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龙图腾网获悉安徽工业大学申请的专利一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计及制备方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119638378B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-11发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311693980.3，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计及制备方法是由王超;李正阳;段爱楠;杨玉龙;陈思乐;陈兆权设计研发完成，并于2023-12-08向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计及制备方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计与制备方法，属于陶瓷绝缘部件的设计与制备技术领域，包括宏观结构优化调控沿面电场分布，细观结构优化调控二次电子倍增等步骤。本发明综合真空沿面闪络起始和发展两个阶段进行一体化优化设计与模型构建，有效减少了初始电子的产生并抑制了二次电子的倍增，这不仅大幅增强了整个绝缘体系的耐电强度，还显著提高了设备的稳定性；用陶瓷3D打印光固化逐层打印的方式，无需额外机械加工或模具制造，使用一台紫外光数字成形技术的3D打印机结合一台烧结炉，就能直接从计算机图形数据中一体化生成形状复杂、图形精致的氧化铝陶瓷构件，这大大缩短了产品的研制周期，提高了生产效率，同时降低了生产成本。

本发明授权一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计及制备方法在权利要求书中公布了：1.一种真空用氧化铝陶瓷绝缘部件的设计方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：宏观结构优化调控沿面电场分布 以均化陶瓷绝缘部件沿面电场以及降低阴极三结合点处电场强度为优化目标，使用有限元方法将陶瓷绝缘部件区域离散化得到多个网格，每个网格内的介电常数在基体介电常数至真空介电常数的范围内变化，通过变密度拓扑优化算法，并考虑力学性能要求和算法参数取值范围的限制，寻找支撑陶瓷绝缘部件内部介电常数的最优空间分布，进而得到宏观结构； 在所述步骤S1中，设计优化变量为介电常数优化区域Ω1离散化后每个网格内的相对介电常数，表示如下： εr,z,r,z∈Ω1 其中，r和z分别为二维轴对称坐标系下的横坐标和纵坐标，离散化后每一点的介电常数记为εr,z； 优化变量确定后，得到的优化目标f的数学表达式为： 其中，f1为电场优化项，f2为梯度惩罚项，权重系数q用于控制梯度惩罚项占总优化目标中的比例，Ω1为介电常数优化区域，Ω2为沿面电场优化区域；Ω3为CTJ处局部电场优化区域，Cref1和Cref2为电场积分项中优化分量的归一化参数，A、hmesh和ρ分别为介电常数优化区域Ω1的面积、网格剖分的最大尺寸以及网格内材料密度，E为沿面电场优化区域Ω2内的电场强度，Emean为沿面的平均电场强度值； 在所述步骤S1中，网格内材料密度ρ与相对介电常数之间的关系式如下： 其中，εri、εmax和εmin分别为第i个网格内的介电常数、介电常数变化的上限以及介电常数下限，m为密度函数的形状控制系数，ρi为第i个网格内的材料密度； 在所述步骤S1中，利用变密度拓扑优化算法进行有限元分析时，同时计算得到给定力学载荷下每个网格的应力分布，应力与应变之间的关系由胡克定律表示： σ＝M*ε 其中，σ是应力，M是材料的弹性模量，ε是应变； 通过有限元计算每个网格的应变，得到陶瓷绝缘部件整体的最大应力Smax与最大形变量Dmax； 规定陶瓷绝缘部件在给定力学载荷下的最大形变量不得超过许用值Df，即： Dmax≤Df 即得到陶瓷绝缘部件的机械强度的约束条件； S2：细观结构优化调控二次电子倍增 在宏观结构表面随机生成不同尺寸的微结构，随后，采用粒子模拟与蒙特卡洛碰撞方法进行沿面放电仿真研究，其中，粒子模拟方法用来跟踪粒子的运动状态，蒙特卡洛碰撞方法用于处理粒子间的碰撞过程，通过对二次电子倍增过程的重构，获得低二次电子产率的微结构表面结构尺寸参数，进而得到细观结构； 在所述步骤S2中，具体沿面放电仿真过程如下： S21：设置细观结构的最小成形尺寸Smin，将宏观结构表面划分为N个网格矩阵单元，采用不同类型的点阵晶格结构，确定最小点阵晶格结构尺寸参数之间的关系； S22：将得到的不同尺寸的结构通过粒子模拟与蒙特卡洛碰撞方法进行仿真模拟，模拟二次电子倍增过程中的电场分布和带电粒子的运动轨迹，得到优化后的点阵晶格结构尺寸参数提升材料的真空沿面耐电强度； 在所述步骤S21中，最小点阵晶格结构尺寸参数包括：点阵晶格的长度l0和宽度d0、点阵晶格的高度h0，点阵晶格柱子的直径z0，各尺寸参数之间的关系式如下： l0＞Smin,d0＞Smin,h0＞Smin l0＞z0＞Smin,d0＞z0＞Smin，h0＞z0＞Smin； 在所述步骤S22中，通过粒子模拟与蒙特卡洛碰撞方法进行仿真模拟的具体过程如下： S221：粒子数据处理 在给定的入射角度θ和轰击能量Ei下，确定总二次电子发射系数δ如下： 其中，δmax为垂直入射时二次电子发射曲线中对应的最大二次电子发射系数值，Emax为相应的入射电子能量；ks为粗糙度系数；Emin为引发二次电子发射的最低电子能量； 根据上述获取三种电子各自的发射系数，三种电子分别为：被弹性散射的一次电子；被非弹性散射的一次电子；真二次电子； S222：电磁场数据处理 在静电模型中，通过显式FDTD法求解Poisson方程来获得静电势，通过求解电势梯度方程来获得静电场；在电磁模型中，为了规避CFL条件对时间步长的限制，通过隐式FDTD法求解Maxwell方程组以获得射频电磁场分布，用与静电模型中相同的方式来求解静电场； S223：粒子数据和网格数据交互 粒子与网格数据的交互包括从粒子数据到网格数据和从网格数据到粒子数据两个过程；其中，从粒子数据到网格数据交互过程是根据粒子的位置和电荷量等参数来计算网格上的电荷密度和电流密度，从网格数据到粒子数据交互过程网格的电磁场插值到粒子上，从而计算粒子受力； S224：粒子碰撞处理 通过蒙特卡洛碰撞方法来处理带电粒子之间的库仑碰撞过程。

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