低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺材料沿面閃絡(luò)特性

原青云，孫永衛(wèi)，張希軍，王平平

陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 電磁環(huán)境效應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050003

沿面閃絡(luò)是指在絕緣材料與空氣、真空等介質(zhì)交界面形成貫穿性擊穿放電的現(xiàn)象。由于沿面閃絡(luò)的放電電壓遠(yuǎn)小于絕緣材料的擊穿放電電壓，因此沿面閃絡(luò)成為空間環(huán)境中航天器表面靜電放電的主要形式之一，對(duì)航天器安全有著嚴(yán)重的威脅，世界各國(guó)對(duì)其研究給予了高度重視。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沿面閃絡(luò)特性和機(jī)制進(jìn)行了很多研究。Anderson和Brainard提出的二次電子發(fā)射雪崩(Secondary Electron Emission Avalanche，SEEA)模型及Blaisé和Le Gressus提出的電子觸發(fā)極化松弛模型對(duì)沿面閃絡(luò)機(jī)制進(jìn)行了解釋。Harris利用SEEA模型推出了很多方法，這些方法可用于提高真空絕緣體的電壓耐受能力。Naruse和Yamamoto提出了一種真空絕緣體沿面閃絡(luò)電壓的計(jì)算方法，該方法考慮了SEEA引起的絕緣體表面電荷分布情況。Asari等利用附著在不同金屬化區(qū)域的柱狀氧化鋁樣品研究了金屬化層附近條件與真空中沿面閃絡(luò)特性之間關(guān)系，結(jié)果表明沿面閃絡(luò)從金屬層邊緣開始，下一個(gè)閃絡(luò)發(fā)生在不同的位置。胡多等研究了表面粗糙度對(duì)聚合物材料真空沿面閃絡(luò)特性的影響，結(jié)果表明表面粗糙度對(duì)樣品表面電位及陷阱參數(shù)的影響與粗糙度及材料種類有關(guān)，同時(shí)粗糙度也對(duì)材料的二次電子發(fā)射系數(shù)也有一定影響。謝慶等以硅橡膠、聚甲基丙烯酸甲酯為例，用韋伯分布統(tǒng)計(jì)方法探索了沿面閃絡(luò)電壓的規(guī)律，用原子力顯微鏡等測(cè)試技術(shù)對(duì)閃絡(luò)前后的表面特性進(jìn)行了分析；結(jié)果表明閃絡(luò)電壓隨氣壓與放電距離的增加而升高，且此過程中不同階段二者對(duì)閃絡(luò)電壓影響程度不同；隨閃絡(luò)次數(shù)增加，材料的粗糙度增大；材料老化后決定其閃絡(luò)電壓大小的主要因素是材料表面的微觀形貌和化學(xué)特性。Zhao等研究了表面粗糙度對(duì)硅橡膠沿面閃絡(luò)特性的影響，結(jié)果表明表面粗糙度的增加會(huì)導(dǎo)致硅橡膠疏水性的降低。聶永杰等研究了聚乙烯陷阱特性對(duì)真空直流沿面閃絡(luò)性能的影響，分析陷阱深度及陷阱密度與閃絡(luò)電壓之間的U形關(guān)系可知，陷阱深度及陷阱密度在影響閃絡(luò)性能過程中起著相互協(xié)調(diào)、配合及轉(zhuǎn)化的作用。謝慶等通過原子力顯微鏡研究了不同閃絡(luò)次數(shù)、不同放電位置的環(huán)氧樹脂表面形貌特征，結(jié)果表明隨閃絡(luò)損傷增強(qiáng)，試樣表面形貌依次經(jīng)歷了毛刺狀、顆粒狀、山峰狀和連續(xù)山巒狀的演變過程，表面粗糙度不斷增大，且極不均勻電場(chǎng)下閃絡(luò)對(duì)表面形貌的影響更為顯著；通過控制打磨砂紙的數(shù)量研究不同粗糙度對(duì)有機(jī)玻璃樣品沿面閃絡(luò)的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)打磨程度較低時(shí)閃絡(luò)電壓較低，當(dāng)打磨程度較高時(shí)閃絡(luò)電壓明顯升高。范亞杰等研究了真空中電子輻照下聚四氟乙烯沿面閃絡(luò)電壓特性，研究結(jié)果表明相比無(wú)輻照時(shí)的聚四氟乙烯閃絡(luò)電壓，有電子輻照時(shí)閃絡(luò)電壓更高，且輻照電子能量越高、束流密度越小，閃絡(luò)電壓越高。高宇等針對(duì)表面電荷對(duì)絕緣材料閃絡(luò)電壓影響進(jìn)行了研究，選用聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂和硅橡膠3種材料為試樣，結(jié)果表明樣品表面積聚的電荷通過改變電場(chǎng)、引發(fā)電場(chǎng)畸變影響材料的沿面閃絡(luò)特性。

