本發(fā)明屬于高壓氣體開關電極領域，尤其涉及一種抗燒蝕的高壓氣體開關電極。

背景技術：

高功率微波(HPM)武器是一種潛在的強電磁輻射武器，它可以擾亂、損傷或燒毀民用或軍用設備中的電子系統(tǒng)，使其暫時或永久功能失效。超寬譜高功率微波武器是HPM武器的一個重要形式。超寬譜高功率微波的頻譜較寬，可以覆蓋較多目標調整響應頻率，不需瞄頻即可實施攻擊，其高功率特點可以對目標構成更大威脅。因此，超寬譜高功率微波武器將在現(xiàn)代信息戰(zhàn)中發(fā)揮重要的作用。

超寬譜高功率微波產生系統(tǒng)的核心是脈沖功率源，其可產生納秒級脈寬、高電壓、高瞬時功率電壓脈沖。高壓氣體開關是脈沖功率源的關鍵部件之一，電極燒蝕是影響開關工作壽命和穩(wěn)定性的重要因素。電極燒蝕與電極材料的性能、電極表面形狀、開關工作狀態(tài)以及電極間距等有關。開關工作時，大量的能量需在電極表面耗散，而能量一旦超過電極材料熔化所需能量時，將會發(fā)生燒蝕甚至材料汽化，材料汽化產生的金屬氣，不但會降低開關的絕緣能力，還會造成電極材料損失，使開關電極間距發(fā)生變化，從而改變開關的工作狀態(tài)。

隨著高重復頻率與長壽命開關技術的不斷發(fā)展，抑制電極燒蝕對高功率氣體火花開關的高重復頻率及長壽命具有重要意義。常用電極材料有銅、銅鎢合金、石墨及不銹鋼等，大量實驗驗證這些常用電極材料依然存在不同程度的燒蝕，仍需不斷尋找耐燒蝕的電極材料。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決高壓氣體開關電極的耐燒蝕問題，本發(fā)明提出了一種高純鎢多晶涂層電極及其制備方法，該電極可在氣壓為4MPa至6MPa、氣體火花自擊穿開關導通電壓為幾百千伏和導通電流為幾千安甚至幾十千安量級的環(huán)境下工作。

金屬鎢具有優(yōu)異的物理化學性能，如極高的熔點、高硬度、抗燒蝕、高耐磨蝕、抗氧化等。鎢的蒸汽壓在2000～2500℃高溫下仍很低，且蒸發(fā)速度慢。在零件表面通過氣相沉積法制備鎢涂層,能夠顯著提高其抗燒蝕、耐磨蝕、抗氧化等性能。鎢還具有優(yōu)異的導電性能和比較穩(wěn)定的化學性能?；阪u的諸多特性，較符合電極材料的耐燒蝕要求，但金屬鎢脆性強，傳統(tǒng)的加工方法難以成型較復雜形狀的制品。

本發(fā)明的技術解決方案是：

提供一種高壓氣體開關電極，其特別之處在于：包括基體及位于基體表面的涂層，上述涂層為鎢多晶涂層。

基體的材質可以選擇常用電極材料銅、銅鎢合金、石墨及不銹鋼等，考慮到純銅導熱率較高，上述基體的材質選擇純銅。

根據(jù)高壓氣體火花開關自擊穿電極結構，上述基體的形狀可以為平板、球頭或環(huán)形形狀。

為了保證涂層結合力，上述涂層厚度小于0.5mm。

本發(fā)明還提供一種制備高壓氣體開關電極的方法，包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)高壓氣體火花開關自擊穿電極結構設計基體結構；

