EP1067563A1 - Elektrisches Bauteil mit Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen - Google Patents

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EP1067563A1
EP1067563A1 EP99810604A EP99810604A EP1067563A1 EP 1067563 A1 EP1067563 A1 EP 1067563A1 EP 99810604 A EP99810604 A EP 99810604A EP 99810604 A EP99810604 A EP 99810604A EP 1067563 A1 EP1067563 A1 EP 1067563A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
components
component
dielectric constant
mixture
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99810604A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Christen
Jakob Rhyner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to EP99810604A priority Critical patent/EP1067563A1/de
Priority to PCT/CH2000/000369 priority patent/WO2001004914A1/de
Priority to AU53857/00A priority patent/AU5385700A/en
Publication of EP1067563A1 publication Critical patent/EP1067563A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/32—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical Insulation technology. It relates to a component with control of electrical field increases as well as a manufacturing process for such a component according to the generic term of claims 1 and 11.
  • the geometry of the live materials i.e. the conductor or electrodes adjusted, for example by rounding corners and Edge. This requires a generally complex processing of the electrodes.
  • the capacitive-resistive field control is located between the conductors a macroscopically homogeneous, electrical nonlinear dielectric.
  • a nonlinear dielectric are the dielectric constant or the conductivity, or both the dielectric constant and the conductivity a function of the electric field strength.
  • a suitable nonlinear grows when a voltage is applied Nearby conductivity or dielectric constant a pointed electrode, causing the electric field is reduced there.
  • Conductivity or the dielectric constant of the dielectric inhomogeneous over the volume of the dielectric it is difficult, the optimal non-linear material properties adjust and develop appropriate materials.
  • Another job of Invention is a manufacturing method for such an inventive Creating component.
  • a component according to the invention has at least one insulation element for the mutual isolation of at least two conductors on, wherein a dielectric constant of the insulation element inhomogeneous over the volume of the insulation element runs.
  • the insulation element consists of at least two components, with at least two of these components being different Have dielectric constants.
  • the inhomogeneous, changeable course of the dielectric constant of the insulation element is a consequence of an inhomogeneous Distribution of components.
  • inhomogeneous here is a continual and location-based change of one Size meant.
  • concentration of a component with higher dielectric constant at locations of isolation who are at risk of breakdown, higher than in places that are less likely to break through. Are at risk of breakdown those places of isolation where using a dielectric homogeneous insulation material in the operating state an excessive electric field would occur.
  • the at least two components with different dielectric constants linear dielectrics. These are dielectric constants and conductivity essentially not from depending on the field strength.
  • An advantage of this embodiment is that the electrical Properties of the insulation element easily adjustable are. This is possible because of the electrical properties of a single linear dielectric, as well as the electrical Properties of a mixture of linear dielectrics simple are adjustable. The latter is done by choosing the mixing ratio.
  • This location-dependent density distribution is a consequence of the fact that a so-called dielectrophoretic force acts on a dipole in an inhomogeneous field. This force pulls the dipole into areas of great absolute field strength. It is F ⁇ ⁇ E 2 that is, a force vector F acting on the dipole is proportional to a gradient of a square of a location-dependent absolute amount E of an electric field strength. Since a higher dielectric constant corresponds to a higher dipolarity density, it follows that in an initially homogeneous fluid mixture of two insulating components K1 and K2 with dielectric constants ⁇ 1 and ⁇ 2 , where ⁇ 1 > ⁇ 2 , component K1 moves in the direction of higher field strength.
  • the mixture for example a polymer melt, in the liquid state in a suitable electrical Field brought and solidified in the desired inhomogeneous state.
  • Manufacturing process are the components of the mixture Liquids or one or more liquids with it distributed solid particles or gases.
  • Manufacturing process will dipole molecules into a solid Isolation body diffuses.
  • a manufacturing method according to the invention from which an electrical component according to the invention results, is applied to any geometry of conductors or electrodes in which field increases are to be reduced.
  • a fluid, homogeneous mixture of components with different dielectric constants is introduced into a field-guiding space between the conductors and the conductors are brought to different electrical potentials.
  • the potential and field conditions preferably correspond to the conditions to be expected in later operation. Due to a dielectrophoretic force, dipoles of the fluid are moved in the direction of higher field strength.
  • the dielectrophoretic force is greater for components with a larger dielectric constant than for components with a lower dielectric constant.
  • the concentration of component K1 increases at locations of higher field strength. At these locations of higher field strength, the risk of electric breakdown is also increased with a linear, homogeneous dielectric.
  • a dielectric constant ⁇ of the mixture is a function of the dielectric constant of the components and a mixing ratio p.
  • p be the volume fraction of component K1.
  • the dielectric constant ⁇ of the mixture goes from ⁇ 1 to ⁇ 2 .
  • the concentration of the component with a higher dielectric constant also increases the dielectric constant at locations of higher field strength.
  • ⁇ (X) dielectric constant dependent on a location vector X. This distribution is obtained mathematically from a minimization of the relevant thermodynamic potential. From the discussion of the result, an optimal choice of the mixing ratio of the components and the dielectric constants ⁇ 1 and ⁇ 2 results.
  • Mixtures are used for liquid insulation and gas insulation of components with different dielectric constants, or atomic polarizabilities or permanent dipole moments chosen.
  • all components are either liquid, or there are one or more of the Components in solid or gaseous phase, which are dispersive are distributed in the liquid phase.
  • the Parameters chosen so that no electrorheological instabilities occur.
  • the component act as dipoles the physical state of the component, for example particles, Molecules or ions with attached molecules.
