2.2.2 微粒击穿

在对触头材料、触头表面状况、触头间隙距离等对真空间隙击穿电压的影响进行研究后，发现当触头在若干厘米的大触头间隙距离下，触头间的预击穿电流几乎可以忽略，且其击穿场强明显低于场致发射击穿理论的击穿场强值。例如，在0.5mm触头间隙距离下，触头间可以承受大约20kV的电压而不致发生击穿，但是在100mm的触头间隙距离下，触头间的击穿电压却低于1000kV。另外，在对大触头间隙距离下的击穿现象的研究还发现了触头间材料的转移。早期研究主要是通过对阴极和阳极采用不同的触头材料（例如铜和铝）来研究，可以通过电子显微镜对击穿后触头表面的物质进行鉴定。在此实验研究基础上提出了“微粒击穿”理论。该理论认为触头表面存在着大量的金属微粒，这些微粒在电场的作用下脱离触头表面并加速运动，将电势转化为动能，最终达到对面触头表面，将动能转化为热能，引起材料自身的熔化和蒸发，所产生的金属蒸气导致了真空间隙的击穿。这一击穿机理成功地解释了在大触头间隙距离下，击穿电压与阴极发射电流无关以及触头间物质发生转移的现象。随后很多学者对微粒击穿理论进行了发展和完善，例如，“触发放电”的理论认为当带电微粒与对面电极的距离足够小时，在微粒和触头间会形成一个强场强区，从而在微粒和触头间发生击穿，微粒在击穿过程中会发生蒸发和电离，最终引起整个触头间隙的击穿。以上的理论是在微粒假说的基础上建立的击穿模型，认为真空间隙的击穿是由于触头表面的微粒引发的，并没有考虑到其他电极过程的作用，被称为微粒击穿理论。此后进一步的研究认为，击穿现象是阴极和阳极共同作用的结果，阴极微突起的电子发射会造成电子束对阳极局部区域进行轰击，阳极材料在电子束的轰击作用下其温度会升高到某一临界值，从而引起局部区域材料的熔化和蒸发，造成触头间隙的击穿。但是这些模型并没有考虑到真空间隙的其他物理过程，也没有量化地考虑不同的物理过程在击穿过程中的作用以及它们之间的相互影响。

综合上述可知，微粒击穿过程在高电压等级真空灭弧室的击穿过程中起主导作用。但是这些研究假设了触头间隙施加电压为直流，并且电场为均匀分布，这与实际高电压等级真空灭弧室中的击穿过程有较大差别。在实际真空灭弧室中，需要考虑大触头间隙距离下非均匀电场分布和不同电压种类对击穿过程的影响。