2.2.2 微粒擊穿

在對觸頭材料、觸頭表面狀況、觸頭間隙距離等對真空間隙擊穿電壓的影響進行研究后，發(fā)現(xiàn)當觸頭在若干厘米的大觸頭間隙距離下，觸頭間的預擊穿電流幾乎可以忽略，且其擊穿場強明顯低于場致發(fā)射擊穿理論的擊穿場強值。例如，在0.5mm觸頭間隙距離下，觸頭間可以承受大約20kV的電壓而不致發(fā)生擊穿，但是在100mm的觸頭間隙距離下，觸頭間的擊穿電壓卻低于1000kV。另外，在對大觸頭間隙距離下的擊穿現(xiàn)象的研究還發(fā)現(xiàn)了觸頭間材料的轉移。早期研究主要是通過對陰極和陽極采用不同的觸頭材料（例如銅和鋁）來研究，可以通過電子顯微鏡對擊穿后觸頭表面的物質進行鑒定。在此實驗研究基礎上提出了“微粒擊穿”理論。該理論認為觸頭表面存在著大量的金屬微粒，這些微粒在電場的作用下脫離觸頭表面并加速運動，將電勢轉化為動能，最終達到對面觸頭表面，將動能轉化為熱能，引起材料自身的熔化和蒸發(fā)，所產生的金屬蒸氣導致了真空間隙的擊穿。這一擊穿機理成功地解釋了在大觸頭間隙距離下，擊穿電壓與陰極發(fā)射電流無關以及觸頭間物質發(fā)生轉移的現(xiàn)象。隨后很多學者對微粒擊穿理論進行了發(fā)展和完善，例如，“觸發(fā)放電”的理論認為當帶電微粒與對面電極的距離足夠小時，在微粒和觸頭間會形成一個強場強區(qū)，從而在微粒和觸頭間發(fā)生擊穿，微粒在擊穿過程中會發(fā)生蒸發(fā)和電離，最終引起整個觸頭間隙的擊穿。以上的理論是在微粒假說的基礎上建立的擊穿模型，認為真空間隙的擊穿是由于觸頭表面的微粒引發(fā)的，并沒有考慮到其他電極過程的作用，被稱為微粒擊穿理論。此后進一步的研究認為，擊穿現(xiàn)象是陰極和陽極共同作用的結果，陰極微突起的電子發(fā)射會造成電子束對陽極局部區(qū)域進行轟擊，陽極材料在電子束的轟擊作用下其溫度會升高到某一臨界值，從而引起局部區(qū)域材料的熔化和蒸發(fā)，造成觸頭間隙的擊穿。但是這些模型并沒有考慮到真空間隙的其他物理過程，也沒有量化地考慮不同的物理過程在擊穿過程中的作用以及它們之間的相互影響。

綜合上述可知，微粒擊穿過程在高電壓等級真空滅弧室的擊穿過程中起主導作用。但是這些研究假設了觸頭間隙施加電壓為直流，并且電場為均勻分布，這與實際高電壓等級真空滅弧室中的擊穿過程有較大差別。在實際真空滅弧室中，需要考慮大觸頭間隙距離下非均勻電場分布和不同電壓種類對擊穿過程的影響。