Исследование стабильности вакуумно-дугового разряда на катодах из различных графитовых материалов

Abstract

Приведены результаты исследований стабильности вакуумно-дугового разряда на катодах из различных графитовых материалов. Сделано предположение, что основной причиной ухудшения стабильности дугового разряда на графитовых катодах и уменьшения выходного тока ионов является увеличение теплопроводности графитовых материалов. Впервые обнаружено, что на катодах ГСП катодное пятно дуги перемещается по рабочей поверхности катода скачками, останавливаясь на довольно продолжительное время на пироуглеродной структурной составляющей графитового материала с образованием глубоких кратеров. Обнаружено, что при остановках катодного пятна дуги выходной ток ионов уменьшается по мере углубления кратера, а падение напряжения на дуге растёт. При этом отсутствует видимая эмиссия макрочастиц. Высокотемпературная обработка катодов ГСП делает графитовый материал гомогенным. Перемещение катодного пятна дуги в этом случае не отличается от промышленных графитов – КП перемещается равномерно, без существенных остановок, что резко снижает вероятность образования кратеров и делает эрозию катода равномерной. Показано, что с увеличением размеров закрытых пор или размеров зерна графитового порошка в катодах ГСП стабильность дугового разряда уменьшается.Сделано предположение, что при определенных размерах порошка графита и концентрации пироуглеродной компоненты можно минимизировать эмиссию макрочастиц с поверхности катода.

Приведено результати досліджень стабільності вакуумно-дугового розряду на катодах з різних графітових матеріалів. Зроблено припущення, що основною причиною погіршення стабільності дугового розряду на графітових катодах і зменшення вихідного струму іонів є збільшення теплопровідності графітових матеріалів. Уперше виявлено, що на катодах ГСП катодна пляма дуги переміщується по робочій поверхні катода стрибками, зупиняючись на досить тривалий час на піровуглецевій структурній складовій графітового матеріалу з утворенням глибоких кратерів. Виявлено, що при зупинках катодної плями дуги вихідний струм іонів зменшується в міру поглиблення кратера, а падіння напруги на дузі зростає. При цьому відсутня видима емісія макрочасток. Високотемпературна обробка катодів ГСП робить графітовий матеріал гомогенним. Переміщення катодної плями дуги в цьому випадку не відрізняється від промислових графітів - КП переміщується рівномірно без істотних зупинок, що різко знижує імовірність утворення кратерів і робить ерозію катода рівномірною. Показано, що зі збільшенням розмірів закритих пір чи розмірів зерна графітового порошку в катодах ГСП стабільність дугового розряду зменшується. Зроблено припущення, що при визначених розмірах порошку графіту і концентрації піроуглеродної компоненти можна мінімізувати емісію макрочасток з поверхні катода.

Investigations of the vacuum-arc stability on cathodes from different graphite materials are given. It was made an assumption that the main reason of worsening of an electric-arc stability on graphite cathodes and decreasing of an ion current output is increasing of graphite materials thermal conductivity. For the first time it was revealed, that on cathodes from graphite combined by pyrocarbon (GCP) the cathode spot of an arc moves on the cathode working face with jumps stopping on rather long time on the pyrocarbon structural component of a graphite material with formation of deep craters. It was revealed, that during the cathode spot (CS) stop the output ion current is diminished as far as the crater depth increasing, and the arc voltage drop grows. Visual macroparticles emission under these conditions was absent. The high-temperature annealing of GCP cathodes makes a graphite material homogeneous. The CS moving in this case did not differ from industrial graphite – CS moved uniformly without essential stopping, that sharply reduces probability of the craters formation and makes cathode erosion uniform. It was shown, that with increasing of the enclosed pore sizes or graphite dust sizes the electric arc stability is diminished for cathodes from GSP.It was made assumption, that under certain graphite dust sizes and pyrocarbon component concentration one can minimized macroparticles emission from the cathode surface.