高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理研究 被引量：1

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作者 刘青 焦宇阳 +4 位作者 尚英强 郑天宇 刘明亮 朱梦瑶 李欢 《绝缘材料》 北大核心 2025年第3期99-108,共10页

为研究高压电缆阻水缓冲层的烧蚀机理并揭示其临界条件,本文测定不同含水率下阻水缓冲层材料的介电性能参数。通过构建基于重力影响的三维非轴对称皱纹铝护套结构电缆几何模型,开展电-热-流多物理场耦合有限元仿真,并结合恒流模拟烧蚀... 为研究高压电缆阻水缓冲层的烧蚀机理并揭示其临界条件,本文测定不同含水率下阻水缓冲层材料的介电性能参数。通过构建基于重力影响的三维非轴对称皱纹铝护套结构电缆几何模型,开展电-热-流多物理场耦合有限元仿真,并结合恒流模拟烧蚀试验系统进行试验验证,实时监测烧蚀过程中的电压和温度变化特征。结果表明:接触不良与受潮是引发烧蚀的必要条件,当铝护套与缓冲层接触不良时,接触良好位置附近的空隙处会产生电场集中,含水率达到5%时即可引发局部放电。接触良好区域的缓冲层因容性电流集中产生局部温升,含水率达到25%时局部温度可达烧蚀起始阈值。从试验结果可以看出,烧蚀现象仅在铝电极与缓冲层接触不良时发生,接触良好时仅出现电化学腐蚀。电化学腐蚀会产生高阻白色粉末,使得电压和温度稳定上升,伴随局部放电的发生,此时电压最高可达147 V,温度最高可达187.8℃,导致缓冲层部分聚酯纤维熔断,进一步引发电流集中,最终导致阻水缓冲层材料的热击穿。 展开更多

关键词 XLPE电缆 缓冲层烧蚀 电-热-流仿真分析 模拟烧蚀试验 局部温升

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高压电缆缓冲层烧蚀至绝缘屏蔽层的电流密度临界条件仿真研究

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作者 门业堃 张可 +4 位作者 郭卫 及洪泉 任志刚 张竟成 高建 《绝缘材料》 北大核心 2025年第3期109-116,共8页

为了研究高压电缆缓冲层烧蚀的临界条件,本文针对实际电缆烧蚀致绝缘屏蔽损伤的类型进行分类总结,通过有限元仿真构建三维不对称高压电缆模型,分别研究了干燥和潮湿条件下高压电缆烧蚀发展过程及其对绝缘屏蔽造成损伤的机理,并对比分析... 为了研究高压电缆缓冲层烧蚀的临界条件,本文针对实际电缆烧蚀致绝缘屏蔽损伤的类型进行分类总结,通过有限元仿真构建三维不对称高压电缆模型,分别研究了干燥和潮湿条件下高压电缆烧蚀发展过程及其对绝缘屏蔽造成损伤的机理,并对比分析两种条件下烧蚀的难易程度。结果表明:干燥条件下绝缘屏蔽层损伤源于电缆长段不良接触导致的电流热效应,不良接触达到7.5 m时缓冲层表面电流密度高达442 A/m^(2),温度为200℃;潮湿条件下绝缘屏蔽层损伤源于电化学腐蚀高阻性产物生成导致的电流热效应,高阻性产物在电流密度与温度集中的区域会贯穿缓冲层,被白色粉末覆盖比例达到97.9%时缓冲层表面电流密度高达416 A/m^(2)。仿真结果能够与实际烧蚀故障电缆的解体情况对应良好,验证了本文分析结果的合理性。 展开更多

关键词 缓冲层烧蚀 绝缘屏蔽层 电流热效应 电化学腐蚀 有限元仿真

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基于特征气体的高压电缆缓冲层烧蚀缺陷检测

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作者 李森林 陈舒昱 +4 位作者 陈奕凯 牛雷 操张鹏 戚梦辉 任成燕 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第1期108-117,共10页

