УСТРОЙСТВО ПОДЖИГА ИМПУЛЬСНЫХ РАЗРЯДНИКОВ

Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована при создании неуправляемых искровых разрядников и устройств поджига управляемых разрядников, которые предназначены для коммутации импульсов тока микросекундной длительности.
Известен управляемый газоразрядный прибор с холодным катодом, содержащий анод, полый катод с обращенным к аноду плоским основанием, в котором выполнены отверстия, и расположенный в полости катода поджигающий электрод. Поджигающий электрод выполнен из зернисто-пористого полупроводникового материала с контактными элементами, установленными на поверхности поджигающего электрода. За счет использования полупроводникового поджигающего электрода уменьшается разброс времени запаздывания пробоя. При подаче импульса запуска на контактные элементы из-за высокой плотности тока происходит мгновенный разогрев отдельных зерен до температуры, при которой появляются термоэлектроны. Это приводит к быстрому развитию разряда вдоль поверхности поджигающего электрода. Патент РФ №2243612, МПК H01J 17/40, H01J 17/44, 27.12.2004.
Недостатком устройства поджига прибора является ограниченная область применения и сложность изготовления, связанная с необходимостью выбора полупроводникового материала с пористостью 40-45% и размером спеченных зерен не более 50 мкм, обеспечивающих сохранение зернистой структуры полупроводникового материала, необходимое для обеспечения стабильности запускающего импульса.
Известен искровой разрядник, содержащий электроды, разделенные разрядным промежутком, в котором малый разброс по амплитуде напряжения пробоя в различные моменты времени коммутации достигается путем введения дополнительного элемента, который располагается по крайней мере в одном из электродов и представляет собой вставку на поверхности электрода, обращенную к противоположному электроду и выполненную из материала, имеющего физические свойства, например характер диэлектрической проницаемости или проводимости, отличные от свойств основного материала электрода, в частности, из полупроводника или диэлектрика. Стабильность параметров определяется обеспечением надежного контакта диэлектрической вставки в области поверхности электрода. Точки контакта диэлектрика с металлом являются местом инициирования разряда и фиксации катодных пятен. Патент РФ на полезную модель №108224, МПК Н01Т 1/20, 10.09.2011.
Недостатком устройства является трудность в технологическом обеспечении контактирования диэлектрической вставки и электрода по боковой поверхности, что требует очень точной подгонки размеров вставки и зазора на поверхности электрода, а также обеспечения равенства коэффициентов расширения используемых материалов, поскольку из-за разности коэффициентов линейного расширения сопрягаемых элементов возникают механические напряжения, приводящие к разрушению вставки.
Известен газонаполненный разрядник, в котором устройство поджига состоит из анода, катода и диэлектрической вставки, имеющих цилиндрическую форму и одинаковый диаметр. Диэлектрическая вставка плотно зажимается между анодом и катодом и фиксирует межэлектродный промежуток. При подаче импульса напряжения на анод пробой происходит с кромки электрода вдоль боковой поверхности диэлектрической вставки. Ильина О.Г., Козловская Т.И. Исследование напряжений пробоя по поверхности слюды в микронных газовых промежутках. - Вопросы атомной науки и техники, Серия: Ядерное приборостроение, выпуск 2 (25), 2008, с. 63. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Стабильность напряжения пробоя разрядника определяется геометрией устройства поджига: соосностью кромок электродов и диэлектрической вставки, а также плотным прилеганием их сопрягаемых поверхностей, что достигается повышенной гладкостью поверхностей и приложением усилия сжатия 140-160 Н.
Недостатком конструкции устройства поджига является то, что при значительном прилагаемом усилии, приводящем к деформациям электродов, и повышенной гладкости поверхностей деталей при изготовлении и эксплуатации устройства поджига не исключена вероятность появления сдвига и микрозазоров между диэлектрической вставкой и электродами. Это может привести к нестабильности импульсного напряжения пробоя разрядника.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является совершенствование конструкции и технологии изготовления устройства поджига, создание неразъемной, стабильной конструкции, изготовленной методом диффузионной сварки, с применением вакуумноплотных материалов - керамики ВК94-1.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочности и сохранение геометрии конструкции устройства поджига.
Технический результат достигается тем, что устройство поджига включает три кольцевых керамических детали, на две из которых нанесена металлическая пленка толщиной 3-10 мкм, а между ними расположена деталь без металлической пленки. Детали соединены с применением технологии диффузионной сварки в вакууме.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен внешний вид устройства поджига.
На фиг. 2 схематично представлен вариант неуправляемого искрового разрядника, изготовленного с применением предложенного устройства поджига.
Устройство поджига состоит из трех керамических деталей, на две из которых нанесена проводящая металлическая пленка 1 толщиной 3-10 мкм, выполняющая роль электродов (анода и катода), и керамической детали 2, являющейся диэлектрической вставкой, расположенной между анодом и катодом. Детали соединены между собой методом диффузионной сварки в вакууме.
Применение технологии диффузионной сварки в вакууме позволяет ликвидировать микрозазоры в устройстве поджига и создавать стабильные конструкции.
Применение тонких металлических пленок толщиной 3-10 мкм обеспечивает минимальную деформацию при изготовлении устройства поджига методом диффузионной сварки в вакууме. Нанесение металлической пленки может осуществляться с применением технологии вакуумного напыления, электролитическим, плазмохимическим и другими способами.
На фиг. 2 схематично представлен неуправляемый искровой разрядник с применением устройства поджига, представленного на фиг. 1.
Разрядник состоит из устройства поджига 3 (см. фиг. 1), закрепленного на электровводах электродов (анода и катода) 4, 5, являющихся элементами металлокерамического корпуса 6. Электровводы электродов имеют электрический контакт с металлической пленкой 1, выполняющей роль электродов в устройстве поджига.
Разрядник работает следующим образом. На электроввод анода подается импульс напряжения положительной полярности, создающий в межэлектродном промежутке электрическое поле, под воздействием поля набирают энергию свободные электроны и ионизуют атомы газа. Образовавшиеся ионы набирают энергию в электрическом поле и бомбардируют катод, выбивая новые свободные электроны. Процесс развивается лавинообразно, приводя к образованию вдоль поверхности диэлектрика искры - токопроводящего канала, замыкающего промежуток и пропускающего ток. Плотным прилеганием сопрягаемых поверхностей электродов и диэлектрической вставки создается усиление поля у катода в области кромки диэлектрической вставки, что повышает количество эмитируемых с поверхности катода свободных электронов, скорость роста плотности ионизации в газе увеличивается, уменьшая время запаздывания развития пробоя и обеспечивая стабильность образования токопроводящего канала и импульсного напряжения пробоя.
Также полезная модель делает возможным проведение оценки качества устройства поджига при изготовлении и эксплуатации, а также способствует улучшению электрических параметров разрядника.