  • the components are used to produce solid-state insulation brought into a suitable electrical field in the liquid state and solidify in the desired inhomogeneous state.
  • all components are initially liquid, or but solid or gaseous components are in a liquid Very finely divided phase.
  • the viscosity of viscous mixtures is, for example, about a shear force dependency reduced by vibration of the mixture.
  • the between the Applied voltage is, for example, at the beginning of the Process not chosen too large and during one with the Formation of the variable dielectric constant accompanying increase in dielectric strength increased.
  • the solidification is, for example, a hardening or a gelation and is, for example, by heating or addition of a chemical reaction triggered by a hardening agent effected, or by rapid cooling of the component mixture caused or by a curing process that due to the chemical properties of the components with their Mixing begins.
  • homogeneous mixtures When choosing materials and mixing ratios preferably sedimentation effects, with homogeneous mixtures preferably influences of free mixing energies and at heterogeneous mixtures as well as electrode wetting the different interface energies and the wetting behavior taken into account and exploited.
  • a dielectric energy is as high as possible relative to an entropy portion of a free energy.
  • the dielectric energy is a measure of the electrical field energy stored in the dielectric, while the entropy portion of the free energy is a measure of the tendency of the mixture to diffuse, i.e. to suppress inhomogeneities.
  • there is a cylindrical inner electrode which is at a potential U with respect to a concentric cylindrical outer electrode lying at infinity.
  • a measure Z for a ratio of the dielectric energy to the entropy portion of the free energy Z is selected such that a dielectric energy is as high as possible relative to an entropy portion of a free energy.
  • ⁇ ⁇ U 2 N ⁇ k T r 2
  • ⁇ a difference in the dielectric constant of the blend components
  • N a number of monomers per polymer
  • ⁇ a density of momomers per unit volume
  • k the Bolzmann constant
  • T an absolute temperature of the mixture
  • r a radius of the inner cylindrical electrode.
  • Materials and additives are advantageously chosen such that Z is as large as possible, in particular larger than one.
  • U is less than a breakdown voltage of the arrangement.
  • parameters of the mixture are preferably selected in the following way:
  • spinodal segregation one can be determined by two parameters, for example the temperature T and, as shown in FIG of the mixing ratio p of components in the plane spanned into first regions 11 in which the components are miscible, second regions 12 in which they are immiscible, and possibly intermediate third regions 13 with metastable states.
  • a boundary between second and third regions 12 and 13 is called spinodal 14
  • a boundary between first and third regions 11 and 13 is called binodal 15.
  • the two limits meet in one extremum with regard to temperature, a so-called critical point 16. In the general case, extremes can be maxima or minima.
  • Suitable component substances are, for example, isolating ones Liquids with different dielectric constants, for example insulating oils.
  • Suitable heterogeneous mixtures are, for example, very finely powdered ferrolectrics or non-dissociative additives with great polarizability in insulating gel or oil.
  • More suitable Components for homogeneous or heterogeneous liquid mixtures are, for example, polymers or polymer melts, and solutions of liquid or melted polymers.
  • the solid becomes, for example exposed to high temperature and high voltage.
  • the temperature is so high that diffusion is facilitated will, but not so high that the material is destroyed is, for example, by a temperature-related lowering breakthrough field strength or chemical changes.
  • FIG 1 shows an example of an application of the inventive Manufacturing process through a cross section a coaxial electrode geometry, for example a coaxial cable.
  • This has an inner electrode E1 with an inner one Radius r1 and an outer electrode E2 with an outer Ra radius r1 and an outer electrode E2 with an outer radius r2 on.
  • E (r) U / [r * ln (r2 / r1)].
  • the history of E (r) is shown in Figure 2.
  • the space between the two electrodes is filled with a mixture of two liquids K1 and K2 with dielectric constants ⁇ 1 and ⁇ 2 , where ⁇ 1 > ⁇ 2 .
  • An electrical voltage is applied between the electrodes, after which an inhomogeneous density distribution occurs according to what has been said above, and this results in a variable dielectric constant ⁇ (r) of the mixture.
  • the electrical voltage is preferably as high as possible, but without a breakdown occurring between the electrodes.
  • the radius-dependent course of ⁇ (r) depends on the mixing ratio p depends on the dielectric.
  • FIGS. 5, 6 and 7 show some cases of the radius-dependent profile of the dielectric constant ⁇ (r).
  • the mixture has completely separated in the vicinity of the outer electrode E2, so that the dielectric constant there is constant ⁇ 2 .
  • the mixture has completely separated in the vicinity of the inner electrode E1, so that the dielectric constant there is constant ⁇ 1 .
  • the mixture has segregated in both electrodes.
  • a course according to FIG. 3 is preferably achieved in which the dielectric constant ⁇ (r) between r1 and r2 is proportional to 1 / r.
  • Figure 3 shows the theoretically optimal case, that is, one curve of the dielectric constant proportional to 1 / r ⁇ (r).
  • E U / (r2-r1). So that's it original field elevation reduced by a factor r1 / r2 been. In reality, this course is particularly because of diffusion, only approximately achieved.
  • Figure 4 shows the constant resulting in the optimal case Course of the field strength E as a straight line. Compared with the field strength curve from FIG. 2 dependent on 1 / r a maximum field strength much lower. Because the integral from E over the distance r2-r1 always the same applied Voltage U must result, it is obvious that a minimum Field increase achieved by a constant field strength E. becomes. Realistically, such a course cannot be achieved, and the field strength E will decrease from r1 to r2.
  • the manufacturing method according to the invention is applied to the insulation in coaxial cables.
  • the components for example two-component polymers, are processed in the liquid state.
