Файл: Балыгин, И. Е. Электрические свойства твердых диэлектриков.pdf

ячейки, разделенные стекловидными прослойками [1-6]. Химический состав ультрафарфора приведен в табл. 1-1.

Схема проведения опытов показана на рис. 1-1. Импульсное на­ пряжение и 0 подавалось на омическое безындуктивное сопротивле­ ние Ro= 1,9 • ІО4 ом. От части этого сопротивления напряжение под­ водилось к исследуемым образцам 4 или через дополнительное сопротивление г0 = (3-4-5) • 105сш (схема а), или без него (схема б). Разрядные токи при этом в той или иной мере ограничивались. От­ дельные партии образцов пробивались по схеме в, когда Ро=167 ом

пробоях регистрировалось катодным осциллографом, проградуиро­ ванным для измерительных целей.

Опытные образцы изготовлялись с большими закраинами, чтобы не происходили перекрытия по поверхности при пробоях в воздухе. Чтобы создать поле, близкое к равномерному, для электродов дела­ лись выемки с закругленными краями, как показано на рис. 1-1, г.

7

приблизительно 20 мм. Электроды в выемках наносились троекрат­ ным вжиганием серебра при t — 800° С. Перед опытами все образцы проверялись на качество спекаемости измерением диэлектрических потерь (tgö) до и после кипячения образцов в дистиллированной воде. Образцы с повышенными потерями после кипячения отбрако­ вывались. При одинаковых условиях пробивались по 10—20 образ­ цов. Для уменьшения индуктивности установки подводящие провода были укорочены до возможного предела. Пробои производились при 20° С.

На рис. 1-2 приводятся наиболее типичные осциллограммы (осц.), записанные при испытаниях. Осц. I и II записаны при г0 = 5- ІО5 ом. На уже пробитые образцы через 2—3 мин импульсное напряжение с такой же наибольшей амплитудой подавалось еще раз. Оказалось, что за указанное время изолирующие свойства УФ-46 в значитель­ ной мере восстанавливались; при повторной подаче Епр = 26 кв/мм. Необратимые изменения в разрядном канале наступали только после второго пробоя. При подаче напряжения на дважды пробитый обра­ зец его £пр уменьшилось до 4,5 кв/мм (табл. 1-2). На осц. VI за­ фиксированы три пробоя одного и того же образца. Здесь также проводящий канал сформировался после повторного пробоя.

При укороченном фронте волны импульса сняты осц. III и IV. Длина волны этого импульса, равная времени спада наибольшей амплитуды до половинного значения, равнялась 80 мксек. Испыта­

формирования пробоя, равное ІО-8 сек, при более длинном фронте возросло до 3 • ІО-7 сек.

Чтобы еще несколько укоротить фронт волны, пробои произво­ дились по схеме в, но при ^ = 0 (см. осц. VIII и IX) При этом зафик-

8

Рис. 1-2. Осциллограммы пробоя образцов из корундовой керамики УФ-46 при /=20° С

9

сировано явление предпробивного снижения напряжения. Пробивная напряженность снизилась приблизительно до 20 кв/мм. После окон­ чательного пробоя образцов разряд получился колебательным.

Цифровые данные, относящиеся к осц. VIII и IX (табл. 1-3), по­ казывают, что напряженности поля как перед срезом, так и после него, когда сформировался окончательный пробой, почти одинаковы (~ 2 0 кв/мм). Из этого следует, что при сравнительно быстрых нарастаниях амплитуды импульса развитию полного пробоя пре­ пятствуют какие-то факторы. При крутизне нарастания от 2 до 50 мксск активность этих факторов почти не проявилась.

Таблица 1-3

Пояснения к осциллограммам VIII и IX (рис. 1-2)

Из осц. III и IV видно, что образцы пробивались обычно при наибольшем значении амплитуды импульса без статистического за­ паздывания. Это могло иметь место в том случае, когда ударная ионизация начиналась при напряжениях U<Unp, но интенсивность ее была мала и прогрессивное развитие пробоя подавлялось захва­ том электронов, видимо, акцепторными уровнями на поверхностях кристаллических ячеек.

Кроме захвата электронов, на динамику развития пробоя оказы­ вала существенное влияние и холодная эмиссия электронов с катода.

Серебро при вжигании может^ проникать в керамику на некото­ рую глубину. В случае наличия пор такое проникновение облег­ чается. При этом образуются микроскопические выступы из серебра. Напряженность поля в диэлектрике у таких выступов будет, несо­ мненно, больше средней напряженности и поэтому еще в предпро­ бивную стадию возможна холодная эмиссия электронов. О влия­ нии этой эмиссии на £ Пр твердых и жидких диэлектриков в лите­ ратуре имеется немало данных [1-7].

