Электропроводность и разрядные характеристики неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием

Лебедь, Константин Валерьевич

Электротехнические материалы и изделия

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Электропроводность и разрядные характеристики неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием

кандидата технических наук: Лебедь, Константин Валерьевич
город: Томск
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.09.02

Диссертация по электротехнике на тему «Электропроводность и разрядные характеристики неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием»

Автореферат диссертации по теме "Электропроводность и разрядные характеристики неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием"

На правах рукописи

Лебедь Константин Валерьевич

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И РАЗРЯДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ПОЛУ ПРОВОДЯЩИМ

ПОКРЫТИЕМ

Специальность 05.09.02 - Электротехнические материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮН 2011

Томск-2011

4849146

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, с.н.с.

Кабышез Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Усов Юрий Петрович

кандидат технический наук, с.н.с. Черненко Владимир Павлович

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.

Защита состоится «20» июня 2011 г. в 10— часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.10 при ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан «_!9» мая 20! 1 г.

И.о. ученого секретаря совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.10, д.т.н., профессор

Курец В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Развитие современного энергетического комплекса стимулирует создание мощных высоковольтных электрофизических установок, что, в свою очередь, предъявляет более высокие требования ко всем узлам таких установок, в том числе и к изоляционным конструкциям. К материалам, наиболее удовлетворяющим такие требования, относят неорганическую керамику, что связано с ее высокими электрофизическими характеристиками.

Одной из основных задач повышения надёжности работы электрофизического оборудования и уменьшения его габаритов является оптимизация изоляторов. Наиболее эффективное использование изоляции достигается в конструкциях с однородной напряженностью электрического поля. В большинстве узлов электротехнических устройств изоляция работает в неравномерных электрических полях, где ее отдельные участки несут повышенную электрическую нагрузку. Это может привести к быстрому разрушению таких участков и изолятора в целом. Снижения напряженности поля можно добиться изменением ёмкости или активной проводимости её отдельных участков. К способам снижения напряженности поля относят выбор формы электродов и диэлектрика, применение внешних и внутренних экранов, применение конденсаторных обкладок, нанесение покрытий на электроды, применение барьеров, градирование изоляции, нанесение полупроводящих покрытий, использование активных делителей напряжения. Одним из наиболее простых способов выравнивания электрического поля является нанесение полупроводящих покрытий.

В качестве перспективного способа снижения поверхностного сопротивления рассматривается ионно-термическая модификация (облучение поверхности диэлектрика ускоренными ионами и последующая термообработка), т.к. обеспечивает высокую адгезию полупроводящего слоя к подложке, исключает необходимость согласования коэффициентов теплового расширения покрытия и основы, что повышает тепловую устойчивость конструкции, даёт возможность создания на изделии тонких полупроводящих покрытий однородных по всей поверхности диэлектрика. Резистивные свойства модифицированного слоя определяются параметрами облучения и термообработки и могут варьироваться в пределах 1015-103 Ом.

Таким образом, создание в приповерхностной области диэлектрика полупроводящего слоя с заданными электрофизическими характеристиками представляется перспективным с точки зрения повышения надежности работы высоковольтных конструкций и снижения их массогабаритных характеристик.

До настоящего времени в литературе отсутствуют какие-либо данные по влиянию модифицированного слоя на напряжение перекрытия изоляционного промежутка, поэтому исследование в данной области представляет научный и практический интерес.

Цель работы - установить влияние электропроводности полупроводящего покрытия, сформированного в приповерхностном слое изделия ионно-термическим воздействием, на разрядные характеристики электрической изоляции, разработать рекомендаций по управлению напряжением перекрытия изоляционного промежутка.

Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Анализ факторов, влияющих на напряжение перекрытия изоляционного промежутка и способов повышения электрической прочности изоляционных конструкций.

2. Определение режимных параметров облучения и термообработки, позволяющих получить на поверхности диэлектрика термостабильный полупроводящий слой с заданными электрофизическими свойствами.

3. Разработка математических моделей для определения влияния поверхностного сопротивления на распределение электрического поля в изоляционном промежутке.

4. Экспериментальное исследование разрядных характеристик неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием.

Объекты и методы исследования. Поставленные в работе задачи решались экспериментальными и аналитическими методами. Исследования электрофизических и разрядных характеристик выполнены в соответствии с ГОСТ на разработанных в НИИ ВН при ТПУ высокотемпературных стендах «Пирон-1» и «Пирон-2», позволяющих проводить исследования в диапазоне температур от комнатной до 2500 К. В области теории электромагнитных полей использовался метод эквивалентных электрических схем замещения, программные пакеты Maple, MathCAD. Для численного расчета электрического поля использовался метод конечных элементов реализуемый в пакете Comsol Multiphysics. Объектом исследования в данной работе является неорганическая керамика на основе оксидов и нитридов.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается качественным согласием теоретических и экспериментальных результатов. Результаты, полученные при расчете математической модели, не противоречат ранее известным моделям основанных на схеме замещения изоляционной конструкции в декартовой системе координат, что также подтверждает адекватность нашей модели и достоверность полученных результатов.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

1. Впервые экспериментально исследованы разрядные характеристики керамики с полупроводящим слоем, созданным ионно-термическим воздействием. Установлено, что изменение величины удельного поверхностного сопротивления в пределах Ю12-Ю170м не влияет на напряжение перекрытия, а покрытие с поверхностным сопротивлением 108-1012 Ом способствует его увеличению на 30-40%.

2. Разработаны математические модели, позволяющие оценить оптимальное значение поверхностного сопротивления изоляционной конструкции с целью увеличения напряжения перекрытия.

3. На основании результатов моделирования предложен способ регулирования электрического поля путем нанесения на поверхность диэлектрика материалов с высокой диэлектрической проницаемостью.

Практическая значимость работы:

1. Показана возможность создания в приповерхностной области диэлектрика термостабилыюго полупроводящего слоя устойчивого к окислению на воздухе до 750 К.

2. Установлено, что снижение поверхностного сопротивления вакуумной изоляции снижает напряжение перекрытия изоляционной конструкции.

3. Показано, что в иолупроводящем слое с сопротивлением ниже 107-1080м, образующиеся включения новой фазы усиливают напряженность электрического поля, снижая разрядное напряжение вдоль границы раздела твердого диэлектрика и окружающей среды.

4. Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при создании различных высоковольтных устройств и электрофизической аппаратуры, в которых электрическая прочность изоляционного промежутка определяется разрядным напряжением по поверхности твердого диэлектрика.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались и на Международной научно - практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техники и технологии» (г. Томск, 2007- 2009 гг.), XXXVIII Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (г. Москва, 2008 г.), 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Russia, Tomsk, 2008 г.), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» (г. Новосибирск, 2008 г.), 8-ой Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (г. Минск, 2009 г.), IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в Ш-м тысячелетии» (г. Томск, 2009 г,), XIX Международном совещании «Радиационная физика твёрдого тела» (г. Севастополь, 2009 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г. Томск, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, 2 из них в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 149 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включая 65 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая значимость, дано краткое описание работы.

В первой главе проведен литературный обзор работ, посвященных анализу влияния различных факторов на разряд по поверхности диэлектриков, повышению рабочей напряженности изоляционных конструкций. Представлены основные методы регулирования электрических полей, целью которых является повышение разрядных напряжений вдоль поверхности твердой изоляции.

Анализ литературных данных показал, что одним из главных факторов, снижающих напряжение перекрытия твердых диэлектриков, является резко неравномерное распределение электрического поля вдоль его поверхности. Правильно выбрав величину поверхностного сопротивления, можно добиться практически равномерного распределения напряжения по поверхности изоляции и повысить напряжение перекрытия.

На основании литературных данных об опытной эксплуатации изоляционных изделий с полупроводящим покрытием выделены основные достоинства и недостатки омического регулирования электрического поля, основанного на нанесении на поверхность изоляционных изделий полупроводящих глазурей. Обозначен альтернативный способ изменения поверхностной проводимости изоляционных материалов.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной техники, предназначенной для ионно-термической обработки материалов с целью снижения поверхностного сопротивления диэлектриков, а также оборудованию, предназначенному для исследования разрядных характеристик и диэлектрических свойств изоляционных материалов при высоких температурах. Обоснован выбор режима ионно-термической модификации. Рассмотрена методика проведений измерений электрофизических свойств исследуемых образцов.

Модификация поверхностных свойств проводилась частотно-импульсным плазменно-дуговым ускорителем «ДИАНА», разработанным в НИИ ВН при ТПУ, позволяющим получать широкоапертурные пучки ионов различных металлов и сплавов. Принцип работы источника основан на формировании плазмы из материала катода импульсным дуговым разрядом в вакууме при подаче напряжения ~3 кВ, с предварительным разрядом ~5 кВ длительностью ~1 мкс между катодом и поджигающим электродом, и последующим извлечением и ускорением ионов. Источниками напряжения в данной системе служат импульсные трансформаторы.