  • FIG. 8 shows a cross section through a coaxial cable according to the invention. It has an inner conductor 1, a jacket 2 and an insulation element 3.
  • the inhomogeneous distribution of components of the insulation element 3 with different dielectric constants is indicated by the distribution of circles filled in black and white.
  • An increased density of circles filled in black denotes an increased density or concentration of a component with a higher dielectric constant, as in first regions 4.
  • An increased density of circles filled in white denotes an increased density or concentration of a component with a lower dielectric constant, as in second regions 5.
  • component K1 with a higher dielectric constant ⁇ 1 is higher in the vicinity of the inner conductor than at other locations of the insulation element 3, the concentration of component K2 with a dielectric constant ⁇ 2 , where ⁇ 1 > ⁇ 2 , is higher in the vicinity of the jacket .
  • Component K1 is, for example, a solid or flexible polymer
  • component K2 is, for example, a polymer or consists of finely divided particles.
  • Manufacturing processes are one or more semiconductor devices a power semiconductor module, for example one Thyristor, IGBT or IGCT, with an insulating compound from one Poured material mixture according to the invention.
  • a power semiconductor module for example one Thyristor, IGBT or IGCT
  • an insulating compound from one Poured material mixture according to the invention.
  • FIG. 9 shows a cross section through a semiconductor component according to the invention. It has one or more semiconductors 6, one or more base elements 7 and one or more base insulators 8. These are surrounded by an insulation element 3.
  • the inhomogeneous distribution of components with different dielectric constants is indicated in the same way as above.
  • the concentration of the component K1 with a higher dielectric constant ⁇ 1 is higher at locations where an excessive field increase would occur when using a linear, dielectrically homogeneous insulation element, that is to say for example in the vicinity of outer edges of the semiconductors 6, than at other locations of the insulation element.
  • components according to the invention and that according to the invention Process can be used for all insulation applications.
  • Other examples are cable accessories, bushings, capacitors, Transformer and generator insulation.

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  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

In einem erfindungsgemässen elektrischen Bauteil weist ein Isolationselement (3) Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten auf, wobei die Verteilung der Kompomenten, und damit die Dielektrizitätskonstante des Isolationselementes inhomogen ist. Insbesondere ist eine Konzentration einer Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante an Orten der Isolation, die durchschlagsgefährdet sind, höher als an Orten die weniger durchschlagsgefährdet sind. Im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren wird im Zwischenraum zwischen Leitern (1,2,6,7) mit unterschiedlichem elektrischen Potential ein fluides Gemisch von mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eingebracht. Durch die unterschiedlichen Potentiale entsteht ein elektrisches Feld, dessen Inhomogenitäten eine dielektrophoretische Kraft auf die Komponenten und dadurch eine ortsabhängige Dichteverteilung der Komponenten bewirken. Durch diese inhomogene Dichteverteilung wird auch die Dielektrizitätskonstante des Gemisches ortsabhängig, wodurch wiederum Überhöhungen des elektrischen Feldes abgebaut werden. Um eine Diffusion konzentrierter Komponenten zu verringern, befindet sich der Zustand des Gemisches in der Nähe der Kurve der spinodalen Entmischung des Gemisches, da dort eine effektive Diffusionskonstante einen kleinen Wert aufweist. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Isolationstechnik. Sie bezieht sich auf ein Bauteil mit Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen sowie auf ein Herstellungsverfahren für ein solches Bauteil gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.
Stand der Technik
Bei elektrischen Bauteilen treten elektrische Feldüberhöhungen zwischen spannungsführenden leitenden Materialien mit positiven, kleinen Krümmungsradien auf, zum Beispiel an Elektroden-Spitzen, metallischen Partikeln, am inneren Leiter von Koaxialkabeln, sowie an Kanten und Ecken von Leistungshalbleitern. Solche Feldüberhöhungen können zu elektrischen Durchbrüchen oder zu beschleunigter Alterung eines isolierenden Teils führen und müssen daher in vielen Fällen vermindert oder verhindert werden.
Die Verringerung von Feldüberhöhungen, auch Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen oder Feldsteuerung genannt, wird meist mittels einer der folgenden zwei Strategien bewerkstelligt:
Bei der geometrischen Feldsteuerung wird die Geometrie der spannungsführenden Materialien, also der Leiter oder Elektroden angepasst, beispielsweise durch Abrundung von Ecken und Kanten. Dies erfordert eine im allgemeinen aufwendige Bearbeitung der Elektroden.
Bei der kapazitiv-resistiven Feldsteuerung befindet sich zwischen den Leitern ein makroskopisch homogenes, elektrisch nichtlineares Dielektrikum. Bei einem nichtlinearen Dielektrikum sind die Dielektrizitätskonstante oder die Leitfähigkeit, oder sowohl die Dielektrizitätskonstante als auch die Leitfähigkeit eine Funktion der elektrischen Feldstärke. Beispielsweise wächst beim Anlegen einer Spannung eine geeignete nichtlineare Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante in der Nähe einer spitzen Elektrode an, wodurch das elektrische Feld dort vermindert wird. Somit verläuft im Betriebszustand die Leitfähigkeit oder die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums inhomogen über das Volumen des Dielektrikums. Es ist jedoch schwierig, die optimalen nichtlinearen Materialeigenschaften einzustellen und entsprechende Materialien zu entwikkeln.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile behebt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Herstellungsverfahren für ein solches erfindungsgemässes Bauteil zu schaffen.
Diese Aufgabe lösen ein Bauteil mit Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen und ein Herstellungsverfahren für ein solches Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11.
