隨著人類對美好生活的更高追求，優(yōu)美舒適的環(huán)境、輕松健康的身心、快捷方便的出行等驅(qū)使著科技的不斷發(fā)展。在此過程中與新能源技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域得到各級政務(wù)和行業(yè)的高度關(guān)注和支持，已成為當(dāng)前我國政府實(shí)現(xiàn)中華民族復(fù)興的重要科技任務(wù)之一。
實(shí)現(xiàn)新能源技術(shù)創(chuàng)新離不開電力電子器件和電力裝備的支撐。電力電子器件是控制、信息、生物等高科技領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣直接影響整機(jī)的工作狀態(tài)、效能發(fā)揮和服役壽命等。為了使器件和裝備的各種功能特性與功率特性獲得高效安全的充分利用，對電力電子器件和電力裝備進(jìn)行必要的絕緣封裝至關(guān)重要，絕緣封裝的效果主要在于封裝工藝優(yōu)化和封裝材料性能的提升。
在現(xiàn)代電力電子技術(shù)和電力裝備的快速進(jìn)展中，絕緣封裝技術(shù)在提高器件和裝備運(yùn)行可靠性及長期穩(wěn)定性上有重要作用。隨著微型化和高功率密度成為器件設(shè)計(jì)的新趨勢，對絕緣封裝材料的性能要求更加嚴(yán)苛。聚合物絕緣材料，因其具有卓越的絕緣特性，且擁有輕質(zhì)、易加工及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在眾多絕緣材料中脫穎而出，成為器件封裝技術(shù)和大型電力設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的核心要素。絕緣封裝材料不僅要確保阻止電流的非預(yù)期泄漏，維持電力電子元件和電力裝備功能的電氣隔離，還需要在不利條件下保護(hù)器件或裝置免受溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)及物理場變化帶來的損傷。
本書將深入探討絕緣封裝技術(shù)與聚合物絕緣材料，闡述其在電力電子器件與電力裝備制造領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)，以及前沿的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新趨勢，著重討論如何通過材料科學(xué)和工程技術(shù)的進(jìn)步，使絕緣封裝在滿足現(xiàn)代電力電子器件與電力裝備需求的同時(shí)，更加環(huán)境友好、可持續(xù)，為未來高性能電力電子器件和電力裝備制造行業(yè)的發(fā)展提供重要技術(shù)和材料支撐。
本書分為絕緣介質(zhì)材料和絕緣封裝技術(shù)兩大部分，共包括10章內(nèi)容。其中第1章為緒論，2~5章分別介紹了絕緣封裝本征型有機(jī)介質(zhì)材料、絕緣封裝聚合物復(fù)合介質(zhì)材料、高功率器件絕緣封裝與聚合物介質(zhì)材料，以及高壓干式電力裝備與介質(zhì)相關(guān)內(nèi)容，屬于絕緣介質(zhì)材料領(lǐng)域； 6~10章分別介紹了聚合物絕緣封裝的熱管理、應(yīng)力管理、絕緣封裝工藝性、絕緣封裝長效性及絕緣封裝自愈性等核心內(nèi)容，屬于絕緣封裝技術(shù)領(lǐng)域。
本書具體章節(jié)內(nèi)容設(shè)置、邏輯關(guān)系和專著統(tǒng)稿由作者黨智敏完成，在相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容收集、分析、整理等過程中，王天宇博士、馮遵鵬博士，以及王昕劼、梁彤、宋延暉、劉荻帆等同學(xué)付出了辛苦的工作!本書完成過程中受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、北京市中關(guān)村國家自主創(chuàng)新示范區(qū)開放實(shí)驗(yàn)室概念驗(yàn)證項(xiàng)目等資助。作者謹(jǐn)向支持和鼓勵本書完成的朋友和諸位同仁致謝，向?yàn)楸緯樌霭娓冻鲂燎趧趧拥那迦A大學(xué)出版社的編輯們致以誠摯謝意!鑒于時(shí)間有限、加之作者本人學(xué)識淺陋，書中難免存在錯(cuò)誤和疏漏之處，望廣大讀者、同行不吝賜教和斧正。
本書主要面向從事電力電子器件和電力設(shè)備絕緣封裝研究和技術(shù)開發(fā)的科研院所學(xué)者、科研人員及公司和企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員。本書涵蓋的內(nèi)容包括了絕緣封裝技術(shù)和絕緣介質(zhì)材料兩大部分，特別期望從事聚合物介質(zhì)材料研究的人員能夠結(jié)合絕緣封裝技術(shù)的現(xiàn)實(shí)需求和工藝特點(diǎn)，研發(fā)能夠滿足絕緣封裝全流程要求的高性能介質(zhì)材料，實(shí)現(xiàn)材要好用，材要能用的目標(biāo)，促進(jìn)電力電子器件和電力裝備制造的高質(zhì)量發(fā)展。
黨智敏
2024年8月清華園
第1章緒論
1.1絕緣封裝技術(shù)與聚合物絕緣材料
1.1.1電力電子器件絕緣
1.1.2絕緣封裝技術(shù)
1.1.3絕緣封裝材料
1.2聚合物絕緣材料基礎(chǔ)