Параметры ускорителя «ДИАНА» при ионной имплантации следующие:

• длительность импульса -250 мкс;

• частота следования импульсов 50 Гц;

• ток вакуумной дуги -20-40 А;

• плотность ионного тока в импульсе (в зависимости от вида ионов) j=10"3-10"2 А/см2;

• ускоряющее напряжение ~ 100 кВ.

Такие параметры источника позволяют набрать дозу облучения образца площадью -300 см2 за время 10-20 мин, что вполне удовлетворяет требованиям

современной технологии, так как соизмеримо со временем получения вакуума, необходимого для работы источника, после замены образца. Кроме того, формирование плазменного и ионного потоков из одного источника позволяет реализовать режим статического (с разовым напылением тонкой пленки на подложку перед ионной имплантацией) и динамического (совмещение режима осаждения атомов с ионной бомбардировкой) перемешивания и тем самым снять ограничение на максимальную концентрацию имплантируемого элемента. Реализация данных режимов возможна исходя из условий длительности импульсов, т.е. когда TwrH>T(/ycK. При Т(/уСк=0 осуществляется осаждение покрытий из плазмы.

Исследования электрофизических и разрядных характеристик в данной работе выполнены на разработанных в НИИ ВН при ТПУ высокотемпературных стендах «Пирон-1» и «Пирон-2», включающих в себя газо-вакуумную систему, печь сопротивления и комплекс измерительной и контролирующей аппаратуры. Конструктивная особенность данных стендов заключается в применении в них высокотемпературных материалов.

Для измерения низковольтных электрофизических свойств в работе применен эквипотенциальный ввод, ток утечки которого не превышал 1-5% от величины измеряемого тока. При высоковольтных исследованиях применялся высоковольтный коаксиальный ввод, предназначенный для подачи напряжения к испытуемым образцам. Изоляция данного ввода обеспечивает высокую надежность и позволяет проводить исследования на постоянном напряжении до 50 кВ.

В данной работе за основу измерений диэлектрических свойств принят ГОСТ Р 50499-93. Все измерения были выполнены на плоских образцах.

В третьей главе приведены результаты исследований электрофизических свойств поверхности диэлектриков после ионно-термической модификации. Результаты этих исследований показали, что облучение неорганических диэлектриков ускоренными ионами, как в отдельности, так и совместно с атомным осаждением (режим ионного перемешивания), в значительной степени воздействует на приповерхностные слои материала, снижая удельное поверхностное сопротивление диэлектриков (до 12 порядков величины). Объемные свойства при этом сохраняются.

Изменение поверхностных свойств обусловлено образованием новых проводящих и/или полупроводящих фаз в приповерхностном слое диэлектрика, созданием вакансионных и более сложных дефектов, формированием комплексов на их основе, а также с участием имплантированных элементов и измельчением размеров кристаллитов основной фазы вплоть до полной аморфизации поверхностного слоя в зоне столкновений. Высокая концентрация наведенных дефектов, структурные и фазовые изменения искажают электронную структуру запрещенной зоны модифицированного слоя. Это отражается на электрофизических, оптических и механических свойствах поверхности.

Для закрепления достигнутых в процессе ионной имплантации свойств необходим дополнительный постимплантационный термический отжиг, который способствует активации легирующих частиц, их внедрению в кристаллическую решетку. Для того чтобы исключить электронный обмен поверхности с активными реагентами газовой фазы, вызывающий восстановление свойств за счет электронно-ионных реакций между дефектами, отжиг образцов после облучения необходимо осуществлять либо в вакууме, либо в нейтральной среде. Последующая термообработка не только повышает стабильность резистивных свойств, достигнутых после облучения ускоренными ионами, но и способствует дальнейшему снижению поверхностного сопротивления (рис. 1).

Свойства модифицированной поверхности определяются параметрами облучения и термообработки (энергия имплантируемых ионов, флюенс, химическое взаимодействие с атомами материала, масса как легирующих атомов, так и атомов подложки, температура и среда отжига). Наиболее эффективной с точки зрения снижения поверхностного сопротивления является имплантация легких элементов и элементов, способных встраиваться в кристаллическую решетку подложки с образованием проводящих и/или полупроводящих твердых растворов.

Увеличение флюенса легирующих ионов способствует получению модифицированного слоя с более высокой концентрацией внедренной примеси, которая в свою очередь имеет тесную взаимосвязь с изменением электрофизических свойств поверхности. Исследования модификации нитрида бора ионами углерода при различных флюенсах представлены на рис. 1. Увеличение флюенса ионов приводит к более значительному снижению удельного поверхностного сопротивления, способствует расширению интервала оптимальной постимплантационной термообработки, а полупроводящий слой при этом имеет меньший температурный коэффициент сопротивления и более термостабилен (таблица 1). В режиме ионного перемешивания влияние флюенса на электропроводность модифицируемого слоя сказывается слабее, чем при обычной имплантации (рис. 1), т.к. в этом режиме происходит дополнительный набор дозы за счет внедрения атомов отдачи.

/jtfcr, См)

Рис. 1. Зависимость электропроводности нитрида бора при 300 К от флюенса ионов углерода после имплаитации (1-3) и в режиме ионного перемешивания (Г-3'); 1,1' - без постимплантационной термообработки; после термообработки при Т=870 К (2,2') и 1270 К (3,3').

Таблица 1

Оптимальные температуры отжига имплантированного BN и его резистивные свойства

Вид ионов Флюенс Х10"15, см"2 Интервал термообработки, К Свойства

р., (Ом) при 300 К TKPlxl03, град'1 Температурный интервал ТК р„ К

Li 1 1050- 1200 (2-22)х106 -1,7 300 - 850

50 1050- 1500 (З-Ю)хЮ4 -0,62 300- 1200

С 1 1000- 1500 (2-16)х106 -0,97 300- 1100

50 1000 - 1600 (2-9) xl О4 -0,37 300- 1200

А1 1 1070- 1450 (3-28)хЮ6 -1,6 300 - 950

50 1070- 1550 (2,5)х106 -1,3 300 - 1000

Накопление примеси в подложке ограничивается одновременным с имплантацией процессом распыления поверхности материала и удалением уже введенной примеси. Увеличение флюенса приводит к трансформации профиля распределения примеси, вследствие динамики накопления легирующих атомов с учетом распыления, и при достижении им критического значения, определяемого характеристиками модифицируемого материала, между внедрением и распылением устанавливается равновесие, что вызывает насыщение концентрации имплантированной примеси. Увеличение концентрации внедренной примеси достигается в режиме ионного перемешивания, когда перед облучением на поверхность образца наносят тонкую пленку (статическое перемешивание) либо совмещают режим осаждения атомов с ионной бомбардировкой поверхности (динамическое перемешивание). Варьируя параметрами облучения и осаждения можно управлять физико-химическим составом поверхности.

Таким образом, процесс ионного перемешивания позволяет преодолеть термодинамическое ограничение на смешивание. При имплантации процесс распыления не позволяет достичь этого. В результате можно создать слой с любой концентрацией примеси, любым физико-химическим составом (напыление на подложку атомов, не совпадающих по составу с ионным потоком, осаждение многокомпонентных составов, а также нанесение многослойной пленки с заданными геометрическими параметрами и последующая ионная бомбардировка) и с совершенно новыми уникальными свойствами.

Анализ полученных результатов показал, что ионно-термическая модификация способствует переходу поверхностного слоя диэлектриков в полупроводящее состояние. Резистивные свойства модифицированного слоя определяются параметрами облучения и последующей термообработки и могут варьироваться в пределах 10|5-103 Ом. Наибольшее увеличение проводимости достигается при модификации в режиме ионного перемешивания. Вследствие высокой концентрации имплантированной примеси, модифицированный слой более термостабилен, имеет низкий температурный коэффициент

сопротивления (10"3-10~4 град"1) и обладает устойчивостью к окислению на воздухе до 750 К.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию исследуемой изоляционной конструкции с целью определения величины сопротивления полупроводящего слоя, способствующего выравниванию электрического поля вдоль поверхности твердого диэлектрика.

При моделировании сделаны следующие допущения:

• приложенное к диэлектрику напряжение имеет синусоидальную форму;

• отсутствие микроострий на электродах;

• отсутствие зазора между электродами и поверхностью диэлектрика;

• объемные и поверхностные свойства диэлектрика не зависят от пространственных координат, напряженности электрического поля, температуры и других факторов.

При теоретическом рассмотрении задачи повышения напряжения перекрытия можно опираться на предложенный Мантровым М.И. аналитический метод расчета электрических полей, основанный на математическом анализе эквивалентной схемы замещения соответствующей изоляционной конструкции.

Изоляционную конструкцию (рис. 2) можно представить схемой замещения с распределенными параметрами (рис. 3).

!/' 0

и<и

Рис. 2. Схема расположения электродов на образце: 1 - диэлектрик, 2 и 3 -высоковольтный и заземленный электроды соответственно.

Рис. 3. Схема замещения изоляционной конструкции.

