介電強度與擊穿強度的含義

擊穿強度與介電強度：

    電介質材料的擊穿是指在電場作用下伴隨著化學、熱、力等作用而喪失其絕緣、介電能力的現象。當對介電材料施加的外加電場強度逐漸增大時，電介質材料會從介電狀態轉變為導電狀態，即介質材料只能在一定的電場強度內保持這些性質，當電場強度超過某一臨界值時，電介質材料由介電態變為導電態，這種現象稱為介電強度的破壞或介質的擊穿。相應的電介質材料所能承受的臨界電場強度就是介電強度。介電強度是表征材料耐電壓性能的物理量，對工程材料電性能的應用具有重要意義。電介質擊穿的機制包括熱擊穿、電擊穿、局部放電擊穿及樹枝擊穿。

    （1）熱擊穿:電介質在電場作用下，由電導和介質損耗所產生的熱量超過試樣通過傳導、對流和輻射所散發的熱量，產出的熱量比散去的多，試樣中的熱平衡被破壞，試樣溫度不斷上升，造成久性破壞，這就是熱擊穿。

    （2）電擊穿:電擊穿是指強電場下，介質承受的電壓超過一定值Us時，其中有相當大的電流通過，使介質喪失絕緣性能，這個過程即是電擊穿。擊穿場強表達為:Es=Us/d，通常當電場接近擊穿場強時，材料中的電流主要是電子型的。其擊穿機制主要有:碰撞電離理論、雪崩理論和隧道理論。碰撞電離理論是指晶體溫度高于絕對零度，晶格的微小振動形成格波，格波能量量子稱為聲子。碰撞電離中，存在電子和聲子碰撞，雜質和缺陷對自由電子的散射。若外加電場足夠高，自由電子在電場中獲得的能量超過失去的能量時，自由電子便可在每次碰撞后積累起能量，最后發生擊穿;雪崩理論是指，在電場足夠大時，自由電子從電場中獲得的能量在每次碰撞后都能產生另一個自由電子，n次碰撞就有2n個自由電子，形成雪崩式倍增效應，這些電子一方面向陽極遷移，一方面擴散，當雪崩式倍增效應貫穿兩電極時，則發生擊穿的現象;隧道理論則強調當電場足夠高時，由于隧道效應，使禁帶電子進入導帶，在電場作用下電子被加速，引起碰撞電離。這種雪崩過程不會導致晶粒的破壞，晶體擊穿的原因在于隧道電流導致晶體局部溫度過高，致使晶體局部熔融而破壞的擊穿過程。

    （3）局部放電擊穿:局部放電擊穿指在電場作用下，介質局部區域發生放電現象。通常由于介質材料的不均勻性而導致電場分布的不均，在電場增強的地方如氣孔處會產生局部放電，使電場畸變進一步增加，同時產生大量的熱，容易引起整個介質的擊穿。

    （4）樹枝擊穿:樹枝化是種主要發生在高分子電介質中的擊穿現象，它是指在電場作用下，在固體電介質中形成一種樹枝狀氣化痕跡。其樹枝是充滿氣體的直徑為幾微米以下的細微管子組成的通道，聚合物樹枝化后并沒有擊穿，但樹枝化是一個很重要的擊穿潛伏因素。經過一定過程后，最終導致聚合物擊穿，樹枝化的最大特點是要經過較為冗長的過程才能導致樹枝引發乃至最后擊穿。