步驟二：清潔步驟一中電極基體表面；

步驟三：采用化學運輸沉積的方法，在步驟二清潔后的電極基體表面生長高純鎢多晶涂層；

步驟四：將步驟三得到的電極進行拋光處理。

上述步驟三的具體過程為：

將純銅基體放入沉積室，將質量純度為99.99％的WF₆和體積純度為99.99％的H₂以摩爾比為1:2～1:4的比例通入所述沉積室中，沉積溫度為530℃～620℃，沉積1到2小時即可在純銅基體表面沉積制備鎢多晶涂層。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明高壓氣體開關電極在純銅電極基體表面制備高純鎢多晶涂層，位于電極表面的高純鎢多晶涂層可提高電極擊穿部位的耐燒蝕性，該電極已經在高功率微波源的高壓氣體開關中得到了實例應用，也可推廣應用至同類高壓氣體開關自擊穿電極中。在相同條件下，與常用電極進行對比實驗，本發(fā)明高純鎢多晶涂層電極具有較強的耐燒蝕特性。

2、本發(fā)明采用化學輸運氣相沉積方法，該方法不但降低生產成本且易在較復雜的表面成型。

附圖說明

圖1是高純鎢多晶涂層電極結構示意圖；

圖2是高純鎢多晶涂層電極安裝結構示意圖。

圖中附圖標記為：1-基體；2-高純鎢多晶涂層；3-氣體開關外殼；4-開關絕緣子；5-電極導桿；6-高純鎢多晶涂層電極；7-緊固螺栓。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。

如圖1所示，本發(fā)明電極包括基體1，基體1的形狀可以是平板、環(huán)形或球頭等多種形狀；基體1的材質為純銅材料?；w1的表面具有高純鎢多晶涂層2，為了保證涂層結合力，其厚度控制在0.5mm以內。

具體的制備方法為：首先根據(jù)高壓氣體火花開關自擊穿電極結構設計基體1的結構；然后，將電極基體1表面做去油污清潔處理，隨后采用化學輸運沉積法在其表面生長厚度d小于0.5mm的高純鎢多晶涂層2，化學輸運沉積法具體為：將質量純度為99.99％的WF₆和體積純度為99.99％H₂以1:2-1:4的比例通入沉積室中，沉積溫度為530℃-620℃，沉積時間1-2小時，在純銅基體表面沉積制備厚度小于0.5mm的高純鎢多晶涂層2；最后，將生長制備的涂層電極表面進行拋光處理，即可完成高純鎢多晶涂層電極的制備。

安裝時，首先將如圖2所示的氣體開關所有零部件(氣體開關外殼3、開關絕緣子4、電極導桿5、高純鎢多晶涂層電極6和緊固螺栓7等)采用酒精清洗干凈；然后將兩個電極導桿5分別插入兩個開關絕緣子4的內孔中；高純鎢多晶涂層電極6的底面緊貼電極引桿，用緊固螺栓7將其與電極導桿緊固，(若電極為環(huán)形可在中間開孔采用螺栓緊固，如為平板則其后端可設計自帶螺紋)，保障電極底部與環(huán)槽底部兩端面最大面積的貼合；最后，開關絕緣子完成電極及電極引桿的安裝后，將其固定于氣體開關外殼3，并對開關內腔體充4～6MPa的高壓絕緣氣體即可。

安裝結束后，進行放電考核實驗。具體如下：給開關兩電極充脈沖高電壓280kV，監(jiān)測放電電壓；多次放電后，測量涂層電極的燒蝕量；電極燒蝕量的測量方法有多種，比如：稱重法及電極尺寸測量等；本發(fā)明采用電極尺寸測量法，即測量實驗前后電極的高度差，若大于0.5mm，則定義該電極失效。本實施例經過十萬次放電測試，測量尺寸放電前后電極的高度差為0.1mm。

通過實驗表明本發(fā)明的用于高壓氣體開關的高純鎢多晶涂層電極，提高了電極的耐燒蝕及開關的穩(wěn)定性。

尤其是在高壓氣體開關實例應用中，相同條件下與常用電極進行對比實驗，經過280kV工作電壓下，十萬次的放電實驗，測量結果如下：高純鎢多晶涂層電極與純銅電極的尺寸高度差分別為0.1mm和0.25mm，實驗結果表明：高純鎢多晶涂層電極具有較強的耐燒蝕特性。