исследуемои

Для данной схемы замещения, вводя символический метод обозначения комплексных величин, получим следующую систему уравнений:

dUx

djs

= Vz-r-Us-Yv-r-(Ut-Us)

(1)

где /, - ток вдоль поверхности изоляции; Us - напряжение на поверхности диэлектрика; U0 - напряжение на потенциальном электроде; г - радиус; Z, -поверхностное сопротивление диэлектрика, отнесенное к элементарному

2-п-к, ■£„ - е. - to-In

радиусу; Yz ■ г -

2 ■ я • кг ■ е0 • е, • (о • In

>; - л

1 + 1п

г, + /; •

проводимости элементарного радиуса поверхности диэлектрика относительно заземленного и потенциального электродов, соответственно; ео=8,85><10'14 Ф/см - электрическая постоянная; 8i - относительная диэлектрическая проницаемость окружающей среды; со - угловая частота; kt и к2 -коэффициенты, характеризующие распределение поля относительно земли и потенциального электродов и зависящие от электрических свойств диэлектрика и окружающей его среды; - радиус потенциального электрода; г2 -внутренний радиус заземленного электрода.

Решая систему уравнений (1) путем взаимной подстановки и считая Zs переменной величиной зависящей от г, получим дифференциальное уравнение второго порядка:

1M1J drг С

Yz-r-Us-Y,-r-(U

dU.

(2)

,2 I ^ " ' ^ и -.1/1 — ■> t

dr v J dr

Решением данного уравнения относительно распределения напряжения вдоль поверхности диэлектрика является зависимость, определяемая функциями Бесселя 1-го и 2-го рода. Такое решение не удобно с точки зрения аналитического исследования. Для более наглядного представления о влиянии различных факторов на распределение электрического поля вдоль поверхности уравнение (2) можно решить относительно Zs. Полагая что электрическое поле распределено равномерно вдоль поверхности диэлектрика и определяется только неоднородностью обусловленной системой электродов (т.е. когда

U S =

шЫ

dU s dr

= —Е — -

и»

•In

dUl dr2

U „

•In

), найдем

зависимость поверхностного сопротивления от г:

Y, - г2 ■ Inl

±Г 4 z

■ 1 u н— Y

2 "

•inl

-C-r (3)

где С- постоянная интегрирования.

В системе электродов рис. 2 сопротивление поверхностного слоя Zs, отнесенное к элементарному радиусу, связано с удельным поверхностным сопротивлением Zlyt) соотношением:

(4)

z. =z

Syd

г-2-

С учетом (4) зависимость (3) преобразуется к виду:

у =—L.y V

'аул . 'г ' 4 • я

г) 2

4-тс

-С

(5)

где У„д" 1 Ч-syA ~ удельная поверхностная проводимость диэлектрика.

Проводимость Ysyi>(r) изменяется по кривой с минимумом. Приравнивая производную dYiyJdr нулю, находим г, при котором У1у<> минимальна. Подставляя его в (5), находим постоянную интегрирования, пологая Ysyd= Ymin (Ymin- минимальная поверхностная проводимость). В итоги будем иметь:

/ / Л , \ . f (

4-я

In]

a UJ-i;^

2 4-я '

4-я

4i)

где y = e

■Yfiyrf

0"0j 2

4-я

K-iyr.f

lnW-1)

(6)

, e - основание натурального логарифма.

Yy,

Из формулы (6) видно, что при Yz и li стремящихся к нулю (случай

идеального диэлектрика), проводимость Yiy<f равна Ym,„ и не зависит от радиуса г (рис. 4). Следовательно, увеличение неоднородности электрического поля вдоль поверхности изолятора вызвано наличием в реальных диэлектриках объемной

/ I

0.5 !ii(/v'/-)/1п('-//-|)

проводимости И емкости ПО отношению к Рис. 4. Распределение удельной электродам. Это подтверждает проводимости по радиусу при г2/г,=0,5:

исследования других авторов и 1 - Y^Yv, 2 - 3 Yz=Yy; 3 - Yz=ЗТс; 4 -адекватность разработанного подхода. Уг^Уг-О.

В зависимости от величин Yz и ^максимальная проводимость будет либо у заземленного УХу,Чп,, либо у потенциального Fs>d(n) электродов (рис. 4). Эти

проводимости будут больше минимальной в К>1(Г2 (/ }'шп и раз,

соответственно. Если эти отношения близки к единице, то можно положить, что поверхностная проводимость практически не изменяется от г, а распределение напряжения вдоль поверхности остается равномерным. Данное условие будет выполняться если:

у \ \

/И 1 2

8-я 2 г 4-я

4-я

Л -О"';)2

{(У>\)

4 • я

mw-i

»__L.rz./.|

4-71

f ( \ in

+ -2

4-71

8-л

; с»)

Таким образом, выравнивать электрическое поле в изоляционном промежутке можно не только распределением проводимости по определенному закону в зависимости от электрофизических свойств и геометрических параметров конструкции (более предпочтительный способ, так как снижаются активные утечки и, следовательно, нагрев поверхности), но и увеличением проводимости всей поверхности диэлектрика (является наиболее простым способом).

При достаточно высоком удельном поверхностном сопротивлении (ря>1012 Ом), в полной поверхностной проводимости необходимо учитывать емкостную составляющую, т.е. где <7s=l/p, - активная

составляющая поверхностной проводимости, Cs=k-e0Er - поверхностная емкость (эквивалентная взаимная удельная емкость соседних единиц поверхности относительно друг друга), ет - диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика, к - коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств изоляции и окружающей ее среды.

Сопоставление полученных результатов моделирования с ранее известными (результаты моделей, основанных на схеме замещения изоляционной конструкции в декартовой системе координат) подтверждает адекватность разработанного подхода.

С целью определения оптимального значения сопротивления полупроводящего покрытия, обеспечивающего увеличение напряжения перекрытия, был выполнен численный расчет электрического поля в пакете Comsol Multiphysics. Данный пакет имеет простой и удобный интерфейс пользователя и предназначен для моделирования и расчетов научных и инженерных задач, основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных, методом конечных элементов в одном, двух и трех измерениях.

Расчет произведен для изоляционной конструкции представленной на рис. 2 при ^/расч=1 В, /-1=5 мм, /2=20 мм, толщине диэлектрика - 0,2 мм, толщине изоляционного диска под исследуемым образцом - 10 мм. Электрофизические свойства изоляционного материала следующие: относительная диэлектрическая проницаемость е=4, удельная объемная проводимость ру=10|50м/м. Резистивные свойства поверхности задавались через объемное сопротивление полупроводящего слоя аналогично тонкопленочным резисторам в соответствии с выражением:

Р,=Р„/5 (9)

где р,, - удельная объемная проводимость полупроводящего слоя, 5 - толщина модифицированного слоя (1 мкм).

Наибольший интерес представляет собой напряженность электрического поля вблизи тройной точки (место соприкосновения твердого диэлектрика,

потенциального электрода и окружающей среды), т.к. именно с нее зарождается и формируется разряд. Расчетная напряженность электрического поля у этой точки в зависимости от поверхностного сопротивления представлена на рис. 5. Как видно из рис. 5, П, В/м

напряженность электрического поля остается постоянной при снижении поверхностного сопротивления до величины порядка 1012 Ом. Это обусловлено тем, что при высоком поверхностном сопротивлении (р5>1012 Ом),

600

300

ю* юга 10" 10" р.,, Ом

Рис. 5. Зависимость напряженности электрического поля вблизи тройной точки от поверхностного сопротивления твердого диэлектрика.

основной вклад в

распределение напряжения вдоль поверхности изолятора вносит поверхностная емкость С,. Снижение сопротивления р,<10'2 Ом способствует уменьшению максимальной напряженности и более равномерному распределению напряжения вдоль изоляционного промежутка. Дальнейшее снижение сопротивления (р,<5-109 Ом) не оказывает влияния на распределение напряжения вдоль поверхности диэлектрика, а максимальная напряженность поля определяется коэффициентом неоднородности данной системы электродов.

Так как основной вклад в распределение напряжения вдоль поверхности изолятора при достаточно высоком значении рЛ вносит поверхностная емкость С„ то можно предположить, что ее изменение также будет способствовать перераспределению напряжения вдоль поверхности. Результаты этих исследований представлены на рис. 6.

Видно, что увеличение диэлектрической проницаемости приповерхностного слоя (увеличение удельной поверхностной емкости) при неизменном сопротивлении ведет к снижению максимальной напряженности электрического поля, т.е. должно способствовать повышению напряжения перекрытия.

Повышение разрядного напряжения вдоль границы раздела твердого диэлектрика и окружающей среды в данном случае происходит за '!> счет уменьшения рассеяния силовых линий электрического поля и сгущения их в приповерхностной области

изолятора. Таким образом, нанесение на поверхность

диэлектрика слоя материала, Рис 6 обладающего высокой е (например, титанат бария ВаТЮ3

10' 10: 10' 10' 10' е Зависимость напряженности электрического поля вблизи тройной точки от относительной диэлектрической проницаемости

или другие сегнетоэлектрики), приповерхностного слоя диэлектрика толщиной должно повысить напряжение 'мкм-

перекрытия. Такой приповерхностный слой может быть создан ионно-термической модификацией в режиме перемешивания.

