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旋片什么是无尾真空技术

2019-12-24

一、真空的基本概念

真空技术中,“真空”泛指在给定的空间内,气体压强低于一个大气压的气体状态,也就是说,同正常的大气压相比,是较为稀薄的一种气体状态:

真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。根据真空技术的理论,真空度的高低通常都用气体的压强来表示。在国际单位制中,压强是以帕(Pa)为单位1Pa=1N/m2。另外常用的单位还有托(Torr)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴 (mbar)、工程大气压(公斤/厘米2)等:

真空区域的划分没有统一规定,我国通常是这样划分的:

粗真空:(760~10)托

低真空:(10~10-3)托

高真空:(10-3~10-8)托

超高真空:(10-8~10-12)托

极高真空:10-12托

托和帕的关系:1 托=1 毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa,1 帕=7.5×10-3 托:

真空区域的特点不同其应用也不同,例如吸尘器工作于粗真空区域,暖瓶、灯泡等工作于低真空区域,而真空开关管和其它一些电真空器件则是工作在高真空区域:

二、真空间隙的绝缘特性

真空中放置一对电极,加上高压时,在一定的电压下也会产生电极之间的电击穿。它的击穿与空气中的电击穿有很大不同。空气中的击穿是由于气体中的少量自由电子在电场作用下高速度运动,与气体分子碰撞产生较多的电子和离子,新生的电子和离子又同中性原子碰撞,产生更多的电子和离子。这种雪崩式的电离过程,在电极间形成了放电通道,产生了电弧。而真空中,由于压强较低,气体分子极少,在这样的环境中,即使电极间隙中存在着电子,它们从一个电极飞向另一个电极时,也很少有机会与气体分子碰撞。因而不可能有电子和气体分子碰撞造成雪崩式的电击穿。正是因为气体分子十分稀少,真空间隙电击穿需要在非常高的电压下出现场致发射等其它现象时才有可能形成。从理论上推测,电场强度需达到108V/cm以上时才会造成电击穿,实际上真空间隙的绝缘强度由于一系列不利因素例如电极表面粗糙度、洁净度等的影响,将低于理论计算值几个数量级:

真空灭弧室中的真空度很高,一般为10-3~10-6 帕,此时真空间隙的绝缘强度远远高于1 个大气压的空气和SF6 的绝缘强度,比变压器油的绝缘强度还要高。正因为真空的绝缘强度很高,真空灭弧室中的所有电气间隙都可以做得很小。例如12kV 真空灭弧室的触头开距只有8~12mm,40.5kV 真空灭弧室的触头开距也只要18~25mm,真空灭弧室中的其它电气间隙也在此尺度范围:

三、影响真空绝缘水平的主要因素

真空绝缘是一个十分复杂的物理过程,其机理到目前为止仍没有明确的结论。从实际应用情况来看,主要有以下几个方面:

1、电极的几何形状

电极的几何形状对电场的分布有很大的影响,往往由于几何形状不够恰当,引起电场在局部过于集中而导致击穿,这一点在高电压的真空产品中尤其突出:

电极边缘的曲率半径大小是重要因素。一般来说,曲率半径大的电极承受击穿电压的能力比曲率半径小的大:

此外,击穿电压还和电极面积的大小成反比,即随着电极面积的增大而有所降低。面积增大导致耐压降低的原因主要是放电概率增加:

2、间隙距离

真空的击穿电压与间隙距离有着比较明确的关系。试验表明,当间隙距离较小时(≤5mm),击穿电压随着间隙距离的增加而线性增长,但随着间隙距离的进一步增加,击穿电压的增长减缓,即真空间隙发生击穿的电场强度随着间隙距离的增加而减小。当间隙达到一定的长度后(≥20mm),单靠增加间隙距离提高耐压水平已经十分困难,这时采用多断口反而比单断口有利:

一般认为短间隙下的电击穿主要是场致发射引起的,而长间隙下的的电击穿则主要是微粒效应所致:

3、电极材料

真空开关工作在10-2Pa以上的高真空,由于此时气体分子十分稀少,气体分子的碰撞游离对击穿已经不起作用,因此击穿电压表现出和电极材料有较强的相关性:

真空间隙的击穿电压随着电极材料的不同而不同,研究者发现击穿电压和材料的硬度与机械强度有关。一般来说,硬度和机械强度较高的材料,往往有较高的绝缘强度。比如,钢电极在淬火后硬度提高,其击穿电压较淬火前可提高80%:

此外,击穿电压还和阴极材料的物理常数如熔点、比热和密度等正相关,即熔点较高的材料其击穿电压也较高。对比热和密度而言亦然。这一问题的实质是在相同热能的作用下,材料发生熔化的概率越大,则击穿电压越低:

传统的保温杯是由内外两层玻璃制成的,中间抽成真空,用以隔绝热传递,所以杯胆底部都有一个抽气尾,这个抽气尾极易碰坏,所以,无尾真空技术诞生了,无尾真空技术就是用特殊的工艺焊接玻璃口,所以没有那个尖尖的抽气尾,避免了抽气尾碰坏而损坏杯胆:

目前市场上销售的不锈钢真空器皿,由于抽真空的技术手段不同,大体分为:管式真空―有尾真空、整体抽气―无尾真空二种不同工艺技术的产品。“有尾真空”属传统的工艺技术,“无尾真空”是目前国内外更先进的工艺技术之一,即器皿在真空的环境条件下,由计算机控制完成抽气、封焊、冷却的工艺过程。这种技术手段生产的不锈钢真空器皿,具有以下特点:

◆ 真空度高,保温时间长

由于是在近1000℃条件下抽真空和封焊,此时其真空度与有尾真空相同的话,当产品回到常温时,其真空度就要比“有尾真空”高得多,所以“思宝”牌真空器皿保温效果均高QB/T2332―97的行业标准:

◆ 有效容量大

由于不存在“有尾真空”那样的老鼠尾巴,不需要设置一个“藏尾室”,所以有效空间大。与“有尾真空”同等外观体积的产品相比,“无尾真空”产品内部有效空间要大得多:

◆ 使用寿命长

“有尾真空”采用的是“压封技术”,这种技术措施在微观上是不能完全保证密闭的。而“无尾真空”采用的是“熔封技术”,这种技术使焊料高温熔化并把抽气孔封焊密闭,所以可以保证长期不放气不漏气。思宝牌真空器皿自99年底投放市至今,尚未接到消费者在真空断热功能方面的投诉。整体抽气―“无尾真空”的设备属大型设备,自动化程度高,产品质量水平高,故造价也昂贵。而且管理和使用技术复杂,不易掌握,单件产品电耗高于“有尾真空”数倍,故目前国内只有少数几家企业完全掌握和使用这项技术。然而,由于技术水平高等特点,必定成为不锈钢真空器皿生产技术的发展方向和消费追求产品的技术条件。