1.8.8. Автоэлектронная эмиссия

Эмиссия электронов возможна и с холодных катодов, если у их по-верхности создается сильное электрическое поле с напряженностью 10⁶ ... 10⁸ В/см. В катодной области сварочных дуг напряженность электри­чес-кого поля достигает 10⁷ В/см. По этой причине автоэлектронная эмиссия играет существенную роль в процессе возникновения и существования ус-тойчивого дугового разряда.

Плотность тока автоэлектронной эмиссии может быть определена по формуле Фаулера — Нордгейма. (В настоящем курсе указанная формула не приводится, так как практическое определение напряженнос­ти поля сва-рочной дуги с достаточной степенью точности затруднительно).

1.8.9. Фотоэлектронная эмиссия

Явление фотоэлектронной эмиссии заключается в том, что под дейст-вием лучей электроманитного спектра в результате бомбардировки поверх-ности эмиттера фотонами энергия электронов проводимости может оказа-ться достаточной для преодоления поверхностного потенциального барь-ера. Условием выхода электрона из металла является такое состояние (закон Эйнштейна), при котором

(1.23)

Зная работу выхода различных элементов, можно определить длину волн и частоту электромагнитных колебаний, способных вызвать фотоэле-ктронную эмиссию. Расчеты показывают, что в обычных сварочных дугах может быть фотоэлектронная эмиссия лишь щелочных металлов, т. е. су-щест­венной роли этот вид эмиссии электронов в дуговом разряде не иг-рает.

1.8.10. Вторичная эмиссия

Вторичная эмиссия возникает под действием бомбардировки по­верх-ности металла электронами и ионами. Исследования сварочных дуг пока-зали, что бомбардировка электронами практичес­кого значения не имеет, может играть роль лишь бомбар­дировка ионами. Это объясняется тем, что ионы являются носителя­ми как потенциальной энергии (обусловленной наличием заряда), так и кинетической (обусловленной движением иона). Вторичная эмиссия считается возможной:

а) при кинетическом вырывании электронов за счет локального нагрева в месте удара иона о поверхность металла;

б) при потенциальном вырывании электрона медленными ионами.

При попадании иона на поверхность металла он нейтрализуется. Ней-трализация положительного иона осуществляется присоединением к нему одного из электронов металла, а нейтрализация отрицательного иона — передачей металлу лишнего электрона.

При нейтрализации положительного иона появляется некоторый избы-ток энергии, так как работа ионизации больше работы нейтрали­зации. Этот избыток энергии может вызвать вторичную эмиссию. Определить коэф-фициент выхода электронов на один ион весь­ма трудно. Этот коэффициент зависит от многих факторов, в том числе от энергии ионов, и изменяется в широких пределах. Многие исследователи дуговых разрядов приходят к выводу, что вторичная эмиссия в дуговом разряде существенной роли не играет.

В последнее время широкое распространение нашли работы, направ-ленные на изыскание способов усиления эмиссионной способнос­ти като-дов. Одним из таких способов является нанесение на поверх­ность катодов пленок и слоев оксидов с низкой работой выхода. Нанесение солей или ок-сидов кальция, бария и других элементов способствует снижению работы выхода на катоде до 1 В вместо 4 ... 5 В для металлов с идеально чистой поверхностью. Общая плотность тока на катоде в этих случаях может до-стигать нескольких тысяч ампер на квадратный сантиметр. Примером при-менения в сварочной практике веществ, усиливающих эмиссионную спо-собность металлов, служит процесс сварки активированной прово­локой в среде углекислого газа.