Ein erfindungsgemässes Bauteil weist mindestens ein Isolationselement zur gegenseitigen Isolation von mindestens zwei Leitern auf, wobei eine Dielektrizitätskonstante des Isolationselements inhomogen über das Volumen des Isolationselements verläuft. Dabei besteht das Isolationselement aus mindestens zwei Komponenten, wobei mindestens zwei dieser Komponenten unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen.
Der inhomogene, ortsveränderliche Verlauf der Dielektrizitätskonstante des Isolationselements ist eine Folge einer inhomogenen Verteilung der Komponenten. Mit dem Begriff "inhomogen" ist hier eine kontinuerliche und ortsabhängige Änderung einer Grösse gemeint. Insbesondere ist eine Konzentration einer Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante an Orten der Isolation, die durchschlagsgefährdet sind, höher als an Orten die weniger durchschlagsgefährdet sind. Durchschlagsgefährdet sind diejenigen Orte der Isolation, an denen bei Verwendung eines dielektrisch homogenen Isolationsmaterials im Betriebszustand eine Überhöhung eines elektrischen Feldes auftreten würde.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten lineare Dielektrika. Bei diesen sind Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit im Wesentlichen nicht von der Feldstärke abhängig.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die elektrischen Eigenschaften des Isolationselementes einfach einstellbar sind. Dies ist möglich, weil die elektrischen Eigenschaften eines einzelnen linearen Dielektrikums, wie auch die elektrischen Eigenschaften eines Gemisches linearer Dielektrika einfach einstellbar sind. Letzteres geschieht durch Wahl des Mischungsverhältnisses.
Im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren wird einem Zwischenraum zwischen Leitern mit unterschiedlichem elektrischen Potential ein fluides Gemisch aus mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eingebracht, so dass sich aufgrund eines durch die unterschiedlichen Potentiale entstehenden elektrischen Feldes eine ortsabhängige Dichteverteilung der Komponenten einstellt. Durch diese inhomogene Dichteverteilung wird auch die Dielektrizitätskonstante des Gemisches ortsabhängig, wodurch wiederum Überhöhungen des elektrischen Feldes abgebaut werden.
Diese ortsabhängige Dichteverteilung ist eine Folge der Tatsache, dass auf einen Dipol in einem inhomogenen Feld eine sogenannte dielektrophoretische Kraft wirkt. Diese Kraft zieht den Dipol in Gebiete grosser absoluter Feldstärke. Dabei ist F ∝ ▿ E2 das heisst, ein auf den Dipol wirkender Kraftvektor F ist proportional zu einem Gradienten eines Quadrats eines ortsabhängigen Absolutbetrags E einer elektrischen Feldstärke. Da eine höhere Dielektrizitätskonstante einer höheren Dipolaritätsdichte entspricht, folgt, dass sich in einem zunächst homogenen fluiden Gemisch zweier isolierender Komponenten K1 und K2 mit Dielektrizitätskonstanten ε1 und ε2, wobei ε1 > ε2 ist, die Komponente K1 in Richtung höherer Feldstärke bewegt. Es entsteht daher ein inhomogenes Gemisch, das heisst die relativen Anteile der Komponenten variieren ortsabhängig. Dadurch ergibt sich auch eine inhomogene, kontinuierlich variierende, von einem Ortsvektor X abhängige Dielektrizitätskonstante ε(X) des Gemisches. An Orten einer lokal erhöhten Dielektrizitätskonstante nimmt eine Feldüberhöhung ab.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens wird das Gemisch, beispielsweise eine Polymerschmelze, im flüssigen Zustand in ein geeignetes elektrisches Feld gebracht und erstarrt im gewünschten inhomogenen Zustand.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens sind die Komponenten des Gemisches Flüssigkeiten oder eine oder mehrere Flüssigkeiten mit darin verteilten festen Teilchen oder Gasen.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens werden Dipolmoleküle in einen festen Isolationskörper diffundiert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine koaxiale Elektrodengeometrie;
Figur 2
einen Verlauf der Feldstärke bei einem homogenen linearen Dielektrikum gemäss dem Stand der Technik;
Figur 3
einen Verlauf der Dielektrizitätskonstante bei einem erfindungsgemässen Bauteil mit einem inhomogenen Dielektrikum;
Figur 4
einen Verlauf der Feldstärke bei einem erfindungsgemässen Bauteil mit einem inhomogenen Dielektrikum;
Figuren 5-7
Verläufe von Dielektrizitätskonstanten von weiteren Ausführungsformen gemäss der Erfindung;
Figur 8
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Koaxialkabel; und
Figur 9
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Halbleiterbauelement.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein erfindungsgemässes Herstellungsverfahren, woraus ein erfindungsgemässes elektrisches Bauteil resultiert, wird auf eine beliebige Geometrie von Leitern oder Elektroden, bei denen Feldüberhöhungen vermindert werden sollen, angewandt. Dazu wird ein fluides, homogenes Gemisch von Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten in einen feldführenden Zwischenraum zwischen den Leitern eingebracht und die Leiter auf unterschiedliches elektrisches Potential gebracht. Im Falle von mehr als zwei Leitern entsprechen die Potential- und Feldverhältnisse vorzugsweise den im späteren Betrieb zu erwartenden Verhältnissen. Aufgrund einer dielektrophoretischen Kraft werden Dipole des Fluids in Richtung höherer Feldstärke bewegt. Da eine höhere Dielektrizitätskonstante einer höheren Dipolaritätsdichte entspricht, ist die dielektrophoretische Kraft für Komponenten mit grösserer Dielektrizitätskonstante grösser als für Komponenten mit kleinerer Dielektrizitätskonstante. Bei zwei Komponenten K1 und K2 mit Dielektrizitätskonstanten ε1 und ε2, wobei ε1 > ε2 ist, nimmt dadurch die Konzentration der Komponente K1 an Orten höherer Feldstärke zu. An diesen Orten höherer Feldstärke ist bei einem linearen homogenen Dielektrikum auch die Gefahre eines elektrischen Durchschlags erhöht.
