Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
252
тается прежним вплоть до напряжения 20 кв, когда более эффективным становится механизм пробоя, связанный с возникновением в парах анода самостоятельного разряда (кривая 6), Примерно при напряжении 53 кв ток, вызывающий рост выступов, становится меньше токов, приводящих к пробою. Это должно способствовать усиленному переносу материала анода на катод в предпробойной стадии.
Так же развитие пробоя происходит и при других значе-
* ниях h, E и других материалах электродов. Пробой, вызванный прогрессивным нарастанием объемного заряда, наиболее вероятен при малых напряжениях; пробой из-за нагрева эмиттирующего выступа ионами и особенно в результате возникновения самостоятельного разряда в парах анода — при более высоких напряжениях. В табл. 62 приведены расчетные значения напряжения, ниже которых наиболее эффективным процессом, приводящим к пробою, является прогрессивное нарастание объемного заряда.
Таблица 62
Максимальные напряжения, кв9 при которых еще сохраняется наибольшая эффективность как инициатора пробоя прогрессивного роста объемного заряда
Материал электродов ?—50 KejMM при А, MKM ?=:100 KejMM при А, MKM ?—200 кв/мм при h, MKM
1 3 10 1 3 г 10 0,3 1 У 3 10
Молибден 2 36 HO 10 44 71 5 21 46 96
Никель 1,6 16 68 9 34 48 2 10 24 45
Алюминий 1,5 16 44 7 24 44 — — —
Напряжение, при котором происходит смена механизма пробоя, выше, когда высота эмиттирующих выступов h больше. Так как на реальной поверхности катода имеются выступы с различными h, то при переходе от низких к более высоким напряжениям должно наблюдаться постепенное уменьшение доли пробоев, вызванных прогрессивным нарастанием объемного заряда. Из таблицы также следует, что это убывание должно начинаться раньше для алюминиевых электродов, затем никелевых и молибденовых.
В табл. 63 для молибденовых электродов приведены значения коэффициента увеличения поля на вершине катодного выступа (і, которые необходимы для эмиссии автоэлектронного тока, способного вызвать пробой.
Расчетные значения jл позволяют проследить некоторые практически важные закономерности. Прежде всего видно, что при неизменных h и s значения jn изменяются сильнее, чем 1/Е. Это означает, что локальная напряженность на вершине высту-
253
па, при которой возникает пробой, зависит от напряженности E в межэлектродном зазоре. Например, для увеличения напряженности E в т раз необходимо уменьшить |ы более чем в т раз. Из табл. 63 видна также меньшая эффективность выступов малой высоты. Действительно, при меньших h требуемое
Таблица 63
Коэффициент усиления поля на вершине катодных выступов, при котором эмиттируемый автоэлектронный ток приводит к развитию пробоя
в. KSfMM =0,03 мм, Zt=I мкм S= 0,1 мм при h, мкм /=0,3 мм при h, мкм S= І мм при ft, MKM
0,3 1 3 10 1 3 10 1 3 10
200 45 40 38 23 34 22 33 22
100 OO 86 120 77 —— 90 70
50 OO 172 сю 240 167 OO 220 144
значение JLi выше. Если выступ по высоте меньше определенной величины, зависящей от E (0,5 мкм при 100 кв/мм\ 2 мкм при 50 кв[мм), то он не может змиттировать ток, достаточный для инициирования пробоя даже при очень больших значениях (л. Из приведенных данных видно также некоторое уменьшение jli с увеличением Si что в реальных условиях (при неизменной форме электродов, Т. е. При [X = COnst) должно приводить к небольшому снижению средней пробивной напряженности при переходе от малых к большим напряжениям.
Расчеты показали, что пробой вызывается токами силой 0,1 — 5 ма, причем большие значения силы тока получаются при малых напряжениях и больших высотах эмиттирующих выступов.
Если пробой вызывается прогрессивным ростом объемного заряда, то возникновению пробоя (при длительном приложении напряжения) должно предшествовать самопроизвольное нарастание предпробойного тока [указанное выше возрастание на 65%, согласно выражению (76)]. Длительность этого возрастания определяется характерным временем нагрева анодного пятна, где происходит интенсивное испарение вещества анода. Это время
тп jst? г'*бс/2Я, (80)
где с — теплоемкость материала анода. При обычных условиях Tn= 1-ь10 мксек. Эта характерная особенность пробоя между электродами малой кривизны, вызванными ростом объемного заряда, позволяет экспериментально выделить пробой с таким механизмом.
Экспериментальное изучение предпробойных токов было предпринято в работе [166]. Оно показало, что при длительном приложении напряжения 5—90 кв к плоским электродам ток в
254
течение нескольких микросекунд перед пробоем может самопроизвольно нарастать или оставаться неизменным (см. рис. 30). Это свидетельствует о существовании, по крайней мере, двух механизмов пробоя. На рис. 77 приведена доля пробоев с нарастающим предпробойным током (среди всех пробоев) в зависимости от пробивного напряжения для тренированных пробоями молибденовых, никелевых и алюминиевых электродов, находя-
Рис. 77. Доля пробоев с возрастающим предпробойным током при тренированных электродах из молибдена, никеля или алюминия.
