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

После повторного пробоя 9 (см. осц. II) напряжение снизилось до 2,3 кв и в течение 41 мсек изменялось очень мало (режим 10). По истечении указанного срока произошла резкая деионизация. При возрастании Е до 4,3 кв/мм сформировался разряд, а затем их образовалась целая серия при нескольких меньших Е (см. 11 на осц. II, рис. 1-3). Такого рода разряды продолжались 80 мксек. После их прекращения установился режим 12 с небольшими колеба­ ниями напряжения.

Из табл. 1-5 видно, что продолжительность режима 10 в проме­ жутке между первым и третьим пробоями увеличилась, а режима 11 — уменьшилась. При значительном ограничении разрядного тока

среде канала. Ориентировочно ток, при котором возможно сущест­ вование стабильного режима 10, можно определить из уравнений

Из этих уравнений для гх можно написать:

dUc

где А = Я0^о + Я0г + гг0. Напряжение Uc режима 10, как замеча­

л о п лось, почти не изменяется, поэтому — - = 0 и

dr

л и с

r* = rU0 ( r ) - {RQ+ r) Uc •

Режим 10 занимает значительное время (~ 41 мсек), за которое

14 ->

жима 10 практически оставалось постоянным и что разряд в кера­ мике Т-20 мог существовать при токах в несколько десятков милли­ ампер. Термический эффект при этом мог играть существенную роль только в том случае, если диаметр канала был мал, а плотность тока значительна. Высокая температура в канале способствовала диссо­ циации молекул окислов.

Таблица 1-6

Цифровые данные об изменениях величин Uа, гх и / 4 для режимов 10 (см. осц. на рис. 1-3)

в зависимости от времени при отсчете его от начала подачи импульса

Освободившиеся ионы кислорода могли образовать как бы газо­ вую атмосферу, в которой и происходили частые разряды режима 11 (рис. 1-3). Удлинение режима 10 и укорочение режима 11 при уве­ личении числа последующих пробоев одного и того же образца должно определяться многими явлениями в разрядном канале: из­ менением газовой атмосферы, степенью ионизации, интенсивностью рекомбинационных процессов, образованием ионов или объемных зарядов и т. д.

При небольших ограничениях разрядного тока электрическая прочность образцов из Т-20 после первого пробоя не восстанавли­ вается. Такого рода пробои зафиксированы на осц. V и VI (рис. 1-3). Пробои производились по схеме рис. 1-1, в. По осц. V можно сде­ лать заключение о том, что вероятность пробоя возрастет с увеличе­ нием числа поданных на образец импульсов. В данном случае про­ бой произошел только после четырехкратной подачи импульса с не­ изменной амплитудой на один и тот же образец. Средняя пробивная напряженность образцов получилась равной 10,5 кв/мм.

О закономерностях изменения со временем сопротивления раз­ рядного канала при пробое таких образцов сообщается в [1—9].

1-3. Статистическое запаздывание и частичные пробои образцов из рутиловой керамики.

В рутиловой керамике преобладает кристаллическая фаза ру­ тила ТіОг. Приведенные ниже данные получены при испытании об­ разцов из рутиловой керамики Т = 80 следующего состава:

15

Опыты проводились по схемам, представленным парис. 1-1 [1-10]. Размеры дисков, способ приготовления . к испытаниям, предвари­ тельная проверка на качество спекания, нанесение электродов вжиганием серебра были такими же, как и при испытаниях образцов из УФ-46 и Т-20. При неизменных условиях пробивались партии по 7—13 образцов. Воспроизводимость осциллограмм в пределах стати­ стического разброса получалась удовлетворительной.

На рис. 1-5 представлены наиболее характерные осциллограммы пробоя образцов при различной крутизне нарастания амплитуды импульсного напряжения. Осц. I X — градуировочная. Она. снята при пробое воздушного промежутка 10 мм между стандартными шарами диаметром 62,5 мм. Цифровой материал, относящийся к этим осцил­ лограммам, сведен в табл. 1-7.

