以高功率脉冲设备为依托的脉冲功率技术主要应用于新能源及国防科研领域,如Z-箍缩驱动核聚变、高功率激光、强电磁脉冲等方面。为满足应用领域对输出功率等级和重复运行寿命的要求,脉冲功率设备仍处在不断地测试与优化阶段。以固体绝缘材料为主体的绝缘系统作为关键构件之一,其绝缘能力关乎最终的汇流等级与设备运行的稳定性。实践表明,脉冲设备运行时,绝缘系统处于高度真空的氛围中,材料表面的电击穿行为(即真空沿面闪络现象)是制约绝缘性能的主要因素。因此,考察固体绝缘材料在实际脉冲环境中的真空沿面闪络特性,对绝缘系统的改良优化有指导意义,对评估脉冲设备长期运行的稳定性有参考价值。中国工程物理研究院建成了超高功率Z箍缩脉冲驱动装置(Primary Test Station,PTS),采用交联型聚苯乙烯作为主要绝缘体材料。该材料以二乙烯基苯为“桥梁”,连接聚苯乙烯长链群,形成交联网络结构,表现出优异的耐闪络击穿性能与机械加工强度。目前,该材料主要通过高温引发自由基本体聚合的方法获得,但制备工艺仍存在爆聚等诸多弊端。探索发现,在热聚合方法基础上,分阶段引入高能射线辐射技术,可排除爆聚隐患,提高产品纯度,成为制备高品质交联型聚苯乙烯的有效工艺方法。本文引入静态γ射线辐射工艺,控制辐射剂量,制备一系列交联型聚苯乙烯材料。同时对已成型的材料样品进行过量的γ射线辐射处理,实现样品的辐射老化。研究材料的交联结构及辐射老化特征与闪络特性的关系。此外,结合PTS装置在实际运行时会释放出高能量软X射线的特点,考虑绝缘材料长期处于辐射环境中,本文设计并在PTS装置上搭建实验腔,考察长期软X射线辐射对交联型聚苯乙烯闪络特性的影响。具体研究内容如下:(1)引入γ射线辐射工艺,调节苯乙烯与二乙烯基苯的配比,制备一系列交联程度不同的材料产品。(2)利用红外吸收光谱(FT-IR)、固体核磁共振(SSNMR)等手段表征交联结构;测试储能模量,估算交联度;测试介电性能、表面电荷衰减及闪络电压等,建立交联结构与闪络特性之间的联系。(3)在空气氛围中,对已成型样品进行过量γ辐射辐射处理,利用FT-IR及X射线光电子能谱(XPS)表征材料的老化特征;测试介电性能、表面电荷衰减及闪络电压等,建立老化特征与闪络特性之间的联系。(4)在PTS装置上搭建辐照腔,随PTS装置的运行,使样品接受长期软X射线辐射,并研究闪络电压的变化规律。完成上述研究内容,获得以下主要结论:(1)随二乙烯基苯(DVB)含量的增加,交联型聚苯乙烯的交联程度呈线性增长。(2)随交联程度的增加,样品介电常数降低,表面电荷捕获能力先增加后降低,闪络电压先增大后减小,样品D20(DVB含量为2.0 wt.%)表现出最佳的耐闪络性能。(3)在空气氛围中,经过量的γ射线辐射后,样品表面发生明显的氧化现象,生成C=O及C-O等极性含氧基团。(4)闪络电压与样品表面的氧化程度呈反比,含氧基团越多,闪络电压越低。(5)在PTS装置中,经过长期单脉冲软X射线辐射后,样品的闪络电压明显降低,表面氧化是主要影响因素之一。