近年来,因为高压电缆缓冲层烧蚀导致的电缆运行故障严重危害到电缆系统的安全运行。高压电缆缓冲层材料在烧蚀过程中会产生特征气体,可以基于特征气体检测法实现对缓冲层烧蚀缺陷的预警和诊断。本文搭建了电缆缓冲层放电烧蚀模拟和气体... 近年来,因为高压电缆缓冲层烧蚀导致的电缆运行故障严重危害到电缆系统的安全运行。高压电缆缓冲层材料在烧蚀过程中会产生特征气体,可以基于特征气体检测法实现对缓冲层烧蚀缺陷的预警和诊断。本文搭建了电缆缓冲层放电烧蚀模拟和气体收集实验平台,用不同电极结构模型模拟缓冲层不同缺陷状态,采用气相色谱仪对烧蚀过程中缓冲层的气体进行组分分析,研究产物浓度的演变规律。结果表明缓冲层烧蚀过程中的气体产物包括CO_(2)、H_(2)、CO、低分子量烃类气体等共9种,且各组分气体浓度与缓冲层缺陷类型、烧蚀时间、接触状态等因素直接关联。基于特征气体检测的方法有望应用于高压电缆缓冲层等低场强区潜伏性缺陷的诊断。 展开更多

关键词 高压XLPE电缆 缓冲层烧蚀 气体检测 局部放电

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基于气体化学计量特征的高压电缆缓冲层烧蚀评估方法研究

4

作者 任志刚 郭卫 +3 位作者 门业堃 张竟成 赵鸽 高建 《绝缘材料》 北大核心 2025年第4期109-116,共8页

高压电缆缓冲层烧蚀伴随有特征气体逸出现象,故特征气体有望作为烧蚀故障检测评估指标,但目前逸出气体的种类和浓度与烧蚀程度的关联性仍不明确。本文搭建缓冲层烧蚀模拟实验平台,综合考虑后选择C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)以... 高压电缆缓冲层烧蚀伴随有特征气体逸出现象,故特征气体有望作为烧蚀故障检测评估指标,但目前逸出气体的种类和浓度与烧蚀程度的关联性仍不明确。本文搭建缓冲层烧蚀模拟实验平台,综合考虑后选择C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)以及CO作为缓冲层烧蚀评估的特征气体,并分析其化学计量特征随缓冲层烧蚀程度和受潮程度的变化规律。结果表明:特征气体的平均摩尔质量随缓冲层含水率提高而降低,潮湿条件下的烃类特征气体中C与H原子数量之比高于干燥条件;C原子与H原子的浓度随烧蚀时间的增加而不断提高。且随着烧蚀时间的增加,C原子与H原子的浓度随潮湿程度的增大先减小,再增大再减小,最后单调增大。分析认为,不同条件下缓冲层材料结构烧蚀破坏的差异是导致逸出气体化学计量特征变化的原因。 展开更多

关键词 高压电缆 缓冲层烧蚀 特征气体 化学计量特征

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基于频域阻抗谱与MLP的高压电缆缓冲层烧蚀故障识别研究

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作者 汪洪亮 刘昕 +1 位作者 徐浩焜 马明超 《电网与清洁能源》 北大核心 2025年第6期99-105,共7页

电缆缓冲层烧蚀故障会引发绝缘介质的渐进性劣化,未及时干预的劣化进程可能导致电缆被击穿,最终威胁电网的安全稳定。针对传统的高压电缆缓冲层烧蚀故障的检测技术存在的不足,融合频域阻抗谱和机器学习,构建一种新型故障诊断模型。通过... 电缆缓冲层烧蚀故障会引发绝缘介质的渐进性劣化,未及时干预的劣化进程可能导致电缆被击穿,最终威胁电网的安全稳定。针对传统的高压电缆缓冲层烧蚀故障的检测技术存在的不足,融合频域阻抗谱和机器学习,构建一种新型故障诊断模型。通过对电力电缆的分布参数模型进行仿真,得到正常、缓冲层烧蚀、局部老化和感性故障的首端频域阻抗谱;通过分析频域阻抗谱,可以识别有缓冲层烧蚀、局部老化的容性故障和感性故障,但无法准确识别电缆局部老化和缓冲层烧蚀;在频域阻抗谱的基础上,通过多层感知器对故障类型分类,实现了对缓冲层烧蚀故障的有效识别。 展开更多

关键词 频域阻抗谱 多层感知器 缓冲层烧蚀 故障识别

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高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测实验 被引量：8

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作者 高建 张浩然 +1 位作者 张可 李建英 《电力工程技术》 北大核心 2024年第1期174-180,共7页