Таким образом, расчеты показали, что управлять распределением электрического поля в изоляционном промежутке можно варьированием поверхностных свойств диэлектрика (т.е. удельной проводимостью и поверхностной емкостью). Оптимальное значение сопротивления полупроводящего покрытия, обеспечивающее увеличение напряжения перекрытия, составляет =5-109 Ом.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию разрядных характеристик неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием, сформированным в приповерхностном слое изделия ионно-термическим воздействием.

Исследования проводились на пластинчатых образцах толщиной 0,2 мм в электрическом поле с преобладанием тангенциальной составляющей в коаксиальной системе электродов, представленной на рис. 2, при переменном напряжении частотой 50 Гц с использованием металлических накладных электродов. Диаметр потенциального электрода составлял 10 мм, внутренний диаметр заземленного электрода - 40 мм. Повышение качества узла сочленения диэлектрика с накладными электродами обеспечивалось предварительным нанесением на образец методом магнетронного напыления контактного электродного слоя из титана. Действующее значение напряжения, при котором происходило перекрытие, фиксировалось прибором АИМ-90.

На рис. 7 представлена зависимость напряжения перекрытия

Рис. 7. Напряжение перекрытия керамики из BN с полупроводящим покрытием: цифры у кривых - последовательность экспериментов по перекрытию.

Из приведенной зависимости видно, что изменение величины удельного поверхностного сопротивления в пределах 10|2-1017 Ом не влияет на разрядное напряжение изолятора, что хорошо согласуется с расчетными результатами и подтверждает адекватность модели. В интервале сопротивлений ps=109-10!2 Ом

наблюдается возрастание напряжения перекрытия на 30-40 % вследствие выравнивания электрического поля.

Снижение ps от 109 до 5107 Ом (рис. 7) не оказывает заметного влияния на разрядные характеристики, а напряжение перекрытия, по-видимому, определяется коэффициентом неоднородности поля, обусловленным данной системой электродов.

Качественно, эта зависимость вполне удовлетворительно согласуется с расчетной зависимостью максимальной напряженности электрического поля от величины р, (рис. 5). Однако, напряженность электрического поля снижается более значительно, чем возрастает напряжение перекрытия, что может быть обусловлено наличием в реальных изоляционных конструкциях микронеоднородностей, которые создают локальное усиление поля, облегчая условия зарождения разряда и снижая тем самым напряжение перекрытия.

Снижение напряжения перекрытия при поверхностном сопротивлении ниже 5 1070м (рис.7) обусловлено увеличением тока утечки через полупроводящий слой и повышением температуры покрытия, а также усилением электрического поля на проводящих включениях разного размера и формы, которые образуются в модифицированном слое при Ф>1015 см'2. Разряд при этом в ряде случаев развивается не с электродов, а с полупроводящего слоя.

Каждое последующее перекрытие изоляционного промежутка происходит при меньшем напряжении (рис. 8), что связано с нагревом диэлектрика поверхностными токами утечки. Сопротивление полупроводящего слоя при нагреве снижается (т.к. характеризуется отрицательным температурным коэффициентом Ю'МО"4 град"1). Это должно способствовать более равномерному распределению напряженности и, как следствие этого, увеличению напряжения перекрытия. Однако большую роль в данном случае играет зависимость пробивного напряжения газов от давления и относительной плотности, которая описывается законом подобия разрядов, причем при повышении температуры напряжение

перекрьггия снижается более значительно, чем напряжение пробоя чисто воздушного промежутка.

С практической точки зрения для проектирования высоковольтных электрофизических установок необходимо знание электрической прочности применяемой изоляции в различных условиях ее работы. Важно знать, как

(/.,. кВ

0 2 4 6 8 10 12 п

Рис. 8. Зависимость напряжения перекрытия керамики из BN с полупроводящим покрытием от количества последовательных пробоев п (временной интервал между пробоями составлял -20 сек): 1 - р,=13-107 Ом; 2 -рг7,8'10' Ом; 3 -р,=1,44-10' Ом.

зависит напряжение перекрытия от давления газа. Результаты этих исследований представлены на рис. 9.

-3 -2-1 0 1 2 /£(/'■/), Па-м

Рис. 9. Зависимость напряжения перекрытия нитрида бора от произведения давления Р на длину межэлектродного промежутка /: ♦ - при отсутствии полупроводящего слоя; • — полупроводящий слой с сопротивлением ps=3,3-108 Ом.

Видно, что зависимость напряжения перекрытия от произведения давления Р на межэлектродное расстояние / имеет U-образный вид, характерный для обобщенного закона Пашена {/ncp=f(/,7/7), с минимумом при давлении 1-5 Па. Следует отметить, что при давлении выше 5-10 Па напряжение перекрытия образцов с повышенной поверхностной проводимостью выше, чем образцов с высоким удельным поверхностным сопротивлением, что связано с выравниванием электрического поля вдоль изоляционного промежутка.

Повышение напряжения перекрытия в диапазоне давлений ниже 5 Па связано с влиянием лавинно-ионизационных процессов в остаточном газе. В этом диапазоне давлений напряжение перекрытия образцов с низким поверхностным сопротивлением становиться меньше разрядного напряжения не модифицированной керамики (рис. 9). Это, по-видимому, связано с тем, что поверхностный разряд в вакууме развивается в слое десорбированного газа и повышение температуры диэлектрика вследствие выделения тепла при поверхностных и объемных токах утечки ведет к его нагреву, что снижает разрядное напряжение изоляционного промежутка. Причем, чем ниже поверхностное сопротивление, тем выше температура диэлектрика и соответственно ниже напряжение перекрытия. Это означает, что выравнивание электрического поля путем увеличения поверхностной проводимости диэлектрика вакуумной изоляции приведет только к снижению напряжения перекрытия. Подтверждением вышесказанного могут служить данные, приведенные Сливковым И.Н. и др., об электрическом пробое и разряде в вакууме. Авторы отмечают, что поверхностное сопротивление диэлектрика

играет существенную роль в определении величины напряжения перекрытия вакуумного промежутка и его увеличение способствует повышению напряжения перекрытия.

Таким образом, экспериментально показано, что поверхностное сопротивление диэлектрика значительно влияет на распределение электрического поля в межэлектродном промежутке, а его изменение является эффективным способом повышения разрядных характеристик изоляторов. Управлять напряжением перекрытия изоляционного промежутка можно изменением ps и е приповерхностного слоя диэлектрика. Оптимальный диапазон варьирования удельного поверхностного сопротивления составляет 108-10120м. Снизить напряжение перекрытия изоляционного промежутка можно созданием в приповерхностной области диэлектрика полупроводящего слоя с сопротивлением ниже 107-108 Ом. Увеличение поверхностной проводимости вакуумной изоляции снижает величину разрядного напряжения вдоль границы раздела диэлектрических сред.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования модификации поверхности неорганических диэлектриков показывают, что ионная имплантация значительно меняет структуру и свойства приповерхностного слоя, вплоть до перевода его в полупроводящее состояние. Резистивные свойства модифицированного слоя определяются параметрами облучения и последующей термообработки и могут варьироваться в пределах 1015-103 Ом. Наибольшие изменения свойств поверхности достигаются при облучении флюенсом 1016-1017 см"2 (ограничено процессом распыления подложки) и в режиме ионного перемешивания. Полупроводящий слой, созданный в режиме перемешивания, обладает меньшим pJ; высокой термостабильностыо, низким температурным коэффициентом сопротивления (10"3-10"4 град"1) и устойчив к окислению на воздухе до 750 К.

2. Экспериментально исследовано влияние величины удельного сопротивления полупроводящего слоя, сформированного ионно-термической модификацией, на напряжение перекрытия изоляционного промежутка. Показано, что его изменение значительно влияет на разрядное напряжение вдоль поверхности твердого диэлектрика.

3. Экспериментально установлено, что вследствие "шунтирования" поверхностного сопротивления диэлектриков поверхностной емкостью, его снижение до 1012 Ом не оказывает заметного влияния на напряжение перекрытия.

4. В интервале р.,=109-1012 Ом наблюдается возрастание напряжения перекрытия до 30%, обусловленное выравниванием электрического поля.

5. Разработаны математические модели, которые позволяют установить зависимость между геометрическими параметрами электродов, приложенным напряжением, объемными и поверхностными свойствами твердого диэлектрика, свойствами окружающей его среды и характером распределения напряжения вдоль границы раздела диэлектрических сред. Данные модели не

противоречат ранее известным и вполне удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами.

6. Показано, что выравнивать электрическое поле вдоль поверхности изделия можно увеличением удельной проводимости всей поверхности диэлектрика (что является наиболее простым способом) или ее распределением по определенному закону в зависимости от электрофизических свойств и геометрических параметров конструкции. Последний способ более предпочтителен, так как снижаются активные утечки, и, следовательно, резистивный нагрев поверхности и потери.

