電擊穿和熱擊穿的本質(zhì)是什么？

電擊穿和熱擊穿的本質(zhì)是什么？

1. 概念

v 介質(zhì)的擊穿：外加電場強(qiáng)度超過某一臨界值時，材料中形成 或存在電荷順利通過的擊穿“隧道" ，使材料破壞，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。

v 介電強(qiáng)度：使介質(zhì)發(fā)生擊穿的臨界電場強(qiáng)度。

2. 電擊穿

v 固體介質(zhì)電擊穿的碰撞理論：

™強(qiáng)電場作用下，固體導(dǎo)帶中因冷或熱發(fā)射存在一些電子， 這些電子被加速，獲得動能；

™高速電子與晶格振動相互作用，把能量傳遞給晶格；

™一定溫度和場強(qiáng)下平衡時，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)；

™當(dāng)電子從電場中獲得能量大于傳遞給晶格振動能量時， 電子動能越來越大；

™大到一定值，電子與晶格振動的相互作用導(dǎo)致電離產(chǎn)生 新電子，使電子數(shù)目迅速增加，電導(dǎo)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)， 發(fā)生擊穿。

3. 熱擊穿

v 熱擊穿的本質(zhì)：

™處于電場中的介質(zhì)，由于介質(zhì)損耗而受熱；

™當(dāng)外加電壓足夠高時，散熱和發(fā)熱從平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)入非平 衡狀態(tài)；

™若發(fā)熱量比散熱量多時，熱量就在介質(zhì)內(nèi)部聚集，使介 質(zhì)溫度升高；

™溫度升高又導(dǎo)致電導(dǎo)率和損耗的進(jìn)一步增加，介質(zhì)的溫 度將越來越高，直至出現(xiàn)破壞。

二、無機(jī)材料的擊穿

1. 不均勻介質(zhì)中的電場分配

v 假設(shè)不均勻介質(zhì)結(jié)構(gòu)由兩層介質(zhì)組成，在系統(tǒng)上加直流電壓 U，利用串聯(lián)模型導(dǎo)出：

2. 電離擊穿

™材料中存在氣孔，導(dǎo)致均勻性降低；

™氣體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)很小，加上電壓后電場較高， 而氣體本身抗電強(qiáng)度比固體介質(zhì)低得多；

™發(fā)生強(qiáng)烈的氣體放電，即電離，產(chǎn)生大量的熱量；

™氣孔附近局部區(qū)域強(qiáng)烈過熱，在材料內(nèi)部形成相當(dāng)高的 內(nèi)應(yīng)力；

™當(dāng)熱應(yīng)力超過一定限度時，材料喪失機(jī)械強(qiáng)度而發(fā)生破 壞，以致介電強(qiáng)度喪失，造成擊穿；

™這種擊穿稱為電-機(jī)械-熱擊穿。v 介電強(qiáng)度與樣品的尺寸有關(guān)：樣品尺寸減小，在一定應(yīng)力下，

存在可導(dǎo)致材料擊穿的缺陷相應(yīng)減小。

v 電壓老化或化學(xué)擊穿：大量的氣孔放電，在介質(zhì)內(nèi)部引起不 可逆的物理化學(xué)變化，使介質(zhì)擊穿電壓下降。

3. 表面放電和邊緣擊穿

(1) 表面放電：

™固體材料常處于氣體媒介中，擊穿時介質(zhì)本身未擊穿， 但有火花掠過它的表面。

(2) 邊緣擊穿：

™電極邊緣常常電場集中，因而擊穿常在電極邊緣發(fā)生。

關(guān)鍵詞： 

v 介電性、介電強(qiáng)度、介電常數(shù)；