一是先要建立对照组。评价一种配方或工艺改进的效果,需要有基准材料作为对照。基准材料的击穿强度分布反映了试验系统和材料本身的基础波动水平,只有改进后的结果超出这个波动范围,才能认为改进有用。这就要求试验系统具有良好的重复性,否则波动被系统误差掩盖,真实差异无法分辨。
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电压击穿试验仪
二是样本量的确定。击穿试验属于破坏性试验,样本量增加会提高结论可靠性,但也会增加成本。工程上常见的做法是先做小样本预试验,估计数据的分散程度,再根据需要的置信水平确定正式试验的样本量。对于分散性大的材料,需要更多样本才能得到稳定结论。
三是了解数据的分布形态。材料击穿电压的分布通常不是正态分布,在低电压侧或高电压侧可能出现偏离。分析数据时不能只看平均值,还要看小值、分散范围以及是否出现异常的低值点。异常低值往往对应试样制备缺陷、电极接触问题或者材料内部存在杂质和气泡,这些信息对工艺改进有直接价值。
四是关注击穿通道的位置和形态。击穿发生在试样中间还是边缘,是沿面闪络还是体内击穿,击穿孔的形状是规则的圆孔还是不规则放电痕迹,这些都反映不同的失效机理。中间击穿通常说明是材料本体的击穿,边缘击穿可能提示电极边缘电场集中或者试样尺寸不合适,沿面闪络则说明环境介质或试样表面状态影响了结果。
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五是结合试验曲线进行分析。试验过程中动态显示的试验曲线,记录了电压随时间的变化过程。曲线的升压段是否线性,击穿点附近是否有电压波动,预放电阶段是否出现平台,这些特征都能提供额外信息。对于阶梯试验,各级电压下电流的变化规律也是判断材料状态的依据。
六是把击穿数据与其他性能数据关联起来。击穿强度只是绝缘材料性能的一个方面,它和介电常数、介质损耗、体积电阻率、热稳定性等指标之间存在关联。把多项指标放在一起分析,更容易找到性能变化的原因。
从设备角度看,支持数据采集、处理、存储、显示与打印的功能是基础。对于研发工作,更关注的是数据的完整性和可导出性,以便做后续统计处理。电压采集采用多级循环方式,有助于获得更准确的击穿电压值。判停方式可以选择电压或电流,为不同研究目的提供了灵活性。
试验方式中的阶梯试验在研发中价值较高,它能够在逐级升压过程中观察材料在不同电场强度下的响应,对于研究材料的耐受边界和失效发展过程有帮助。对于需要在不同温度下评价材料性能的课题,配合高温油浴槽可以完成升温条件下的击穿试验,获得温度与击穿强度的关系曲线,用于评估材料的温度使用界限。
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