3.3 Эрозия Электродов

Острийные электроды

При анализе эрозии электродов использовались одиночные импульсы напряжения длительностью t_и= 5, 20, 40 и 80 нс.

Рис.3.3 Изменение профиля вершины эмиттера с числом включений

На рис. 3.3 приведены типичные профили острий из молибдена, полученные до и после воздействия импульса тока ВЭЭ. При t_и = 5, 20, 40 нс металл уносится, как правило, только с вершины острия, а его боковая поверхность остается нетронутой. Область вершины, примыкающая к месту испарения металла, оплавляется. При t_и = 80 нс для катодов с углом  > 6-8 наблюдается заметная эрозия боковой поверхности, уменьшающаяся по мере удаления от вершины. Иногда начальная фаза этого эффекта обнаруживается и при t_и = 40 нс.

Рис.3.4 Зависимость унесенной массы М от угла острия , Молибден -1,3,5,6 Вольфрам 2,4 Длительность импульса 5(1,2) 40(5) 80(6)нс

В качестве основной экспериментальной зависимости выбрана зависимость унесенной с вершины острия массы металла М₁ от угла конуса .. Графики зависимостей представлены на рис. 3.4, из которых видно, что увеличение угла  от 2 до 40 приводит к уменьшению массы М₁ примерно на один-два порядка.

Плоские электроды

Установлено, что элементарными следами поражения поверхности катода являются микрократеры(Рис.3.5). Каждый микрократер образуется в результате вытеснения жидкого металла, окружающего эмиссионный центр, под действием давления, развиваемого в зоне эмиссии, и последующего его застывания. Существует три типа микрократеров по характеру их расположения: 1) первичный и последующие микрократеры наподобие вулкана появляются на одном и том же месте 2) последующие микрократеры появляются на бруствере предыдущего 3) отдельные кратеры расположены на некотором расстоянии независимо друг от друга

Рис 3.5. Микрократер сформировавшийся за время 10нс

В зависимости от условий эксперимента меняются вид, плотность расположения и “качественный” состав микрократеров. Наиболее простой формой микрократеров являются “кратеры-зародыши”. Как правило, они возникают на дефектах поверхности катода. Микрократеры на гладкой поверхности удалось обнаружить начиная с длительности импульса t_и = 5 нс и более. С ростом последней примерно до 100 нс размеры кратеров увеличиваются до 35 мкм. Дальнейшее возрастание длительности импульсов приводит в основном к появлению субструктуры кратеров (рис. 10.9). Субструктура кратеров проявляется в том, что новые микровзрывы возникают на краях имеющихся кратеров.

Капельная фракция эрозии катода

Из растровых микрофотографий поверхности катода, а также из визуальных и фотографических наблюдений за катодом при наносекундных вакуумных разрядах следует, что часть металла покидает катод в виде расплавленных микрочастиц. Для обоснованного анализа эрозионных характеристик необходимы данные о доле капельной фракции в общей эрозии катода.

Рис.3.6 Распределение капель по диаметру dч при tи = 10 (1); 35 (2); 50 (3); 100 (4) и 300 нс (5).

Было подсчитано количество капель, приходящееся на единицу перенесенного через промежуток заряда. Оно для всех экспериментов оказалось равным (13)10⁷ Кл^-1. Число частиц, покидающих катод в среднем за один импульс, увеличивается с ростом t_и В предположении, что все капли имеют сферическую форму и разлетаются изотропно, были сделаны оценки как объема жидкой фазы, приходящегося на каждую группу частиц, так и всего объема капельной фракции Оказалось, например, что, хотя доля частиц диаметром более 0.5 мкм не превышает 10% (t_и = 50 нс), ими переносится примерно 80% объема всей капельной фракции. Представляет интерес и другой факт: в течение первых пяти наносекунд жидкие микрочастицы не выбрасываются из кратеров