7. Опираясь на результаты выполненных расчетов, предложен способ регулирования электрического поля вдоль разрядного промежутка варьированием удельной поверхностной емкости. Выравнивание электрического поля в данном случае происходит за счет уменьшения рассеяния силовых линий электрического поля и сгущения их в приповерхностной области изолятора.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ

РАБОТЫ

1. Лебедь К.В. Применение полупроводящих покрытий в изоляции высоковольтных электрофизических установок // Труды XIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 26-30 марта 2007 г.: в 3 т. - Томск: Изд-во ТПУ, 2007. - Т. 1. - С. 60-62.

2. Лебедь К.В. Изменение поверхностных свойств изоляторов после ионной имплантации // Труды XIV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 24-28 марта 2008 г.: в 3 т. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - Т. 1. - С. 63-65.

3. Кабышев А.В., Лебедь К.В., Конусов Ф.В. Изменение свойств диэлектриков после модификации в режиме ионного перемешивания // Тезисы докладов XXXVIII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами / Под ред. проф. А.Ф. Тулшгова. - М.: Университетская книга, 2008. - С. 153.

4. Kabyshev A.V., Lebed K.V. Influence of Implantation Process Mode and Reactivity of the Implanted Ions on the Surface Properties of Insulators // Proceedings of 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Russia, Tomsk, 21-26 September 2008. -Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS, 2008. - P. 356-359.

5. Лебедь К.В. Создание полупроводящих покрытий на неорганических диэлектриках и управление их свойствами // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 4-7 декабря 2008 г.: в 7 частях. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - Ч. 2. - С. 83-85.

6. Кабышев А.В., Лебедь К.В. Влияние режима имплантации и вида ионов на поверхностные свойства диэлектриков И Известия высших учебных заведений. Физика.-2008.-Т. 51.-№11.-С. 121-125.

7. Лебедь К.В. Электрический и тепловой расчет изоляторов с полупроводящим покрытием, сформированным ионно-термическим воздействием // Труды XV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 4-8 мая 2009 г.: в 3 т. - Томск: Изд-во ПТУ, 2009.-Т. 1.-С. 64-65.

8. Лебедь К.В. Влияние ионно-термической модификации неорганических диэлектриков на их разрядные характеристики // Материалы IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в Ш-м тысячелетии», г. Томск, 19-21 октября 2009 г. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2009. -С. 236-240.

9. Kabyshev A.V., Lebed K.V. Properties changes of inorganic dielectrics after ion-thermal modification // Proceedings of 5th International Conference «Interaction of Radiation with Solids », Belarus, Minsk, 23-25 September 2009. - Minsk: Publishing house of the BSU, 2009. - P. 131-133.

10. Кабышев A.B., Лебедь К.В. Изменение свойств неорганических диэлектриков после ионно-термической модификации // Материалы XIX Международного совещания «Радиационная физика твёрдого тела», г. Севастополь, 31 августа - 5 сентября 2009 г. - М.: Изд-во НИИ ПМТ, 2009.-С. 392-398.

11. Кабышев А.В., Лебедь К.В. Повышение электрической прочности изоляционных конструкций // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования», г. Томск, 25-28 мая 2010 г. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - С. 124-127.

12. Кабышев А.В., Лебедь К.В. Электропроводность и разрядные характеристики диэлектриков после ионно-термической модификации // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2011. - Т. 54. - №1. -С. 314-318.

Личный вклад автора

Автор единолично подготовил пять работ [1, 2, 5, 7, 8]. В работах, опубликованных в соавторстве, вклад автора состоит в следующем: [4, 9, 10] анализ факторов влияющих на электропроводность и стабильность модифицированной поверхности; [3, 6] обоснование преимуществ модификации в режиме перемешивания по сравнению с ионной имплантацией; [11] разработка математической модели, основанной на анализе эквивалентной схемы замещения исследуемой изоляционной конструкции; [12] описание экспериментальных результатов перекрытия модифицированных образцов, теоретический расчет электрических полей методом конечных элементов в программном пакете Comsol Multiphysics.

Подписано к печати 16.05.2011. Тираж 100 экз. Кол-во стр. 20. Заказ №29-11 Бумага офсетная. Формат А-5. Печать R1SO Отпечатано в типографии ООО «РауШмбх» Лицензия Серия ЦЦ № 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 046 тел. (3822) 56-44-54

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Лебедь, Константин Валерьевич

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Электрический разряд по поверхности твердых диэлектриков (Литературный обзор).

1.1 Классификация электрических полей.

1.2 Разряд по поверхности диэлектрика.

1.3 Влияние различных факторов на разряд по поверхности диэлектриков.

1.3.1 Вид и давление газа, жидкие среды.

1.3.2 Влияние температуры.

1.3.3 Материал и конфигурация электродов.

1.3.4 Контакт диэлектрик-электрод.

1.3.5 Профиль и геометрические размеры диэлектрика.

1.4 Повышение рабочей напряженности изоляционных конструкций

Глава 2. Методика и экспериментальная техника для исследования электрофизических свойств диэлектриков.

2.1 Оборудование для ионной имплантации материалов и выбор режима модификации.

2.2 Методы и экспериментальная техника для измерения диэлектрических свойств материалов.

2.2.1 Стенд для измерения диэлектрических свойств материалов при высоких температурах «Пирон-1».

2.2.2 Стенд для высоковольтных испытаний диэлектриков при высоких температурах «Пирон-2».

2.3 Методика измерений.

2.3.1 Измерение объемных диэлектрических свойств.

2.3.2 Измерение поверхностной проводимости диэлектриков.

2.4 Погрешность измерений.

Глава 3. Электрофизические свойства модифицированных диэлектриков.

3.1 Влияние вида легирующих ионов.

3.2 Флюенс легируемых ионов.

3.3 Постимплантационная термообработка.

3.4 Температура подложки.

3.5 Режим ионного перемешивания.

Глава 4. Математическое моделирование.

4.1 Аналитический расчет полупроводящего слоя.1.

4.2 Моделирование в среде Comsol Multiphysics.

Глава 5. Экспериментальные исследования.

5.1 Методика проведения эксперимента.

5.2 Характеристики поверхностного пробоя образцов с полупроводящим слоем, полностью перекрывающим разрядный промежуток.

5.3 Зависимость напряжения перекрытия от концентрации проводящей примеси в модифицированном слое.

5.4 Характеристики поверхностного пробоя при частичном закрытии изоляционного промежутка полупроводящим слоем.

Введение 2011 год, диссертация по электротехнике, Лебедь, Константин Валерьевич

Актуальность работы

Одной из основных задач повышения надёжности работы электрофизического оборудования и уменьшения его габаритов является оптимизация изоляторов. Наиболее эффективное использование изоляции достигается в конструкциях с однородной напряженностью электрического поля. В большинстве узлов электротехнических устройств изоляция работает в неравномерных электрических полях, где ее отдельные участки несут повышенную электрическую нагрузку. Это может привести к быстрому разрушению таких участков и изолятора в целом. Снижения напряженности поля можно добиться изменением ёмкости или активной проводимости её I отдельных участков. К способам снижения напряженности поля относят выбор формы электродов и диэлектрика, применение внешних и внутренних экранов, применение конденсаторных обкладок, нанесение покрытий на электроды, применение барьеров, градирование изоляции, нанесение полупроводящих покрытий, использование активных делителей напряжения. Одним из наиболее простых способов выравнивания электрического поля является нанесение полупроводящих покрытий.

В качестве перспективного способа снижения поверхностного сопротивления рассматривается ионно-термическая модификация (облучение поверхности диэлектрика ускоренными ионами и последующая термообработка), т.к. обеспечивает высокую адгезию полу проводящего слоя к подложке, исключает необходимость согласования коэффициентов теплового расширения покрытия и основы, что повышает тепловую устойчивость конструкции, даёт возможность создания на изделии тонких полупроводящих покрытий однородных по' всей поверхности диэлектрика. Резистивные свойства модифицированного слоя определяются параметрами облучения и термообработки и могут варьироваться в пределах 1015-К03 Ом.

Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

1 "7 17 поверхностного сопротивления в пределах 10 -И0 Ом не влияет на напряжение перекрытия, а покрытие с поверхностным сопротивлением 108-1012 Ом способствует его увеличению на 30-40 %.

I i

3. На основании результатов моделирования предложен способ i регулирования электрического поля путем нанесения на поверхность диэлектрика материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Практическая значимость работы: ч

1. Показана возможность создания в приповерхностной области диэлектрика термостабильного полупроводящего слоя устойчивого к окислению на воздухе до 750 К.

3. Показано, что в полупроводящем слое с сопротивлением ниже

V 8

10-10 Ом, образующиеся включения новой фазы усиливают напряженность электрического поля, снижая разрядное напряжение вдоль границы раздела твердого диэлектрика и окружающей среды.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы i докладывались и обсуждались и на Международной научно - практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техники и технологии» (г. Томск, 2007 - 2009 гг.), XXXVIII Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами г.Москва, 2008 г.), 9th (International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Russia, Tomsk, 2008 г.), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации» г. Новосибирск, 2008 г.), 8-ой Международной конференции

Взаимодействие излучений с твердым телом» (г. Минск, 2009 г.), IV

Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, 7 технологии и экология в Ш-м тысячелетии» (г. Томск, 2009 г.), XIX Международном совещании «Радиационная физика твёрдого тела» (г. Севастополь, 2009 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г. Томск, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 12 печатных работ, включая 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 149 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включая 65 рисунков и 7 таблиц.

