高压直流断路器断口环氧树脂（Epoxy Resin,以下简称EP）绝缘介质的沿面耐电性能与机械强度是保障设备可靠开断的关键因素。然而,受制于有限的热传导性能,断口EP绝缘介质在断路器操动过程中极易在开断电弧热流作用下产生热损伤,相关现象的理论机制与防御方法目前仍面临科学难题,严重制约高电压等级直流断路器的装备制造与应用发展。基于此研究背景,本文开展了EP绝缘介质电弧热损伤机制与耐电弧性能提升方法等方面的系统研究,试验获得了高压直流断路器开断电弧作用下断口EP绝缘介质的热损伤特性及沿面耐电性能变化规律,通过建立电弧热流载荷下介质的热解动力学模型,阐明了介质电弧损伤的热力学过程,进而揭示了介质的沿面耐电性能失效机制,在此基础上,提出了EP绝缘介质的玻纤增强氮化硼三维有序框架复合方法,有效解决了介质热、力学性能无法兼顾的矛盾,实现了环氧树脂耐电弧性能与机械强度的大幅协同提升,主要研究工作与研究成果包括:（1）搭建了SF6气氛中EP绝缘介质的电弧损伤综合试验平台,研究了电弧热流载荷下介质的热损伤特性与沿面耐电性能演化规律。基于电弧特性的通道模型与能量平衡原理,建立了电弧能量的计算模型,提出了高压直流断路器实际开断过程中断口电弧与试验电弧的能量等效方法,确定了电弧损伤试验中的燃弧特征参量。以此为基础,分析了电弧热流载荷下EP绝缘介质的热分解特性,获得了不同能量电弧作用对EP绝缘介质表面形貌、粗糙度、表面电导率、直流沿面闪络电压等的影响规律。发现局部电弧作用导致介质表面温度迅速上升并逐渐造成贯穿性损伤,随着电弧能量的增加,介质表面粗糙度与表面电导率显著增大,直流沿面闪络电压大幅降低,直至引起沿面绝缘完全失效。（2）研究了电弧热流载荷下SF6/EP复合绝缘体系中气-固两相裂解产物的生成特性与热响应过程,揭示了介质电弧损伤的热力学机制。发现电弧作用导致气氛环境中SF6分子分解生成两种碳化物和四种硫化物,同时造成EP表面产生大量不规则起伏及孔洞缺陷,生成以sp~3杂化形式为主的区域性富集无定形碳化物。随着电弧能量的增大,气、固两相介质裂解产物的相对含量逐渐趋于动态平衡。以体系中的生成物特性与物相演化规律试验结果为先决假设,建立了EP绝缘介质在单侧电弧热流载荷下的多物理场耦合热解动力学模型,获得了电弧作用过程中EP表面及内部物相演化特性、热解度、温度、气隙压力与物性参量等热力学特征参量的变化规律。综合模型计算与表征测试结果,还原了SF6气氛中EP绝缘介质在电弧热流载荷下的热损伤过程。（3）分析了电弧热损伤对SF6气氛中EP绝缘介质表面电荷动态特性与SF6/EP气-固界面流注发展特性的影响规律,揭示了介质沿面耐电性能的失效机制。发现电弧作用后介质表面产生的无定形碳化物降低了损伤区域的介电性能,同时在介质表面形成不同杂化类型碳原子互斥界面缺陷,导致外电场作用下高压端金属电极注入电荷向电弧损伤区域迁移并在深陷阱捕获作用下发生积聚,在介质表面形成局部绝缘失效区。另一方面,EP表面的碳化损伤减小了SF6/EP气-固界面流注发展的有效距离,增强了介质表面电弧损伤区域对流注头部辐射光子的吸收能力,从而促进了外加电场作用下SF6/EP气-固界流注的发展,引起沿面流注通道的雪崩式发展,降低介质的沿面闪络电压。两方面因素共同作用导致EP绝缘介质的沿面耐电性能大幅下降。（4）以充分剥离的h-BN纳米片（BNNS）和环氧基团接枝的玻璃纤维（e GF）为增强原料,采用冰晶诱导定向化调控工艺,构筑了e GF＆BNNS三维有序框架,并通过真空辅助浸渍制得了相应的EP复合介质,实现了EP绝缘介质耐电弧性能与机械强度的大幅协同提升（BNNS质量分数11 wt.%,e GF:BNNS=1:1时,复合EP介质与纯EP介质相比,耐电弧性能提升3.46倍,导热性能提升19.04倍,拉伸强度提升85.5%）。分析表明,在EP基体中构筑BNNS三维有序框架可以有效增强介质的热管理能力,降低介质在局部电弧作用下的碳化程度,而引入的e GF则可通过参与EP的固化反应与基体之间产生紧密的化学结合,消除BNNS三维有序框架与EP基体之间的界面缺陷,避免外力作用下复合EP介质内部发生应变集中,从而有效解决EP耐电弧性能与机械强度无法兼顾的矛盾。