Способ повышения электрической прочности изоляционных промежутков в вакууме

 

Использование: для повышения электрической прочности и надежности вакуумных приборов и устройств. Способ ползволяет повысить эффективность процесса. Обработку поверхности электродов осуществляют фокусированием перпендикулярно направленного к указанной поверхности лазерного луча с плотностью энергии, достаточной для оплавления поверхности, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 01 J 9/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884321 /07 (22) 23.11.90 (46),07,03,93. Бюл. N 9 (71) Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им, С,М.Кирова (72) Г.M.Êàññèðîâ и Н.Н.Шумилова (56) О.Д.Бриль, Е,Е.Ковелев, Г.Я.Рябов и

А.И,Сербиков. Об одной технологической возможности повышения электропрочности вакуумного промежутка. Вопросы атомной науки и техники, 1980, т. 2, вып. 12, с, 89-91.

Авторское свидетельство СССР

М 1281071, кл. Н 01 J 9/42, 1984.

Изобретение относится к электрической изоляции и разряду в вакууме, может быть использовано для повышения электри. ческой прочности и надежности устройств.

Цель изобретения — упрощение способа.

Цель достигается тем, что в способе повышения электрической прочности изоляционного промежутка в вакууме, включающем обработку металлических вакуумных поверхностей световым потоком, согласно .изобретению обработку ведут перед помещением металлических элементов в вакуум когерентным излучением с плотностью энергии, достаточной для оплавления обрабатываемой поверхности.

Вся мощность когерентного лазерного излучения выделяется в узком приповерхностном слое металлической поверхности, сбивая диэлектрические пленки с нее, оплавляя микростроение. Происходит закалка поверхности, что ведет к увеличению механической прочности металла, Из-за кратковременности воздействия лазерного

„„5Q„„1800498 А1

2 (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ

ПРОМЕЖУТКОВ В ВАКУУМЕ (57) Использование: для повышения электрической прочности и надежности вакуумных приборов и устройств, Способ ползволяет повысить эффективность процесса, Обработку поверхности электродов осуществляют фокусированием перпендикулярно направленного к указанной поверхности лазерного луча с плотностью энергии, достаточной для оплавления поверхности. 1 табл. импульса изменения структуры глубинных слоев не происходит, Упрощение способа достигается тем, что электроды обрабатываются вне вакуума. Лазерная технология позволяет обрабатывать детали разных форм и размера, не требуя больших затрат времени, способ не накладывает ограничений и не предьявляет дополнительных требований к конструкции высоковольтного вакуумного прибора, где используются электроды.

Пример конкретного выполнения, Способ осуществляется следующим образом, Электроды из нержавеющей стали и меди промывали в ацетоне и спирте и облучали перпендикулярно направленным к поверхности лучом лазера ОГМ=20, С помощью фокусирующей линзы, перемещающейся между лазером и электродом, плотность излучения подбирали такой, чтобы на поверхности электродов не было заметно следов эрозии от вспышек лазерного факела, а микроострия на поверхности оплавляли, Контроль за состоянием поверхности вели с помощью металлографического микроскопа МИМ. По1800498

Кратер от лазерно- Поверхность оплавлена ro акела

Оплавления не замечено

Необлученные лазером электроды

Плотность энергии, Вт/см г 1О

4 1О

В 1О

3-1О 15.1О

10в

Вакуумный промежуток

Промежуток с диалект иком

Медь.

16

20

1В

В 1О . зз

3.107 20

107

21

3 1Овв

15-10

22

109

Плотность эне гии. BT/см

Вакуумный промежуток

Промежуток с диэлектриком

Нержавеющая сталь зз зо

40 зз

З1

25

2В

Кратер от лазерного факела

25

Оплавления нет

З4

Оплавление поверхности добрав плотность энергии, сканировали вспышки по поверхности электрода, облучая всю поверхность, Затем электроды промывали в спирте и ацетоне и помещали в вакуум.

Электроды были выполнены в форме дисков диаметром 8 мм и имели профиль

Роговского, На межэлектродный промежуток, образованный обработанными таким образом электродами, подавалось напряжение, нарастаю.атее со скоростью 2 кВ/с до пробоя промежутка. Напряжение пробоя регистрировалось киловольтметром. Испытывали чисто вакуумные промежутки высотой 0,22 мм и промежутка с диэлектриком, В качестве диэлектрика использовали цилиндр диаметром 4 мм и высотой 3 мм зажатый между электродами (оси цилиндра и электродов совпадали).

Средние значения пробивных напряже- 20 ний (в кВ) для различных плотностей энергии представлены в таблице для стальных и медных электродов чисто вакуумных промежутков и промежутков с диэлектриком.

Из таблицы видно, что в пределах заявляемого обьекта, т.е. когда энергия лазерного импульса хватает для оплавления поверхности электродов, но еще не образуется коррозии отлазерных факелов, направление пробоя выше по сравнению с электродами, обработанными шлифованием для вакуумных промежутков на 25-33%, а для промежутков с диэлектриком, на 4046% в зависимости от материала электродов. Способ-прототип для чисто вакуумных промежутков вообще не позволит увеличить напряжение пробоя,.а для промежутков с диэлектриком увеличил пробивное напряжение(по сравнению с необлученными шлифованными механически электродами лишьна t0%), При этом диэлектрик брался в виде полого цилиндра и облучался с торца через отверстия в электроде. Для промежутков с диэлектриком-цилиндром провести испытания не смогли в виду отсутствия источника излучения в форме тора, так как в этом случае представляется возможным облучение всей поверхности изолятора, Низкие показатели способа-прототипа получили из-эа сложной конструкции и расположения облучателя применительно к данным вакуумным промежуткам, способ-прототип является более сложным по сравнению с предложенным, так как требует изменения конструкции облучателя при изменении формы промежутка, что само по себе не всегда возможно.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обрабатывать электроды вне вакуума. Способ не накладывает ограничения и не предъявляет дополнительных требований к конструкции высоковольтного вакуумного прибора, что ведет к значительному упрощению способа по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ повышения электрической прочности изоляционных промежутков в вакууме, при котором обрабатывают поверхности электродов, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности процесса, обработку осуществляют фокусированием перпендикулярно направленного к указанной поверхности лазерного" луча с плотностью энергии, достаточной для оплавления поверхности.