Способ обработки электродов высоковольтных вакуумных промежутков Советский патент 1980 года по МПК H01J9/44 

1

Изобретение относится к области создания высокоэффективной вакуум™ ной изоляции, где требуется увеличение срока и надежности работы высоковольтных электровакуумных к газоразрядных приборов.

Известны способы обработки арматуры электровакуумных приборов сильноточным тлеющим разрядом в аргоне и прогреваемых электронной бомбардиров.ой l.

Наиболее близким является способ обработки электродов высоковольтных вакуумных промежутков путем бомбароировки пучком положнтельных ионов инертных газов 2.

Однако такая обработка не позволяет достичь достаточной стабильности элекггрических параметров и высоковольтности вакуумных промежутков из-за отсутствия эффекта внеарения ионов газа в материал электродов при возбуждаемом между электродами разряда.

Целью изобретения является повышение электрической прочности промежут ков, снижение уровня темновых токов и устранение мккроразрядов в промежутках и с медными и алюминиевыми электродами.

Указанная цель достигается тем, что на noBepxHocib электродов направляют пучек положительных ионов с энер-

.п

-.19

гией 5-40 кэв и плотностью Ю -10

о ИОНОВ/СМ.

в данном способе обработки поверхностей металлических электродов из широко применяемьк конструкшюнньк металлов .меди и алюминия в результате ионной бомбардировки на поверхности металлов образуется барьерный слой, представляющий псевдоряствор инертного газа с металлом, происходит снижение темновых токов, устраисние микроразряЛэв, сглаживание микронеровностей, обусловленньсх катодным раопылением, т.е. ионной полировке и к очистке от газовых и других посторо них примесей. Все эти факторы обуславливают причину увеличения электрической прочности высоковольтных вакуумных промежутков. Такой метод обработки осуществляется пучком ионов инертного газа гелия или аргона, или же их iQMecbio в соотношении 1:1 до 1:3 ко торое является наиболее оптимальным соотношением при ионной обработке. При энергиях пучка меньше 5 кэв и больше 40 кэв, во-первых, коэффициент катодного распыления U резко падает, т.е. исчезает эффект ионной пол ровки поверхности Зависимость S для случая бомбардировки ионами аргона поверхности меди приведена на фиг. 1, которого видно, что коэффициент катодного распыления максимален в диапазон S + 40 кэв, а вне этого интервала коэф фиилент распыления падает. Во-вторых, коэффициент внедрения ионов инертных газов максимален, в аиа пазоне 5-40 кэв. Зависимость коэффициента внесфення IBJ приведена н фиг. 2 для случая бомбардировки ионами гелия поверхности вольфрама. Вдиапазоне энергии 5-40 кэв име ся динамическое равновесие между количеством внедренных конов и их обрат ной десорбцией. Вне этого диапазона эффект внещэения незначителен, и он ае оказывается на увеличении электричео кой прочности высоковольтных вакуумных промежутков (ВВП). Кроме того, при энергиях свыше 4О кэв появляется значительный эффект цефектообразования и амортизации по- , верхности, что сразу же сказывается на эффекте электрической прочности, т. к. электрическая прочность ВВП стр новится даже хуже, чем у необработанных (контрольных) электродов, не гово ря уже о том, что обработка ионами больших энергий сама по себе техничес ки сложная задача. Нижний предел диапазона доз для ионов, бомбардир5тощих поверхность (1О7 S 10 ионов/см ) выбирается, исходя из того, что малое количество внедренных атомов не позволяет образовать твердый раствор инертного газа с металлом, поэтому, начиная только с дозы 1О ионов/см, образуется достаточное стехиометркческое соотношение числом атомов металла и га когда можно говорить о появлении тверд р астворп инертного газа с металлом. Верхний предел (10 ионов/см) ограничен процессом пузырькования, ак как при больших дозах в резульате диффузии образуются большие атом- о-вакансионные скопления в виде газоых пузырей, наличие которых снижает электрическую прочность ВВП. Температура поверхности электродов рямо пропорциональна прежде всего энергии бомбардирующих ионов Т f ). Если специально не охлаждать оверхность электродов, то в результате бомбардировки она будет нагревать ся до 200+350 в зависимости от энергии бомбардирующих ионов.) Медные или алюминиевые электроды с профилем Роговского, диаметров 20 мм, обработанные по шестому классу чистоты, устанавливались в измеряемой вакуумной камере, откачиваемой электроразрядным насосом типа НОРД - 250 ао iOiGelO Па. Стабилизированное высокое нaпpя keниe до 1ОО кв подавалось через питающее устройство типа В110-К4. Ионная обработка производилась в :специальной установке, состоящей из трех камер, отделенных вакуумными перегородками. Ионный источник магнетронного типа был размещен в одной из них и позволял получать ионный пучок инертного газа в интервале энергии (1.40) кэв. иплотностью тока (1:10) мА/см . Длиннофокусная линза размещалась во второй камере, две пары отклоняющих пластин и мишень - в третьей камере. Устройство дифференцированной откачки обеспечивало давление в камере мишени 1,3310 Па, при давлении рабочего газа в ионном источнике 1,331О Па, При бомбардировке поли- кристаллических образцов fCU и А1 ионами. Не или энергиями (5:40) кэв и дозой (IlO -1- 1 1О ион/см , при температуре поверхности электродов 350®С образующийся барьерный слой толщиной (0,1 -4-0,5) мм представляет псевдораствор инертного газа с металлом. Созданный баръерный слой обладает рядом свойств, а именно: повышенной механической микротвердостью, коррозионной стойкостью, малой абсорб1шонной памятью и пониженными эмиссионными характеристиками. Уменьшение абсорбционной памяти рбоаботанных ионной бомбардировкой

поверхностей электродов обусловлено заселением абсорбционных центров ионами инертных газов, ведущему и сильному уменьшению последующей аа сорбции химически активных газов и слабому загрязнению поверхности электропов.

Формула изобретения

Способ обработки электродов высоковольтных вакуумных промежутков путем б мs бapдиpoвки положительными ионами инертных газов, отличаюшийс я тем, что, с целью повышения электрической прочности промежутков, сниже$

U%0

НИЯ уровня темновых токов п устранения микроразряцов в промежутках с меднь1ми и алюминиевыми электродами, на поверхность электродов направляют пу- чек положительных ионов с энергией 5-40 кэВ и плотностью 1О-10 ионов/см ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чистяков П. Н, и др. Пробой вакуума при контролируемом состоянии поверхностей электродов 1, ЖТФ 1969, т. ХХХУХ, с. 6.

: 2, Авторское свидетельство СССР №238676, кл. Н 01 J 9/38, 1967 (прототип).