為適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的需求，用戶對(duì)各種電子設(shè)備和系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一———電真空器件的可靠性要求也日益提高。其中，電真空器件在使用過(guò)程中高壓加不上去(即高壓跳閘)是影響真空器件可靠性的重要因素。此外，電真空器件的高壓跳閘，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行會(huì)造成嚴(yán)重的危害。故對(duì)于怎樣保證電子產(chǎn)品在高壓下可靠地運(yùn)行，已經(jīng)成為迫切需要解決的問(wèn)題。為此本文著重介紹電真空器件的跳閘與擊穿的機(jī)理、在使用過(guò)程中造成高壓擊穿的原因。

1、電真空器件的高壓擊穿

　　1.1、電真空器件高壓擊穿的類型

　　當(dāng)加在電真空器件上的電壓超過(guò)某個(gè)值之后會(huì)發(fā)生跳火或高壓擊穿的現(xiàn)象，即高壓加不上、跳閘、跳火。所謂跳火就是在電極之間迸發(fā)出一定色彩的電火花，類似放電，在跳火的同時(shí)還能聽到放電的聲音，這種聲音是由于跳火瞬間放氣形成的。跳火放出的氣體通常會(huì)很快被電極及管內(nèi)其他吸氣材料吸收。如果在電極間形成的電流密度很大的等離子體放電，這就是所謂的擊穿。

　　電真空器件的高壓擊穿一般可分為三種類型：①電真空器件內(nèi)的電極之間產(chǎn)生的擊穿，這種擊穿稱為真空擊穿;②沿著電極之間的絕緣體擊穿;③通過(guò)電極之間的絕緣體內(nèi)部的擊穿。

　　1.2、真空擊穿機(jī)理

　　真空擊穿與其他各種絕緣介質(zhì)的擊穿一樣，必須滿足兩個(gè)條件：其一是在電極間隙或電極表面必須有適當(dāng)?shù)钠鹗茧娮踊螂x子的來(lái)源。其二是必須有一些倍增機(jī)理，使帶電粒子在所加電場(chǎng)的作用下能增加數(shù)目，以導(dǎo)致電流的增長(zhǎng)。

　　目前關(guān)于真空擊穿機(jī)理有以下三種情況：

　　(1)真空擊穿起因于陰極表面的場(chǎng)致發(fā)射，陰極表面的突出部位引起陰極表面局部電場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到某一值時(shí)引起這些突起部位表面的場(chǎng)致發(fā)射。當(dāng)突起部位發(fā)射電流，密度達(dá)到某個(gè)值后，陰極的這個(gè)局部區(qū)域由于電流流通引起的電阻加熱作用，造成陰極材料的蒸發(fā)。當(dāng)蒸發(fā)的粒子在電極間隙內(nèi)所造成的蒸氣壓達(dá)到133.3×10-3　Pa時(shí)，即能引起弧光放電。如果陰極突起部位場(chǎng)致發(fā)射的高密度的電子流轟擊陽(yáng)極表面的局部區(qū)域，而引起陽(yáng)極局部區(qū)域過(guò)熱，使得陽(yáng)極材料蒸發(fā)和電離，在電極間形成電弧。

　　(2)在電場(chǎng)的作用下，電極表面粘附的自由微粒(如灰塵、各種金屬顆粒等)，這些微粒離開電極時(shí)帶有與電極符號(hào)相同的電荷，在電場(chǎng)的加速下以足夠高的能量轟擊對(duì)面極性相反的電極，引起被轟擊極的局部區(qū)域溫度升高，使電極材料產(chǎn)生顯著的蒸發(fā)，或者帶電微粒在轟擊電極時(shí)微粒本身溫度劇增，引起微粒材料本身蒸發(fā)，產(chǎn)生擊穿所必須的蒸氣密度。另一個(gè)因素是因?yàn)殡姌O表面的原子在電場(chǎng)的作用下被極化，使電極表層處于受拉伸的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)任何外來(lái)因素，例如自由粒子或電子、離子的轟擊等等，會(huì)使電極表面層個(gè)別的金屬微粒塊從電極表面脫離出去，成為引起擊穿的微粒。

