[實用新型]一種沿面放電觸發的偽火花開關

有效

• 申請號: 201520080658.8
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN204497566U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 張明;欒小燕;周亮;趙杰;趙征
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十二研究所
• 主分類號: H01T1/22
• 分類號: H01T1/22;H01T2/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本實用新型涉及脈沖功率技術領域。更具體地，涉及一種用于形成高電壓、大電流、大功率脈沖的沿面放電觸發的偽火花開關。

背景技術

國內所研制的偽火花開關，通常采用氧化鋁陶瓷或半導體氧化鋅等材料進行觸發，通過沿面放電的方式將觸發信號的能量用于電離開關內部的氫氣，從而對開關陽極進行點火以完成開關動作，最終輸出具有一定重復頻率的高功率脈沖，以用于可控核聚變、電磁脈沖武器、閃光輻射照相、大功率激光器、定向束能武器、磁力成型系統、大型Marx裝置、雷達、加速器、特種電源等高功率脈沖領域中。

目前國內采用的沿面放電觸發的偽火花開關存在以下問題：

1)開關的沿面放電觸發結構采用不銹鋼薄片作為電極、氧化鋁陶瓷或半導體氧化鋅等材料進行絕緣。不銹鋼薄片的電子發射能力與耐粒子轟擊性能差，通過較大觸發能量時易被燒蝕，而且其與觸發材料的接觸不牢易造成開關觸發性能的一致性較差。

2)為降低觸發能量，提高偽火花開關的性能，氧化鋁陶瓷或半導體氧化鋅等用于絕緣的材料所形成的放電間隙尺寸通常小于5mm。在輸出高功率脈沖時，由于過小的間隙以及平面型絕緣結構，導致絕緣材料容易被開關放電所產生的金屬顆粒附著與污染，從而無法穩定而可靠的工作。

3)半導體氧化鋅容易與開關內的氫氣發生還原反應，造成材料的絕緣功能失效，導致偽火花開關無法正常觸發。

4)當在半導體氧化鋅材料上施加較高的觸發能量，以及開關輸出高功率脈沖時所形成的干擾脈沖都會引起材料的擊穿，同時在工作過程中材料耐受較大程度粒子轟擊的能力較差，從而導致半導體氧化鋅材料壽命受到嚴重影響。

上述問題不僅影響到偽火花開關的觸發性能、工作穩定性、一致性、可靠性與壽命，而且嚴重制約了偽火花開關在高功率脈沖領域內的應用。

實用新型內容

本實用新型的一個目的在于提供一種沿面放電觸發的偽火花開關。本實用新型的偽火花開關采用了軸對稱弧面絕緣結構設計的新型沿面放電觸發結構并采用微波陶瓷材料作為觸發材料。微波陶瓷材料不易與氫氣發生還原反應，具有較高的相對介電常數與一定的電阻率，偽火花開關中形成的放電間隙尺寸大于10mm，抗擊穿與抗轟擊能力強，可用于解決偽火花開關觸發能量過高、觸發材料壽命短、工作一致性與穩定性差等問題。

為達到上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種沿面放電觸發的偽火花開關，該偽火花開關包括沿面放電觸發結構，所述沿面放電觸發結構包括絕緣板、觸發材料以及一對電極，

所述一對電極分別軸向套封觸發材料的兩端；

套封有電極的觸發材料位于絕緣板上；

所述觸發材料為微波陶瓷材料。

優選地，所述觸發材料為圓柱體，所述觸發材料的直徑為4-10mm；

優選地，所述電極的壁厚為2-4mm。

優選地，所述觸發材料軸向嵌入所述電極的深度為2-5mm。

優選地，該對電極形成的放電間隙為11～15mm。

優選地，該微波陶瓷材料包含氮化鋁、氧化鋁或鎂橄欖石；碳化硅或碳納米管，其相對介電常數為ε_r＝30～50，電阻率為ρ≌10⁵Ω·m。

本實用新型的觸發材料所采用的微波陶瓷材料在中國專利CN102515773A中予以公開，該微波陶瓷材料包含氮化鋁、氧化鋁或鎂橄欖石；碳化硅或碳納米管。其相對介電常數ε_r＝30～50，要大于氧化鋁陶瓷與半導體氧化鋅材料，因此所形成的放電間隙尺寸d＝11～15mm，同時采用軸對稱弧面絕緣結構設計，使得材料不易被開關放電所產生的金屬顆粒附著與污染；其電阻率ρ≌10⁵Ω·m，可以將沿面放電過程中的部分能量通過表面電流的方式消耗，從而削弱沿面放電對觸發材料的燒蝕，保證在觸發能量較大時也不會影響觸發材料結構與偽火花開關的壽命。

微波陶瓷材料的機械性能優異，耐高溫與粒子轟擊，并且具有一定的絕緣能力，因此采用此材料進行沿面放電時所需要的觸發能量小、一致性好、穩定性與可靠性優異。

優選地，所述電極對所述觸發材料的套封為過盈公差配合。電極對微波陶瓷材料的套封采取過盈公差配合，使得兩者之間接觸牢固，開關觸發性能的一致性良好，經相關測試，采用該觸發結構的偽火花開關，在壽命周期內的觸發可靠性達到98％以上，觸發時間跳動小于20ns。

優選地，所述電極具有軸對稱結構。