Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Визуальное обследование электродов показало, что на катоде имелось множество острых выступов, которые могли эмиттировать автоэлектронный ток. Для уничтожения их электроды тренировали длительным приложением напряжения с многократной его переполюсовкой, доводя межэлектродный ток до такой величины, что анод раскалялся до 800—900° С, что,
49
по-видимому, приводило к оплавлению выступов. В результате такой процедуры удалось сильно снизить темновые токи и повысить пробивное напряжение. Вплоть до 90 кв сила тока была меньше IO^8 а и при дальнейшем подъеме напряжения начинала сильно расти. При зазоре 1 мм вакуумный промежуток в течение 20 мин выдерживал напряжение 90 кв, и кратковременно удавалось поднимать напряжение до 100—110 кв.
В последние годы успешно разрабатывался способ улучшения электроизоляционных характеристик поверхности электродов путем длительного приложения постоянного высокого напряжения в атмосфере инертных газов при вакууме 10~4— IO-3 мм рт. ст. («полувакуум») и токах между электродами силой порядка 100 мка. Этот метод еще не получил окончательного названия и иногда называется кондиционированием током в полувакууме. Он основан на том, что автоэлектроны, эмиттируемые катодными выступами, на своем пути частично ионизуют газ, а образующиеся ионы бомбардируют катод. Так как электроны довольно быстро приобретают энергию, при которой сечение ионизации уменьшается с дальнейшим ростом энергии электронов, то основная масса ионов образуется вблизи эмиттирующих выступов над их вершинами. Поэтому ионы, двигаясь к катоду, будут в основном бомбардировать сам эмиттирующий выступ. Повышению концентрации ионов также способствует форма электрического поля вблизи выступа, искаженная его присутствием (рис. 14). В результате плотность потока ионов на эмиттирующий выступ оказывается на много порядков больше средней плотности потока ионов на электрод. Падающие ионы вызывают катодное распыление выступа при сравнительно малом распылении остальной поверхности катода, приводя к сглаживанию неровностей.
Оценки показывают, что наиболее эффективно ликвидируются выступы высотой 1—2 мкм. При давлении аргона 10 _4 мм рт. ст. для заметного уменьшения таких выступов достаточно протекания эмиттированного выступом электронного тока силой IO-5 а в течение нескольких минут. Для выступов высотой меньше 1 мкм область поля, искаженного выступом, меньше, соответственно меньше фокусирующее действие этого поля, а ионы рождаются относительно дальше. В результате поток ионов на выступ меньше и распыление выступа менее эффективно. Для выступов высотой более 10 мкм распыление также малоэффективно, потому что требуется распылять довольно значительное количество вещества, а большая площадь распыления приводит к заметному местному повышению плотности паров (особенно при попытке форсировать распыление) и созданию условия для роста новых выступов из паровой фазы. Поэтому рекомендуется сначала уничтожать особо большие выступы другим путем, например пробоями, а затем про- ' водить кондиционирование электродов током в полувакууме.
50
Насколько эффективен метод кондиционирования током в полувакууме, видно из приведенных в табл. 5 пробивных напряжений t/np, полученных после различных методов обработки плоских электродов диаметром 35 мм из монокристалла вольфрама [82]. Кондиционированием длительным током в полувакууме с последующим обезгаживанием анода удается под-
нять пробивное напряжение в 3—4 раза. В одном из случаев такого кондиционирования удалось получить очень высокое значение электропрочности: при зазоре между вольфрамовыми-электродами 0,25 мм пробивное напряжение достигало 81 кв, т. е. пробивная напряженность превышала 300 кв/мм. Для* медных электродов наилучшие результаты (увеличение пробивного напряжения в 3—5 раз при малых межэлектродных зазорах) давало кондиционирование в течение нескольких часов в аргонном полувакууме 2-Ю-3 мм рт. ст. Напряжение во время кондиционирования поддерживалось такой величины, чтобы ток между электродами был силой около 50 мка. Во время кондиционирования анод находился при температуре жидкого азота [83].
В табл. 5 приведены определенные по вольт-амперным характеристикам jxcp и Лэм. Чем меньше ^cp, тем выше пробивное напряжение. Такая корреляция между пробивным напряжением и значением jiCp наблюдалась многими исследователями, особенно при небольших межэлектродных расстояниях
Расстояние от Выступа, мкм
Рис. 14. Поле вблизи выступа высотой ~ 1 мкм и схема избирательной бомбардировки ионами этого
выступа.
[83—86].
Изменение электропрочности вакуумного зазора между вольфрамовыми электродами диаметром 35 мм после различных методов обработки
Метод обработка электродов
Межэлек-тродный зазор, мм
Пробивное напряжение, кв
Пробивная
напряжен-
ность,
кв}мм
IiCp
Прогрев до 450°С и тренировка последовательными пробоями
Кондиционирование током*
10 — 0,5 мка в течение 15 часов при 10—4 мм рт. ст.
Обезгаживание анода, кондиционирование током в полу-вакууме при температуре анода 80° К