Eine Bewegung von Dipolen in inhomogenen elektrischen Feldern ist in den Artikeln "The Motion and Precipitation of Suspenoids in Divergent Electric Fields", Herbert A. Pohl, Journal of Applied Physics, Vol. 22, Nr. 7, Juli 1951, und "Electric-field-induced pattern formation in colloidal dispersions", M. Trau et al., Nature, Vol. 374, Nr. 30, März 1995, beschrieben.
Eine Dielektrizitätskonstante ε des Gemisches ist eine Funktion der Dielektrizitätskonstante der Komponenten sowie eines Mischungsverhältnisses p. Es sei beispielsweise p gleich dem Volumenanteil der Komponente K1. Somit ist p=1, wenn die Mischung nur die Komponente K1 aufweist, und p=0, wenn die Mischung nur die Komponente K2 aufweist. Im allgemeinen geht, wenn p von eins nach null geht, die Dielektrizitätskonstante ε des Gemisches von ε1 nach ε2. Als nützliche Näherung dient oft für flüssige Gemische ein linearer Zusammenhang ε = ε1p + ε2(1-p).
Somit nimmt mit der Konzentration der Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante auch die Dielektrizitätskonstante an Orten höherer Feldstärke zu. Als Folge dieser lokal erhöhten Dielektrizitätskonstante nimmt die Feldüberhöhung und damit auch die Gefahr eines Durchschlags ab. Es stellt sich eine inhomogene Gleichgewichtsverteilung der Komponenten K1 und K2 ein, mit einer von einem Ortsvektor X abhängigen Dielektrizitätskonstante ε(X). Rechnerisch wird diese Verteilung aus einer Minimierung des relevanten thermodynamischen Potentials erhalten. Aus der Diskussion des Resultats ergibt sich eine optimale Wahl des Mischungsverhältnisses der Komponenten sowie der Dielektrizitätskonstanten ε1 und ε2.
Für die oben beschriebene Kraft- und Bewegungswirkung ist der Absolutbetrag der Feldstärke massgebend, so dass für das erfindungsgemässe Verfahren sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen zwischen die Leiter gelegt werden können. Verallgemeinerungen auf Komponenten mit nicht vernachlässigbarer Leitfähigkeit geschehen analog zur allgemeinen Theorie der Dielektrophorese, das heisst über die komplexe Dielektrizitätskonstante, welche von einer Frequenz einer wirksamen Wechselspannung abhängig ist.
Alle beschriebenen Vorgänge gelten selbstverständlich und in analoger Weise auch für Mischungen mit mehr als zwei dielektrischen Komponenten.
Für flüssige Isolationen und Gasisolationen werden Mischungen von Komponenten mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten, respektive atomaren Polarisierbarkeiten oder permanenten Dipolmomenten gewählt. Bei Flüssigkeiten sind entweder alle Komponenten flüssig, oder aber es liegen eine oder mehrere der Komponenten in fester oder gasförmiger Phase vor, welche dispersiv in der flüssigen Phase verteilt sind. Dabei werden die Parameter so gewählt, dass keine elektrorheologischen Instabilitäten auftreten. Als Dipole einer Komponente wirken, je nach dem Aggregatzustand der Komponente, beispielsweise Partikel, Moleküle oder Ionen mit angelagerten Molekülen.
Um Festkörper-Isolationen herzustellen, werden die Komponenten im flüssigem Zustand ins geeignete elektrische Feld gebracht und erstarren im gewünschten inhomogenen Zustand. Auch hier sind beispielsweise alle Komponenten vorerst flüssig, oder aber feste oder gasförmige Komponenten sind in einer flüssigen Phase sehr fein verteilt. Die Viskosität von zähflüssigen Gemischen wird beispielsweise über eine Scherkraftabhängikeit durch Vibration des Gemisches erniedrigt. Die zwischen den Leitern angelegte Spannung wird beispielsweise zu Beginn des Verfahrens nicht allzu gross gewählt und während einer mit der Ausbildung der ortsveränderlichen Dielektrizitätskonstante einhergehenden Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit vergrössert. Die Erstarrung ist beispielsweise eine Aushärtung oder eine Gelierung und wird beispielsweise durch eine durch Erhitzen oder Zugabe eines Härtungsmittels ausgelöste chemische Reaktion bewirkt, oder durch schnelles Abkühlen des Komponentengemisches verursacht, oder durch einen Aushärtungsprozess, der aufgrund der chemischen Eigenschaften des Komponenten mit ihrer Durchmischung beginnt.
Bei der Wahl der Materialien und Mischungsverhältnisse werden vorzugsweise Sedimentationseffekte, bei homogenen Gemischen vorzugsweise Einflüsse von freien Mischungsenergien und bei heterogenen Gemischen wie auch bei der Elektroden-Benetzung die verschiedenen Grenzflächenenergien respektive das Benetzungsverhalten berücksichtigt und ausgenutzt.