1.2.1聚合物絕緣材料
1.2.2聚合物絕緣材料性能基本參數(shù)
1.2.3聚合物絕緣材料特征
1.2.4固體擊穿過程與耐壓實(shí)驗(yàn)
1.2.5聚合物絕緣復(fù)合材料現(xiàn)狀
1.3聚合物絕緣材料若干關(guān)鍵問題
1.3.1絕緣性能、導(dǎo)熱性能與加工性能協(xié)同調(diào)控
1.3.2絕緣封裝加工工藝優(yōu)化與精細(xì)結(jié)構(gòu)控制
1.3.3復(fù)雜條件下封裝材料絕緣性能演化規(guī)律
1.4絕緣封裝聚合物介質(zhì)研究內(nèi)容
1.5本書內(nèi)容安排
參考文獻(xiàn)
第2章絕緣封裝本征型有機(jī)介質(zhì)材料
2.1絕緣封裝材料性能要求
2.1.1工藝及成本
2.1.2介電性能
2.1.3導(dǎo)熱性能
2.1.4老化性能
2.2環(huán)氧樹脂介質(zhì)材料
2.2.1本征型導(dǎo)熱液晶環(huán)氧樹脂分類
2.2.2本征型導(dǎo)熱液晶環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱機(jī)理
2.2.3本征型導(dǎo)熱液晶環(huán)氧樹脂缺點(diǎn)
2.3聚酰亞胺介質(zhì)材料
2.3.1非晶型聚酰亞胺
2.3.2液晶型聚酰亞胺
2.4硅橡膠介質(zhì)材料
2.4.1硅橡膠分類
2.4.2加成型液體硅橡膠硫化機(jī)理
參考文獻(xiàn)
第3章絕緣封裝聚合物復(fù)合介質(zhì)材料
3.1高導(dǎo)熱聚合物絕緣復(fù)合材料
3.1.1聚合物絕緣材料導(dǎo)熱機(jī)理
3.1.2本征聚合物結(jié)構(gòu)調(diào)控
3.1.3聚合物/填料復(fù)合材料體系
3.1.4高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合介質(zhì)材料在器件封裝中的應(yīng)用
3.2低介電損耗復(fù)合介質(zhì)材料
3.2.1損耗機(jī)理
3.2.2低損耗絕緣材料
3.3強(qiáng)韌性絕緣復(fù)合介質(zhì)材料
3.3.1增韌機(jī)理
3.3.2增韌方法
3.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章高功率器件絕緣封裝與聚合物介質(zhì)材料
4.1高功率器件封裝絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1鍵合線型高功率器件
4.1.2非鍵合線型高功率器件
4.2高功率器件封裝絕緣材料
4.2.1基板材料
4.2.2灌封材料
4.3高功率模塊封裝絕緣材料老化
4.4高功率器件封裝絕緣可靠性
4.4.1高導(dǎo)熱絕緣封裝材料
4.4.2高介電常數(shù)絕緣封裝材料
4.4.3電導(dǎo)非線性絕緣封裝材料
4.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章高壓干式電力裝備絕緣結(jié)構(gòu)與介質(zhì)材料
5.1干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)與介質(zhì)材料
5.1.1干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)
5.1.2干式電力變壓器介質(zhì)材料
5.2盆式絕緣子絕緣結(jié)構(gòu)與介質(zhì)材料
5.2.1盆式絕緣子結(jié)構(gòu)
5.2.2盆式絕緣子介質(zhì)材料
5.3大容量發(fā)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)與介質(zhì)材料
5.3.1發(fā)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)
5.3.2發(fā)電機(jī)絕緣介質(zhì)材料
5.4電纜絕緣結(jié)構(gòu)與介質(zhì)材料
5.4.1電纜絕緣結(jié)構(gòu)
5.4.2電纜絕緣材料
5.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章聚合物絕緣封裝的熱管理
6.1絕緣封裝熱管理意義與基本要求
6.2材料導(dǎo)熱與絕緣特性關(guān)系
6.2.1直流/工頻(50 Hz)電壓
6.2.2高頻電壓(幾百赫茲～幾十千赫茲)
6.3材料導(dǎo)熱與加工性能關(guān)系
6.3.1填料形狀與尺寸分布對黏度影響
6.3.2填料表面改性
6.4高性能絕緣封裝材料其他必要特性
6.4.1材料熱膨脹系數(shù)
6.4.2材料介電損耗
6.4.3材料阻燃性
6.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章聚合物絕緣封裝的應(yīng)力管理
7.1材料形變與應(yīng)變
7.2材料應(yīng)力
7.3本構(gòu)關(guān)系
7.3.1彈性材料
7.3.2塑性材料
7.3.3蠕變材料
7.4多層封裝的熱機(jī)械應(yīng)力分析
7.4.1相關(guān)背景
7.4.2分析模型
7.4.3算例分析
7.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章聚合物絕緣封裝的工藝性
