ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР. Российский патент 1996 года по МПК H01J1/02 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в вакуумных приборах и электрофизических установках с высоким напряжением.

Известны высоковольтные вакуумные приборы с электродами, изготовленными из металлических болванок путем обработки их на станках, штамповки из металлического листа или прессования из порошкового материала. Эти электроды обеспечивают низкие электрические прочности вакуумной изоляции и заметные плотности токов появляются при напряженности внешнего поля 5 · 10⁴ 1 · 10⁵ В/см. Для улучшения характеристик вакуумной изоляции эти высоковольтные электроды подвергаются химической полировке или электрополировке, т.е. используются экологически вредные технологии. Лучший эффект можно достичь после облучения высоковольтных электродов ионами инертных газов [1] Однако этот вид обработки довольно трудоемкий, требует сложного оборудования и, более того, низкотемпературный нагрев электродов снижает этот эффект до нуля.

Известны высоковольтные вакуумные приборы, электроды которых анод и катод изготовлены из порошкового материала с регулярными парами. Однако после их изготовления используют те же технологии полировку и электрополировку [2] Они обеспечивают низкий уровень электрической прочности вакуумной изоляции вследствие ионизационных процессов в микропорах поверхности высоковольтных электродов, которые создают предпробойные явления и пробой вакуума.

Цель изобретения повышение электрической прочности вакуумной изоляции достигается тем, что частицы порошкового материала имеют поры размером порядка единиц микрон, а их диаметр ≥300 мкм.

В этом случае ослабляется влияние ионизационных процессов в микропорах. При указанном выше способе изготовления между частицами диаметром ≥ 300 мкм на поверхности электрода создаются поры порядка сотен микрон. Создаваемое давление газа при десорбции его с поверхности пор находится далеко от максимума зависимости предпробойных явлений и пробоя вакуума от давления газа в порах.

При размерах частиц диаметром ⊘ ≥ 300 мкм ослабляется электрическое поле, провисающее в пору, по сравнению с условием, когда стенки пор перпендикулярны поверхности электрода. Ослабление электрического поля способствует снижению процессов ионизации в порах.

Заявленная геометрия поверхности была выбрана экспериментально, исходя из полученных результатов по исследованию характеристик вакуумной электроизоляции с пористыми высоковольтными электродами.

На фиг. 1, 2 показан предлагаемый прибор.

Высоковольтные электроды 1, 2 изготовлены из порошкового материала методом прессования. Поверхности электродов, обращенные друг другу, изготовлены из частиц диаметром 350 ± 50 мкм, которые образуют поры размером сотни микрон, а размер пор в частицах диаметром порядка 5 ∓ 4 мкм. Электроды были выполнены в виде плоских пластинок размером 12 х 32 мм и поставлены друг против друга крестообразно, что отвечает условиям многих действующих высоковольтных установок (ускорительных трубок, анализаторов и т.д.).

На фиг. 3а показано изменение предпробойных токов во времени; на фиг. 3б соответствующее напряжение, при котором фиксировался ток, для предлагаемых электродов. Выбранный параметр вакуумной электроизоляции наиболее надежно характеризует ее электрическую прочность.

На фиг. 4а показано изменение предпробойных токов во времени; на фиг. 4б соответствующее напряжение, при котором фиксировался ток для прототипа.

Сравнение фиг. 3 и 4 показывает, что электрическая прочность предлагаемых электродов значительно выше, чем у прототипа (вакуумный промежуток 1 мм).

Для предлагаемых электродов (фиг. 3а) уровень предпробойных токов в течение 10 ч был менее 1 мкА при напряжении 30-35 кВ и затем к 65 ч он увеличился до 30 мкА. Микроразрядов не наблюдалось.

Для известных электродов (фиг. 4а) через 5 ч предпробойный ток увеличился до 70 мкА, появились микроразряды при 30 кВ. Тренировка микропробоями (она отмечена штриховой линией) снизила токи, однако при дальнейшей выдержке при 30 кВ ток возрос за 5 ч уже до 200 мкА и последующая тренировка практически не улучшила электрическую прочность: предпробойные токи резко возрастали. Тренировка микропробоями не всегда возможна в действующих установках.

Сравнение электрической прочности по другому параметру напряжению появления микроразрядов было также в пользу предлагаемых электродов 37-40 кВ, для прототипа 27-28 кВ.

Таким образом, предлагаемые электроды обеспечивают более высокую электрическую прочность вакуумной электроизоляции без использования экологически вредных обработок (химической полировки и электрополировки).

Использование: в электронной технике, а также в других областях науки и техники, где используется вакуумная электроизоляция. Сущность изобретения: высоковольтные вакуумные электроды выполнены из порошкового материала таким образом, что имеют регулярные поры, образованные пустотами между частицами материала диаметром ≥ 300 мкм. Это позволяет увеличить электрическую прочность вакуумной электроизоляции без использования традиционных экологических вредных технологий - химической полировки и электрополировки. Предлагаемая микроструктура поверхности высоковольтных электродов позволяет ослабить влияние ионизационных процессов в микропорах, которые существенным образом влияют на характеристики вакуумной электроизоляции при низких напряженностях внешнего поля. 4 ил.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПРИБОР, содержащий катод и анод из частиц порошкового материала с регулярными порами, отличающийся тем, что частицы порошкового материала имеют поры размером порядка единиц микрон, а их диаметр ≥ 300 микрон.