Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Нержавеющая сталь без покрытия 28 55 50 CO • О I и о 10- -5 10-5
Алюминий без покрытия 36 46 44 О I о ю- -5 10-5
Нержавеющая сталь, покрытая окисью кремния 50 40 30 10-10 ю- -7 о I СЛ
Алюминий, покрытый окисью алюминия 64 45 20 6.10-9 ю- -в 10-8
Нержавеющая сталь, покрытая эпоксидной смолой 56 40 30 10-» 10' -6 10—*
Эти рекомендации, изложенные в работах [169, 257] и относящиеся к нанесению на катод чужеродных изоляционных пленок, нельзя считать окончательными из-за недостаточного количества проведенных опытов. В частности, это касается требований к величине электросопротивления пленки и ее диэлектрической постоянной. Например, требование высокого-электросопротивления противоречит хорошим результатам, получаемым при нанесении на катод полупроводящих пленок. Остальные требования в значительной мере являются скорее требованиями здравого смысла, чем непосредственно вытекающими из результатов эксперимента.
Приведенные данные и сравнение их с данными для чистых металлических электродов показывают, что нанесение изоляционных покрытий дает значительный эффект при напряжениях больше 100—200 кв и больших площадях электродов, когда желательно снизить темновые токи и повысить пробивное напряжение, хотя это ведет к усложнению изготовления и эксплуатации оборудования. Выигрыш достигается лишь при ограниченной энергии, которая может выделиться при пробоях на электродах, и ограниченном числе возможных пробоев. Неясно, можно ли применять покрытия, когда между электродами должен протекать рабочий ток заметной силы. Покрытия катода успешно применяются лишь в электростатических анализаторах (сепараторах), устанавливаемых на выходе ускорителей заряженных частиц высокой энергии. В таких сепараторах отсутствует рабочий ток между электродами, площадь их
177
измеряется квадратными метрами, а рабочее напряжение
может достигать 1 Мв.
Большой интерес представляет сообщение в работе [258], что покрытие катода известково-натриевым стеклом позволило при температуре около 105° С (когда это стекло приобретает ионную проводимость и рэ=102—IO4 ом -м) получить при большой площади электродов и зазоре 10 мм напряжение 500 кв. В работе [259] указывается, что два электростатических сепаратора с площадью покрытого стеклом катода более I м2 в течение нескольких лет успешно работали при рабочем напряжении 625 кв и межэлектродном зазоре 50—100 мм. Рабочая температура катодов около IOO0C подбирается для каждого экземпляра опытным путем. После установки на рабочее место катоды подвергаются длительному (более суток) кондиционированию токами силой не более 300 мка с постепенным подъемом постоянного напряжения на электродах. Кондиционирование проводится сначала в вакууме 5* 10~6 мм рт. ст., затем в атмосфере аргона при давлении около 10~3 мм рт. ст. Катоды, покрытые стеклом, описаны также в работе [260].
В. А. Ергаков и др. [261] предложили использовать в качестве катодов оксидные стекла. В состав таких стекол входят окиси элементов с переменной валентностью, и проводимость их обеспечивается переходами электронов между одноименными ионами с различной валентностью. Изменяя режим термообработки, можно получить стекла с широким диапазоном электронной проводимости, рэ=106-И012 ом-см при комнатной темпера-ратуре. Такие стекла имеют заметные преимущества перед стеклами с ионной проводимостью, описанными выше. Их не нужно поддерживать при повышенной температуре во время работы, их проводимость достаточно стабильна, тогда как ионная проводимость во время эксплуатации постепенно уменьшается в результате ухода ионов из стекла к металлической подложке. Ниже приведены пробивные напряжения при зазоре 2 см между дисковыми электродами диаметром 120 им (анодом из нержавеющей стали и катодом из оксидных стекол с различным удельным сопротивлением, полученным различной термообработкой одинаковых исходных стекол). Стеклянные диски имели толщину 8—16 мм, полированную рабочую (обращенную к аноду) поверхность и слой напыленного алюминия на противоположной поверхности, к которой и прикладывалось высокое напряжение:
Рэ. OM-CM Unpt кв
2. IO6...........380
2-Ю7 ............ 420'
5-10«. '.........390
Когда и катод и анод изготовляли из нержавеющей стали, ?/^=250 кв, т. е. было значительно меньше, чем при стеклян-
Pgj OMpCM Пр*
1011 , .......360
1012 ...... 340
178
ных катодах. Полученные результаты' позволили изготовить электростатический сепаратор с катодом из оксидного стекла толщиной 15 мм и рэ= IO10 ом-см и анодом из нержавеющей стали. При размерах электродов 320x1500 мм2, межэлектродном зазоре 4 см и давлении гелия около 10“3 мм рт. ст. можно было устойчиво работать при постоянном напряжении 600 кв. Пробои возникали не чаще одного в час.
6 2. РАЗРЯД ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ВАКУУМЕ
При постепенном подъеме постоянного напряжения на электродах, между которыми зажат изолятор, т. е. когда электрическое поле направлено вдоль поверхности изолятора, возникают явления, усиливающиеся по мере подъема напряжения. Прежде всего появляются токи, медленно меняющиеся во времени. Сила этих токов может различаться на несколько порядков при разных образцах изоляторов даже из одного материала. Особенно большая разница в силе тока наблюдается в недостаточно чистых вакуумных условиях, однако общей тенденцией является быстрый рост силы тока с увеличением напряжения, аналогичный росту силы тока автоэлектронной эмиссии.
