气体火花开关电极烧蚀研究综述 
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Review of the research on electrode erosion of gas spark switch
1 湘潭大学 材料科学与工程学院，湖南 湘潭 411105
2 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安 711024
图 & 表
图 1. 弧柱和电极表面截面示意图
Fig. 1. Section diagram of arc column and electrode surface
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图 2. 铜电极不同时刻的温度分布
Fig. 2. Temperature distribution of copper electrode at different time
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图 3. 烧蚀深度计算结果与实验结果
Fig. 3. Calculation and experimental results of erosion depth
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图 4. 不同间隙长度下阳极表面轮廓线
Fig. 4. Anode surface profiles under different gap length
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图 5. 不同电流下阳极表面轮廓线
Fig. 5. Anode surface profiles under different current
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图 6. 石墨-铜复合材料的烧蚀率
Fig. 6. Erosion rate of graphite-copper composites
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图 7. 电极烧蚀质量损失
Fig. 7. Electrode erosion mass loss
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图 8. 电极表面微观形貌
Fig. 8. Micro morphology of electrode surface
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图 9. 90WCu、90WNiFe、93WNiFe及97WNiFe阳极的微观形貌（216X）
Fig. 9. Micro morphology of 90WCu、90WNiFe、93WNiFe and 97WNiFe anode（216X）
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表 1电流峰值13 kA和电荷量17 mC时电极烧蚀特性
Table1. Erosion characteristics of electrode at 13 kA peak current and 17 mC charge
| n | anode | | cathode | | pit depth/μm | height of salient/μm | erosion mass/ng | pit depth/μm | height of salient/μm | erosion mass/ng | | 2 | 8.95 | 1.92 | 128.7 | | 9.28 | 3.46 | 127.3 | | 5 | 8.77 | 3.42 | 97.0 | | 7.46 | 4.95 | 98.9 | | 6 | 8.15 | 4.55 | 92.1 | | 8.06 | 4.98 | 93.9 |
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表 2常见材料的物理参数及熔化“冲动性”参数[31-32]
Table2. Physical and melting “impulsivity” parameters of common materials
| material | ρ/（g·cm−3）
| k/（W·cm−1·K−1）
| c/（J·g−1·K−1）
| Tm/K
| melting “impulsivity” parameter | | Cu-70%W | 13.81 | 2.40 | 0.209 | 3061 | 8056 | | graphite | 2.25 | 2.50 | 0.720 | 3970 | 7989 | | Cu-80%W | 15.15 | 2.10 | 0.186 | 3216 | 7823 | | W | 19.25 | 1.73 | 0.134 | 3680 | 7774 | | Cu-90%W | 16.75 | 1.74 | 0.159 | 3302 | 7108 | | Cu-50%W | 10.78 | 2.80 | 0.260 | 2521 | 7062 | | Mo | 10.28 | 1.38 | 0.251 | 2896 | 5465 | | Cu | 8.96 | 4.01 | 0.385 | 1358 | 5051 | | Ag | 10.49 | 4.29 | 0.233 | 1235 | 3999 | | Cr | 7.14 | 0.87 | 0.440 | 1875 | 3099 | | Au | 19.30 | 3.18 | 0.129 | 1064 | 2994 | | Fe | 7.87 | 0.80 | 0.412 | 1809 | 2913 | | Ni | 8.80 | 0.90 | 0.439 | 1453 | 2709 | | Al | 2.70 | 2.39 | 0.897 | 934 | 2238 | | Ti | 4.51 | 0.22 | 0.523 | 1939 | 1396 |
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表 3国内外部分研究结果汇总表
Table3. Summary of some research results at home and abroad
| researchers | experimental conditions | experimental results
（electrode erosion rate）
| | peak value
of discharge
current/kA
| quantity of charge
transferred by
single discharge/C
| electrode
spacing/mm
| experimental
gas
| | Donaldson et al[14] | 240 | 3.85 | 10 | open air | Cu＞Cu-Zr＞Cu-Zr-Cr＞Mo＞CuC＞
Cu-Mo＞W-Cu＞graphite
| | Gordon et al[16] | 30 | 0.03 | | SF6/N2 | W-Cu＞graphite | | Chen Weiqing et al[27] | 100 | 0.28 | 20 | SF6 | brass＞stainless steel＞W-Cu＞graphite | | Yao Xueling et al[28] | 0.23 | 10.5 | 15 | air | 304 stainless steel＞W-Cu＞graphite | | Budin et al[33] | 800 | 360 | | H2 | Al＞Fe＞Mo＞W＞W-Ni-Cu | | Xie Changming et al[34] | 3.2 | 0.025 | 4 | N2 | Mo＞W-Cu＞W | | Koutsoubis et al[35] | 1 | 67.5 | | 79%N2/21%O2 | Al＞brass＞stainless Steel＞W-Cu | | Liu Yu et al[36] | 20.7 | 0.0154 | 15 | N2 | Cu＞W-Cu＞Mo＞stainless steel | | Bai Feng et al[37] | 20 | 0.3 | 4 | air | Al alloy＞Ti alloy＞Ti＞stainless
steel＞Cu-Zn＞Mo＞W-Cu
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罗城, 丛培天, 张天洋, 罗维熙. 气体火花开关电极烧蚀研究综述[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32(10): 105001. Cheng Luo, Peitian Cong, Tianyang Zhang, Weixi Luo. Review of the research on electrode erosion of gas spark switch[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32(10): 105001.
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