總之，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在絕緣材料沿面閃絡(luò)特性研究方面取得了很多研究成果，但由于航天器所處太空環(huán)境的復(fù)雜性，低氣壓環(huán)境下絕緣材料沿面閃絡(luò)特性和機(jī)制尚不完全清楚，需系統(tǒng)地開展低氣壓環(huán)境下沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合理論模型分析沿面閃絡(luò)過程中絕緣材料表面、表層或內(nèi)部電荷的協(xié)同作用機(jī)制。因此本文利用建立的航天器表面帶電模擬系統(tǒng)，以航天器常用絕緣材料——聚酰亞胺為研究對(duì)象，研究低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)特性，希望可為航天器靜電防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 沿面閃絡(luò)的理論計(jì)算

在SEEA模型中，由于材料表面正電荷的積累，形成了一個(gè)垂直于材料表面的電場(chǎng)。的表達(dá)式為

=(2)

(1)

式中：為表面電荷密度；為自由介電常數(shù)，=8.85×10F/cm。

合成電場(chǎng)與材料表面夾角為

(2)

式中：為水平電場(chǎng)(初始擊穿電場(chǎng))；為電子碰撞能量，eV；為發(fā)射電子能量，假設(shè)為4.7 eV。

垂直于材料表面的電流密度可表示為

=

(3)

單位面積內(nèi)閃絡(luò)放電解吸附氣體分子的臨界值為

=[()]

(4)

式中：為脫附概率，分子/電子；為電子電荷，=1.6×10C；為絕緣材料表面解吸附氣體分子脫附的平均速度，cm/s；為固體絕緣子長(zhǎng)度，cm。

根據(jù)材料表面解吸附氣體理論及式(1)～式(4)，可得直流表面閃絡(luò)擊穿電場(chǎng)和閃絡(luò)電壓的理論表達(dá)式：

(5)

(6)

由式(6)可得解吸附氣體、絕緣材料長(zhǎng)度、入射電子能量和入射角度等因素均會(huì)影響材料的閃絡(luò)電壓。

2 沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

利用建立的航天器表面帶電模擬系統(tǒng)開展了低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)特性的實(shí)驗(yàn)研究。其中航天器表面帶電模擬系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：工作真空度為1.4×10Pa，電子槍能量范圍0～30 keV，束流密度為0～3 nA/cm，可用于研究電子輻照對(duì)介質(zhì)材料表面帶電及閃絡(luò)特性的影響(實(shí)驗(yàn)過程中電子槍沒有運(yùn)行)，溫度范圍為173～373 K。采用銅質(zhì)指型電極建立直流電場(chǎng)，其長(zhǎng)度為4 cm，厚度為1 mm，曲率半徑為5 mm。利用直流高壓源(GLOW28720，電壓為0～35 kV)通過限流電阻(200 MΩ)為陰極提供直流高壓，利用靜電動(dòng)態(tài)電位測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)陰極處電壓，利用電壓探頭(UT-P12，帶寬為100 MHz)和電流探頭(CT-1，帶寬為25 kHz～1 GHz)配合示波器(LINI-T UTD2052CEL，帶寬為50 MHz，實(shí)時(shí)采集速率為1 GS/s)測(cè)量放電電壓和電流波形。聚酰亞胺材料的尺寸為10 cm(長(zhǎng))×5 cm(寬)×0.1 cm(厚)，實(shí)驗(yàn)前采用無(wú)水乙醇對(duì)樣品表面進(jìn)行擦拭，先放置在烤箱中烘烤24 h，再于真空系統(tǒng)中將樣品與指型電極和實(shí)驗(yàn)支架固定好進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，樣品電極間每次發(fā)生閃絡(luò)后先利用等離子體消電器對(duì)樣品表面進(jìn)行消電，再進(jìn)行下一次閃絡(luò)，共進(jìn)行15次閃絡(luò)，閃絡(luò)次數(shù)1表示第1次閃絡(luò)，閃絡(luò)次數(shù)2表示第2次閃絡(luò)，以此類推，閃絡(luò)次數(shù)15表示第15次閃絡(luò)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental setup