高压电缆缓冲层烧蚀故障是近年来频发的电缆故障类型,而目前的烧蚀缺陷检测手段难以满足存量电缆的检测需求。为此,文中首次研究基于铝护套内表面粗糙度的高压电缆缓冲层烧蚀缺陷的超声检测方法。首先,开展潮湿条件下的缓冲层烧蚀模拟实... 高压电缆缓冲层烧蚀故障是近年来频发的电缆故障类型,而目前的烧蚀缺陷检测手段难以满足存量电缆的检测需求。为此,文中首次研究基于铝护套内表面粗糙度的高压电缆缓冲层烧蚀缺陷的超声检测方法。首先,开展潮湿条件下的缓冲层烧蚀模拟实验,并对烧蚀后的铝片进行激光共聚焦显微镜测试以及电化学阻抗谱分析,发现随着烧蚀时间的增加,铝片的表面粗糙度逐渐增大,同时铝片表面的腐蚀程度逐渐加深,对应的缓冲层烧蚀缺陷逐渐加重,表明铝片的表面粗糙度与潮湿条件下缓冲层的烧蚀程度存在关联。其次,对烧蚀后的铝片开展超声检测实验,并通过相邻超声回波信号的幅值比推算出铝片腐蚀面的粗糙度,与实验测得的粗糙度具有相同的变化趋势。文中结果表明超声检测可用于检测缓冲层烧蚀缺陷的严重程度,为高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测方法的应用奠定了研究基础。 展开更多

关键词 高压电缆 缓冲层烧蚀 超声检测 电化学腐蚀 粗糙度 反射系数

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高压电缆缓冲层烧蚀特征气体浓度的演变规律研究 被引量：2

7

作者 门业堃 郭卫 +4 位作者 任志刚 潘泽华 刘博 高建 赵鸽 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2024年第12期108-115,共8页

皱纹铝护套结构高压电缆近年来频繁出现缓冲层烧蚀故障,但缺少有效的研判电缆缓冲层烧蚀严重程度的方法。为探究缓冲层在烧蚀过程中气体产物浓度的演变规律,用于诊断烧蚀缺陷严重程度,本文搭建了缓冲层烧蚀模拟实验平台,研究了不同含水... 皱纹铝护套结构高压电缆近年来频繁出现缓冲层烧蚀故障,但缺少有效的研判电缆缓冲层烧蚀严重程度的方法。为探究缓冲层在烧蚀过程中气体产物浓度的演变规律,用于诊断烧蚀缺陷严重程度,本文搭建了缓冲层烧蚀模拟实验平台,研究了不同含水率下缓冲层的烧蚀特征气体浓度随烧蚀时间的演变规律,并采用负指数函数n=-Aexp(-t/τ)+n_(0)对烧蚀特征气体浓度随烧蚀时间的变化规律进行定量分析。结果表明:C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)和H2的浓度均随烧蚀时间增加呈负指数关系增长;C_(2)H_(4)与C_(2)H_(6)浓度随含水率升高略有减小,而H2浓度则随含水率的升高而增大;C_(2)H_(4)与C_(2)H_(6)的生成速率系数A/τ可反映缓冲层是否受潮,H2的A/τ随缓冲层含水率的升高逐渐增大,有望作为判断缓冲层受潮程度的依据之一。 展开更多

关键词 高压电缆 缓冲层烧蚀 气隙放电 气体浓度 生成速率

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丙烯酸基缓冲层烧蚀缺陷修复液的修复效果研究 被引量：2

8

作者 任志刚 陈平 +5 位作者 门业堃 李华春 郭卫 葛洲 高建 张浩然 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2024年第6期63-67,共5页

目前高压电缆缓冲层烧蚀缺陷缺乏有效的液体修复材料,导致高压电缆线路的烧蚀缺陷隐患无法被及时有效消除。本文制备了丙烯酸基缓冲层烧蚀缺陷液体修复材料,并对实际电缆缓冲层烧蚀缺陷进行了修复实验,研究了修复液中炭黑含量对缓冲层... 目前高压电缆缓冲层烧蚀缺陷缺乏有效的液体修复材料,导致高压电缆线路的烧蚀缺陷隐患无法被及时有效消除。本文制备了丙烯酸基缓冲层烧蚀缺陷液体修复材料,并对实际电缆缓冲层烧蚀缺陷进行了修复实验,研究了修复液中炭黑含量对缓冲层电性能修复效果的影响。结果表明:修复液涂层中炭黑质量分数为20%时,修复缓冲层的体积电阻率降低至新缓冲层的水平,且基本不随温度改变。结合微观形貌的表征,分析认为修复液在缓冲层的纤维表面重新形成炭黑涂层,使得原本不均匀的涂层与不导电颗粒物被涂层包覆,同时无纺布内侧烧蚀形成的连续阻水粉层重新被炭黑涂层覆盖,重建了缓冲层的电气连接,从而有效修复了缓冲层烧蚀缺陷。 展开更多

关键词 高压电缆 缓冲层烧蚀缺陷 液体修复技术 丙烯酸涂料

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径向电流集中诱发的高压交联聚乙烯电缆缓冲层烧蚀研究 被引量：23

