Investigation of carbon cathode surface before and after the passage of combined DC vacuum arc with superimposed high-current arc pulses

Abstract

The paper presents the results of studies of carbon cathode surface before and after the passage of the combined DC vacuum-arc with superimposed high-current arc pulses. Investigations of surface morphology of carbon cathode showed, that secondary nuclei of high-density are formed after passing of the combined DC-pulse vacuum-arc, which results in the formation of a globular structures. The phase structure analysis by Raman spectroscopy showed that even at a minimum operation time (5 s) of the combined DC-pulse vacuum-arc broadening of the peaks 1355 and 1583 cm⁻¹ occurs, which means that the carbon cathode surface undergo phase transformation. Results obtained by XPS spectroscopy demonstrate that the globular structures formed on the cathode surface are composed of sp³-bonded carbon atoms and carbon-oxygen bonds.

Представлены результаты исследования поверхности углеродного катода до и после прохождения катодного пятна вакуумной дуги прямого тока в комбинации с наложенными сильноточными импульсами. Исследования морфологии поверхности углеродного катода показали, что после прохождения катодного пятна вакуумной дуги прямого тока в комбинации с сильноточными импульсами формируются вторичные зародыши высокой плотности, в результате чего появляется глобулярная структура. Фазово-структурный анализ с использованием раман-спектроскопии показал, что даже при минимальном времени работы (5 с) вакуумной дуги происходит уширение пиков 1355 и 1583 см⁻¹, указывающее на то, что поверхность углеродного катода подвергается фазовым превращениям. Результаты, полученные ХР-спектроскопией, показали, что глобулярные структуры, сформировавшиеся на поверхности катода, состоят из sр³ связанных атомов углерода и углеродакислорода.

Представлені результати дослідження поверхні вуглецевого катода до і після проходження катодної плями вакуумної дуги прямого струму в комбінації з накладеними сильноточними імпульсами. Дослідження морфології поверхні вуглецевого катода показали, що після проходження катодної плями вакуумної дуги прямого струму в комбінації з сильноточними імпульсами формуються вторинні зародки високої щільності, внаслідок чого з'являється глобулярна структура. Фазово-структурний аналіз з використанням раман- спектроскопії показав, що навіть при мінімальному часі роботи (5 с) вакуумної дуги відбувається розширення піків 1355 і 1583 см⁻¹, що вказує на те, що поверхня вуглецевого катода піддається фазовим перетворенням. Результати, отримані ХР-спектроскопією, показали, що глобулярні структури, що сформувалися на поверхні катода, складаються з sр³ пов'язаних атомів вуглецю і вуглецю–кисню.