Dazu werden Materialien und allfällige Additive derart gewählt, dass eine dielektrische Energie relativ zu einem Entropieanteil einer freien Energie möglichst hoch wird. Die dielektrische Energie ist ein Mass für die im Dielektrikum gespeicherte elektrische Feldenergie, während der Entropieanteil der freien Energie ein Mass für die Neigung des Gemisches zur Diffusion, das heisst zur Unterdrückung von Inhomogenitäten ist. Es sei beispielsweise eine zylindrische innere Elektrode gegeben, welche auf einem Potential U gegenüber einer im Unendlichen liegenden konzentrischen zylindrischen äusseren Elektrode liegt. Im Falle eines Gemisches von gleichlangen Polymeren unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante beträgt ein Mass Z für ein Verhältnis der dielektrischen Energie zum Entropieanteil der freien Energie Z = Δε U 2 N ρ k T r 2 wobei Δε eine Differenz der Dielektrizitätskonstante der Mischungskomponenten, N eine Anzahl Monomere pro Polymer, ρ eine Dichte von Momomeren pro Volumeneinheit, k die Bolzmannkonstante, T eine absolute Temperatur des Gemisches und r ein Radius der inneren zylindrischen Elektrode ist. Vorteilhafterweise werden Materialien und Zusätze derart gewählt, dass Z möglichst gross, insbesondere grösser als eins ist. Dabei ist U kleiner als eine Durchbruchspannung der Anordnung.
Um den Einfluss von Diffusionskräften gegenüber der Kraft des elektischen Feldes weiter zu verkleinern, werden Parameter des Gemisches vorzugsweise in folgender Weise gewählt: Gemäss der Theorie der spinodalen Entmischung lässt sich, wie in Figur 10 gezeigt, eine durch zwei Parameter, beispielsweise der Temperatur T und des Mischungsverhältnissses p von Komponenten aufgespannte Ebene aufteilen in erste Gebiete 11, in denen die Komponenten mischbar ist, zweite Gebiete 12, in denen sie nicht mischbar sind, und eventuell dazwischenliegende dritte Gebiete 13 mit metastabilen Zuständen. Eine Grenze zwischen zweiten und dritten Gebieten 12 und 13 wird Spinodale 14 genannt, eine Grenze zwischen ersten und dritten Gebieten 11 und 13 wird Binodale 15 genannt. Die beiden Grenzen treffen sich in einem Extremum bezüglich der Temperatur, einem sogenannten kritischen Punkt 16. Im allgemeinen Fall können Extrema Maxima oder Minima sein. Zusätzlich zu den in der Figur 10 gezeigten Gebieten können beispielsweise für höhere Temperaturen weitere Gebiete auftreten, in denen die Komponenten nicht mischbar sind. Es ist bekannt, dass eine effektive Diffusionskonstante bezüglich p auf der Spinodalen 14 ihr Vorzeichen wechselt und in der Nähe der Spinodalen 14 kleine Werte annimmt. Weiter sollen die Komponenten mischbar sein, da der entmischte Zustand isolationstechnisch nachteilig ist. Aus diesen beiden Gründen wird der Zustand des Gemisches im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren vorteilhafterweise im ersten Gebiet 11 und möglichst nahe an der Spinodalen 14 gewählt, also in der Nähe des kritischen Punkts 16. Dadurch wird die effektive Diffusionskonstante positiv und möglichst klein. Die Beeinflussung des Zustandes geschieht beispielsweise durch Temperatur T und Mischungsverhältnis p, oder durch zusätzliche Komponenten oder Additive, oder durch Wahl von Gemischen, welche einen Flory-Huggins Parameter aufweisen, der einem gewünschten Extremum 15 entspricht.
Im Falle dass grössere Feldstärken möglich sind, das heisst, dass Z nicht klein gegen eins ist, verschiebt sich die optimale Wahl des Gemisches vom kritischen Punkt 16 bei gleichgleibender Temperatur zu einem Mischungsverhältnis mit einem geringeren Anteil der Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante.
Geeignete Komponentensubstanzen sind beispielsweise isolierende Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten, beispielsweise isolierende Öle. Geeignete heterogene Gemische sind beispielsweise sehr fein pulverisierte Ferrolektrika oder nichtdissoziierende Additive mit grosser Polarisierbarkeit in isolierendem Gel oder Öl. Weitere geeignete Komponenten für homogene oder heterogene flüssige Gemische sind beispielsweise Polymere oder Polymerschmelzen, sowie Lösungen von flüssigen respektive geschmolzenen Polymeren.
Die folgenden Gemische sind Beispiele für erfindungsgemäss verwendbare flüssige Gemische, wobei die angegebene Temperatur jene des kritischen Punktes des entsprechenden Gemisches ist:
  • Gemisch 1: Annähernd 4 bis annähernd 6 Volumenprozent Polystyrol in Cyclohexan bei ca. 30 °C,
  • Gemisch 2: annähernd 36 bis annähernd 38 Volumenprozent Nitrobenzen in n-Hexan bei ca. 20 °C, und
  • Gemisch 3: annähernd 17 Gewichtsprozente Poly(p-Chlorstyrol) in Ethylcarbitol bei ca. 35 °C. Carbitol® ist ein Diethylenglykolmonoethylether.
Um Festkörper-Isolationen herzustellen werden in einer anderen Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens Dipole in einen isolierenden Festkörper oder ein Festkörpergitter eindiffundiert. Dazu wird beispielsweise der Festkörper einer hohen Temperatur und einer hohen elektrischen Spannung ausgesetzt. Die Temperatur ist so hoch, dass die Diffusion erleichtert wird, aber nicht so hoch, dass das Material zerstört wird, beispielsweise durch eine temperaturbedingte Erniedrigung einer Durchbruchfeldstärke oder durch chemische Veränderungen.
