Порядок величин параметров, характеризующих КП, существующее на металлах со средними значениями таких величин, как температура плавления и скорость испарения (Cu, Cr, Fe,…):
Параметры плазмы в КП, т.е. в непосредственной близости (~ 10мкм) от поверхности катода, достигают значений n ~ 1020 см-3, Te = (3 - 5) эВ. Эти значения получены в экспериментах по поглощению лазерного излучения и измерениям Штарковского уширения спектральных линий с высоким пространственным разрешение. Результаты современного теоретического анализа находятся в согласии с этими значениями.
Нестационарность КП – причина движения ВД по катоду. Отмирание КП в одной точке и образование в другой можно рассматривать как движение КП, вызывающее движение ВД в целом. В слаботочных свободногорящих ВД КП совершает случайные блуждания и его смещение из места поджига R подчиняется закону <R2> / Δt = const. При наложении на дугу внешнего тангенциального магнитного поля (Bt) КП движутся в ретроградном или антиамперовом направлении (направлении, противоположном тому, в котором действует на протекающий в дуге ток сила Ампера). Скорость ретроградного движения V в определенном диапазоне значений индукции магнитного поля Bt подчиняется линейному закону V = K*Bt, где K – константа, зависящая от материала катода. Характерное значение K ~ 102 м/(с*T). В сильных магнитных полях ( > 10-1 T) зависимость скорости движения от B насыщается. При наложении на дугу нормального к поверхности катода магнитного поля (Bn) также влияет на движение КП. Нормальное поле препятствует перемещению КП на боковую поверхность катода. Это используется для фиксации КП на торцевой рабочей поверхности катода, например, в установках для напыления. При наложении на дугу магнитного поля, имеющего две компоненты Bt и Bn, т.е. поля, наклонённого к поверхности катода на угол φ = arctan(Bn/Bt), направление движения КП отклоняется от ретроградного на некоторый угол Θ, называемый иногда углом Робсона.
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Катодное пятно вакуумной дуги. Движение КП.
Эрозионные следы слаботочной вакуумной дуги на катоде. Снимки сделаны с помощью электронного сканирующего микроскопа. a) свободно горящая дуга; b) на дугу наложено тангенциальное магнитное поле. Фотографии взяты из: A.I.Bushik, B.Juttner, H.Pursch, V.A.Shilow,”Effect of local heat accumulation at the cathode of vacuum arcs”, Preprint 83-1 Zentralinstitut fur Electronenphysik Akademie der Wissenschaften der DDR, Februar 1983
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Катодное пятно вакуумной дуги. Движение КП.
Пример экспериментального исследования динамики КП (K.K. Zabello, Yu.A. Barinov, A.M. Chaly, A.A. Logatchev, S.M. Shkol’nik, “Experimental Study of Cathode Spot Motion and burning Voltage of Low-Current Vacuum Arc in Magnetic Field”, IEEE Trans. Plas. Sci., 2005, v.33, no. 5, pp.1553-1559).
Плоскопараллельная геометрия, электроды цилиндрические диаметром 30 мм.
Пример обработки результатов скоростного фотографирования (экспозиция 25 мкс / кадр). Точками обозначены положения КП. Ток I = 30 А, межэлектродное расстояние h = 4 мм. Bt = 0,065 Т. Слева – Bn = 0, справа – Bn = 0,06 Т.
Скорость ретроградного движения КП (в тангенциальном магнитном поле) на эродированной поверхности. I = 30 А, h = 4мм. Заполненные символы – катод из CuCr, пустые символы – катод из OFHC Cu.
Зависимость угла отклонения направления движения КП Θ от угла наклона магнитного поля к поверхности катода φ. Сравнение с литературными данными. Заполненные символы – катод из CuCr (настоящаяя работа) пустые окружности – катод из Mo, пустые – графитовый катод (литературные данные).
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с холодным катодом.
Катодное пятно вакуумной дуги. Эрозия катода.
Эрозия зависит от материала катода и перенесённого в дуге заряда. В определённых пределах эрозия пропорциональна перенесённому заряду. Поэтому коэффициент электропереноса (скорость эрозии) η измеряется в г / Кл. При длительном горении дуги или при большом токе линейность нарушается. Отмечена зависимость от размера электродов. Всё это объясняется интегральным нагревом катода проходящим током.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.