PDF《真空电击 穿 的材 料显微组织影响因素》

真空电子技术年第期真空电击 穿的材料显微组织影响因素'

杨志悉丁秉钧 王笑天西安交通大学材料科 学 与工 程学院西安年月日收 到滋,'

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,摘要本文总结了合金的显微组织对真空击穿的影 响规律.

应用材料学科和电子、电气 学科的基本理论 , 在大量实验基础上提出了关于合金 耐 电压 强度的新观点.本文介绍了真空击穿实 验过程,并从四个方面说明材料显微组织对耐电压 强度的影 响 ①合金 的首击穿相②老 炼的作用 ③硬度与耐电压 强度的关系④添 加合金元素的影响.关键词材料真空电击 穿显微组织金属材料在真空间隙中的 电击穿现象发生在许多电子 、 电工 设备中,特别是在高压 真空 断路 器、射线管及粒子加热器中,电击 穿的发生严重影响着 这些仪器、设备的性能和可靠性.现在已普遍认为在 小 间隙情 况下击穿是由场 致 发射 引起 的.而其击穿强度主要是取决 于金属材料本身的性 能,如金 属材料的气含量、功函数、电子 发射、电导率、热导性、残余 气体 吸收能力 , 材料组织的结构质 量,表面状态等图.但就现 在大多数合 金而言,材料 的显微组 织及成份分 布 对其 真空击穿的影 响逐 渐受到重 视.过去认 为材 料 的硬 度越大,其耐电压 强 度也 就越 大,这一 结果仅适用于纯金属.对合金来 说,合金相的分 布状态、种类 等 对其 耐 电压 强度有着更大的影 响.如在实验中发现 , 在 中添 加的或,虽然其硬度也比大得 多,但其耐电压 强 度是 下降的川 . 本文总结了近年来 关于合金 的耐 电压 强度的研 究结果 . 在大量实验基础上,应用材料学科以及电子 、 电气 学科学的基 础理论,提出了对触头合金小间隙真 空击穿的新 观点,加深了对 小间隙真空 击穿的材 料显微组织因素的认 识,从而为进 一步提高触 头合金的耐 电压强度以及研 制新 一 代优 良性 能触 头 材料 提供理论依据.国家自然科 学基金资助 项目第期杨志惫等真空电击 穿 的材 料显微组织影响因素小间隙 下真空击穿实验过程击穿实验是 经改进的一真空炉中进 行的,被试样品加工成争的金相试样,抛光成镜面后分别放人真空炉中作 为阴极,阴极上方固定一个用纯做成的阳极,其直 径为.阴极 和阳极在 的真 空下加热到℃,以去除表 面的杂质以及吸附的气体,保温后,在真空下冷却一,之后 在 阴极 和 阳极 之间加上的直流电压,使阴极以的速度上升接近阳极,直至在阴极和阳极之间发生电击穿,用百分表测 量 出此 时的阳极和阴极 间 的距 离,之后 拉开阴极 和阳极,重复上述过程,每个样品测量次,之后 统计出耐 电压 强度即用击穿电压 除以击穿距 离得 到,或称为击 穿场强与击 穿 次数 的关系以及耐电压 强度达到稳定的平均值.在击穿实验 完成后取出真空炉样品,用金相显微镜或扫描 电子显微镜观察其表面形态.关于首击穿相的问题 经过对粉真 空热碳还原、真空渗制备出的及合金首次击 穿后 的形貌观察发现川 , 合金的首击穿相发生在相上,而对于合金首击穿相发生在相上,即击 穿具 有选择性.过去对于纯金属的击穿强度测 定已知纯的击 穿强度要比纯 大得多,而对于合金的首击穿相并不是发生在相,而发生在相上,多次重复显示相同的 结果.对比纯和合金的耐 电压 强度与击 穿次数的关 系,发现对合金而言没 有出现电压老炼的过程,并且所有的测 量的击穿场强大于,与合金的平均击穿场强相当,而纯的击穿经历了约次左右的老炼过程.击穿后 的表 面组织证实了首击穿发生在相上,在击穿的初始 阶段 , 合金的击 穿特性主要取决于相的击 穿特性.从击穿的过程来看,首击 穿相必定是材料中耐 电压 强度低的弱相,如合金中的 相、合金中的 相,以及合金中的 , 相,而它的分 布状 态及尺寸大小对材 料的耐电压强度有着重要的影响.如合金,首击穿相发生在,上,而当在 合金中加 人适 量的后,可能使 , 相分布均匀从而提高合 金的耐电压 强度巨〕.对合金,当将 的粒度从拜降到 一拜,其耐电压 强度有明显的增加困 , 这显然是提高了相的耐电压强度所致.对首击 穿相的研究还发现制造工艺对首击穿相也有影响.对于通过℃混 粉热压法制备的合金来说,相成了首击穿相 , 而老炼后耐电压 强度与溶渗法制备的合金相差不多.这是 因为固相 烧结法的合金中相中只 固溶了极少量的,不足以使相的击穿提高到 相以上.对纯・大晶粒 击穿使用针尖作为阳极发现,在晶界处的击穿电压 比晶内低 , 说明晶界 处杂质是导致击穿的因素 川.故关于合金材料的首击 穿可以得出以下结论①首击 穿对纯金属发生在晶界 处,对合金则发生在耐电压 强度较低的弱相 上.②弱 相的细化可以提高其 承受高电压 的 能力 , 从而使耐电压强度升高.③弱 相经过几次击穿的老炼作 用后,耐电压 强度提高.老炼对 耐 电压 强度的影 响老炼就是 使电极间隙经 受多次击 穿或使暴露的电极 表面经受 离子轰击的单一或综 合的过程,目前 对真空断路 器触头材料而言,常用 老炼方法为火花老炼和电流老炼.火花老炼通常以较高电压 和较小的电流情 况下进行,使触头间以及触头与屏蔽罩间强 放 电而 消除触头和屏蔽罩的表面的高 发射点.这对于提高真 空灭弧室的绝 缘 强度 有利,而对电流 老炼,对真空电子技术年,一一 一'