本文選題：真空 + 直流擊穿��； 參考：《國防科學技術(shù)大學》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,對其開展研究對于解決HPM器件的脈沖縮短問題、提高器件的性能指標具有重要意義�？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制和實驗規(guī)律上具有相似性,本文在對金屬真空擊穿機制和規(guī)律分析的基礎(chǔ)上,采用粒子模擬和實驗研究的方法,對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、對金屬真空擊穿的機制進行了調(diào)研,得到以下結(jié)論:經(jīng)典的晶須爆炸模型只給出了簡單的過程,缺乏細節(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,材料表面釋氣是射頻擊穿的主要原因,該模型的核心觀點是表面吸附氣體對于發(fā)射過程的雪崩式發(fā)展不可或缺的;局部微觀射頻場強達到10GV/m的量級時會出現(xiàn)場致拉升現(xiàn)象,該模型的核心觀點是發(fā)射的初始過程是強場的拉伸導致表面破碎,場致發(fā)射電流轟擊碎片導致等離子體產(chǎn)生和發(fā)展。2、利用粒子模擬軟件對擊穿等離子體發(fā)展過程進行模擬,得出了粒子在空間中分布隨時間的變化,分析了外加磁場、真空度對等離子體發(fā)展過程的影響。模擬中得到的結(jié)果為:電子與離子在陰陽極之間是雪崩式的發(fā)展過程,真空度的降低會導致等離子體從陰極發(fā)展到陽極的速度變快,導致陰陽極之間更容易形成導電通道。而磁場的存在主要是約束帶電粒子在垂直于磁場方向的運動,所以磁場對等離子體發(fā)展的影響與磁場的方向有關(guān)。3、設(shè)計并搭建了開展金屬材料脈沖直流真空擊穿研究的實驗平臺。該平臺的等效阻抗約為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。平臺利用動密封裝置可在線調(diào)節(jié)陰陽極間距,真空度的調(diào)節(jié)范圍從100Pa到10-3Pa。設(shè)計了三針狀電極結(jié)構(gòu),借助高速相機診斷在相同實驗條件下可以比較不同材料的擊穿閾值。4、對HPM器件中常用材料的擊穿特性開展了實驗研究。結(jié)果表明:直流電壓脈沖底寬為200ns的情況下,機械加工精度為0.01mm時,不銹鋼的擊穿閾值可達46~56MV/m,高于銅的38~43MV/m以及鋁的36~39MV/m。并測量了不同真空度下陰陽極擊穿時對應(yīng)的陰陽極間距,結(jié)果真空度為10-1Pa量級時所需的擊穿場強最高,并且整體趨勢符合PD曲線的結(jié)果。對比電極電化學處理前后的實驗結(jié)果,表明了電化學表面處理可以提高直流真空擊穿閾值。通過對不同材料擊穿前后的表面狀態(tài)的對比發(fā)現(xiàn):擊穿對于表面狀態(tài)的改變對銅、不銹鋼等熔點較高的點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 .
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG113.2

【參考文獻】

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本文編號：2001581