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置開展了低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)指型電極間距分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm，考慮到氣壓很低(小于10Pa或者更低)時(shí)放電電壓與電極的材料、形狀等有關(guān)，空氣分子的影響可忽略不計(jì)，實(shí)驗(yàn)中氣壓范圍為1×10～1×10Pa。

圖2給出了當(dāng)氣壓為3×10Pa時(shí)，不同電極間距下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓隨閃絡(luò)次數(shù)的變化情況。圖3為聚酰亞胺沿面閃絡(luò)平均場(chǎng)強(qiáng)(氣壓為3×10Pa，電壓取第15次閃絡(luò)電壓)隨電極間距的變化情況。圖4為電極間距為1 mm時(shí)，不同氣壓下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓分布情況。

圖2 不同電極間距下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓隨閃絡(luò)次數(shù)的變化Fig.2 Variation of surface flashover voltage of kapton with number of discharge at different electrode spacings

圖3 不同電極間距下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)Fig.3 Flashover field intensity of kapton with different electrode spacing

圖4 不同氣壓下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓Fig.4 Surface flashover voltage of kapton under different pressure

從圖2中可看出當(dāng)氣壓和閃絡(luò)次數(shù)一定時(shí)，聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓(絕對(duì)值)隨電極間距增加而升高，以第15次閃絡(luò)為例，電極間距1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm對(duì)應(yīng)的閃絡(luò)電壓分別為-7.18、-7.91、-8.65、-9.37、-10.63 kV。當(dāng)氣壓和電極間距一定時(shí)，聚酰亞胺閃絡(luò)電壓(絕對(duì)值)隨閃絡(luò)次數(shù)的增加呈先增大后穩(wěn)定的趨勢(shì)，如當(dāng)電極間距為1.0 mm時(shí)，第1次閃絡(luò)電壓為-6.12 kV，第5次閃絡(luò)電壓為-6.50 kV，第13、14、15次閃絡(luò)電壓分別為-7.13、-7.20、-7.18 kV；當(dāng)電極間距為3.0 mm時(shí)，第1次閃絡(luò)電壓為-8.47 kV，第5次閃絡(luò)電壓為-9.72 kV，第13、14、15次閃絡(luò)電壓分別為-10.50、-10.64、-10.63 kV。

由圖3可得當(dāng)氣壓和閃絡(luò)次數(shù)一定時(shí)，聚酰亞胺閃絡(luò)平均場(chǎng)強(qiáng)隨電極距離增加呈降低趨勢(shì)。其原因可能是電極距離越大，閃絡(luò)傳播所需能量越大，外加電源的幅值也越大；電極距離的增大導(dǎo)致電極之間的電場(chǎng)變得不均勻，極易發(fā)生擊穿，電壓增加幅值小于距離增加的幅值，導(dǎo)致場(chǎng)強(qiáng)減小。

由圖4可得，聚酰亞胺閃絡(luò)電壓隨氣壓的降低呈先降低、后增大、再穩(wěn)定的規(guī)律。從圖4中可看出當(dāng)氣壓低于10Pa時(shí)，閃絡(luò)電壓隨氣壓增加的變化不明顯；當(dāng)氣壓從10Pa升至10Pa時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓呈現(xiàn)降低的變化規(guī)律；當(dāng)氣壓由10Pa升至常壓時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓呈升高趨勢(shì)。根據(jù)帕邢定律可知，當(dāng)外界氣體和電極一定時(shí)，氣體間隙擊穿電壓是氣壓和極間距離乘積的函數(shù)，即

