脉冲大电流放电过程中金属蒸汽对绝缘的影响研究

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电磁轨道发射是大电流放电技术的一个重要应用领域,是电磁发射技术中研究十分成熟和常用的一种发射方式。与传统方式相比,电磁发射技术具有速度高、距离远、可控性强等优点,在军事、航空和科学实验等领域具有广泛的应用前景。在电磁发射过程中,铝电枢在与轨道接触产生的摩擦热作用,以及较大界面电流的焦耳热作用下,发生熔蚀并产生金属蒸汽。这些金属蒸汽沉积在绝缘支撑表面,大大降低了绝缘支撑的绝缘性能,制约电磁发射技术的发展。通过对大电流放电过程中金属沉积的研究,为电磁发射装置的绝缘材料的设计和制造提供指导,进而延长电磁轨道发射装置的使用寿命,推动电磁发射技术的研究和应用进程。  首先,搭建了小口径电磁轨道发射装置,开展了重复电磁发射试验。针对重复试验前后的绝缘支撑表面,进行了表面形貌、成分和电阻率测试分析。结果显示,绝缘支撑的前部和中部有明显的金属沉积,膛口区域有明显的烧蚀和断裂。表面电阻率出现了明显的下降,绝缘性能受到影响。绝缘支撑性能下降的主要因素为烧蚀和金属沉积,沉积物的主要成分为单质铝。  其次,尝试使用电爆炸喷涂作为模拟试验研究绝缘支撑金属沉积现象。建立了基于脉冲大电流放电的电爆炸试验系统。并通过对电爆炸能量密度的仿真计算、重复发射试验、模拟试验和静止试验的结果分析对比,证明了电爆炸喷涂试验作为电磁发射模拟试验的等效性和合理性。  最后,针对抗断裂能力较高的高分子材料和抗烧蚀能力较高的陶瓷材料,开展不同喷涂距离、喷涂电压、喷涂次数、粗糙度和基体材料的喷涂模拟试验。对试验后的材料表面形貌、表面电阻率和沿面闪络电压进行测试分析。试验结果表明,试验后的绝缘材料表面附着有单质铝沉积,表面电阻率和闪络电压均严重下降,高分子材料由于较低的硬度和熔点比陶瓷有更好的抗金属污染能力。对金属蒸汽在不同材料沉积的机理和规律进行了分析讨论,提出了改进绝缘支撑抗金属污染能力的方法和建议。并且,对后续工作进行了建议和展望。
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