Заключение диссертация на тему "Электропроводность и разрядные характеристики неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием"

Выводы по главе

В настоящей работе впервые исследованы разрядные характеристики изоляторов из неорганических диэлектриков с полупроводящим покрытием, созданным ионно-термической модификацией.

На основании выполненных экспериментов можно заключить, что поверхностное сопротивление диэлектрика значительно влияет на распределение электрического поля в межэлектродном промежутке, а его изменение является эффективным способом повышения разрядных характеристик изоляторов. Так увеличение поверхностной проводимости способствует выравниванию электрического поля вдоль границы раздела твердого диэлектрика и окружающей среды и тем самым повышает напряжение перекрытия изоляционной конструкции.

Величина сопротивления пол у проводящего слоя, при котором обеспечивается увеличение напряжения перекрытия, определяется геометрическими параметрами изоляционной конструкции. и электрофизическими свойствами диэлектрика и окружающей среды, т.к. именно от них зависит величина тока утечки с поверхности на электроды, являющегося одной из основных причин увеличения степени неоднородности электрического поля.

Вследствие «шунтирования» поверхностного сопротивления нитрида бора поверхностной емкостью диэлектрика, его снижение до 1012 Ом не оказывает заметного влияние на напряжение перекрытия. Оптимальный диапазон варьирования удельного поверхностного сопротивления с целью управления напряжением перекрытия изоляционного промежутка составляет о 1Л

10-40 Ом. Наибольшее увеличение напряжения перекрытия в данной системе электродов достигается созданием полупроводящего слоя с 1 сопротивлением порядка 108 Ом. Дальнейшее его снижение ведет к увеличению тока утечки через полу проводящий слой и, как следствие этого, повышению температуры покрытия, а также усилению напряженности электрического поля на проводящих включениях разного размера и формы, которые образуются в модифицированном слое при Ф>10 см" , что способствует снижению напряжения перекрытия.

Таким образом, с одной стороны снижение поверхностного сопротивления способствует выравниванию электрического поля в межэлектродной области, а с другой ведет к повышению активной составляющей тока утечки, что в свою очередь способствует дополнительному нагреву диэлектрика. Последнее отражается на разрядном напряжении вакуумных изоляционных промежутков. Показано, что в области малых давлений (Р<1-5 Па) напряжение перекрытия образцов с низким поверхностным сопротивлением значительно ниже, чем при перекрытии немодифицированных образцов, т.е. полупроводящий слой в этом случае только снижает электрическую прочность изоляционной конструкции.

Резюмируя вышеизложенное можно заключить, что электрическая прочность границы раздела твердого диэлектрика и рабочего газа зависит от степени неоднородности электрического поля, которая в свою очередь определяется максимальной напряженностью электрического поля (для данной системы электродов - вблизи потенциального электрода). Снижение максимальной напряженности электрического поля увеличением проводимости только вблизи внутреннего электрода не приводит к желаемому результату (повышению напряжения перекрытия), что говорит о высокой степени неоднородности электрического поля у внутренней поверхности заземленного электрода. На основании вышеизложенного можно заключить, что увеличение разрядного напряжения исследуемой изоляционной конструкции следует ожидать при снижении поверхностного сопротивления вблизи обоих электродов. Данное заключение требует проведения дополнительных экспериментальных исследований в этой области.

Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при создании различных высоковольтных устройств и электрофизической аппаратуры, в которых электрическая прочность изоляционного промежутка определяется разрядным напряжением по поверхности твердого диэлектрика.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов, полученных при выполнении диссертационной работы, основные выводы можно сформулировать следующим образом:

1С о

10 ^-10 Ом. Наибольшие изменения свойств поверхности достигаются при облучении флюенсом 1016-1017 см"2 (ограничено процессом распыления подложки) и в режиме ионного перемешивания. Полупроводящий слой, созданный в режиме перемешивания, обладает меньшим р5, высокой термостабильностью, низким температурным коэффициентом сопротивления (10"3-10"4 град"1) и устойчив к окислению на воздухе до 750 К.

3. Экспериментально установлено, что вследствие «шунтирования» поверхностного сопротивления диэлектриков поверхностной емкостью, его снижение до Ю12Ом не оказывает заметного влияния на напряжение перекрытия.

4. В интервале р/=109-^1012 Ом наблюдается возрастание напряжения перекрытия до 30 %, обусловленное выравниванием электрического поля.

Библиография Лебедь, Константин Валерьевич, диссертация по теме Электротехнические материалы и изделия

1. Ушаков В.Я. Изоляция установок высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1994. -496 е.: ил.

2. Куртенков Г.Е. Основы проектирования изоляции высоковольтного электрооборудования: Учеб. пособие. Томск: Издательство НТЛ, 1999.- 276 е.: ил.

3. Бажов В.Ф., Лавринович В.А. Техника высоких напряжений: курс лекций. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 150 с.I

4. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). М.: ГИФМЛ, 1958. - 908 е.: ил.

5. Бенинг П. Электрическая прочность изоляционных материалов и конструкций: пер. с нем. / под ред. A.A. Воробьева; пер. М.А. Мельников. -М.,Л.: Госэнергоиздат, 1960.-216 е.: ил.

6. Техника высоких напряжений: учебное пособие / Бутенко В.А., Важов Ф.В., Кузнецов Ю.И. и др. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 118 с.

7. Хамидов Н. Электрический разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в вакууме. Ташкент: Фан, 1985. - 258 с.

8. Сливков И.Н., Михайлов В.И., Сидоров Н.И., Настюха А.И. Электрический пробой и разряд в вакууме / под ред. Б. М. Гохберга. -М.: Атомиздат, 1966.-298 с.

9. Месяц Г.А. Законы подобия в импульсных газовых разрядах // Успехи физических наук.-2001.-Т. 176.-№10.-С. 1069-1091.

10. Черненко В.П. Электрофизические и разрядные характеристикиIпиронитрида бора: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / В.П. Черненко; Томский политехнический институт.- Томск, 1984. 176 е.: ил. -Библиогр.: С. 152-167.

11. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения: учебное пособие / Белоедова И.П., Елисеев Ю.В., Колечицкий Е.С. и др. М.: Изд. дом МЭИ, 2008. - 248 е.: ил.-(

12. Татаринова H.B. Повышение электрической прочности вакуумного промежутка с изолятором // Приборы т техника эксперимента. 1999. -№5. -С. -74-78.

13. Богатенко И.М., Бочаров Ю.Н., Гумерова Н.И. и др. Техника высоких напряжений. СПб.: Энергоатом из дат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2003.-608 е.: ил.

14. Вдовико В.П. Частичные разряды в диагностировании высоковольтного оборудования. Новосибирск: Наука, 2007. - 155 с.

15. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. -JL: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. 224 е.: ил.

16. Куртенков Т.Е. Расчет вводов высокого напряжения и силовых конденсаторов: Учеб. пособие к курсовому проектированию. Томск: Изд-во ТПИ им. С.М. Кирова, 1987. - 76 с.

17. Сергеев A.C. Выравнивание распределения напряжения вдоль изолирующей конструкции при помощи экрана // Известия вузов. Энергетика. 1979. - №3. - С. 23-28.

18. Дмитревский B.C. Расчет и конструирование электрической изоляции: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. - 392 е.: ил.

19. Вопросы расчета подвесных нелинейных ограничителей перенапряжений Электронный ресурс.: Режим доступа http://www.positron.ru/filelib/libl 180615684.pdf, свободный, 20.07.2010.

20. Александров Г.Н., Сергеев A.C. Оптимальное экранирование опорных изоляционных конструкций электрических аппаратов // Электричество. 1980.-№11.-С. 12-17.

21. Мантров М.И. Электрический расчет высоковольтных вводов: конспект по курсу "Расчет и конструирование электрической изоляции"/ Московский энергетический институт (МЭИ). М.: МЭИ, 1962. - 104 с.

22. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений-М.: Энергоатомиздат, 1986. -464 е.: ил.

23. Меркулов В.И. Математическое моделирование в электроизоляционных конструкциях : учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2001 - 152 е.: ил.

24. Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю. С. Изоляция установок высокого напряжения: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. -368 е.: ил.

25. Возлинский В.Н., Ермоленко Г.В. Исследование электрического поля высоковольтных электродных систем с полупроводящими покрытиями // Электричество. 1988. - №3. - С. 68-71.

26. Калинин Е.В. Применение полупроводящей глазури на фарфоровых изоляторах // Электричество. 1956. - №10. - С.90-92.

27. Левшунов Р.Т. Исследование изоляторов, покрытых полупроводящей глазурью // Электрические станции. 1954. - №4. - С. 36-41.

28. Лебедь К.В. Применение полупроводящих покрытий в изоляции высоковольтных электрофизических установок // Доклады XIII Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» Томск: Изд-во ТПУ, 2007. - Т. 1. — С. 60-62.

29. Абрамов В.Д., Хомяков1 M.B. Эксплуатация изоляторов высокого напряжения. -М.: Энергия, 1976. 264 с.