9

作者 刘宏亮 刘若溪 +4 位作者 赵西元 任志刚 陈平 李华春 高景晖 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2021年第8期94-101,共8页

为研究皱纹铝护套高压交联聚乙烯绝缘电缆缓冲层烧蚀机理,首先,通过对发生烧蚀的110 kV XLPE绝缘电缆进行故障分析,提出电缆径向电流集中是导致烧蚀故障的原因。其次,建立故障电缆的仿真模型,计算缓冲层与皱纹铝护套接触部分的电流密度... 为研究皱纹铝护套高压交联聚乙烯绝缘电缆缓冲层烧蚀机理,首先,通过对发生烧蚀的110 kV XLPE绝缘电缆进行故障分析,提出电缆径向电流集中是导致烧蚀故障的原因。其次,建立故障电缆的仿真模型,计算缓冲层与皱纹铝护套接触部分的电流密度最大值及其分布情况,并通过模型试验与公式计算验证仿真结果,发现皱纹铝护套波谷嵌入缓冲层的深度和缓冲层体积电阻率影响着径向电流的大小与分布。最后,通过设计模拟试验,证明径向电流集中是导致缓冲层烧蚀的原因之一,并在恒温箱中对模拟烧蚀试验的环境条件进行控制,通过偏光显微镜对比试验样品和烧蚀铝护套的表面形貌。结果表明:模拟烧蚀试验中发生的烧蚀过程与实际故障电缆中的烧蚀过程相同,且随着缓冲层中电流密度最大值的增大,烧蚀的起始时间缩短。本文揭示了皱纹铝护套烧蚀故障径向电流集中的物理机理,为相关故障诊断及防护提供了理论和试验依据。 展开更多

关键词 高压XLPE绝缘电缆 缓冲层烧蚀 径向电流集中 模拟烧蚀实验

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高压电缆缓冲层烧蚀过程中电流密度与气体产物浓度的关联性研究 被引量：8

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作者 郭卫 门业堃 +4 位作者 任志刚 陈平 高建 张浩然 李建英 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2023年第9期71-76,共6页

高压电缆缓冲层在烧蚀过程中会生成气体产物,然而目前对于烧蚀过程中气体产物浓度与缓冲层导电性能的关联性尚不明确。为此本文开展了电缆缓冲层烧蚀模拟实验,研究缓冲层烧蚀过程中电流密度与气体产物浓度的演变规律。结果表明:在干燥... 高压电缆缓冲层在烧蚀过程中会生成气体产物,然而目前对于烧蚀过程中气体产物浓度与缓冲层导电性能的关联性尚不明确。为此本文开展了电缆缓冲层烧蚀模拟实验,研究缓冲层烧蚀过程中电流密度与气体产物浓度的演变规律。结果表明:在干燥与潮湿条件下,缓冲层的电流密度均随烧蚀时间延长呈现出双指数函数衰减的规律,且电流密度衰减速率随烧蚀时间增加呈先快速降低后基本不变的趋势,仅潮湿试样在烧蚀初期电流密度出现峰值。气相色谱测试结果表明,潮湿条件下缓冲层在烧蚀过程中的气体产物包括CO_(2)、H_(2)、CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(2)共7种。在干燥与潮湿条件下,缓冲层烧蚀的气体产物浓度均随烧蚀时间延长先迅速增大后趋于稳定,气体浓度增长时间与电流密度下降时间一致,二者随烧蚀时间的变化规律密切相关。分析认为,烧蚀过程中缓冲层电流密度的衰减速率与气体产物的生成速率具有关联性,烧蚀气体产物浓度的变化反映了缓冲层烧蚀破坏的严重程度。 展开更多

关键词 缓冲层烧蚀 电流密度 气体产物浓度 演变规律 关联性

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高压电缆铝套结构与缓冲层烧蚀特性 被引量：14

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作者 冯尧 邓显波 +2 位作者 李文杰 赵健康 王安哲 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4919-4928,共10页

近年来,皱纹铝套型高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆在运行中多次发生缓冲层烧蚀故障。相对皱纹铝套,平铝套与缓冲层的电气接触更好,在抑制缓冲层烧蚀故障方面的表现是否更好是一个值得研究的问题。为此从径向电流... 近年来,皱纹铝套型高压交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆在运行中多次发生缓冲层烧蚀故障。相对皱纹铝套,平铝套与缓冲层的电气接触更好,在抑制缓冲层烧蚀故障方面的表现是否更好是一个值得研究的问题。为此从径向电流集中导致烧蚀的角度,考虑重力影响,通过有限元仿真和模拟烧蚀试验对2种结构进行对比研究。结果表明:与皱纹铝套相比,重力影响下的平铝套与缓冲层有更大的接触面积,分散了接触不良导致的径向集中电流,有效降低缓冲层的温升;在100 mA试验电流条件下,皱纹铝套结构的缓冲层温度>278℃,甚至烧穿缓冲层,灼伤绝缘屏蔽,而平铝套结构的缓冲层温度仅为74℃。与皱纹铝套结构相比,平铝套结构在抑制缓冲层烧蚀方面具有优势。 展开更多

