[发明专利]特别用于高压发生器的电绝缘材料

说明书

技术领域

本发明以通用的方式涉及电绝缘材料的领域，特别是电介质类型的电绝缘材料。

本发明的目的可特别应用于高压发生器的电绝缘材料，例如用于医学成像学领域。

背景技术

已经开发了许多种电绝缘材料，特别可确保对高压发生器的绝缘，该高压发生器例如供给医学成像中使用的X射线管。

目前所使用的材料中，特别使用基于聚合物的电介质材料，典型地使用与云母结合的聚丙烯。这些类型的绝缘体可以耐受非常强的电场。例如，它们可以承受80kV/cm左右的电压。

然而，高于某一电压值时(被称为“开始”电压)，就会开始通过材料局部放电并且聚合物会无法复原地退化，其绝缘性质也无法复原地退化。

事实上由于电流会渗透到材料中，聚合物的某些分子会经受该聚合物分子的重新排列，这会逐渐降低其绝缘能力，直到其击穿。

然而，需要越来越高的功率来提高这种设备的图像获取频率，这意味着需要增加通过高压发生器输送的电压，同时需要最小化所述发生器的重量，因为它们一般需要安装在扫描仪上。

另外，高压发生器需要越来越小的尺寸，以增加高压发生器安装在其上的成像设备的图像获取速度。这意味着需要增加通过该发生器输送的电压，同时需要最小化所述发生器的重量，因为它们需要安装在扫描仪上。

因此，需要开发新型的电绝缘材料，其能够耐受更强的电场，而不使这些电绝缘材料安装在其上的发生器过载。

发明内容

建议一种用于高压发生器的电绝缘材料，所述材料为一种基于聚合物类型的电介质材料。

该材料填充有纳米颗粒并且其阈值电压(在该阈值电压处开始局部放电(被称为“开始”电压))高于相同但没有填充材料的阈值电压。

它在局部放电开始后的使用寿命也会增加。

另外建议一种高压发生器，其包括由这种材料制成的绝缘体。

附图说明

参照附图阅读下文以非限制性示例方式给出的详细描述，本发明的其它特性，目的和优点将会变得更清晰，并且其中：

图1示意性表示了本发明所建议的材料。

图2示出了可能的测试组装件，以确定给定材料的“开始”电压或使用寿命。

图3示意性表示了高压发生器的截面图，该发生器的绝缘由本发明建议的材料来确保。

具体实施方式

参照图1，表示了电绝缘材料10，其可用于例如高压发生器中。所述材料为基于聚合物的电介质11，例如基于聚丙烯或者可替换为基于聚乙烯，但也可以考虑其它树脂。

另外，该材料填充有导电纳米颗粒12。导电纳米颗粒12可为碳纳米管，其是非常良好的电导体，如果合适，也可通过其它纳米颗粒完成，例如钛的纳米氧化物或者硼亚硝酸盐纳米颗粒。

对于高压发生器的电绝缘应用来说，所填充聚合物的介电常数应选择为尽可能接近所使用的绝缘油的介电常数(介电常数在2.2和3之间，优选为2.3和2.8之间)。

添加到材料中的纳米颗粒具有良好热特性，其还允许该材料成为比单独基于聚合物的材料更好的热导体。例如，绝缘材料10包括少于1％(重量)的碳纳米管，所述材料10的热导率大于或者等于0.6W·m^-1·K^-1，而单独的基于聚合物的绝缘材料具有的热导率为0.2W·m^-1·K^-1左右。硼亚硝酸盐纳米颗粒的添加能使得材料的热导率进一步增加。

如上所述，当没有填充的、基于聚合物的材料遭受超过阈值电压(被称为“开始”电压，高于此电压材料中产生局部放电，这导致其无法复原的击穿)的电场时，它经历老化。这种现象与电场约束下聚合物11的分子重新排列相联系。

然而，当材料10遭受强大的电场时，材料10的导电纳米颗粒12能够使局部放电电流在所述材料10中传播，这可以降低对基于聚合物的分子11的约束。

随后填充有纳米颗粒12的材料10会产生许多令人关注的特性。

首先，纳米颗粒会“旁路”电绝缘性，并且事实上绝缘材料10绝缘性低于基于聚合物但没有填充的材料。例如，对于在全部绝缘材料中的比例低于1％(重量)的纳米颗粒来说，填充的材料10的绝缘电阻比没有填充的聚合物的绝缘电阻低两个数量级。然而，填充的材料10的绝缘电阻可保持足够，以确保高压绝缘，以使得绝缘材料10仍能够用于高电压的绝缘，例如用在高压发生器中。