Средняя пробивная напряженность Т-80 получилась равной 11 кв/мм. То же и при постоянном напряжении. В отличие от неко­ торых других керамических материалов у Т-80 хорошо проводящий мостик образуется сразу же после первого пробоя. При повторных пробоях (см. табл. 1-7) Епр= 0,9-ь 1,7 кв)мм. Следовательно, элек­ троизоляционные свойства у пробитых образцов практически не вос­ станавливаются. Возможно, что при первом пробое в области раз­ рядного канала резко нарушается стехиометрическое соотношение в кристаллических ячейках или образуется мостик из восстановлен­ ных металлических атомов.

Напряжение при испытании образцов также постепенно повы­ шалось до пробоя. Осц. /—III записаны при такоң развертке по вре­ мени, при которой сравнительно длительное время можно было на­ блюдать за подъемом и спадом амплитуды импульса, чтобы просле­ дить за возможным появлением частичных разрядов на большей части импульсной волны. Предварительное опыты показали, что у большинства образцов пробои формируются без предварительных частичных пробоев (осц. / рис. 1-5). У некоторых образцов эти

пробои еле уловимы (осц. //), но в отдельных случаях они хорошо различаются (осц. III). По величине снижения напряжения они почти равноценны полному пробою. Характерным здесь является то обстоятельство, что после каждого разряда электрическая прочность образцов почти полностью восстанавливалась. При повторной по­ даче импульса на тот же образец следовал новый почти полный пробой, но перед ним наблюдались небольшие частичные разряды с падением напряжения 0,6-4-1,0 кв.

Возможно, что в такого рода редко встречающихся дисках при­ сутствовали случайные примеси, сообщавшие керамике в отношении динамики пробоя особые свойства. Но не исключено также, что образование канала происходило только по поверхности раздела кристаллических ячеек и стекловидных прослоек с наибольшей кон­ центрацией акцепторных уровней поверхностного типа. В резуль­ тате интенсивного захвата электронов развитие пробоя энергично подавлялось. Частичные пробои наблюдались и в изоляции микалент.

Уобразцов из массы Т-80 можно отметить еще одну особенность

вотношении времени статистического запаздывания пробоя. По осц. VI (рис. 1-5) оно равно примерно 25 мксек. Столь большое для керамических материалов запаздывание в развитии пробоя можно объяснить интенсивным захватом лавин электронов акцепторными центрами.

На линиях среза (момент пробоя) у осц. IV— VI (рис. 1-5) хо­ рошо различаются два утолщения. Они свидетельствуют о том, что при развитии пробоя дважды происходило торможение. То же обычно наблюдается и при пробоях воздушных промежутков, как это видно по осц. IX. Такого рода торможение, связанное с возраста­ нием электрического сопротивления разрядного канала, можно объ­ яснить действием объемного положительного заряда, появляющегося после сквозного прохождения электронных лавин. При увеличении крутизны нарастания амплитуды импульса появляется торможение иного рода в виде общего замедления процесса развития в его за­ вершающей стадии. Общее время формирования пробоя поэтому удлиняется (см. табл. 1-7). Величина Епр при этом несколько уменьшается.

На рис. 1-6 приведены осциллограммы пробоя таких же образцов из Т-80, но при сравнительно резком нарастании амплитуды импульса. Пробои производились при R —0 (рис. 1-1, в). Здесь, как и в случае пробоя образцов из УФ-46, снова записано предпробив­ ное снижение напряжения. Данные о некоторых параметрах этого снижения приводятся в табл. 1-8. Из табл. 1-8 видно, что время формирования пробоя при предпробивных срезах напряжения уве­ личивалось до нескольких долей микросекунд. Пробивная же на­ пряженность заметно снижалась.

Динамика развития пробоя образцов из Т-80 при сравнительно крутых нарастаниях амплитуды импульса оказалась в основных чер­ тах такой же, как и у УФ-46. Видимо, и причины, вызывавшие по­ явление предпробивных срезов напряжения, были такими же.

18