(7)

(8)

式中：為玻爾茲曼常數(shù)；為溫度；為氣體分子半徑。假設(shè)氣體分子直徑為10m，溫度為300 K，當(dāng)氣壓高于10Pa時(shí)氣體的平均自由程小于最小電極間距1 mm，此時(shí)背景氣體參與材料沿面閃絡(luò)，并遵循帕邢定律；當(dāng)氣壓由10Pa降至10Pa時(shí)，一方面背景氣體含量不斷減少，另一方面氣體的平均自由程逐漸增大，碰撞電離幾率逐漸減低，致使參與沿面閃絡(luò)的氣體減少，閃絡(luò)電壓升高；當(dāng)氣壓降至10Pa以下高真空區(qū)域時(shí)，氣體分子的平均自由程約為2.25 m，遠(yuǎn)大于電極間距，此時(shí)分子碰撞電離幾乎不會(huì)在閃絡(luò)中發(fā)生作用。根據(jù)二次電子發(fā)射雪崩理論，參與真空閃絡(luò)過程的電離氣體分子主要來(lái)自介質(zhì)表面解吸附氣體，由于材料表面微觀結(jié)構(gòu)凹凸不平，實(shí)際面積遠(yuǎn)大于觀測(cè)面積，且一般情況下吸附氣體并非只有一層，因此介質(zhì)表面吸附氣體解吸附完全可以滿足高真空條件下沿面閃絡(luò)需求，同時(shí)產(chǎn)生解吸附的原因是電子碰撞與激勵(lì)，與氣壓無(wú)關(guān)，因此高真空條件下材料的閃絡(luò)電壓不隨氣壓變化而改變。

2.3 分析與討論

針對(duì)低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺沿面閃絡(luò)變化規(guī)律，從解吸附氣體、粗糙度、化學(xué)變化3個(gè)方面對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響因素進(jìn)行分析。

2.3.1 解吸附氣體

在低氣壓環(huán)境中，由于真空度較高(如3×10Pa)，絕緣材料表面的空氣含量遠(yuǎn)小于大氣環(huán)境，背景環(huán)境氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于電極間距，此時(shí)參與材料沿面閃絡(luò)的氣體主要來(lái)自介質(zhì)表面解吸附氣體。解吸附是通過電子的能量轉(zhuǎn)移及電子激勵(lì)等途徑將低能態(tài)氣體分子激發(fā)到高能態(tài)，進(jìn)而克服材料表面壁壘進(jìn)入背景環(huán)境的現(xiàn)象。當(dāng)電子與介質(zhì)表面吸附氣體發(fā)生碰撞時(shí)，電子能量將傳遞給氣體分子。假設(shè)電子與吸附氣體分子發(fā)生彈性碰撞，根據(jù)能量守恒定理，氣體分子獲得最大動(dòng)能Δ為

(9)

式中：為電子能量；為氣體分子質(zhì)量；為電子質(zhì)量。由于氣體分子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，因此電子、氣體分子質(zhì)量之和可近似地看做氣體分子質(zhì)量。當(dāng)電子與氣體分子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，氣體分子獲得能量為

(10)

由式(9)和式(10)可見，由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于分子質(zhì)量，在碰撞過程中能量傳遞非常少，因此電子能量轉(zhuǎn)移并非造成吸附氣體解吸附的主要原因。

根據(jù)Franch-Condon原理，電子躍遷是一個(gè)非常迅速的過程，當(dāng)電子發(fā)生躍遷時(shí)不會(huì)改變?cè)雍说倪\(yùn)動(dòng)，因此在電子與氣體分子碰撞時(shí)電子激勵(lì)作用遠(yuǎn)大于能量傳遞。電子的激勵(lì)作用不僅會(huì)使氣體分子得到、失去電子，成為帶電離子，還會(huì)使分子內(nèi)部電子躍遷至更高能級(jí)，改變氣體分子與周圍固體分子的作用力，致使氣體分子掙脫固體表面束縛。

