Вакуумная дуга. Инициация дуги.
Поджиг при размыкании электродов.
Площадь контакта двух плоскопараллельных электродов значительно меньше площади электродов. Например, площадь, по которой контактируют электроды вакуумного выключателя с контактным поджатием 50 – 60 кг, составляет ~10-2 см2 (1 кв.миллиметр!), т.е. менее одной тысячной площади электрода. Вместо дискретных точек касания можно рассматривать круг эквивалентной площади радиусом a и, измерив контактное (или, иначе, переходное) сопротивление, оценить a с помощью соотношения (ρ – удельное сопротивление материала электрода) Переходное сопротивление изменяется обратно пропорционально 1/2 - 1/3 степени контактного поджатия.
t0 – начало разведения контактов; t1 - момент достижения температуры плавления и начала растяжения жидкого мостика; t2 - испарение и взрыв жидкого мостика.
При размыкании контактов поджиг проходит через мостиковую стадию. В отличие от первых трёх из перечисленных выше способов поджига, при которых дуге предшествует искровая стадия, при поджиге размыканием контактов искровой стадии нет.
Слаботочная вакуумная дуга. Слаботочная вакуумная дуга (ВД) может быть реализована в двух различных формах - дуга с интегрально холодными электродами; - дуга с горячими электродами. Характерные значения: ток - от единиц до ~ 102 A; напряжение от ~ 10 В до ~ 102 В. Исследуются импульсные ВД и ВД постоянного тока, свободногорящие и находящиеся под действием магнитных полей. Поджиг обычно осуществляется с помощью вспомогательного электрода.
Дуга с холодным катодом.
Так называют ВД, в которой электроды остаются интегрально холодными, т.е. при температуре, при которой термоэмиссия и испарение пренебрежимо малы. В режимах постоянного тока это требует охлаждения электродов (обычно водой, циркулирующей в специальной полости внутри электрода). При поджиге ВД на катоде образуется локальная нестационарная привязка тока, называемая катодным пятном (КП). КП – нестационарное образование, время жизни которого сильно зависит от состояния поверхности катода, материала катода и тока ВД. КП – основной источник эрозионной плазмы, поддерживающий существование дуги. После отмирания КП на поверхности остаётся характерный след (углубление с бруствером), называемый кратером. Среднее число КП пропорционально току ВД. При увеличении тока КП делится, сохраняя некоторое среднее значение тока, пропускаемого КП, - Iп. На чистых электродах Iп зависит только от материала электрода и составляет ~ 10 – 102 A. Слаботочной называют ВД с таким током I, что I / Iп = N ~ 1, где N – число КП. Существует также минимальный ток, ниже которого КП не может существовать и отмирает. Как средний ток, пропускаемый КП, так и минимальный ток и время жизни КП – характеристики статистические.
Слаботочную ВД с холодным катодом исследуют в разрядных устройствах с традиционной плоскопараллельной геометрией электродов, а также в устройствах с анодом большого размера, например, когда анодом служат стенки металлической вакуумной камеры. (В первом случае предмет исследования –физика ВД и КП; во втором ВД исследуется с точки зрения использования для нанесения разных покрытий)
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Основные характеристики и методы экспериментального исследования ВД.
Напряжение на ВД сильно шумящее. Шумы не симметричны. Явно обозначается некоторый уровень (называемый постоянной составляющей) от которого происходят броски вверх. Вольт-Амперная характеристика ВД (зависимость постоянной составляющей напряжения от тока) медленно растущая. Напряжение на дуге Uд гораздо сильнее зависит от материала катода, чем от тока. Основная часть падения напряжения на ВД сосредоточено у катода. Катодное падение потенциала Uк принято отождествлять с напряжением на дуге с плоскопараллельными электродами при h → 0 (h – длина дуги). На самом деле это сумма катодного и (отрицательного) анодного падений.
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Основные методы экспериментального исследования. 1. Электрические измерения (ток и напряжение горения дуги). 2. Визуализация быстропротекающих процессов с помощью высокоскоростных фотографических установок (ВФУ) и скоростных кинокамер (СКК) (плотность тока). 3. Эмиссионная спектроскопия (концентрация плазмы и температура электронов). 4. Лазерная диагностика: поглощение (концентрация заряженных частиц), лазерно-индуцированная флуоресценция (концентрация нейтральных атомов). 5. Зондирование с помощью электрических зондов (потенциал и концентрация плазмы, температура электронов). 6. Энерго и массо анализ продуктов эрозии (энергетическое распределение ионов, зарядовый и массовый состав плазмы). 7. Весовые методы (характеристики эрозии). 8. Микроскопия поверхности (анализ эрозионных кратеров на катоде (плотность тока) и продуктов напыления на подложки).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
