真空固体绝缘系统中的放电一般首先发生在固体表面,真空环境下氧化铝陶瓷介质沿面闪络是制约真空断路器、脉冲功率器件等装置应用于更高电压等级的主要原因。研究固体介质沿面闪络现象及其发展机理对提升氧化铝陶瓷材料的绝缘性能具有重要意义。目前普遍认为沿面闪络主要是由于局部电场集中引起的,使用功能梯度材料（FGM）缓和电场畸变是提高表面闪络阈值电压的一种有效方法,利用等离子体表面改性技术对绝缘材料进行表面修饰成为研究热点。本文采用低温等离子体涂层沉积技术对氧化铝陶瓷进行表面修饰以提高其表面绝缘性能。首先,分析了功能梯度材料（FGM）改善电场分布、缓解电场集中的原理,并基于此原理设计了 FGM结构;利用COMSOL仿真软件以介电常数为9的陶瓷为基底,将其表面均匀分为三段并分别设置不同的介电常数涂层,对比电场缓和效果,最终选定三段介电常数为100-50-9的FGM结构。其次,基于上述仿真结果对功能涂层进行选择,确定涂层为二氧化钛锐钛矿相和二氧化钛金红石相两种成分,并在大气压等离子体射流环境下研究了基底温度、电源输出功率对二氧化钛锐钛矿晶型生长的影响,确定在基底温度为400℃、电源输出功率为700W的条件下,涂层生长最优;在此基础上,将锐钛矿相煆烧至950℃得到二氧化钛金红石相;对得到的两种晶型涂层进行晶体结构、表面形貌、化学成分、涂层厚度等理化特性表征。将两种涂层分段沉积在陶瓷表面,与陶瓷本身构成三段FGM结构。并对沉积前后的样品进行真空闪络阈值电压测量,其结果表明处理后的样品初次闪络电压较未处理陶瓷样品相比提高48.6%,平均沿面闪络电压提升36%。并且,处理后的样品在放置120天与180天后其闪络电压并无明显降低,表明大气压低温等离子体沉积涂层具有较好的稳定性。最后,使用COMSOL建立静电场仿真模型,仿真结果表明,在未处理陶瓷样品中,局部电场集中在高压电极与接地电极附近的三结合点处,而对于FGM结构样品,高压电极附近的最大电场降低了 66%;同时在真空和大气环境中测量了样品不同位置的电场和电位分布,结果表明在真空环境中与未处理陶瓷样品相比,FGM样品电场集中有一定程度改善,大气环境中两种样品电场变化较小。