm。由這些數(shù)量的護肋已知兩種絕緣子的漏電路徑長度為1612mm。
兩種絕緣子的絕緣特性根據(jù)IEC 507(1991)按鹽霧法檢驗。等離子體聚合物鍍層直接鍍在釉上。作為準(zhǔn)備工作先用磷酸鈉洗滌這兩種高壓絕緣子。接著對兩種高壓絕緣子在最高鹽濃度為224kg/m3的情況下實施空氣或霧溫控試驗以及在檢驗電壓為23KV(交變電壓)的條件下實施一小時的鹽霧試驗。其中,檢驗電壓在一個Umax=161KV系統(tǒng)的四節(jié)鏈中作為分電壓為一個高壓絕緣子引出。在試驗的全部持續(xù)時間內(nèi)連續(xù)地記錄檢驗電壓和泄漏電流。
在預(yù)溫控試驗中在有等離子體聚合物鍍層的高壓絕緣子上測定的飛弧電壓與上釉的陶瓷高壓絕緣子上測得的飛弧電壓相當(dāng)。這意味著,通過等離子體聚合物鍍層提高疏水性對飛弧電壓沒有影響。檢驗電壓 單位漏電路徑長度 在耐受試驗時最大泄漏電流, (KVeff) (mm/KV)(mA)23 40.5 1590(護肋跨接)23 40.5 1400(護肋跨接)23 40.5 1260(護肋跨接)表1檢驗電壓單位漏電路徑長度 在耐受試驗時最大泄漏電流, (KVeff) (mm/KV) (mA)23 40.5 60023 40.5 1100(護肋跨接)23 40.5 550表2在預(yù)溫控試驗后,在檢驗電壓為23KV的條件下實施三次一個小時鹽霧試驗。在此過程中測量各最大泄露電流。表1表示未經(jīng)處理的上釉陶瓷高壓絕緣子的測量結(jié)果,表2表示加上等離子體聚合物鍍層的上釉高壓絕緣子的測量結(jié)果。與未經(jīng)處理的高壓絕緣子(見表1)相比較,在一小時的鹽霧試驗中,加上等離子體聚合物鍍層的高壓絕緣子(見表2)難得出現(xiàn)護肋跨接。加有等離子體聚合物鍍層的高壓絕緣子的最大泄漏電流明顯地小于未經(jīng)處理的上釉高壓絕緣子。
試驗2按試驗1設(shè)計的加上等離子體聚合物鍍層的陶瓷高壓絕緣子,按IEC-1109進行1000小時噴鹽試驗。此高壓絕緣子經(jīng)1000小時在鹽霧中使用仍有如試驗開始時同樣的性能。這一結(jié)果證明了等離子體聚合物鍍層的耐久性和高的疏水性。用未經(jīng)處理的上釉陶瓷高壓絕緣子不能獲得這樣的結(jié)果。
試驗3研究三種不同陶瓷高壓絕緣子的潤濕角,它們?nèi)及蠢?加有疏水的等離子體聚合物鍍層。經(jīng)處理的成形件全是陶瓷成形件。成形件A中絕緣予材料附加褐色的釉,成形件B加有白釉。絕緣子成型件C不上釉。按標(biāo)準(zhǔn)DIN-EN828用蒸餾水和NaCl的重量百分比含量在25%的水確定潤濕角。在表3內(nèi)綜合了試驗結(jié)果。由表3可以看出,在未上釉的表面,由于較大的粗糙度,在疏水性相同的情況下潤濕角比上釉的絕緣子表面上的大。絕緣子材料 A B CH2O 108.0 109.2 131.0H2ONacl107.0 108.0 136.3強疏水性 強疏水性極強疏水性表權(quán)利要求
1.一種電絕緣子(45)的制造方法,其中在絕緣子的成形件上鍍疏水的等離子體聚合物鍍層,此方法有下列步驟-將成形件裝入等離子體反應(yīng)器(1)可抽真空的一腔室(2)內(nèi);-將腔室(2)抽成真空;-往腔室(2)內(nèi)引入一種非極性的或具有非極性族的工作氣體;-在連續(xù)氣流的情況下將腔室(2)內(nèi)的工作壓力調(diào)整在1·10-5mbar與5·10-5mbar之間;-通過產(chǎn)生一個電場由工作氣體形成一種等離子體,其中,每單位腔室容積加入的電功率調(diào)整在0.5KW/m3與5KW/m3之間,以及每單位腔室容積的氣流調(diào)整在10sccm/m3與1000sccm/m3之間;-等離子體至少維持到由工作氣體的等離子體形成的等離子體聚合物(50)在成形件表面構(gòu)成一閉合的鍍層時為止;-切斷電場,從腔室(2)內(nèi)取出完成鍍層的絕緣子。