　　(3)認(rèn)為真空擊穿的機(jī)理在于陽(yáng)極和陰極之間產(chǎn)生的載流體繁殖的連鎖反應(yīng)。任何偶然產(chǎn)生的粒子，例如陰極表面上被電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的負(fù)離子或陰極表面場(chǎng)致發(fā)射的電子相應(yīng)地轟擊極性相反的電極，引起次級(jí)發(fā)射(離子或電子)，當(dāng)次級(jí)極間發(fā)射所產(chǎn)生的離子和電子數(shù)目大于最初入射的帶電粒子數(shù)目時(shí)，就能很快在極間形成雪崩式的巨大數(shù)量的載流體，導(dǎo)致?lián)舸��?/p>

2、造成高壓上不去(即擊穿)的原因

　　對(duì)用戶返回的高壓加不上、跳閘的各種產(chǎn)品共解剖五十只。從解剖的現(xiàn)象分析看，造成高壓加不上的主要原因如下：極間間隙距離和電極形狀變形;電極表面有毛刺;絕緣件污染;管內(nèi)真空度不好。

　　從圖1可以看出，中間的一只FU-433S型電子管陽(yáng)極擊穿的原因是由于陰極變形使極間間隙變小，造成電子流轟擊陽(yáng)極表面的局部區(qū)域，致使陽(yáng)極局部溫度升高導(dǎo)致陽(yáng)極擊穿。而從陽(yáng)極外表面看到有一個(gè)很小的小圓孔，而陽(yáng)極內(nèi)表面有類似漏斗形狀如同火山噴口似的凹坑，對(duì)應(yīng)的柵極有一圓形的熔洞，對(duì)應(yīng)熔洞的陰極有一明顯的突起部位。兩邊的兩只FU-433S型電子管是由于冷卻效果不良造成陽(yáng)極燒熔，這種管子從陽(yáng)極外表面看有很大面積的燒熔痕跡，陽(yáng)極內(nèi)表面有銅熔化的現(xiàn)象，沒有明顯的電子擊傷點(diǎn)，而絕大多數(shù)的柵極絲沒有對(duì)應(yīng)的電子擊穿痕跡。

圖1　FU-433S型電子管陽(yáng)極燒熔實(shí)例照片

3、防止高壓加不上采取的措施

　　根據(jù)多年來(lái)用戶的使用情況，為防止高壓加不上、陽(yáng)極擊穿應(yīng)做如下幾項(xiàng)工作：

　　(1)裝機(jī)后應(yīng)檢查冷卻系統(tǒng)，如水流量是否在規(guī)定范圍內(nèi)，如FU-433S型電子管是否在90kg/min以上，在電子管工作過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量進(jìn)、出水口溫差，F(xiàn)U-433S型電子管冷卻水的進(jìn)、出口溫度差要小于10℃。

　　(2)新的振蕩管及長(zhǎng)期擱置的振蕩管在使用前必須作老煉處理。老煉方法如下(以FU-433S型電子管為例)：作老煉試驗(yàn)時(shí)應(yīng)把高壓保險(xiǎn)絲換小，把高壓整流器接成半波整流的形式，陽(yáng)極電壓從3kV～7kV緩慢升高，每提高一個(gè)電壓等級(jí)應(yīng)停留20～30min，陽(yáng)極電壓在7kV時(shí)陽(yáng)極板流為1.2A左右。

　　隨后把高壓整流器聯(lián)成全波整流線路，陽(yáng)極電壓逐漸上升到最高。這時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意振蕩管的陽(yáng)極電流、陽(yáng)極電壓，保證電子管的板耗不超過(guò)60kW。通過(guò)老煉可將真空度不好的電子管的真空度得到恢復(fù)。如果在老煉過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管內(nèi)跳火、電流表讀數(shù)迅速上升，甚至發(fā)生總電源過(guò)流、保險(xiǎn)絲熔斷，這時(shí)應(yīng)把陽(yáng)極電壓降到最低值再逐步提高陽(yáng)極電壓，一定要注意板耗，防止超過(guò)最大板耗而損壞電子管。如果連續(xù)多次出現(xiàn)上述現(xiàn)象說(shuō)明電子管有問(wèn)題，請(qǐng)與制造廠聯(lián)系。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　影響電真空器件高壓擊穿的因素是多方面的，許多因素之間又是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，特別是目前對(duì)擊穿機(jī)理認(rèn)識(shí)的遠(yuǎn)不夠深入，關(guān)于更深的理論還需進(jìn)一步探討。