[实用新型]一种沿面放电触发的伪火花开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及脉冲功率技术领域。更具体地，涉及一种用于形成高电压、大电流、大功率脉冲的沿面放电触发的伪火花开关。

背景技术

国内所研制的伪火花开关，通常采用氧化铝陶瓷或半导体氧化锌等材料进行触发，通过沿面放电的方式将触发信号的能量用于电离开关内部的氢气，从而对开关阳极进行点火以完成开关动作，最终输出具有一定重复频率的高功率脉冲，以用于可控核聚变、电磁脉冲武器、闪光辐射照相、大功率激光器、定向束能武器、磁力成型系统、大型Marx装置、雷达、加速器、特种电源等高功率脉冲领域中。

目前国内采用的沿面放电触发的伪火花开关存在以下问题：

1)开关的沿面放电触发结构采用不锈钢薄片作为电极、氧化铝陶瓷或半导体氧化锌等材料进行绝缘。不锈钢薄片的电子发射能力与耐粒子轰击性能差，通过较大触发能量时易被烧蚀，而且其与触发材料的接触不牢易造成开关触发性能的一致性较差。

2)为降低触发能量，提高伪火花开关的性能，氧化铝陶瓷或半导体氧化锌等用于绝缘的材料所形成的放电间隙尺寸通常小于5mm。在输出高功率脉冲时，由于过小的间隙以及平面型绝缘结构，导致绝缘材料容易被开关放电所产生的金属颗粒附着与污染，从而无法稳定而可靠的工作。

3)半导体氧化锌容易与开关内的氢气发生还原反应，造成材料的绝缘功能失效，导致伪火花开关无法正常触发。

4)当在半导体氧化锌材料上施加较高的触发能量，以及开关输出高功率脉冲时所形成的干扰脉冲都会引起材料的击穿，同时在工作过程中材料耐受较大程度粒子轰击的能力较差，从而导致半导体氧化锌材料寿命受到严重影响。

上述问题不仅影响到伪火花开关的触发性能、工作稳定性、一致性、可靠性与寿命，而且严重制约了伪火花开关在高功率脉冲领域内的应用。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种沿面放电触发的伪火花开关。本实用新型的伪火花开关采用了轴对称弧面绝缘结构设计的新型沿面放电触发结构并采用微波陶瓷材料作为触发材料。微波陶瓷材料不易与氢气发生还原反应，具有较高的相对介电常数与一定的电阻率，伪火花开关中形成的放电间隙尺寸大于10mm，抗击穿与抗轰击能力强，可用于解决伪火花开关触发能量过高、触发材料寿命短、工作一致性与稳定性差等问题。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种沿面放电触发的伪火花开关，该伪火花开关包括沿面放电触发结构，所述沿面放电触发结构包括绝缘板、触发材料以及一对电极，

所述一对电极分别轴向套封触发材料的两端；

套封有电极的触发材料位于绝缘板上；

所述触发材料为微波陶瓷材料。

优选地，所述触发材料为圆柱体，所述触发材料的直径为4-10mm；

优选地，所述电极的壁厚为2-4mm。

优选地，所述触发材料轴向嵌入所述电极的深度为2-5mm。

优选地，该对电极形成的放电间隙为11～15mm。

优选地，该微波陶瓷材料包含氮化铝、氧化铝或镁橄榄石；碳化硅或碳纳米管，其相对介电常数为ε_r＝30～50，电阻率为ρ≌10⁵Ω·m。

本实用新型的触发材料所采用的微波陶瓷材料在中国专利CN102515773A中予以公开，该微波陶瓷材料包含氮化铝、氧化铝或镁橄榄石；碳化硅或碳纳米管。其相对介电常数ε_r＝30～50，要大于氧化铝陶瓷与半导体氧化锌材料，因此所形成的放电间隙尺寸d＝11～15mm，同时采用轴对称弧面绝缘结构设计，使得材料不易被开关放电所产生的金属颗粒附着与污染；其电阻率ρ≌10⁵Ω·m，可以将沿面放电过程中的部分能量通过表面电流的方式消耗，从而削弱沿面放电对触发材料的烧蚀，保证在触发能量较大时也不会影响触发材料结构与伪火花开关的寿命。

微波陶瓷材料的机械性能优异，耐高温与粒子轰击，并且具有一定的绝缘能力，因此采用此材料进行沿面放电时所需要的触发能量小、一致性好、稳定性与可靠性优异。

优选地，所述电极对所述触发材料的套封为过盈公差配合。电极对微波陶瓷材料的套封采取过盈公差配合，使得两者之间接触牢固，开关触发性能的一致性良好，经相关测试，采用该触发结构的伪火花开关，在寿命周期内的触发可靠性达到98％以上，触发时间跳动小于20ns。

优选地，所述电极具有轴对称结构。