30. Мантров М. И. Расчет разрядных напряжений высоковольтных изоляторов: конспект по курсу "Расчет и конструирование электрической изоляции".-М.: МЭИ, 1966. 100 е.: ил.

31. Эпштейн Г.Л. Применение в области электротехники изолирующих материалов с повышенной проводимостью // Доклады Академии Наук СССР. Электротехника. 1947. - Т. LVIII. - №3. - С. 409-412.

32. Левшунов Р.Т. Грязеразрядные напряжения и тепловая устойчивость изоляторов с полупроводящей глазурью // Электричество. 1969. - №10. - С. 82-84.

33. Ден Ду Хван Влияние полупроводящей глазури на разрядные явления поiзагрязненной поверхности фарфора // Электричество. — 1955. №5. -С. 45-49.

34. Левшунов Р.Т., Гельман Н.Л., Лысаковский Г.И., Хомяков* М.В. Опытная эксплуатация изоляторов с глазурью повышенной проводимости // Электрические станции. 1968. - №8. - С. 60-63.

35. Алиев A.A. Результаты эксплуатации вводов ПНБ-35 с повышенной проводимостью // Электрические станции. 1969. - №5. - С. 81-82.

36. Ткачев В.И., Тен-Хо-Гир, Тегай P.C. Результаты опытной эксплуатации изоляторов с полупроводящей глазурью // Электрические станции. -1969.-№8.-С. 93.

37. Левшунов Р.Т., Лысаковский Г.И. Результаты опытной эксплуатации подвесных изоляторов П-4,5 с полупроводящей глазурью // Электрические станции. — 1957. №2. — С. 90-91.

38. Мухина A.A., Якобсон И.А. Опыт эксплуатации изоляторов, покрытых полупроводящей глазурью // Электрические станции. 1957. - №2. -С. 89.

39. Калинин Е.В., Мерхалев С.Д., Соломоник Е.А. По поводу статьи Р.Т.I

40. Левшунова и др. «Опытная эксплуатация изоляторов с глазурью повышенной проводимости» // Электрические станции. 1968. - №8. -С. 64-66.

41. Алиев A.A. Опытная эксплуатация линейных изоляторов, покрытых полупроводящей глазурью // Электрические станции. 1958. - №9. -С. 75-76.

42. Кабышев A.B., Лебедь К.В. Электропроводность и разрядныехарактеристики диэлектриков после ионно-термической модификации //140

43. Известия высших учебных заведений. Физика. 2011. - Т. 54. - №1. -С. 314-319.

44. Балоян Б.М., Колмаков А.Г., Алымов М.И., Кротов А'.М. НАНОМАТЕРИАЛЫ. Классификация, особенности свойств,применение и технологии получения. Учебное пособие. М.:

45. АгроПрессДизайн, 2007. 125 с.

46. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986. - 232 е.: ил.

47. Юрасова В.Е., Еловиков С.С., Зыкова Е.Ю. Распыление монокристалловIнитрида бора разной структуры // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2007. - №6. - С. 38-52.

48. Бужинский О.И., Кабышев A.B., Лопатин В.В. Обработка поверхности нитридокерамических изоляторов ионами углерода // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. - №5. - С. 137-141.

49. Аксенов А.И., Бугаев С.П., Дац A.B. и др. Широкоапертурный источник ионов установки имплантации металлов // Приборы и техника эксперимента. 1988. - №4. - С. 133-135.

50. Бугаев С.П., Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Взрывная эмиссия электронов // Успехи технической физики. -1975. Т. 115. -Вып. 1.-С. 101-120.

51. Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумных разрядах // Успехи технической физики. 1983. - Т. 139. - Вып. 2. - С. 265-302.

52. Аксенов А.И., Бугаев С.П., Емельянов В.А. и др. Получение широкоапертурных пучков ионов металлов // Приборы и техника эксперимента. 1987. -№3. - С. 139-142.

53. Рябчиков А.И., Арбузов Н.М., Насыров P.A. Формирование сложных по составу потоков ионов // Журнал технической физики. — 1990. Т. 60. -№5.-С. 106-111.

54. Пучкарева Л.Н., Чесноков С.М., Шулепов И.А. Имплантация ионов вольфрама в частотно-импульсном режиме // Физика и химия обработки материалов. 1998.-№3.-С. 21-25.

55. Кабышев A.B., Лопатин В.В. Влияние структурно фазовых изменений и дефектообразования на электропроводность нитрида бора после ионно-термической модификации // Поверхность. Физика, химия, механика. -1994.-№7-С. 86-93.

56. Бужинский О.И., Бутенко В.А., Крысанов С.И., Лопатин В.В., Черненко В.П. Установка для электрофизических исследований диэлектриков // Приборы и техника эксперимента. 1981. - №3. - С. 236-238.

57. Бутенко В.А., Кабышев A.B., Касенов Ф.К., Лопатин В.В., Черненко В.П. Установка для высоковольтных испытаний диэлектриков при температурах 300-И 600 К. // Приборы и техника эксперимента. 1987. -№3.-0.216-218.

58. ГОСТ Р 50499-93. Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления. -Введ. 01.01.94.

59. Шарупин Б.Н. Структура и свойства пиронитрида бора // Химическое газофазное осаждение тугоплавких неорганических материалов. .Подред. B.C. Шпака, Р.Г. Аварбэ. Л.: ГИПХ, 1976. - С. 66-101.1

60. Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытание электроизоляционных материалов и изделий: учебник. 3-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1980.-213 е.: ил.

61. Завадовская Е.К., Трескина М.Н. Измерение электропроводности твердых диэлектриков в широком интервале температур // Заводская лаборатория. 1961. - Т. 27. - №5. - С. 569-572.

62. Мантров М.И. Расчет и измерение удельного поверхностного сопротивления твердых диэлектриков с учетом объемного тока // Электротехника. 1977. - №7- С. 46-49.

63. Соболев В.Г. Механизм поверхностной проводимости твердых диэлектриков // Электричество. 1983. - №5. - С. 51-54.

64. Бондаренко JI.C. Погрешность при определении Удельного поверхностного сопротивления // Измерительная техника. 1971. -№6. -С. 57-58.

65. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи: учебное пособие. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 е.: ил.

66. Измерения в электронике : Справочник / Под ред. В. А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 509 с.

67. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок: пер. с англ. М.: Мир, 1985. -272 е.: ил.

68. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: «Наука», 1971. 192 е.: ил.

69. Светозаров В.В. Основы статистической обработки результатов измерений. Учебное пособие. М.: Изд. МИФИ, 2005. - 40 с.

70. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация: пер. с нем. М.: Наука, 1983. -360 е.: ил.

71. Белоус В.А., Лапшин В.И., Марченко И.Г., Неклюдов И.М. Радиационные технологии модификации поверхности. I. Ионная очистка и высокодозовая имплантация // ФИП. 2003. - Т. 1. - №1. - С. 40-48.

72. Заболотный В.Т. Ионное перемешивание в твердых телах. М.: МГИЭМ(ТУ), 1997. - 62 с.

73. Кабышев A.B., Конусов Ф.В. Влияние радиационных дефектов и их комплексов на оптическое поглощение поликристаллического оксида алюминия // Перспективные материалы. 2002. - №1. - С. 25-33.

74. Степанов А.Л. Синтез наночастиц меди в сапфире методом ионной имплантации // Письма в Журнал технической физики. Т. 28. - №20. -С. 58-66.

75. Качурин Г.А., Черкова С.Г., Володин В.А., Марин Д.М., Тетельбаум Д.И., Becker Н. Влияние имплантации ионов бора и последующихотжигов на свойства нанокристаллов Si // Физика и техника полупроводников. 2006. - Т. 40. - №1. - С. 75-82.

76. Сергеев В.П., Федорищева М.В., Воронов A.B., Сергеев О.В. Структура и механические свойства покрытий на основе корбонитрида титана при магнетронном напылении в условиях ионнолучевой обработки // Перспективные материалы. 2005. - №5. - С. 72-77.

77. Naoki Nakamura, Kiyoshi Hirao and Yukihiko Yamauchi Improvement in Wear Resistance of High-Strength and High-Toughness Silicon Nitride Modified by Ion Implantation // J. Am. Ceram. Soc. 2004. - V. 87. - №6. -P.1167-1169

78. Углов В.В., Занг Дж., Черенда H.H., Бурова Е.А., Абрамов И.И., Данилюк А.Л., Литвинович Г.В., Сокол В.А. Модификация свойств анодного оксида алюминия имплантацией титана и молибдена // Перспективные материалы. 2000. - №2. - С. 76-87.

79. Пичугин В.Ф., Франгульян Т.С. Действие ионного облучения на структуру и свойства оксидных диэлектриков // Перспективные материалы. 2000. - №6. - С. 26-35.

80. Кабышев A.B., Конусов Ф.В., Кураков А.Г., Лопатин В.В. Свойства оксидной и нитридной керамики после ионно-термической модификации // Перспективные материалы. 2001. -№1. - С. 70-81.

81. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986. - 232 е.: ил.

