Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Материал E разр MejMM Материал E разр» MbJmm
Вольфрам . . . . ... 30 Платина . . 8
Молибден . . . , ... 25 Медь • . . 8,4
Никель . . . . . . . . 16
Хром ...... . . . . Ю,5 Алюминий . 5
Серебро .... Графит . . 2
Разрушающая напряженность достаточно высока, особенно^ для твердых металлов, но не настолько, чтобы исключить возможность разрушения материала, так как механические дефекты материала электродов, а также повышение напряженности на неровностях поверхности при |л>1 существенно снижают разрушающую напряженность. Кроме того, приведенные выше данные получены при комнатной температуре; повышение температуры (из-за локального нагрева темновыми токами п т. п.), вплоть до появления на электродах расплавленных участков, может еще больше снизить разрушающую напряженность.
Возникновение пробоя из-за разрушения электродов электростатическими силами наиболее вероятно при плоском катоде и острийном аноде (разрушение анода) или при малой механи-
Ш
ческой прочности электродов любой конфигурации. В первом Случае пробивное напряжение в 3—3,5 раза выше, чем при обратной полярности электродов (см. разд. 4.7), при которой пробой возникает из-за протекания значительных токов автоэлектронной эмиссии. Локальная напряженность при этом должна достигать значений 3—8 Мв/мм. Поэтому можно предполагать, что при острийном аноде локальная напряженность превышает 10 Мв/мм, и, следовательно, электростатические силы близки к пределу механической прочности даже наиболее прочных металлов.
Однако из-за различных дефектов поверхности даже в сравнительно слабых полях наблюдается отрыв отдельных микроскопических частиц от электродов. Так, Хаули и Белей [33] при постоянном напряжении и межэлектродном зазоре 0,3 мм наблюдали с помощью микроскопа рост и отрыв отдельных выступов диаметром 1,5 мкм на плоском медном аноде. Напряженность, при которой появлялись и отрывались выступы, зависела от первоначальной обработки электродов: для механической обработки Ett 40 кв/мм, для электрополировки E^ ^60 кв/мм. Часто такой отрыв сопровождался пробоем, что объяснялось как инициирование пробоя ударом микрочастицы (этот процесс рассмотрен в разд. 8.4).
Н. Б. Розанова и В. Л. Грановский [151], исследуя влияние материала электродов на пробой, нашли, что пробивная напряженность монотонно возрастает при переходе от малопрочных материалов к более прочным — от графита последовательно к алюминию, меди, никелю, молибдену и вольфраму, — хотя количественного соответствия пока не обнаружено. В гл. 2 отмечалось также, что при упрочнении поверхности электродов наклепом пробивное напряжение повышается.
Перенос материала электродов в виде многоатомных агрегатов (микрочастиц) и следы пробоев на электродах в виде кратеров с острыми краями свидетельствуют об участии электростатических сил в процессах, приводящих к пробою или сопровождающих пробой. Особенно большое значение приобретают электростатические силы, когда на электродах появляются участки расплавленного металла или хотя бы один электрод представляет собой жидкий металл.
Разрушение поверхности жидкого металла под действием электростатических сил рассмотрено Тонксом [343], приближенные расчеты которого были затем в некоторой степени более строго обоснованы Френкелем [344]. При выводе соотношений Тонке рассматривал баланс сил поверхностного натяжения, электростатических и тяжести, а при рассмотрении динамики процесса учитывал силы инерции. Условие неустойчивости поверхности жидкого металла, если эта поверхность горизонтальна и электрические силы действуют вверх, имеет вид
S0Ei > An (as/rj + n6grx, (68)
242 *
\
где гж — радиус жидкой поверхности; g — ускорение силы тяжести; б — плотность вещества; as — коэффициент поверхностного натяжения. Минимальное значение напряженности поля, приводящее А разрушению, соответствует значению гж = гопт» при котором ч&ены правой части неравенства (68) равны между собой. Для р^ути, например, минимальная разрушающая напряженность равна 5,3 кв/мм, а гОПт = 3,7 мм.
Если неравенство (68) выполняется, то на поверхности начинает расти горб. На вершине этого горба напряженность электрического поля повышается, увеличивая электростатические силы в этом месте, и участок вблизи вершины горба начинает вытягиваться сильнее, чем периферийные части. Поэтому если первоначально горб имеет форму примерно шарового сегмента (вплоть до полусферы), то затем он приобретает форму все более заостряющегося конусообразного выступа. Максимально возможная высота выступа
Радиус вершины стремится при этом к бесконечно малой величине. Очевидно, до того как выступ достигнет такой формы,
может произоити отрыв вершины выступа, однако условия такого отрыва в работах [343, 344] не рассмотрены. Полное
время роста выступа до максимально возможной высоты равно
где ho — высота начальной неровности на поверхности элек-
Рост выступа во времени происходит с нарастающей быстротой, так что основное время затрачивается на начальные стадии процесса. Более того, первый член правой части равенства (70) стремится к бесконечности, когда поверхность расплавленного электрода абсолютно гладкая (^o==O), а 89% второго члена составляет время роста выступа до того момента, когда выступ становится полусферическим с радиусом в три раза меньше Амаьс [см. выражение (69)1. Приведенная выше формула справедлива при h0<as/&oE2. Для никеля (as=l,6 н/м) при E = = 100 квімм /г0< 1,5 мкм.
