Cтраница 4
Поэтому, если поступление паров контактного материала будет недостаточно, вакуумная дуга должна погаснуть. При подходе тока к нулю тепловая энергия, выделяющаяся в дуге, тоже уменьшается, количество паров металла соответственно снижается, и дуга должна погаснуть на первом переходе тока через нуль. Время горения дуги в ВДК не превышает 10 мс. Кроме того, для вакуумной дуги характерна очень высокая скорость деионизации столба дуги ( диффузная деионизация носителей тока электронов и ионов), обеспечивающая быстрое восстановление электрической прочности после погасания дуги. [46]
В некоторых случаях какое-то требование к контактам является столь важным, что приходится выбирать материал, обладающий заведомо плохими свойствами в отношении других требований. Примером может служить выбор контактного материала для вакуумных выключателей, где требуется возможно меньшая скорость испарения металла, возможно меньшее содержание газов, способность выдерживать высокие температуры отжига, являющегося необходимой технологической операцией для снятия внутренних механических напряжений. Такими свойствами обладает только вольфрам, который, однако, имеет высокую твердость и малую электропроводность, что вызывает необходимость создания большого контактного нажатия. Кроме того, применение вольфрама связано с тем, что из-за высокого потенциала ионизации вакуумная дуга на вольфрамовых контактах гаснет значительно раньше прохождения тока через нуль и на вольфрамовых контактах возникает срез тока, увеличивающий перенапряжения при коммутации. [47]
При давлениях выше 5 мм рт. ст. обнаруженные им силы не отличались существенно от тех, которые были определены в дуге высокого давления в прежних исследованиях. С уменьшением давления от 5 мм рт. ст. до предельных использованных в этой работе значений о коло 0 3 мм рт. ст. сила довольно значительно, но плавно возрастала, приближаясь к величинам, найденным Танбергом и Коблом в условиях вакуумной дуги. Тем самым был перекинут мост между результатами прежних исследований сил в атмосферной дуге и новых исследований сил в условиях вакуумной дуги. [48]
В рабочей камере, в которой размешаются обрабатываемые изделия, при помощи вакуумных насосов создается разрежение 1 33 10 - 3 Па. В тлеющем разряде проводится предварительная очистка поверхности изделий. Затем давление из камеры откачивается до 1 33 10 - 3 Па, и при помощи вспомогательного электрода в основном рабочем элементе установки - электродуговом испарителе возбуждается электрическая вакуумная дуга, которая горит в порах материала катода. Во избежание осаждения на изделии нитрида титана катод изготавливают из титана. Анодом является корпус вакуумной камеры. Держатель инструмента работает в режиме электростатического зонда, вытягивающего из плазмы положительно заряженные ионы титана. [49]
Процесс горения и гашения дуги в вакууме при переменном токе происходит следующим образом. При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а переходное сопротивление контактов увеличивается и при нажатии, равном нулю, стремится к бесконечности. Даже при небольших токах в момент размыкания контактов из-за выделения большого количества тепла материал контактов плавится и образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. При разрыве мостика загорается дуга, которая горит в среде паров металлов электродов. Вакуумная дуга при токах менее 10 кА характеризуется малым падением напряжения, составляющим 20 - 30 В. После прохождения тока через нуль вакуумная дуга гаснет. Скорость диффузии зарядов очень высока из-за большой разницы плотностей частиц в дуге и окружающем ее вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокие электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления обеспечивают гашение дуги при первом прохождении тока через нуль. Большим достоинством этого ДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка. Вакуумные ДУ являются в настоящее время наиболее эффективными и долговечными. Их срок службы без ревизии достигает 25 лет. [50]
При расхождении контактов в вакууме в последний момент соприкосновения их друг с другом они расплавляются и в этом месте образуется жидкометаллический мостик. Мостик нагревается настолько, что полностью испаряется. Электропроводность паров металла обусловливает возникновение вакуумной дуги. Ее особенность состоит в очень высокой скорости диффузии заряженных частиц дуги в окружающий вакуум. В результате вакуумная дуга истощается и гаснет при первом же нулевом значении тока. [51]
