[发明专利]真空相容电绝缘体

说明书

描述了高压绝缘体的示例。该高压绝缘体是真空相容的，并包括玻璃基板，该玻璃基板具有一个表面以及在该玻璃基板的表面上涂覆的厚度均匀的陶瓷层。绝缘体的覆层表面能够在一段预定时间内承受高压脉冲并暴露于带电粒子辐射。该陶瓷覆层玻璃绝缘体由单片玻璃制成，并可制成很大尺寸。

技术领域

本公开总体涉及一种真空相容电绝缘体。

背景技术

电绝缘体在本领域中是众所周知的。电绝缘体在电气设备中用于支撑和分隔电导体，同时不允许电流流过绝缘体本身。在施加足够大的电压并且电场将电子从绝缘体的原子中拉走时，所有电绝缘体都会导电(称为绝缘体的“击穿电压”)。电绝缘体通常用于高能等离子体系统、带电粒子加速器或高压发生器中。在某些应用中，电绝缘体必须是真空相容的(例如当作为真空容器的一部分安装时)，例如电绝缘体必须保持绝缘体表面上的电压而不会被击穿，同时保持真空条件。对于在真空中使用的电绝缘体来说，绝缘体的表面易被击穿，其击穿电压远低于在大气中导致材料本身击穿所需的电压。另外，对于某些应用(例如等离子体系统)，电绝缘体需要能承受暴露于可能与绝缘体表面接触的高能电离等离子体的条件，而不损坏该表面。

真空相容电绝缘体的最常用材料是陶瓷，例如氧化铝(Al₂O₃)。用作绝缘体的氧化铝与真空相容，能承受作用在其表面上的电压而不会被击穿；但是，制造大尺寸陶瓷绝缘体可能具有挑战性。最大的已知商售氧化铝绝缘体的直径大约为1米。制造大型氧化铝部件的问题在于，这种氧化铝部件在制造过程中容易破裂。因此，大尺寸氧化铝绝缘体的制造是一个复杂且昂贵的过程。用于提供大尺寸氧化铝绝缘体的一些已知方案包括使用多个小氧化铝块代替一个大绝缘体，但是这给绝缘体的安装增加了额外的复杂性，并且可能损害真空质量。

另一种常用的电绝缘体材料是玻璃(SiO₂)。玻璃可制成非常大的尺寸，并且是良好的电绝缘体；但是，玻璃在暴露于带电粒子(例如等离子)时很容易损坏，并且在真空条件下，由于玻璃的表面电阻率很高，因此沿玻璃表面积累的电荷可能触发表面闪络。带电粒子可能损坏玻璃表面，并导致绝缘体失效和/或显著降低需要在绝缘体表面上保持的耐受电压。

塑料也经常用作电绝缘材料。塑料电绝缘体能制成非常大的尺寸，但与真空应用不相容(释气量太大)，并且在暴露于带电粒子时很容易分解。

发明内容

在一个方面中，提供了一种真空相容电绝缘体。该真空相容电绝缘体包括：具有至少一个表面并且该表面的至少一部分可暴露于高能带电粒子或光子的玻璃基板、以及覆盖该玻璃基板的至少一个表面的至少一部分的陶瓷层。

在一个方面中，玻璃基板是单片玻璃，该单片玻璃是圆形的，并具有至少1米的直径。

在一个方面中，玻璃基板由硼硅酸盐玻璃构成。陶瓷层可由选自由氧化钇和氧化铝组成的组的材料构成。

在另一个方面中，提供了一种等离子体系统。该等离子体系统包括：真空容器；第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极安装在该真空容器中并间隔开，以在它们之间形成间隙，从而可在第一电极和第二电极之间施加电压；以及安装在这两个电极之间的电绝缘体。该电绝缘体包括：具有至少一个表面并且该表面的至少一部分可暴露于真空容器内的等离子体的玻璃基板以及覆盖至少一个表面的至少一部分的陶瓷层。

除了上述的方面和实施例之外，通过参考附图并研究以下详细说明，本发明的其他方面和实施例将变得明显。

附图说明

在所有附图中，可重复使用附图标记以指示所指代的元件之间的对应关系。提供这些附图仅用于说明在本文中所述的示例性实施例，而无意限制本公开的范围。附图中的元件的尺寸和相对位置不一定是按比例绘制的。例如，各个元件的形状和角度不是按比例绘制的，并且其中一些元件是随意放大和布置的，以加强附图的可读性。

图1是高压真空相容陶瓷覆层玻璃电绝缘体的一个示例的示意性俯视图；