Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Источником загрязнения электродов может быть сама вакуумная камера. Так, в работе [69] в общей вакуумной камере над электродами была расположена небольшая металлическая трубка, не прошедшая специальной очистки от пыли. Когда по этой трубке ударяли, то между электродами возникал пробой, хотя напряжение на них было значительно ниже обычного пробивного. Время запаздывания пробоя относительно удара соответствовало времени свободного падения тела в вакууме от трубки до электродов. В экспериментах Дональ-
45
ч сона и Рабиновича наблюдалось двукратное снижение пробивного напряжения после сильного нагрева небольшого участка стеклянной трубки, находившейся невдалеке от электродов [70]. Электронномикроскопическая проверка показала, что при сильном нагреве стекла из него выделяются пары щелочных металлов, конденсирующиеся затем на окружающих деталях в виде шариков диаметром меньше 1 мкм. Это и привело к снижению пробивного напряжения. В настоящее время для очистки электродов от слабо связанных с поверхностью частиц (пыли и др.) и для механического упрочнения поверхности широко применяется ультразвуковая обработка.
Обычно считается желательным после установки электродной системы на рабочее место в кинетической (постоянно откачиваемой) вакуумной системе провести и обезгаживание электродов путем длительного их нагрева. Для статических (отпаянных) вакуумных систем тщательное обезгаживание электродов перед отпайкой является обязательным. Практически всегда медленный, но продолжительный прогрев электродов до нескольких сот градусов благоприятно сказывается на вакуумной изоляции. Однако в недостаточно чистых вакуумных условиях прогрев (особенно если он производится с помощью электронной бомбардировки или осуществляется быстро) может привести к нежелательным последствиям из-за образования углеродсодержащих или окисных пленок [71, 72]. Кроме того, при прогреве до высокой температуры могут увеличиться микронеровности на поверхности в результате перекристаллизации и поверхностной диффузии; возможно образование аномально больших и острых выступов, что ухудшает вакуумную изоляцию. Видимо, влиянием таких нежелательных процессов при прогреве можно объяснить результаты изучения влияния прогрева электродов на пробивное напряжение, приведенные ниже. Измерения были сделаны для стальных электродов при зазоре 1 мм и давлении IO-7—IO"8 мм рт. ст. [73].
Обработка Unр, ка
1. Прогрев при 650°С в течение 1 ч.............. 102
2. Дополнительный прогрев катода при 900°С 3 ч9
анода при 650° І ч . . •..................... 80
3. После п, 2 напыление слоя меди 10 мкм на катод
и последующий прогрев электродов при 650°С 1 ч 94
4. После п. 2 прогрев катода при 900°С 1 ч и при
1200°С 3 мш\ напыление меди 19 мкм на катод и прогрев электродов при 650°С 1ч.............. 80
Слой меди напыляли в вакууме IO-6—10“7 мм рт. ст. для получения поверхностного слоя, свободного от растворенных газов, хотя такой метод получения чистых поверхностей не безупречен. Напыление не привело к улучшению вакуумной изоляции. Возможно, что здесь сказалась недостаточная моно-
46
литность напыленного слоя. Однако такой результат показывает, что если и существует отрицательное влияние растворенного газа на пробой, то оно незначительно. Такой же вывод напрашивается и из работы [74], где при рабочей температуре никелевых электродов от комнатной до 800° С импульсное пробивное напряжение оставалось неизменным с разбросом ±5%. Неэффективность длительного обезгаживания отмечалось и Хердом [66].
Влияние прогрева во всех приведенных случаях рассматривается как влияние дополнительного или более полного обезгаживания, так как исходными считаются электроды, уже прошедшие некоторую температурную обработку и обезгаженные в какой-то мере при тренировке разрядами. К тому же в этих работах измерялось пробивное напряжение, а не длительно выдерживаемое, что, как будет видно из дальнейшего, далеко не одно и то же. Поэтому приведенные данные не следует понимать как доказательство неэффективности или даже вредности нагрева. Скорее их нужно рассматривать как предостережение против непродуманного интенсивного прогрева электродов и больших надежд на существенное увеличение пробивного напряжения в результате полного обезгаживания электродов. Однако большое содержание газа в металлах электродов, безусловно, нежелательно в кинетических вакуумных системах и совершенно недопустимо для отпаянных приборов.
В табл. 4 приведены заимствованные из работы [75] данные по влиянию на пробивное напряжение предварительного обезгаживания прогревом в вакуумной печи электродов
Таблица 4
Влияние температуры и длительности предварительного обезгаживания
на пробивное напряжение для стальных электродов
Температура обез* гаживания, Длительность обезгаживания, Unр» кв, при межэлектродных зазорах, JKjK Температура обезгаживания, Длительность обез-гажив ания, иПр, кв,[лри межэлектродных зазорах, MM
0C ч °С ч
0*25 0,50 0,25 0,50
20 600 800 0 1 1 5 10 16,5 7 19 27,5 1000 1000 1000 1 3 6 / 21 28 28 31 42 43