Дуга может зажечься между сближающимися или раздвигающимися контактами в пространстве с высокой степенью разрежения. Такие дуги иногда называют вакуумными. После зажигания вакуумная дуга поддерживается аналогично короткой дуге. [52]
Рассмотрим процесс возникновения и гашения дуги в цепи постоянного тока. При расхождении контактов эта площадка уменьшается до нуля. В этой точке сопротивление резко увеличивается, что ведет к выделению большого количества тепла и плавлению металла электродов. Образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. Загорается так называемая вакуумная дуга, которая фактически горит в среде паров металла электродов. [53]
При расхождении контактов вакуумной камеры действительная площадь их соприкосновения и давление между ними быстро уменьшаются. Это приводит к быстрому повышению температуры в точке их соприкосновения до температуры плавления металла электродов. В первый момент после расхождения контактов между ними образуется мостик из расплавленного металла, который за очень короткое время нагревается проходящим током до температуры кипения и испаряется, образуя вокруг контактов облако паров металла. Кроме того, выделение электронов с катода происходит и вследствие автоэлектронной эмиссии. Ионизация электронами паров металла, находящихся между контактами, приводит к возникновению вакуумной Дуги. [54]
Процесс горения и гашения дуги в вакууме при переменном токе происходит следующим образом. При размыкании контактов контактное нажатие непрерывно уменьшается, а переходное сопротивление контактов увеличивается и при нажатии, равном нулю, стремится к бесконечности. Даже при небольших токах в момент размыкания контактов из-за выделения большого количества тепла материал контактов плавится и образуется жидкий металлический мостик, который под действием высокой температуры нагревается и испаряется. При разрыве мостика загорается дуга, которая горит в среде паров металлов электродов. Вакуумная дуга при токах менее 10 кА характеризуется малым падением напряжения, составляющим 20 - 30 В. После прохождения тока через нуль вакуумная дуга гаснет. Скорость диффузии зарядов очень высока из-за большой разницы плотностей частиц в дуге и окружающем ее вакууме. Быстрая диффузия частиц, высокие электрическая прочность вакуума и скорость ее восстановления обеспечивают гашение дуги при первом прохождении тока через нуль. Большим достоинством этого ДУ является высокая скорость восстановления электрической прочности промежутка. Вакуумные ДУ являются в настоящее время наиболее эффективными и долговечными. Их срок службы без ревизии достигает 25 лет. [55]
Одной из главных особенностей такого разряда является струйное истечение паров материала катода, которые образуют среду для существования разряда. Испарение происходит из катодных микропятен. Число струй пропорционально току разряда. Дополнительно из области катодных микропятен могут истекать высокоскоростные струи, скорость которых может достигать 104 м / с. В [56] показано, что катодное пятно состоит из ряда микропятен с характерным временем жизни - 10 - 5 с. При достаточно большом токе дуги среднее время жизни ансамбля микропятен достаточно велико и вакуумная дуга может гореть квазистационарно. Интересной особенностью вакуумной дуги является существование двух форм разряда на аноде. [56]
Одной из главных особенностей такого разряда является струйное истечение паров материала катода, которые образуют среду для существования разряда. Испарение происходит из катодных микропятен. Число струй пропорционально току разряда. Дополнительно из области катодных микропятен могут истекать высокоскоростные струи, скорость которых может достигать 104 м / с. В [56] показано, что катодное пятно состоит из ряда микропятен с характерным временем жизни - 10 - 5 с. При достаточно большом токе дуги среднее время жизни ансамбля микропятен достаточно велико и вакуумная дуга может гореть квазистационарно. Интересной особенностью вакуумной дуги является существование двух форм разряда на аноде. [57]