Если электроны такой эмиссии в предпробивное время будут осе­ дать в центрах захвата, то в междуэлектродном пространстве об­ разца будет создаваться объемный заряд. Оц. будет сглаживать неравномерность поля и для того, чтобы началась ударная иониза­ ция, напряжение нужно повышать.

Чем короче фронт волны импульса, тем меньше объемный заряд и тем меньше должно быть £ пр. Это и имеет место при пробоях об­ разцов из УФ. При напряженностях поля ~ 20 кв/мм (табл. 1-3),

10

когда еще не успел сформироваться значительный объемный отрица­ тельный заряд от эмиссии с катода, начинается прогрессивное раз­ витие пробоя. Если в этот момент вступят в действие центры захвата электронов, то развитие может приостановиться или даже пре­ рваться. Диэлектрическая прочность искрового канала на какое-то время частично восстановится и напряжение на электродах возра­ стет до величины, при которой снова начнется интенсивная ударная ионизация. Условия же в диэлектрике изменяются. Центры захвата электронов будут насыщенными и помех для окончательного раз­ вития пробоя «со второго захода» уже не будет.

Такая ситуация, видимо, и зафиксирована на рсц. VIII и IX (рис. 1-2), В процессе ударной ионизации, когда происходит захват электронов, удлиняется и время формирования пробоя. При таких обстоятельствах весьма возможна многолавинная или даже многостримерная форма пробоя [1-8].

Предпробивного среза напряжения при одинаковых условиях опыта не обнаружено у радиофарфора и радиостеатита (Б-17).

1-2. Эффект самовосстановления электрической прочности и послепробивные процессы у титано-циркониевой керамики

Опыты проводились с титано-циркониевой радиокерамической массой Т-20 (е~20) следующего состава:

метра выемки для электродов. Он был уменьшен до 12 мм, чтобы снизить энергию, запасаемую в емкости образца за предпробивное

время. После завершения начального пробоя эта энергия W — СП?р/2 выделялась в разрядном канале. Здесь С — емкость образца, пла­ стин осциллографа и подводящих проводов.

Испытывались партии по 10 образцов [1-9, 1-10]. Осциллографирование производилось по схеме рис. 1-1, а, когда До=1,7-104 ом, а г0 = 3,2 • ІО5 ом. Разрядный ток при пробоях образцов не превышал нескольких десятых ампера.

На осц. I (рис. 1-3) зафиксированы семь последовательных про­ боев при подаче на образец толщиной 1,94 мм только одного длин­ ного импульса. После начального пробоя 1 хорошо проводящего канала не образовалось и диэлектрическая прочность образца за 13 мксек восстановилась, а напряженность Е поднялась до 8,6 кв/мм. При этом сформировался новый пробой 2. Через 14,5 мксек снова произошла деионизация разрядного канала, Е снова возросла при­ мерно до 9 кв/мм. Этого оказалось достаточно для развития про­ боя 3 и т. д. Нечто подобное наблюдалось и при пробое жидкостей. Данные о напряженностях последовательных пробоев и о промежут­ ках времени между ними по осц. / (рис. 1-3) приведены в табл. 1-4.

11

Все пробои, как видно из табл. 1-4, происходили при напряжен­ ности поля 7,5ч-10,4 кв/мм. Промежуток времени между двумя по­ следовательными пробоями увеличивался от 13 до 24 мксек.

После следующих друг за другом пробоев / —7 все же не про­ изошло образование хорошо проводящего разрядного канала. Это

Рис. 1-3. Осциллограммы пробоя образцов из титано-циркониевой керамики Т-20

можно видеть по подъему напряжения 8 (рис. 1-3). Электрическая прочность после стольких пробоев при небольших разрядных токах восстановилась. На этот же образец было подано еще несколько импульсов. Пробои записаны на той же осц. / (рис. 1-3). Поэтому получилась сложная и запутанная картина. Чтобы можно было бо­ лее определенно судить о происходящих изменениях при пробое, сле-

12

дующие осциллограммы записывались только при подаче на образцы одного импульса (рис. 1-3).

На осц. II записан только первый пробой образца из Т-20. За время действия одного импульса здесь серия последовательных раз­ рядов, как на осц. I, не сфор­

прочность образцов после трех пробоев в значительной мере восста­ навливалась, но в разрядном канале происходили и необратимые

всех трех осциллограммах зафиксированы своеобразные режимы 10, 11 и 12. Характер их в общем схож, но хорошо заметно, что дли­ тельность существования, например серии разрядов 11, постепенно уменьшалась.

13