8.1高功率器件絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.1.1高功率器件絕緣結(jié)構(gòu)
8.1.2高功率器件絕緣封裝工藝
8.2高功率器件絕緣封裝聚合物材料
8.2.1有機(jī)硅材料
8.2.2環(huán)氧樹脂材料
8.2.3塑料框架
8.2.4其他
8.3電力裝備絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.3.1干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.3.2盆式絕緣子絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.3.3大容量發(fā)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.3.4高壓電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.3.5輸電線路絕緣結(jié)構(gòu)與封裝工藝
8.4電力裝備絕緣封裝聚合物材料
8.4.1干式電力變壓器絕緣封裝材料
8.4.2盆式絕緣子絕緣封裝材料
8.4.3大容量發(fā)電機(jī)、電動機(jī)絕緣封裝材料
8.4.4輸電線路絕緣封裝材料
8.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第9章聚合物絕緣封裝的長效性
9.1聚合物短時(shí)與長期老化特性
9.1.1唯象壽命模型
9.1.2物理壽命模型
9.1.3多因子老化實(shí)驗(yàn)方法
9.1.4多應(yīng)力作用協(xié)同效應(yīng)
9.1.5聚合物多因子老化研究發(fā)展趨勢
9.2絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變規(guī)律
9.2.1高功率器件絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變
9.2.2干式電力變壓器絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變
9.2.3盆式絕緣子絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變
9.2.4大容量發(fā)電機(jī)、電動機(jī)絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變
9.2.5輸電線路絕緣封裝結(jié)構(gòu)性能演變
9.3絕緣封裝安全性評價(jià)方法
9.3.1高功率器件絕緣封裝評價(jià)
9.3.2干式電力變壓器絕緣封裝評價(jià)
9.3.3盆式絕緣子絕緣封裝評價(jià)
9.3.4大容量發(fā)電機(jī)、電動機(jī)絕緣封裝評價(jià)
9.3.5輸電線路絕緣封裝評價(jià)
9.4聚合物絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.1環(huán)氧絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.2硅橡膠絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.3聚乙烯絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.4聚丙烯絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.5乙丙橡膠絕緣材料長效性評價(jià)
9.4.6其他聚合物絕緣材料長效性評價(jià)
9.5絕緣封裝結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.5.1高功率器件絕緣結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.5.2干式電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.5.3盆式絕緣子絕緣結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.5.4大容量發(fā)電機(jī)、電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.5.5電力電纜絕緣結(jié)構(gòu)長效性評價(jià)
9.6本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第10章聚合物絕緣封裝的自愈性
10.1聚合物結(jié)構(gòu)特征與自愈性
10.2聚合物自修復(fù)行為
10.2.1本征型自修復(fù)聚合物
10.2.2外援型自修復(fù)聚合物
10.3絕緣封裝聚合物自修復(fù)
10.3.1絕緣封裝聚合物的電損傷
10.3.2電樹老化的產(chǎn)生與發(fā)展機(jī)理
10.3.3電樹老化抑制方法
10.4聚合物自修復(fù)絕緣特性影響
10.5本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
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