Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Ток и конфигурация электронного пучка определяются прежде всего электрическим полем вблизи вершины эмиттирующего выступа. Для одиночных полуэллипсоидальных выступов высотой h и радиусом кривизны вершины г значения на вершине были приведены на рис. 2. Если /г^>г, то при удалении от вершины р,(х) быстро падает. На расстоянии г от вершины радиус кривизны соответствующей эквипотенциали в 3 раза больше. Учитывая это и считая, что г линейно увеличивается с увеличением X, (дс) можно представить в виде, подобном форму-ле (1):
p. (х) = I р (h х)/(т -f- 2х)
или, пренебрегая членами второго порядка малости,
\х (х) = \ir/(r + 2х).
Поэтому потенциал вблизи вершины выступа в этом случае
Для возникновения автоэлектронной эмиссии высокое значение напряженности электрического поля должно быть не только непосредственно на поверхности, но и на достаточном удалении от нее, чтобы падение потенциала, соответствующее работе выхода электрона из металла, приходилось на расстояние, не превышающее нескольких межатомных расстояний в металле. Только при этом уменьшится толщина потенциального
\
21
барьера на границе металла с вакуумом, что необходимо для протекания автоэлектронного тока. Это условие можно записать в виде eU(x) = Ф при х=(1~3) а, где а—межатомное расстояние в металле. Из этого условия и условия (3) вытекает, что только выступы высотой больше определенного значения A==Zzmhh могут эмиттировать автоэлектроны. Подставляя это значение в выражение (3), получаем
Лмин > 4Ф/е?, (4>
так как при hfr^>l P ^ 0,5, а г не может быть меньше нескольких межатомных расстояний. Например, при ?=50 кв/мм
Амин 0,4 MKM.
При удалении от вершины эллипсоидального выступа в сторону вдоль его поверхности \х падает по закону [15]
Vі (6) = Iх (0)cos 9*
где 0 — угол между вектором E (осью х) и нормалью к поверхности в данной точке. Как известно, плотность тока автоэлект-ронной эмиссии уменьшается на один порядок при уменьшении напряженности на 10—15% (см. табл. П. 3 в приложении). Если принять за эмиттирующую поверхность ту часть выступа, на границе которой плотность автоэлектронного тока в 10 pas меньше, чем на вершине, то 0 = 0Гр — arccos (0,85-^0,90). Тогда площадь эмиттирующей поверхности
Лэм ж 2яг2 (I — cos 0гр) = (0,63 0,94) г2 (5)
и общий ток выступа, согласно выражению (5) и формуле ав~ тоэлектронной эмиссии (см. Приложение),
I = /лэм = 1,5 • 1 о-6 Ф2 {hEf exp (— const/Iш?). (6>
Угол 0Гр есть также начальный угол расходимости электронного пучка. Графо-аналитическое определение угла расходимости пучка после прохождения им разности потенциалов 2hEr т. е. области поля, искаженного наличием выступа, дало значение 02ft = 18-r-22° (см. рис. 2) [17]. Дальнейшее движение электронов происходит в равномерном поле, где радиальная составляющая скорости не изменяется (рассматривается случай плоских электродов). Если A<Cs, то при среднем значении 02^ = 2Оа радиус автоэлектронного пучка вблизи анода
rS. а » Vte- (7>
В работе [18] расчет другим методом для выступов цилиндрической формы привел к следующему выражению для радиуса пучка вблизи анода:
Гэ. a У M5rS Sin 0гр,
где гэ — радиус пучка в месте его эмиссии на катодном выступе. Так как sin 0гр^гэ/г, а [л= 1/2-А/г, то эти выражения дают
22
^примерно одинаковые значения гэ.а. В расчетах не учитывалось влияние объемного заряда пучка на траекторию электронов. Оценка показала, что это правомерно при общем токе, эмит-тированном выступом, силой 84-10 ма [17].
ч
2.2. МИКРОГЕОМЕТРИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОСЛЕ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ И КРАТКОВРЕМЕННОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В соответствии с существующими стандартами
(ГОСТ 2789—59) шероховатость поверхности определяется следующими параметрами.
1. Средним арифметическим отклонением ХА, определяемым как среднее отклонение высот (Жь *2, —,хп) точек измеренного профиля от его средней линии:
Xa = 4-ІЙ dy- (8)
1 о
Рельеф поверхности рассматривается в пределах некоторой базовой длины /, характерной для данного типа неровностей.
2. Высотой неровностей Xz — средней разностью высот, находящихся в пределах базовой длины пяти высших точек (выступов) и в пяти низших точках (впадин), измеренных от некоторой линии, параллельной средней линии профиля:
(hi -)- h3 4- hb -j- . . . + hg) — (Zi2 + hA + . . , Zt10)
5
(9)
В табл. I приведены значения Xa, Xz и I для различных классов чистоты обработки и указаны способы получения такой чистоты плоской поверхности при механической обработке стали и близких к ней (по механическим свойствам) металлов.
Механическая обработка позволяет получить поверхности с весьма небольшими неровностями. Однако механическая обработка поверхности сопровождается образованием поверхностного аморфного слоя, что отрицательно сказывается на качестве вакуумной электроизоляции. Помимо разрушенных и сильно деформированных зерен металла в этом слое присутствуют остатки абразивных материалов и карбидов, образующихся под воздействием высоких температур, развиваемых при трении, и другие продукты возможных химических реакций, а также загрязнения. Деформации придают поверхностным слоям повышенную твердость. Нормальная структура металла располагается на значительной глубине, зависящей от свойств металла и характера обработки. Например, шлифы из твердой стали обнаруживают слой повышенной твердости на глубине 2 — 5 мкм, в медных и алюминиевых образцах — до 30—80 и 50— 150 мкм соответственно. В некоторых случаях в подповерхностных слоях наблюдались трещины размером 1—2 мкм [19].
