極細径電極アーク放電によるマイクロ溶融現象のその場観察

本研究では、先端のとがった極細径電極と試料間の微小なギャップに電界を作用させたときに生じる真空絶縁破壊とそれにともなうアーク放電に注目し、走査電子顕微鏡(SEM)によるその場観察を通して、これら放電現象に及ぼす因子と試料表面に形成されるマイクロメートルサイズの溶融部に関して基礎的に調べた。得られた結果を要約すると以下のようになる。1.電極と試料のギャップ距離をサブミクロンにすると、200V程度の電圧でも真空絶縁破壊が生じ、それにともなって持続時間の短いアーク放電が発生する。2.絶縁破壊電圧は電極間距離とともに上昇する。また、電極形状にも依存し、先端の曲率半径を小さくするほど、局部電界強度が高くなり、絶縁破壊しやすくなる。3.電極を陰極として、パルス電圧を用いることで、直径1μmから10μmの溶融部を再現性よく得ることができた。その溶融スポット径は、放電エネルギーが増加するとともに大きくなる。4.電極と試料間のギャップ長を制御し、パルス電圧を繰り返し与えることで、試料表面に幅2μmから10μmの溶接ビ-ド状の溶融部を形成することができた。このときの溶融幅は、パルス電圧あるいは繰り返し周期に依存する。

本研究では、先端のとがった極細径電極と試料間の微小なギャップに電界を作用させたときに生じる真空絶縁破壊とそれにともなうアーク放電に注目し、走査電子顕微鏡(SEM)によるその場観察を通して、これら放電現象に及ぼす因子と試料表面に形成されるマイクロメートルサイズの溶融部に関して基礎的に調べた。得られた結果を要約すると以下のようになる。1.電極と試料のギャップ距離をサブミクロンにすると、200V程度の電圧でも真空絶縁破壊が生じ、それにともなって持続時間の短いアーク放電が発生する。2.絶縁破壊電圧は電極間距離とともに上昇する。また、電極形状にも依存し、先端の曲率半径を小さくするほど、局部電界強度が高くなり、絶縁破壊しやすくなる。3.電極を陰極として、パルス電圧を用いることで、直径1μmから10μmの溶融部を再現性よく得ることができた。その溶融スポット径は、放電エネルギーが増加するとともに大きくなる。4.電極と試料間のギャップ長を制御し、パルス電圧を繰り返し与えることで、試料表面に幅2μmから10μmの溶接ビ-ド状の溶融部を形成することができた。このときの溶融幅は、パルス電圧あるいは繰り返し周期に依存する。