82. Взаимодействие заряженных частиц с твердым телом : пер. с англ. / Под ред. А. Грас-Марти и др. М.: Высшая школа, 1994. - 744 е.: ил.

83. Кабышев А.В., Лебедь К.В. Влияние режима имплантации и вида ионов на поверхностные свойства диэлектриков // Известия высших учебных заведений. Физика.-2008.-Т. 51. -№11. -С. 121-125.

84. McHargue C.J., Sklad P.S., White C.W. The structure of ion implantated ceramics //Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. 1990. - V. B46. - No. 1-4. -P. 79-88.

85. Martin P., Dufour M., Ermolieff A., Marthon S., Pierre F., Dupuy M. Electrical surface conductivity in quartz induced by ion implantation // J. Appl. Phys.,-1992. -V. 72. -№7. P. 2907-2911.

86. Prawer S., Hoffman A., Petravic M. and Kalish R. Conductivity'in insulators due to implantation of conducting species // J. Appl. Phys. 1993. - V. 73. -№8.-P. 3841-3845

87. Рябчиков А.И., Насыров P.A. Получение высоких концентраций примеси при импульсно-периодической имплантации ионов // Поверхность. Физика, химия, механика. 1992. - №3. - С. 98-105.

88. С. Marques, Е. Alves, С. McHargue, L.C. Ononye, Т. Monteiro, J. Soares, L.F. Allard. Influence of annealing atmosphere on the behavior of titanium implanted sapphire. // Nuclear Instruments and Physics Research. 2002. -B. 191.-P. 644-648.

89. Кабышев A.B., Конусов Ф.В. Влияние имплантации ионов титана и газовой среды на электрофизические свойства оксида алюминия // Журнал технической физики. 2007. - Т. 77. - №6. - С. 57-61.

90. Кабышев А.В., Лопатин В.В. Влияние структурно-фазовых изменений и дефектообразования на электропроводность нитрида бора после ионно-термической модификации // Поверхность. Физика, химия, механика. -1994.-№7.-С. 86-92.

91. Бушнев Л.С., Кабышев А.В., Лопатин В.В. Модификация структуры и свойств поверхности имплантированного нитрида бора // Физика и химия обработки материалов. 1990. - №2. — С. 5-11.

92. Киприч В.И., Корнич Г.В. Моделирование процесса напыления тонких пленок низкоэнергетической ионной бомбардировкой с учетом ионного перемешивания // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2006. - №8. - С. 58-62.

93. Погребняк А.Д., Мартыненко В.А., Михалев А.Д., Шабля В.Т., Яновский В.П. Некоторые особенности ионного перемешивания при одновременной ионной имплантации и осаждении покрытий из металлов // Письма в ЖТФ. 2001. - Т. 27. - №14. - С. 88-94.

94. Иванов В.И. Оптимизация процессов диффузионной сварки материалов // Материалы VII Международной научно-технической конференции «INTERMATIC-2009», г. Москва, 7-11 декабря 2009 г. М.: МИРЭА, 2009.-Ч. 2.-С. 231-234.

95. Борисов П.А., Осипов Ю.М. Потенциальные электрические поля. Учебное пособие по курсам ТОЭ (часть вторая) ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ. Электромагнитные поля и волны. -СПб: СПб ГУИТМО, 2006. - 108 с.

96. Резвых К.А. Расчет электростатических полей в аппаратуре высокого напряжения. -М.: «Энергия», 1967. 120 с.

97. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 168 е.: ил.

98. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей: пер. с англ. М.: «Энергия», 1970. - 376 е.: ил.

99. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля, изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: «Энергия», 1970. -488 е.: ил.

100. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учебник для электротехн., энерг., приборостроит. спец. Вузов. 8-е изд., перераб. и доп. - М: Высш. шк., 1986.-263 е.: ил.

101. Бухгольц, Г. Расчет электрических и магнитных полей: пер. с нем. / Под ред. М. С. Рабиновича, Л. Л. Сабсовича. М.: Иностранная литература, 1961.-712 е.: ил.

102. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2001. - 480 е.: ил.

103. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова E.H. MATLAB 7. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 е.: ил.

104. Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6®. Основы применения. Серия «Библиотека профессионала». М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 800 е.: ил.

105. Дьяконов В.П. Mathematica 5.1/5.2/6. Программирование и математические вычисления. М.: ДМК-Пресс, 2008. - 576 е.: ил.

106. Половко A.M. Mathematica для студента. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 368 е.: ил.

107. Макаров Е.Г. Mathcad: Учебный курс (+CD). СПб.: Питер, 2009. -384 е.: ил.

108. Черных И.В. Применение пакета MATHCAD 2001i для электротехнических расчетов. Учебное электронное текстовое издание Электронный ресурс.: Режим доступа http://study.ustu.ru/view/aid/327%5Cl/Chernyh.pdf, свободный, 03.02.2011.

109. Охорзин В.А. Прикладная математика в системе MATHCAD: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. СПб.: Издательство «Лань», 2008. -352 е.: ил.

110. Сдвижков O.A. Математика на компьютере: Maple 8. М.: СОЛОН-Пресс, 2003.- 176 е.: ил.

111. Коптев A.A., Пасько A.A., Баранов A.A. Maple в инженерных расчетах: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. - 80 с.

112. Дьяконов В.П. Maple 9.5 10 в математике, физике и образовании М.: СОЛОН-Пресс, 2006. - 720 е.: ил.

113. Голоскоков Д.П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple. Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2004. - 539 е.: ил.

114. П. Сильвестер, Р. Феррари Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 229 е.: ил.

115. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. М.: Мир, 1984.-428 е.: ил.

116. Стренг Г., Дж. Фикс Теория метода конечных элементов: пер. с англ. -М.: Мир, 1977.-351 с.

117. О. Занкевич, К. Морган Конечные элементы и аппроксимация: пер. с англ. -М.: Мир, 1986. 318 е.: ил.

118. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Версия 5.7. Руководство пользователя. Электронный ресурс.: Режим доступа http://www.tor.ru/elcut/demo/manual.pdf, свободный, 20.06.2010.

119. Арбузов В.Н. Применение комплекса программ ELCUT для решения задач электростатики. Учебное пособие для студентов заочного отделения. М.: МИЭЭ, 2008. - 27 с.

120. COMSOL User's Guide, Version: January 2004, FEMLAB 3.0

121. COMSOL Multiphysics Электронный ресурс.: Режим доступа http://www.cae-services.ru/index.php?option=comcontent&view=article&id =146&Itemid= 166, свободный, 25.06.2010.

122. COMSOL AC/DC MODULE 3.5a Расчет вихревых токов (осесимметричная постановка) Электронный ресурс.: Режим доступа http://cae-services.ru/data/272M.pdf, свободный, 20.06.2010.

123. В.И.Егоров Применение ЭВМ для решения задач теплопроводности. Учебное пособие. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. - 77 с.

124. И.Е. Лысенко, М.А. Денисенко, Е.В. Шерова, Н.К. Приступчик Моделирование элементов микросистемной техники в программе ANSYS. Часть П. Учебно-методическое пособие. Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2009. - 28 с.

125. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справочное пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. - 512 с.

126. Вишняков C.B., Гордюхина Н.М., Федорова Е.М. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANS YS.I

127. Учебное пособие. Электронная версия Электронный ресурс.: Режим доступа http://vvk2.mpei.ac.ru/ANSYS/Main.htm, свободный, 20.06.2010.

128. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники. СПб.: Издательство «Лань», 2003. - 368 с.

129. Лайнс М., Гласе А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы: пер. с англ. -М.: Мир, 1981. 736 е.: ил.

130. Аппарат для испытания масла АИМ-90 Электронный ресурс.: Режим доступа http://www.aim-90.ru/, свободный, 15.03.2011.

131. Харитонов Е.В. Диэлектрические материалы с неоднородной структурой. -М.: Радио и связь, 1983. 128 е.: ил.

132. Эрфос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. М.: Изд. «Наука», 1982. -264 е.: ил.

133. Холодный С.Д., Каменский М.К. Расчет напряженности электрического поля на поверхности полупроводящего экрана // Электричество. 2004. — №9. - С. 63-65.

134. Расчет распределения напряжения вдоль границы раздела твердого диэлектрика и окружающей его среды

135. Для схемы замещения диэлектрика в коаксиальной системе электродов (глава 5, рисунок 5.1) имеем дифференциальное уравнение второго порядка:dUl1. Yz -Us-Yy-iUo-Us)pR dUs 11)dr2 V ' ') 2-n dr r

136. Л Y s 1 N h с / | -BesselYt / \ \1. J- -2 p (Y + Y )r; 11. ГГ I SK / 1. J- O. (Y + Y ^ X V ) " I1. J~K~ i1 J- 2p A¥A2 yj Я1. Y BesselY 0,r21. У BesselY1. Y + BesseLJ 0,1. BesseLJ0,i21 / 2 р (У + У \ г1 ) Вез5еи 0, 1 ^- < 1 *-у )1 У-ЗРЛП+П) г3у/К^

Похожие работы

Электротехника
05.09.00