Die Figur 1 zeigt als Beispiel für eine Anwendung des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens einen Querschnitt durch eine koaxiale Elektrodengeometrie, beispielsweise ein Koaxialkabel. Diese weist eine innere Elektrode E1 mit einen inneren Radius r1 und eine äussere Elektrode E2 mit einen äusseren Ra-Radius r1 und eine äussere Elektrode E2 mit einen äusseren Radius r2 auf. Bei Anlegen einer Spannung U zwischen den Elektroden ergibt sich für ein homogenes Medium zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld, dessen Betrag E nur von einem Radius r abhängig ist, und der für r1<r<r2 bei vorgegebener Spannung U durch E(r) =U/[r*ln(r2/r1)] gegeben ist. Der Verlauf von E(r) ist in Figur 2 dargestellt. E(r) ist maximal bei r=r1, minimal bei r=r2, und unabhängig von der Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Elektroden.
Der Raum zwischen den beiden Elektroden wird mit einem Gemisch zweier Flüssigkeiten K1 und K2 mit Dielektrizitätskonstanten ε1 und ε2, wobei ε1 > ε2 ist, gefüllt. Es wird eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden angelegt, wonach nach dem oben Gesagten eine inhomogene Dichteverteilung eintritt und daraus eine ortsveränderliche Dielektrizitätskonstante ε(r) des Gemisches resultiert. Vorzugsweise ist die elektrische Spannung möglichst hoch, aber ohne dass ein Durchschlag zwischen den Elektroden auftritt.
Der radiusabhängige Verlauf von ε(r) ist vom Mischungsverhältnis p der Dielektrika abhängig. Für die trivialen Fälle p=1 oder p=0 besteht das Fluid zwischen den Elektroden nur aus der Komponente K1 respektive nur aus Komponente K2. Dann ist das Medium homogen und die Feldstärke E(r1) bei der inneren Elektrode maximal.
Zwischen den obigen Extrema von p existiert ein Minimum von E(r1) als Funktion von p. Aus der Abhängigkeit der effektiven Dielektrizitätskonstante ε einer Mischung vom Mischungsverhältnis p und den Dielektrizitätskonstanten ε1 und ε2 der Komponenten wird dieses Minimum beispielsweise theoretisch bestimmt. Im allgemeinen wird sich eine mit r abnehmende Dielektrizitätskonstante einstellen.
Figuren 5, 6 und 7 zeigen einige Fälle des radiusabhängigen Verlaufes der Dielektrizitätskonstante ε(r). Beim Verlauf gemäss Figur 5 hat sich die Mischung in der Nähe der äusseren Elektrode E2 vollständig entmischt, so dass die Dielektrizitätskonstante dort konstant ε2 beträgt. Beim Verlauf gemäss Figur 6 hat sich die Mischung in der Nähe der inneren Elektrode E1 vollständig entmischt, so dass die Dielektrizitätskonstante dort konstant ε1 beträgt. Beim Verlauf gemäss Figur 7 hat sich die Mischung bei beiden Elektroden entmischt. Vorzugsweise wird ein Verlauf gemäss Figur 3 erreicht, bei dem die Dielektrizitätskonstante ε(r) zwischen r1 und r2 proportional zu 1/r verläuft.
Figur 3 zeigt den theoretisch optimalen Fall, das heisst einen zu 1/r proportionalen Verlauf der Dielektrizitätskonstante ε(r). In diesem Fall ergibt sich ein ortsunabhängiges Feld, dessen Betrag konstant gleich E=U/(r2-r1) ist. Damit ist die ursprüngliche Feldüberhöhung um einen Faktor r1/r2 vermindert worden. In der Realität wird dieser Verlauf, insbesondere wegen der Diffusion, nur annähernd erreicht.
Figur 4 zeigt den im optimalen Fall resultierenden konstanten Verlauf der Feldstärke E als ausgezogene Gerade. Im Vergleich mit dem von 1/r abhängigen Feldstärkeverlauf aus Figur 2 ist ein Maximum der Feldstärke wesentlich niedriger. Da das Integral von E über den Abstand r2-r1 immer die gleiche angelegte Spannung U ergeben muss, ist offensichtlich, dass eine minimale Feldüberhöhung durch eine konstante Feldstärke E erreicht wird. Realistischerweise ist eine solcher Verlauf nicht erreichbar, und wird die Feldstärke E von r1 nach r2 hin sinken.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens wird es auf die Isolation in Koaxialkabeln angewandt. Die Komponenten, beispielsweise Zweikomponenten-Polymere, werden dabei im flüssigen Zustand verarbeitet. In einer solchen feldsteuernden Kabelisolation wird, wie oben gezeigt, die übliche 1/r-Feldverteilung homogenisiert, wodurch dünnere Kabelisolationen möglich werden. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für starre Koaxialleiter.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Koaxialkabel. Es weist einen Innenleiter 1, einen Mantel 2 und ein Isolationselement 3 auf. Die inhomogene Verteilung von Komponenten des Isolationselements 3 mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten ist durch die Verteilung von schwarz und weiss ausgefüllten Kreisen angedeutet. Eine erhöhte Dichte von schwarz ausgefüllten Kreisen bezeichnet eine erhöhte Dichte oder Konzentration einer Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante, wie in ersten Gebieten 4. Eine erhöhte Dichte von weiss ausgefüllten Kreisen bezeichnet eine erhöhte Dichte oder Konzentration einer Komponente mit tieferer Dielektrizitätskonstante, wie in zweiten Gebieten 5. Die Konzentration der Komponente K1 mit höherer Dielektrizitätskonstante ε1 ist in der Nähe des Innenleiters höher als an anderen Orten des Isolationselements 3, die Konzentration der Komponente K2 mit Dielektrizitätskonstante ε2, wobei ε1>ε2 ist, ist in der Nähe des Mantels höher. Die Komponente K1 ist beispielsweise ein festes oder flexibles Polymer, die Komponente K2 ist beispielsweise ein Polymer oder besteht aus fein verteilten Teilchen.
