本文選題：真空 + 直流擊穿　； 參考：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：金屬射頻結(jié)構(gòu)真空擊穿研究是高功率微波(HPM)器件研究的基礎(chǔ)性工作之一,對(duì)其開展研究對(duì)于解決HPM器件的脈沖縮短問題、提高器件的性能指標(biāo)具有重要意義�？紤]到金屬材料在真空中的直流擊穿與射頻擊穿在微觀物理機(jī)制和實(shí)驗(yàn)規(guī)律上具有相似性,本文在對(duì)金屬真空擊穿機(jī)制和規(guī)律分析的基礎(chǔ)上,采用粒子模擬和實(shí)驗(yàn)研究的方法,對(duì)HPM產(chǎn)生器件中常用的金屬材料開展了脈沖直流條件下的真空擊穿特性研究。主要內(nèi)容如下:1、對(duì)金屬真空擊穿的機(jī)制進(jìn)行了調(diào)研,得到以下結(jié)論:經(jīng)典的晶須爆炸模型只給出了簡(jiǎn)單的過程,缺乏細(xì)節(jié)描述以及等離子體持續(xù)發(fā)展過程分析;Ecton模型的核心觀點(diǎn)是爆炸發(fā)射是周期性的持續(xù)過程,表面形貌擊穿后能為后續(xù)的擊穿提供條件;真空度為10-2Pa~10-4Pa時(shí),材料表面釋氣是射頻擊穿的主要原因,該模型的核心觀點(diǎn)是表面吸附氣體對(duì)于發(fā)射過程的雪崩式發(fā)展不可或缺的;局部微觀射頻場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到10GV/m的量級(jí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)致拉升現(xiàn)象,該模型的核心觀點(diǎn)是發(fā)射的初始過程是強(qiáng)場(chǎng)的拉伸導(dǎo)致表面破碎,場(chǎng)致發(fā)射電流轟擊碎片導(dǎo)致等離子體產(chǎn)生和發(fā)展。2、利用粒子模擬軟件對(duì)擊穿等離子體發(fā)展過程進(jìn)行模擬,得出了粒子在空間中分布隨時(shí)間的變化,分析了外加磁場(chǎng)、真空度對(duì)等離子體發(fā)展過程的影響。模擬中得到的結(jié)果為:電子與離子在陰陽(yáng)極之間是雪崩式的發(fā)展過程,真空度的降低會(huì)導(dǎo)致等離子體從陰極發(fā)展到陽(yáng)極的速度變快,導(dǎo)致陰陽(yáng)極之間更容易形成導(dǎo)電通道。而磁場(chǎng)的存在主要是約束帶電粒子在垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng),所以磁場(chǎng)對(duì)等離子體發(fā)展的影響與磁場(chǎng)的方向有關(guān)。3、設(shè)計(jì)并搭建了開展金屬材料脈沖直流真空擊穿研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)的等效阻抗約為10?,通過主開關(guān)氣壓的調(diào)節(jié)可以穩(wěn)定輸出幅值達(dá)400kV,底寬200ns左右的電壓脈沖。通過調(diào)節(jié)水電阻阻值可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配,阻抗變化可以通過電壓波形直觀地反應(yīng)出來。平臺(tái)利用動(dòng)密封裝置可在線調(diào)節(jié)陰陽(yáng)極間距,真空度的調(diào)節(jié)范圍從100Pa到10-3Pa。設(shè)計(jì)了三針狀電極結(jié)構(gòu),借助高速相機(jī)診斷在相同實(shí)驗(yàn)條件下可以比較不同材料的擊穿閾值。4、對(duì)HPM器件中常用材料的擊穿特性開展了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:直流電壓脈沖底寬為200ns的情況下,機(jī)械加工精度為0.01mm時(shí),不銹鋼的擊穿閾值可達(dá)46~56MV/m,高于銅的38~43MV/m以及鋁的36~39MV/m。并測(cè)量了不同真空度下陰陽(yáng)極擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的陰陽(yáng)極間距,結(jié)果真空度為10-1Pa量級(jí)時(shí)所需的擊穿場(chǎng)強(qiáng)最高,并且整體趨勢(shì)符合PD曲線的結(jié)果。對(duì)比電極電化學(xué)處理前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,表明了電化學(xué)表面處理可以提高直流真空擊穿閾值。通過對(duì)不同材料擊穿前后的表面狀態(tài)的對(duì)比發(fā)現(xiàn):擊穿對(duì)于表面狀態(tài)的改變對(duì)銅、不銹鋼等熔點(diǎn)較高的點(diǎn)擊來說材料表面的性狀改變較小,僅限于微小區(qū)域內(nèi),而鋁電極表面狀態(tài)則出現(xiàn)了局部區(qū)域的較大的起伏。
[Abstract]:Vacuum breakdown of metal radio frequency structure is one of the basic work of high power microwave ( hpm ) device research . The results show that the breakdown threshold of stainless steel can be increased from 100Pa to 10 - 3Pa by adjusting the resistance value of water . The results show that the breakdown threshold of stainless steel can be increased from 100Pa to 10 - 3Pa . The results show that the breakdown threshold of stainless steel can be increased from 100Pa to 10 - 3Pa .
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG113.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2001581