Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
После маломощных искр микросекундной длительности при напряжении в десятки киловольт на поверхности анода можно обнаружить множество мелких кратеров диаметром несколько микрон Эти кратеры группируются в отдетьные пятна, хорошо видимые невооруженным глазом Число кратеров, возникающих лри каждом пробое, зависит от материала анода и может доходить до нескольких десятков тысяч на медных или молибденовых анодах [193]
От материала анода зависит также вид кратеров Например, на нержавеющей стали они образуются, как правило, вокруг карбидных включений, которые выступают в центре кратеров [327]
Изучение аналогичных кратеров на меди показало, что они возникают в местах структурных дефектов поверхности анода [298]. Как видно из рис 73,6 [328], многие из этих кратеров группируются вдоль границ зерен и двойников Более редко возникают сравни тельно крупные кратеры взрывного происхождения.
Кроме кратеров могут возникать и конусообразные выступы высотой в десятки микрон Эти выступы отчетливо видны на рис 73, вг который получен с помощью микроскопа Линника, оптическая ось которого направлена под острым углом к изучаемой поверхности, что позволяет отчеттиво видеть микрорельеф поверхности Такие выступы образовывались в результате маломощных пробоев при дтительном приложении высокого напряжения [329]
На катоде после нескольких пробоев при длительном при-ложении напряжения перенесенный с анода материал в резуль-
і
Рис 73 Эрозия поверхности анода
при пробоях
231
тате поверхностной миграции может скапливаться в многоатомные агрегаты, сравнительно легжо перемещающиеся по поверхности или застревающие вблизи дефектных мест. На рис. 74 виден такой застрявший многоатомный агрегат в виде разветвленного дендрита высотой несколько микрон. В отдельных местах иногда образовываются микроскопические ступенчатые пьедесталы (рис 74, б), растущие, по-видимому, из паров анода. Эти образования могут в дальнейшем быть зародышами нитевидных кристаллов [328].
После нескольких сот пробоев катод сантиметрового размера сплошь покрывается перенесенным анодным материалом. Поверхность этого слоя весьма неровна и не отражает микрорельефа основной поверхности катода Слой может отделяться, образуя выступы доли миллиметра При сильно ограниченном прслеразрядном токе и межэлектродных зазорах доли миллиметра на поверхности могут вырастать столбики, в конце концов замыкающие электроды.
Интенсивность разрушения анода и перенос материала растет с увеличением энергии, выделяемой на электродах при разряде. Если емкость конденсатора, подключенного непосредственно к электродам, значительна, то от анода отлетают микроскопические и более крупные ярко светящиеся частицы металла [330]. Количество вылетающих частиц возрастает с увеличением неоднородности поля и зависит от материала электродов, например при графитовых электродах их больше, чем при вольфрамовых. Скорость иастиц 5—15 м/сек. Частицы всегда заряжены положительно, причем удельный заряд составляет 10~3—10”1 к/кг [331]. Даже при сильно ограниченном послепробойном разряде анодное вещество переносится на катод в виде отдельных частиц (см. гл. 8). При большой мощности разряда на катоде появляются капли расплавленного металла (см. рис. 74, б) [151].
Исследования с помощью меченых атомов и спектроскопическими методами позволили установить, что при послепробой-ной искре вещество переносится также в обратном направлении, хотя и в значительно меньшем количестве [143—145]. Л. В. Тарасова и А А Разин [143] изучали перенос материала при послепробойном разряде конденсатора емкостью IO-7—10~8 ф через регулируемое сопротивление. Используя методику меченых атомов, они нашли, что при медных электродах количество перенесенного материала с анода на катод зависит от величины включенного в цепь сопротивления и пропорционально прошедшему заряду: при /?д = 20 ком переносится приблизительно 2*10~5 г/к9 при /?д=5 ком — в 10 раз больше, а при близком к нулю, перенос материала с анода на катод доходит до 0,1 г/к. Перенос материала с катода на анод не зависит от величины /?д и составляет приблизительно IO"5 г/к. Напряжение перед пробоем во всех этих опытах составляло 50—100 кв.
232
11
Ьнь iaaf
б
Рис 74 Изменение поверхности катода при пробоях
Судя по приведенным данным перенос материала с катода на анод пропорционален прошедшему через межэлектродный зазор заряду, тогда как с анода на катод не только зависит от этого заряда, но и возрастает с увеличением амплитуды тока разряда. Хотя при этих измерениях осциллографирование не проводилось, по параметрам электрической схемы можно предположить, что полученные сведения относятся к искровой стадии разряда.
Разрушение электродов и перенос материала при дуговом разряде отличны от аналогичных явлений при вакуумной искре. При дуге разрушение катода и унос материала значительно больше, чем анода. Например, при разряде в течение 2 мсек конденсатора емкостью 1—5 мкф через вакуумный зазор
0,25 мм между стальными электродами изменение веса катода и анода характеризуется величинами, приведенными в табл. 60