In einer anderen bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens werden ein oder mehrere Halbleiterbausteine eines Leistungshalbleitermoduls, beispielsweise von einem Thyristor, IGBT oder IGCT, mit einer Isoliermasse aus einem erfindungsgemässen Materialgemisch umgossen. Da die Anforderungen an herkömmliche feldsteuernde Materialien wegen der kleinen Dimensionen und engen Toleranzen sehr hoch sind, können die gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugten Materialien mit räumlich variierender Dielektrizitätskonstante in dieser Situation die Felder sehr effizient absteuern.
Figur 9 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Halbleiterbauelement. Es weist ein oder mehrere Halbleiter 6, ein oder mehrere Basiselemente 7 und ein oder mehrere Basisisolatoren 8 auf. Diese sind durch ein Isolationselement 3 umgeben. Die inhomogene Verteilung von Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten ist in gleicher Weise wie oben angedeutet. Die Konzentration der Komponente K1 mit höherer Dielektrizitätskonstante ε1 ist an Orten, an denen bei Verwendung eines linearen, dielektrisch homogenen Isolationselementes Feldüberhöhungen auftreten würden, also beispielsweise in der Nähe von Aussenkanten der Halbleiter 6, höher als an anderen Orten des Isolationselementes.
Prinzipiell sind erfindungsgemässe Bauteile und das erfindungsgemässe Verfahren für alle Isolationsanwendungen verwendbar. Weitere Beispiele sind Kabelzubehör, Durchführungen, Kondensatoren, Transformator- und Generator-Isolationen.
Bezugszeichenliste
E1
innere Elektrode
E2
äussere Elektrode
r1
innerer Radius
r2
äusserer Radius
1
Innenleiter
2
Mantel
3
Isolationselement
4
Gebiet höherer Dielektrizitätskonstante
5
Gebiet niedrigerer Dielektrizitätskonstante
6
Halbleiter
7
Basiselement
8
Basisisolator
11
erstes Gebiet, Komponenten mischbar
12
zweites Gebiet, Komponenten nicht mischbar
13
drittes Gebiet, metastabiles Gemisch
14
Spinodale
15
Binodale
16
kritischer Punkt

Claims (14)

  1. Elektrisches Bauteil, welches mindestens zwei Leiter und mindestes ein Isolationselement (3) aufweist, wobei das mindestens eine Isolationselement (3) die Leiter gegeneinander isoliert und mindestens im Betriebszustand eine über das Volumen des Isolationselementes (3) inhomogen verlaufende Dielektrizitätskonstante aufweist, dadurch gekennzeichnet,
    dass sich das mindestens eine Isolationselement (3) aus mindestens zwei Komponenten zusammensetzt, wobei mindestens zwei dieser Komponenten unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen.
  2. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Konzentration einer ersten Komponente mit einer Dielektrizitätskonstante ε1 an durchschlagsgefährdeten Orten höher ist als an anderen Orten, und
    dass eine Konzentration einer zweiten Komponente mit einer Dielektrizitätskonstante ε2 an durchschlagsgefährdeten Orten niedriger ist als an anderen Orten,
    wobei ε1 grösser als ε2 ist.
  3. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten lineare Dielektrika sind.
  4. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Isolationselement (3) aus einem Festkörper gefertigt ist.
  5. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Isolationselement (3) aus einem fluiden Gemisch gefertigt ist.
  6. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Isolationselement (3) aus einem Gemisch aus mindestens zwei Komponenten gefertigt ist, wobei eine erste Komponente eine Flüssigkeit ist, und eine zweite Komponente in der ersten Komponente oder einer weiteren Komponente verteilte feste Teilchen oder Gase sind.
  7. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Isolationselement (3) aus einem Festkörper mit eindiffundierten Dipolmolekülen besteht.
  8. Elektrisches Bauteil gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Koaxialleiter ist.
  9. Elektrisches Bauteil gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Konzentration einer ersten Komponente mit einer Dielektrizitätskonstante ε1 in der Nähe eines Innenleiters (1) des Koaxialleiters höher ist als in der Nähe eines Mantels (2) des Koaxialleiters, und
    dass eine Konzentration einer zweiten Komponente mit einer Dielektrizitätskonstante ε2 in der Nähe des Innenleiters (1) niedriger ist als in der Nähe des Mantels (2), wobei ε1 grösser als ε2 ist.
  10. Elektrisches Bauteil gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Halbleiterbauelement ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauteils gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen die Leiter ein fluides Gemisch aus mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eingebracht wird,
    dass das Isolationselement (3) einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, bis sich eine ortsabhängige Dichteverteilung der Komponenten aufgrund des elektrischen Feldes eingestellt hat.
  12. Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zustand des Gemisches mindestens annähernd auf einer Spinodalen (14) des Gemisches befindet, insbesondere mindestens annähernd in einem Extremum (16) der Spinodalen (14) des Gemisches.
  13. Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das fluide Gemisch erstarrt, nachdem sich die ortsabhängige Dichteverteilung der Komponenten eingestellt hat.
  14. Verwendung eines Materialgemisches mit mindestens zwei, unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisende Komponenten, wobei eine relative Dichteverteilung der Komponenten ortsabhängig ist, zur Absteuerung von Überhöhungen eines elektrischen Feldes zwischen Leitern.
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