Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
* Отрыв таких частиц был обнаружен ранее Хаул и и Уолли [33]
28
пы Оказалось, что для частиц размером несколько микрон эта энергия не менее 10“9 дж Было обнаружено также, что места отрыва частиц от анода при первой подаче высокого напряжения на электроды располагаются обычно в центрах концентрации загрязнений, на границах зерен или вблизи этих границ.
Q
5
6
Рис 7 тродов,
г д
Профили выст\пов на поверхности молибденовых элек-снятые с помощью теневого электронного микроскопа
с \ величением 3000
а — после электролитической полировки и госледующего прогрева в ва кууме б — результат контакта электродов в вакууме в — сглаженные ин тенсивным прогревом выст>пы типа б г, с? —после работы с высоким на
пряжением
Более ранние наблюдения поведения медных электродов в электрическом поле в вакууме показали, что легче разрушаются поверхности, обработанные механическими способами [33] На таких поверхностях наблюдались отдельные углубления размером около 20 мкм, которые возникали при напряженности электрического поля примерно 13 кв/мм На электролитически полированной поверхности отрыв несколько меньших частиц (около 1,5 мкм) происходил при более высоких полях, примерно при 65 кв/мм Интересно отметить, что отрыв частиц наблюдался в основном на аноде Некоторые опыты позволяют предположить, что существуют неясные еще процессы, затрудняющие отрыв мелких частиц с катода [32]
Исследования вновь образовавшихся на катоде выступов показали также, что при первом приложении напряжения они часто бывают из чужеродного вещества, видимо из вещества
29
анода. Например, при вольфрамовом катоде и алюминиевом аноде первоначально появлявшиеся катодные выступы были из легкоплавкового вещества и могли быть ликвидированы прогревом катода до 700° С [34] По другим измерениям на свежеприготовленном вольфрамовом катоде, прогретом до 800° С, первоначально острых выступов не было После выдержки под высоким напряжением появлялись острые выступы, которые можно было удалить прогревом, если анод был медным. Если анод был из вольфрама, то прогрев не ликвидировал образовавшихся острых выступов [31]
Кроме описанных выше процессов к образованию на электродах острых выступов может привести касание в вакууме чистых электродов [35] Выступы, оставшиеся от первоначальной обработки и образовавшиеся при касании, часто можно несколько скруглить интенсивным прогревом электродов (рис. 7 [35]). Изменение рельефа электродов при наличии на них расплавленных участков рассмотрено в разд 8.1.
2.3. ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
НАПРЯЖЕНИЯ
При длительном воздействии напряжения большое влияние на микрорельеф поверхности, в частности на образование острых выступов, могут оказать процессы поверхностной диффузии При температурах, соответствующих примерно 30% температуры плавления [36], поверхностные атомы металлов приобретают достаточную подвижность и оказываются способными перемещаться на значительные расстояния. Поверхностная миграция атомов никеля, серебра, молибдена наблюдалась соответственно при температурах 370, 500 и 770° К В связи с изменением формы острых выступов в автоэлектронных микроскопах поверхностная миграция на вольфраме и железе подробно изучалась в работах [37—41]
Перемещение атомов может происходить под действием сил поверхностного натяжения, электрического поля и температурного градиента. Согласно теории, развитой Херрингом [42], поток атомов по поверхности определяется выражением
коэффициент поверхностной диффузии, см2/сек; Aq — площадь, приходящаяся на один атом, см2; Q — энергия активации процесса, дж/моль;
N = —DV MJA0ItTi
где N — поток атомов, атом/ (см • сек); D=D0 ехр
(10)
30
U
I
t
{
Г
s
химический потенциал поверхности; Уат — атомный Mo — химический потенциал плоской поверхности; as
объем, см3; — коэффи-
циент поверхностного натяжения, н[см\ п, г2—радиусы кривизны поверхности в данной точке, СМ\ рхх — внешнее усилие, н/см2 (для электрического ПОЛЯ Pxx = є0?2/8я).
В отсутствие внешних напряжений, когда, например, ?=0, атомы металла мигрируют под действием сил поверхностного натяжения от вершины к основанию острого выступа, при этом он затупляется и высота его h изменяется со скоростью, определяемой выражением [39]
dh
dt
1,25
aSyI
T9AokT
Q
kT
(11)
Интегрируя это уравнение, можно получить соотношение между величиной изменения радиуса г и необходимым для этого временем: г4 — где г0
и г — начальный и конечный фкн Г
радиусы вершины выступа соответственно; а' — постоянная, зависящая от температуры, свойств металла и геометрии выступа.
На рис 8 представлены полученные из этого уравнения значения г для вольфрамового катода в виде одиночного острия в зависимости от температуры при разном времени прогрева [28]. Только очень длительным прогревом при высоких температурах можно затупить острие так, что его радиус увеличится до нескольких микрон Наиболее эффективен нагрев для острий, у которых г не превышает 1 мкм. На рис. 9 показано изменение радиуса вершины вольфрамо-
