Untersuchung des Durchschlagverhaltens von syntaktischem Schaum bei kryogenen Temperaturen

Die elektrische Isolierung supraleitender Betriebsmittel basiert gegenwärtig auf flüssigem Stickstoff. Dieser weist hinsichtlicher seiner dielektrischen Eigenschaften einige Nachteile auf, die von festen Isoliersystemen vermieden werden können. Polymere, wie sie sich in der konventionellen Isolierstofftechnik als elektrische Isolierung seit Jahren bewähren, weisen hohe thermische Kontraktionen beim Kühlen auf die Temperatur des Flüssigstickstoffs auf, so dass für die Verwendung von Polymeren in supraleitenden Betriebsmitteln der Einsatz von Füllstoffen, die die thermische Kontraktion reduzieren, unumgänglich ist.
Auf Grund seiner guten elektrischen und mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur wird in dieser Arbeit syntaktischer Schaum als alternatives Isoliersystem untersucht. Dabei dienen ein Epoxidharzsystem und ein ungesättigtes Polyesterharzsystem als Matrixmaterial. Die eingesetzten Mikrohohlkugeln bestehen aus Borosilikatglas und einer Kermaik und sind in der Lage, die thermische Kontraktion des Matrixmaterials erheblich einzudämmen. Ziel der Untersuchungen ist das Verständnis der Durchschlagprozesse des syntaktischen Schaums bei Flüssigstickstofftemperatur unter den verschiedenen Belastungsformen der Wechsel-, Gleich- und Impulsspannung. Dazu werden grundlegende mechanische, thermische und elektrische Untersuchungen bei Raum- und Flüssigstickstofftemperatur durchgeführt und daraus der Einfluss der Temperatur auf verschiedene Materialeigenschaften des syntaktischen Schaums sowie eine Beschreibung des syntaktischen Schaums bei Flüssigstickstofftemperatur abgeleitet.
Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse werden Modelle erstellt, die den Durchschlagprozess des syntaktischen Schaums bei Flüssigstickstofftemperatur unter Wechsel-, Gleich- und Impulsspannungsbelastung beschreiben. Der im Vergleich zu bekannten Durchschlagmodellen bei Raumtemperatur entscheidende Unterschied der Durchschlagmodelle bei Flüssigstickstofftemperatur liegt in der Initiierung der Durchschläge in den Mikrohohlkugelhohlräumen. Während bei Raumtemperatur Gasdurchschläge innerhalb der Mikrohohlkugeln den Gesamtdurchschlag triggern können, erfolgen bei Flüssigstickstofftemperatur in den Mikrohohlkugeln Durchschläge unter Vakuumbedingungen.