在圖4中，當(dāng)氣壓高于10Pa時(shí)，即電子的平均自由程小于電極間距時(shí)，背景環(huán)境氣體在材料沿面閃絡(luò)過程中發(fā)揮作用，而材料表面解吸附氣體與背景氣體相比數(shù)量很小，其影響可忽略不計(jì)；隨氣壓降低背景氣體含量減少，解吸附氣體含量增加，在氣壓為10～10Pa階段，解吸附氣體含量已接近背景氣體含量，此時(shí)電子的平均自由程與電極間距量值相當(dāng)，閃絡(luò)電壓最低；當(dāng)氣壓進(jìn)入高真空乃至超高真空階段，電子的平均自由程遠(yuǎn)大于電極間距，電子碰撞電離已不可能發(fā)生，解吸附氣體成為主要?dú)怏w負(fù)荷。從式(6)可看出解吸附氣體分子的臨界值和分子脫附的平均速度都會(huì)影響閃絡(luò)電壓。氣體分子脫附的平均速度越大，閃絡(luò)電壓越高。因此10Pa和10Pa即成為閃絡(luò)電壓隨氣壓變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。所以對(duì)于低氣壓環(huán)境，材料表面吸附氣體的解吸附效應(yīng)是沿面閃絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，且引起解吸附的主要方式為電子激勵(lì)作用。由于解吸附過程需要一定能量，且激發(fā)出來(lái)的氣體含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常壓環(huán)境中氣體含量，因此3×10Pa下絕緣材料閃絡(luò)電壓高于常壓環(huán)境下的閃絡(luò)電壓。

2.3.2 粗糙度

絕緣材料在發(fā)生沿面閃絡(luò)的過程中，閃絡(luò)電流對(duì)材料表面具有一定的灼燒、破壞作用，閃絡(luò)發(fā)生前后材料表面粗糙度發(fā)生很大變化。圖5為金相顯微鏡和原子力顯微鏡(右上小圖)下聚酰亞胺表面閃絡(luò)前后的樣貌(電極間距為2 mm)。

圖5 閃絡(luò)前后聚酰亞胺表面樣貌Fig.5 Surface appearance of kapton before and after flashover

從圖5(a)中可看出未發(fā)生沿面閃絡(luò)時(shí)聚酰亞胺表面整體比較均勻，只存在少量加工、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的微小缺陷，此時(shí)表面粗糙程度最小(為25 nm)，閃絡(luò)電壓較低(為-7.01 kV，如圖2所示)。隨閃絡(luò)放電的發(fā)生，閃絡(luò)電流灼燒材料表面，如圖5(b)所示，材料表面出現(xiàn)明顯的閃絡(luò)灼痕，呈現(xiàn)不均勻的山狀突起，材料表面粗糙程度增大(47 nm)，延長(zhǎng)了閃絡(luò)爬電距離，凹凸不平的樣品表面減少了參與沿面閃絡(luò)的二次電子比例，同時(shí)入射電子角度的改變使電子在躍遷過程中受電場(chǎng)作用減弱、獲能減少，降低了材料二次電子發(fā)射率，結(jié)合式(6)分析可知閃絡(luò)電壓升高(為-7.80 kV，如圖2所示)。隨閃絡(luò)次數(shù)進(jìn)一步增加，材料表面突起增大(如圖5(c)所示)，同時(shí)出現(xiàn)較大的溝壑狀凹痕，閃絡(luò)痕跡更加明顯，灼痕范圍更寬，甚至出現(xiàn)多條灼痕交錯(cuò)相連的現(xiàn)象，此時(shí)表面粗糙度再次增大(為82 nm)，閃絡(luò)電壓更高(為-8.65 kV，如圖2所示)。由此可見，隨閃絡(luò)的重復(fù)進(jìn)行，低氣壓環(huán)境下聚酰亞胺表面形貌不斷變換，依次經(jīng)歷均勻、較大山丘狀凸起、溝壑狀凹痕3種形態(tài)。

