[发明专利]一种基于三明治结构的半导电材料介电性能测试方法

说明书

本发明公开了一种基于三明治结构的半导电材料介电性能测试方法，在进行半导电材料介电性能测试前，在半导电材料上下两个表面各附加一层绝缘材料，形成介电参数在宽频带介电谱测试系统量程内的三明治结构试样，然后对三明治结构试样进行介电性能测试，最后然后通过公式反推出半导电材料的介电参数，使得三明治试样的介电参数在宽频带介电谱测试系统的量程内，通过相应的公式反推出半导电材料的介电性能，与直接测量相比，本发明测量方法更具有效性和精确性。

技术领域

本发明属于电气绝缘材料测试技术领域，具体涉及一种基于三明治结构的半导电材料介电性能测试方法。

背景技术

半导电材料是绝缘材料与导电颗粒(炭黑)按照一定比例混合形成的一种电阻率介于绝缘材料与导电材料之间的复合材料，在电气领域常用于电缆、电缆附件及管型母线的半导电层，主要作用是均衡电位和优化电场分布。交流场下半导电材料的电场分布与相对介电常数有关，而长期运行中材料逐渐发生老化，使得相对介电常数发生改变，进而影响半导电材料的电场分布；损耗因数增大会在一定程度上促进半导电材料的老化。半导电材料的相对介电常数和损耗因数与其工作频率、温度密切相关。由此可见，在半导电材料的设计制备及其应用设备的运维过程中，测试不同频率、温度下半导电材料的相对介电常数和损耗因数具有重要意义。目前材料的相对介电常数和损耗因数常用测试方法包括电桥法、波导法、双端口网络S参数传输法和谐振法，但对于半导电材料的介电性能测试都存在一定的局限性。电桥法测试范围有限，不适用于相对介电常数和损耗因数都很大的半导电材料；波导法存在厚度谐振，不易测试较薄材料；双端口网络S参数传输法存在多值问题，对样品形状尺寸有具体要求，对薄膜和表面粗糙材料测量不准确；谐振法对于损耗因数测试不准确，有误差。宽频带介电谱测试系统可准确测量绝缘材料介电性能，但该系统准确测试的电容上限小于0.1F，介质损耗因数上限小于10，超过上限的测试具有较大误差，无法准确测量相对介电常数高达10³、损耗因数高达10⁴的半导电材料。因此，需要提出一种能够有效准确测量半导电材料的相对介电常数和损耗因数的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于三明治结构的半导电材料介电性能测试方法，本发明设计出有效的多层结构，使得整体结构体的相对介电常数和损耗因数在宽频带介电谱测试系统的可测试范围内，从而推算出半导电材料的相对介电常数和损耗因数，既有效准确，又具有现实意义，与直接测试相比，该方法可靠有效，能够较为准确测出不同频率和温度下半导电材料的介电性能(在宽范围的频率和温度内描述介电性能变化的曲线分别称为介电频谱和介电温谱)。

为达到上述目的，本发明所述一种基于三明治结构的半导电材料介电性能测试方法是：在进行半导电材料介电性能测试前，在半导电材料上下两个表面各附加一层绝缘材料，形成介电参数在宽频带介电谱测试系统量程内的三明治结构试样，然后对三明治结构试样进行介电性能测试，最后通过公式反推出半导电材料的介电性能。

进一步的，包括以下步骤：

步骤1、在半导电材料的上下表面各涂覆一层厚度相等的绝缘浸渍漆，使其上下表面形成厚薄均匀的绝缘层，从而形成三层结构试样，然后将三层结构的试样室温固化或热压结合，得到三明治结构试样；用涂覆在半导电材料上的绝缘浸渍漆制备绝缘浸渍漆试样；

步骤2、将三明治结构试样和固化后的绝缘浸渍漆试样上下两面镀金制成电极；在绝缘浸渍漆试样上下两面镀金制成圆电极；

步骤3、将步骤2制得的带电极的三明治结构试样夹在两个电极之间放入宽频带介电谱测试系统的试样腔中，进行测试介电性能，得到三明治结构试样在不同测试频率下的相对介电常数ε_r和损耗因数tanδ；将步骤2制得的带电极的绝缘浸渍漆试样夹在两个电极之间放入宽频带介电谱测试系统的试样腔中，测试绝缘浸渍漆试样的介电性能，得到绝缘浸渍漆在不同测试频率下的相对介电常数ε_r1和损耗因数tanδ₁；