放电电极设计

7.3.10　放电电极设计

帕邢在研究两块平行板间气体的击穿电压时发现，气隙的击穿电压是压力和间隙距离的函数;随着气体所受压力的降低，为气隙产生电弧所必需的电压将下降到某一点，此后电弧电压上升，并将逐步超过原来的电压数值。他也发现，在正常的压力下产生电弧所需的电压随气隙尺寸而减少，但仅仅到达某一个点;间隙尺寸进一步减小时，电弧电压再次上升，到超过原来的电弧电压数值。帕邢曲线源于早期真空实验发现的奇怪现象，某些情况下电弧发生在电极板间相当长的不规则路径上，并未发生在最小距离上。参阅图7－5。

然而，打印头气隙内的等离子启动无法利用帕邢曲线全面地解释，因为离子束“喷嘴”小型化时这种简单工具仍然按常规考虑打印头内部发生的现象。如果将帕邢曲线与放电电极、绝缘层和嵌入电极系统的简单静电模拟组合起来，并假定只能在帕邢最小击穿电位的限制条件下累积到绝缘体上，则上述组合可用于计算放电现象并决定单位电荷因子条件下绝缘体的面积。事实上，图7－21正是按上述简化计算原则得到的结果，揭示了来自离子打印头“喷嘴”的电位电荷因子如何随“喷嘴”直径而改变比例。

几何结构优化实现后的效果如图7－23所示，出于对小记录点离子打印头的电位电荷因子测量结果和简化模型的模拟计算数据比较的需要绘制而成。

注意，简化模型的预测为离子打印头的期望电荷因子提供了上限数据，但启动气隙击穿的阈值不能准确地预测。出现这样的结果并不奇怪，原因在于模型过于简单。用于测量和简化模型计算的离子打印头只有一个放电电极，没有丝网电极，实验测量在氮气环境下完成，对电极加负的偏压，目的在于使离子迁移率的限制条件不影响测量结果。

图7－23　小记录点离子打印头电位电荷因子测量和简化模型计算结果比较