2.按照權(quán)利要求1所述的制造方法,其特征在于每單位腔室容積供入的電功率調(diào)整在1KW/m3與3.5KW/m3之間。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的制造方法,其特征在于每單位腔室容積的氣流調(diào)整在20sccm/m3與300sccm/m3之間。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的制造方法,其特征在于等離子體維持到等離子體聚合物鍍層的層厚在100nm與10μm之間時為止。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的制造方法,其特征在于在腔室(2)抽真空時以這樣的方式計量在腔室(2)內(nèi)含氧的氣體,尤其是空氣,即,使腔室(2)內(nèi)暫時存在1與5mbar之間的壓力,與此同時在腔室(2)的氣體內(nèi)點燃凈化用的等離子體,時間持續(xù)1秒與5分鐘之間。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項所述的制造方法,其特征在于所述等離子體被周期性點燃。
7.按照權(quán)利要求6所述的制造方法,其特征在于等離子體以0.1至100Hz的頻率被點燃。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的制造方法,其特征在于等離子體借助于往裝在腔(2)內(nèi)的電極上施加電壓被點燃。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的制造方法,其特征在于以一個頻率在1kHz與5GHz之間的交變電場作為所述電場。
10.按照權(quán)利要求1至9中任一項所述的制造方法,其特征在于在腔室(2)內(nèi)存在的工作壓力在1·10-3與1·10-1mbar之間。
11.按照權(quán)利要求1至10中任一項所述的制造方法,其特征在于采用一種碳氫化合物,尤其是乙炔和/或甲烷作為工作氣體。
12.按照權(quán)利要求1至10中任一項所述的制造方法,其特征在于采用一種硅有機化合物或氟有機化合物作為工作氣體。
13.按照權(quán)利要求12所述的制造方法,其特征在于采用六甲基二硅氧烷、四乙基原硅酸鹽、乙烯基三甲基甲硅烷或八氟環(huán)丁烷或它們的混合物為工作氣體。
14.按照權(quán)利要求1至13中任一項所述的制造方法,其特征在于在工作氣體內(nèi)添加一種附加氣體。
15.按照權(quán)利要求14所述的制造方法,其特征在于添加惰性氣體、鹵素,尤其是氟、氧或氮或它們的混合物作為附加氣體。
16.按照權(quán)利要求1至15中任一項所述的制造方法,其特征在于所述絕緣子是一種高壓絕緣子(45),尤其是一種桿式絕緣子。
17.按照權(quán)利要求1至16中任一項所述的制造方法,其特征在于成形件由一種焙燒的陶瓷(48)、上釉的焙燒陶瓷(48)、玻璃或一種塑料,尤其由硅酮橡膠、環(huán)氧樹脂或玻璃纖維強化塑料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電絕緣子的制造方法,其中在絕緣子的成形件上鍍疏水的等離子體聚合物鍍層。等離子體聚合物的鍍層在工作壓力為1·10
文檔編號H01B19/00GK1312945SQ99809420
公開日2001年9月12日 申請日期1999年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者約翰尼斯·利伯曼, 艾爾弗雷德·巴爾曼, 克勞斯·D·維辛, 奧托-迪德里克·赫尼曼 申請人:西門子公司, 弗朗霍弗應(yīng)用研究促進協(xié)會