結(jié)合圖2中聚酰亞胺閃絡(luò)電壓變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，材料表面粗糙度對(duì)沿面閃絡(luò)有直接影響：① 閃 絡(luò)電流灼燒材料表面，使表面粗糙度增大，隨粗糙度增大，灼痕內(nèi)部的凸起和凹陷直接增大了二次電子的通過距離，阻礙了二次電子崩的形成和閃絡(luò)通道的產(chǎn)生，導(dǎo)致聚酰亞胺閃絡(luò)電壓升高；② 材料表面中的凹陷對(duì)電子具有一定的束縛作用，使部分電子與表面碰撞產(chǎn)生二次電子束縛，在凹陷內(nèi)部無(wú)法參與形成閃絡(luò)，間接地削弱了二次電子倍增過程；③ 材料表面的凸起也會(huì)影響二次電子發(fā)射軌道，電子撞擊粗糙表面時(shí)會(huì)發(fā)生漫反射，造成參與沿面閃絡(luò)的電子數(shù)目減少，因而出現(xiàn)閃絡(luò)電壓升高的現(xiàn)象。當(dāng)閃絡(luò)次數(shù)達(dá)到一定時(shí)，材料表面粗糙變化對(duì)電子和閃絡(luò)形成的影響達(dá)到最大，對(duì)閃絡(luò)電壓影響效果不再明顯，從而出現(xiàn)電壓逐漸平穩(wěn)的現(xiàn)象(如圖2所示)。這個(gè)結(jié)論與文獻(xiàn)[22]得到的氧化鋁陶瓷材料沿面閃絡(luò)電壓隨粗糙度增加而降低的規(guī)律和文獻(xiàn)[23]得到的有機(jī)玻璃閃絡(luò)電壓隨表面粗糙度增加呈U形變化的規(guī)律不同，但與文獻(xiàn)[9]得到的規(guī)律一致。結(jié)果的差異可能與試驗(yàn)樣品的種類、表面處理程度、電極形狀及試驗(yàn)條件等因素有關(guān)。

2.3.3 化學(xué)變化

在絕緣材料沿面閃絡(luò)發(fā)生過程中，閃絡(luò)電流灼燒改變材料表面樣貌的同時(shí)，材料表面化學(xué)成分也發(fā)生變化。利用X-射線光電子譜(X-ray Photoelectric Spectroscopy，XPS)對(duì)沿面閃絡(luò)前后聚酰亞胺表面化學(xué)成分進(jìn)行分析。

圖6為閃絡(luò)前后聚酰亞胺XPS分析。橫坐標(biāo)代表電子束縛能或動(dòng)能，直接反映電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，縱坐標(biāo)代表相對(duì)光電子流強(qiáng)度，利用X射線光電子手冊(cè)中各元素的峰位確定圖6中強(qiáng)峰代表的分別是C1s(285 eV)、O1s(531 eV)、N1s(398 eV)和Si2p(100 eV)。從圖6中可看出聚酰亞胺的主要成分為C和O，其中C1s為此狀態(tài)下的主線，此外在聚酰亞胺表面觀察到少量的N和Si元素。Si元素可能來(lái)自于材料加工過程中摻入的雜質(zhì)；而N元素一部分來(lái)自于材料本身C—N鍵，另一部分來(lái)自樣品表面吸收的N。

圖6 閃絡(luò)前后聚酰亞胺的XPS分析Fig.6 XPS analysis of kapton before and after flashover

3 結(jié) 論

在一定氣壓(1×10～1×10Pa)下，采用指型電極研究了聚酰亞胺材料沿面閃絡(luò)特性，從解吸附氣體、粗糙度和化學(xué)變化3個(gè)方面對(duì)閃絡(luò)電壓的影響因素進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

1) 聚酰亞胺沿面閃絡(luò)電壓隨氣壓降低呈先降低、后增大、再穩(wěn)定的變化規(guī)律。

2) 在沿面閃絡(luò)過程中，聚酰亞胺閃絡(luò)電壓隨電極間距的增加而增大，但電極間閃絡(luò)平均場(chǎng)強(qiáng)隨電極間距的增大而下降。

3) 解吸附氣體含量和粗糙度的提高均會(huì)使聚酰亞胺的閃絡(luò)電壓增大，但聚酰亞胺化學(xué)成分相對(duì)常壓下變化不明顯，有待進(jìn)一步研究。