[发明专利]极端环境下固体绝缘材料老化实验装置与取样方法

说明书

本发明涉及一种极端环境下固体绝缘材料老化实验装置与取样方法，包括真空箱、液氮片、加热装置、辐射装置、样品台、电磁铁和取样装置等部分。真空箱是极端环境下固体绝缘材料老化实验装置的箱体，整个箱体处于超真空、高温差、超低温、强辐射的环境下。利用真空泵抽掉箱体内的空气实现超真空环境，采用液氮片实现超低温环境，红外加热灯定向照射使材料两侧实现超温差，高能射线发射器实现超辐射环境。取样时通过电磁铁控制器给电磁铁断电，取得某个时段的样品。本发明利用了现有技术创造了极端环境，使得固体绝缘材料在更加恶劣的环境下实现老化取样实验，顺应了固体绝缘材料耐热、抗强辐射、耐高温差的发展要求。

技术领域

本发明涉及一种极端环境下固体绝缘材料老化实验装置与取样方法，属于固体绝缘材料老化技术领域。

背景技术

空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能，通过无线能量传输方式传输到地面，或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。目前美国、俄罗斯、日本等国都在开展研究。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)提议，未来25年，日本计划建造太空太阳能电站，该机构详细描述了这一计划，从太空太阳能电站创建一个年发电量10亿瓦的商业系统，这相当于一座核电站每年发电量。我国航天五院“钱学森空间技术实验室”团队已开展太阳能电站具体研究工作，目前正处于研究试验阶段。所采用的电池阵电压等级为500V，主母线高压电缆电压等级为5kV。太空中由于没有空气对流传热，电缆向阳的一面吸收太阳的辐射热，温度可达100多摄氏度，而背阳的一面由于处于太空中低至零下100多摄氏度，这便形成了极高的温度梯度，高温度梯度势必会加剧固体绝缘材料的老化。同时在太空中存在着大量的高能放射离子，这些粒子在高速运动中不断轰击绝缘材料表面，也会造成绝缘材料的老化。绝缘材料老化可能导致沿面放电现象，严重威胁空间太阳能电站的可靠运行。因此有必要针对固体绝缘材料在超真空、高温差、超低温、强辐射的环境下的老化开展研究工作，搭建实验平台，模拟其老化过程。

目前，对于固体绝缘材料老化问题上主要是针对在正常环境下发生的老化，也有学者开展了对于改性材料和电子辐射下的研究，有部分涉及到真空环境，但是对于高温度梯度下并无发现相关研究。对于展开对固体绝缘材料在超真空、高温差、超低温、强辐射的极端环境下老化的研究十分有建设意义。

发明内容

本发明提出一种极端环境下固体绝缘材料老化实验装置与取样方法，该实验装置可以同时实现超真空、高温差、超低温、强辐射的极端环境中模拟固体绝缘材料老化过程，并且可以在不破坏密封条件下实现取样，实验条件更贴近太空中实际的运行环境，具有密封、坚固和方便操作的特点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种极端环境下固体绝缘材料老化实验装置与取样方法，其特征在于：包括真空箱、液氮片、加热装置、辐射装置、样品台、电磁铁和取样装置等部分组成。真空箱是极端环境下固体绝缘材料老化实验装置的箱体，采用不锈钢制作，外接真空泵抽掉箱体内的空气实现超真空环境；液氮片内充满液氮，用于制造低温环境；加热装置由红外加热灯和红外测温仪组成，红外加热灯设置六组，在箱体顶端定向照射样品，红外测温仪实时监测箱体内温度；辐射装置采用高能射线发射器，同样设置六组，与红外加热灯并排，定向照射样品，实现超辐射环境；样品台采用六边形结构分为六组，每组采用三角形板搭载样品，三角形板顶部嵌有不锈钢板，并与电磁铁相吸附；样品设置六组，放置于样品台上，形状为10cm左右的立方体；电磁铁分为六组，均与真空箱体内中间支柱相连，老化时电磁铁通电，吸住三角形板顶端金属，使得样品能够在样品台上放置进行老化，取样时电磁铁断电，在重力的而作用下三角形板打开，样品掉落至真空箱底部取样瓶；取样装置由真空室和取样瓶组成，真空室上端接真空箱底部，两者之间接一个薄型阀门，下端接取样瓶，真空室与取样瓶之间通过加有密封圈的螺纹连接，真空室外接真空泵，始终保持真空箱内的超真空环境。