关键词 XLPE电缆 缓冲层烧蚀 平铝套 皱纹铝套 重力影响

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单组份硅橡胶基修复剂的高压电缆缓冲层缺陷修复及可靠性研究

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作者 葛洲 武康宁 +6 位作者 赵鸽 张浩然 张可 高建 李博达 任志刚 李建英 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第12期4917-4926,I0033,共11页

近年来,高压电缆缓冲层烧蚀缺陷频繁出现,严重威胁了电缆的安全运行,因此亟需烧蚀缺陷的修复技术。为修复烧蚀缺陷,制备了一种单组份半导电硅橡胶基修复剂。通过真型电缆模拟烧蚀实验,结合有限元仿真,研究修复剂的修复效果与机理。通过... 近年来,高压电缆缓冲层烧蚀缺陷频繁出现,严重威胁了电缆的安全运行,因此亟需烧蚀缺陷的修复技术。为修复烧蚀缺陷,制备了一种单组份半导电硅橡胶基修复剂。通过真型电缆模拟烧蚀实验,结合有限元仿真,研究修复剂的修复效果与机理。通过电化学与元素分布测试,分析了修复剂对铝护套的腐蚀性及其与屏蔽层的相容性。结果表明,修复后缓冲层体积电阻率满足行业标准的要求。注入修复剂的缓冲层在模拟烧蚀后未出现烧蚀痕迹,且导电性能保持稳定。修复剂有效改善了缓冲层中的电流集中与电场畸变。缓冲层最大电流密度由烧蚀后的40.40 A/m^(2)降至0.05 A/m^(2),气隙最高场强由7.91×10^(4)kV/m降至1.39×10^(-2)kV/m,有效地消除了缓冲层烧蚀隐患。此外,铝在未固化修复剂中的腐蚀速率仅为5.4×10^(-3)mm/a,固化修复剂包覆处理的屏蔽层表面Si元素含量仅为1.0%。因此修复剂的注入不会引发铝护套电化学腐蚀和屏蔽层的溶胀,表明该修复剂在高压电缆中具有高可靠性。研究结果对实际电缆缓冲层烧蚀缺陷修复具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 高压电缆 缓冲层烧蚀 修复剂 模拟烧蚀实验 电场仿真 电化学腐蚀

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基于特征气体和温压变化的电缆烧蚀缺陷多参量检测方法

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作者 刘音 任志刚 +4 位作者 及洪泉 门业堃 陈厚清 李晓杉 汤晓君 《绝缘材料》 北大核心 2025年第1期109-115,共7页

高压电缆是供电系统的重要组成部分。缓冲层烧蚀会导致电力电缆故障,近年来出现多起由缓冲层烧蚀引发的电缆事故。为了解决以上问题,本文提出了一种基于缓冲层烧蚀特征气体和温度、气压变化的电缆烧蚀缺陷多参量检测方法。采用傅里叶变... 高压电缆是供电系统的重要组成部分。缓冲层烧蚀会导致电力电缆故障,近年来出现多起由缓冲层烧蚀引发的电缆事故。为了解决以上问题,本文提出了一种基于缓冲层烧蚀特征气体和温度、气压变化的电缆烧蚀缺陷多参量检测方法。采用傅里叶变换红外光谱分析缓冲层中的CH_(4)、C_(2)H_(6)、C_(2)H_(4)浓度,采用电化学传感器测量缓冲层中的H_(2)浓度,采用温度传感器、压电式气压传感器测量缓冲层中的温度和气压。通过实验室缓冲层烧蚀实验和真型电缆检测实验测试系统的性能。结果表明:该系统的功能性和准确性满足要求,4种特征气体的浓度、温度、压强能够作为表征缓冲层烧蚀缺陷的特征参量。该系统的检测周期小于30s,检测误差在±10%以内,在安全性、检测速度和准确性等方面具有优势,能够保障电力电缆的安全运行。 展开更多

关键词 缓冲层烧蚀 特征气体 温度 气压 傅里叶变换红外光谱

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