Материалы электроники и электротехники. Королёв А.П - 29 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Если пробой произошёл в газообразном диэлектрике, то благодаря высокой подвижности молекул пробитый участок
после снятия напряжения восстанавливает свои электрические свойства. В противоположность этому пробой твёрдых
диэлектриков заканчивается разрушением изоляции. Однако разрушение материала можно предупредить, ограничив
нарастание тока при пробое допустимым пределом.
Рис. 4.4. Вольт-амперная характеристика диэлектрика
Пробой диэлектриков может возникать в результате чисто электрических, тепловых, а в некоторых случаях и
электрохимических процессов, обусловленных действием электрического поля.
Пробой твёрдых диэлектриков. У твёрдых диэлектриков может наблюдаться три основных механизма пробоя:
1) электрический;
2) тепловой;
3) электрохимический.
Каждый из указанных механизмов пробоя может иметь место в одном и том же материале в зависимости от характера
электрического поля, в котором он находится, – постоянного или переменного, импульсного, низкой или высокой частоты;
времени воздействия напряжения; наличия в диэлектрике дефектов, в частности закрытых пор; толщины материала; условий
охлаждения и т.д.
Электрический пробой твёрдых диэлектриков характеризуется весьма быстрым развитием. Он протекает за время не
более 10
–7
… 10
–8
с, не обусловлен тепловой энергией, хотя электрическая прочность при электрическом пробое в некоторой
степени зависит от температуры, и сопровождается в своей начальной стадии разрушением диэлектрика в очень узком
канале.
Электрический пробой по своей природе является чисто электронным процессом, когда из немногих начальных
электронов в твёрдом теле создаётся электронная лавина. Развитие лавин сопровождается фотоионизацией (как в газах),
которая ускоряет образование проводящего канала. Ускоренные полем электроны при столкновениях передают свою
энергию узлам решётки и разогревают её вплоть до плавления. В разрядном канале создаётся значительное давление,
которое может привести к появлению трещин или полному разрушению изолятора.
Чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь,
обусловливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений.
В случае однородного поля и полной однородности структуры материала пробивные напряжённости при электрическом
пробое могут служить мерой электрической прочности вещества. Такие условия удаётся наблюдать у монокристаллов
многих окислов, щёлочно-галоидных соединений и некоторых органических полимеров. При этом
E
пр
достигает более 1000
МВ/м. Электрический пробой наблюдается у большинства диэлектриков при кратковременном (импульсном) воздействии
напряжения.
Тонкие плёнки могут обладать существенно более высокой электрической прочностью, нежели массивные образцы.
Это свойство получило название
электрического упрочнения материалов. Его использование позволяет повысить
надёжность плёночной изоляции микроэлектронных элементов и устройств, поскольку эксплуатационные значения
напряжённости поля в тонких плёнках (~10
8
В/м) близки к пробивным для объёмных образцов.
Тепловой пробой возникает в том случае, когда количество тепловой энергии, выделяющейся в диэлектрике за счёт
диэлектрических потерь, превышает то количество энергии, которое может рассеиваться в данных условиях; при этом
нарушается тепловое равновесие, а процесс приобретает лавинообразный характер.
Явление теплового пробоя сводится к разогреву материала в электрическом поле до температур, соответствующих
расплавлению, обугливанию и пр. Электрическая прочность при тепловом пробое является характеристикой не только
материала, но и изделия из него, тогда как электрическая прочность при электрическом пробое служит характеристикой
самого материала. Пробивное напряжение, обусловленное нагревом диэлектрика, связано с частотой напряжения, условиями
охлаждения, температурой окружающей среды и др. Кроме того, электротепловое пробивное напряжение зависит от
нагревостойкости материала; органические диэлектрики (например, полистирол) имеют более низкие значения
электротепловых пробивных напряжений, чем неорганические (кварц, керамика), при прочих равных условиях вследствие
их малой нагревостойкости.
I
U
U
п
р

Страницы