【技术实现步骤摘要】
本技术属于高端装备领域，具体涉及一种具有绝缘性能比传统真空电极间隙击穿更高的小直径高电压真空器件。
技术介绍
1、真空电子器件指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一种形式电磁能量的器件。具有真空密封管壳和若干电极，管内抽成真空，残余气体压力为1e-4～1e-8帕。高电压真空器件是应用高电压物理过程的真空电子器件，例如高压真空开关、断路器等。
2、其中，有源电真空器件则是一种应用微观粒子的电真空装置，其中最为常见的是x射线管、中子管，分别采用电子束和质子束打靶产生x射线和中子，用于成像、材料分析和辐照等应用。
3、真空高电压绝缘是高电压真空器件最为关键的技术之一，器件工作不稳定甚至失效往往都是由于高电压击穿引起的。在高电压真空器件中，高电压击穿主要包括真空电极间隙击穿和绝缘沿面击穿。由于真空电极间隙击穿的阈值远高于绝缘材料沿面击穿，因此各项绝缘技术重点针对沿面击穿开展，例如采用锥面绝缘子减少二次电子倍增概率、陶瓷表面采用涂层降低二次电子发射系数和电阻率，采用金属结构屏蔽三相点，等等。
4、对于真空电极间隙击穿，一般采用增大电极表面曲率半径以降低表面电场、采用低初始电子发射金属材料，表面抛光与洁净处理以降低表面场发射，等等。
5、以上方法能够解决大部分真空电极间隙击穿的问题，然而，随着便携式应用越来越广泛，此外，测井、探矿等一些特殊应用对器件小型化的需求也越来越急迫。在测井和探矿应用中，需要将x射线管或者中子管垂入探测管道；在一些小孔径的物品检测中
6、x射线管或者中子管是典型的高电压真空器件，需要工作在百千伏以上的高电压下，特别是x射线管需要270kv以上的高电压，才能取得较好的探测效果。对于探井x射线管或者中子管等器件外径受到严格约束的高电压真空器件，由于在长度方向上没有约束，可以大幅延长绝缘部件的长度，因此沿面击穿的风险可以大大降低，退居绝缘风险。
7、但是，为了安全，一般器件外壳接地，这就导致真空内高压电极表面会建立起极高的场强，达到20kv/mm以上，超出真空间隙击穿的阈值，高压电极和金属外壳之间会发生真空击穿，无法保证器件的稳定工作。更重要的是，真空击穿阈值非常不稳定，在器件工作过程中，发热放气引起真空度下降、粒子辐照以及颗粒撞击诱导发射、电极表面污染等等，都容易导致真空击穿实际阈值远低于上述经验阈值。
8、因此，目前测井用小直径的x射线管或者中子管的工作电压始终难以提升。急需开发一种高电压/直径比的小直径高电压真空器件，以满足测井以及便携应用的需要。
技术实现思路
1、针对现有技术存在对上述问题，本技术提供一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件。
2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
3、一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，包括外壳以及设置于外壳内的高压电极和地电极，在高电压电极和接地的外壳之间设置有异形陶瓷管，所述异形陶瓷管包括绝缘替位区，所述绝缘替位区包括绝缘替位区陶瓷管，所述绝缘替位区陶瓷管的内壁设置有内绝缘替位导电层，所述绝缘替位区陶瓷管的外壁设置有外绝缘替位导电层，所述外绝缘替位导电层与外壳相连，所述内绝缘替位导电层与高压电极相连。通过该方案，避免高压电极的真空表面存在高电场以及由此引发的场发射与真空击穿。
4、进一步的，还包括沿面绝缘区，所述沿面绝缘区包括沿面绝缘区陶瓷管，所述沿面绝缘区陶瓷管的一端与绝缘替位区陶瓷管相连，另一端向地电极一侧沿轴向延伸。通过该方案，将沿面绝缘区陶瓷延伸到内外均为地电位结构包围从而形成的低电场区，降低部分陶瓷表面电场，抑制沿面放电击穿。
5、进一步的，所述绝缘替位区的外绝缘替位导电层向沿面绝缘区延伸到与靶相同或接近的轴向位置，从而在沿面绝缘区陶瓷管的外壁形成外沿面绝缘导电层。通过该方案，实现由同样为地电位的外沿面绝缘导电层和地电极包围形成低电场区，便于在该区域实施陶瓷沿面绝缘功能。
6、进一步的，在绝缘替位区和沿面绝缘区的过渡位置、在异形陶瓷管与外壳和高电压电极的连接处，均采用圆角过渡结构。
7、进一步的，所述沿面绝缘区在靠近地电极的一侧具有180度法向改变的表面。
8、进一步的，还包括涂层，所述涂层用于降低异形陶瓷管表面二次电子倍增系数和表面电阻率。
9、进一步的，所述绝缘替位区陶瓷管与外壳之间以及绝缘替位区陶瓷管与高压电极之间为弱电场区。
10、与现有技术相比，本技术的有益效果是：
11、(1)通过将主要电场从真空间隙转移到陶瓷部件体内，采用阈值更高并且更稳定的陶瓷体击穿代替阈值较低且不稳定的真空间隙击穿，实现比传统真空电极间隙击穿更高的绝缘性能。
12、(2)将陶瓷沿面绝缘的位置转移到低电场区使其沿面击穿的概率大大降低。并通过180度表面法向改变，在陶瓷端面彻底隔断了电子的倍增路径，相比传统高压插座更能保证沿面绝缘性能。
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1.一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，包括外壳以及设置于外壳内的高压电极和地电极，其特征在于，在高电压电极和接地的外壳之间设置有异形陶瓷管，所述异形陶瓷管包括绝缘替位区，所述绝缘替位区包括绝缘替位区陶瓷管，所述绝缘替位区陶瓷管的内壁设置有内绝缘替位导电层，所述绝缘替位区陶瓷管的外壁设置有外绝缘替位导电层，所述外绝缘替位导电层与外壳相连，所述内绝缘替位导电层与高压电极相连。
2.根据权利要求1所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，还包括沿面绝缘区，所述沿面绝缘区包括沿面绝缘区陶瓷管，所述沿面绝缘区陶瓷管的一端与绝缘替位区陶瓷管相连，另一端向地电极一侧沿轴向延伸。
3.根据权利要求2所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，所述绝缘替位区的外绝缘替位导电层向沿面绝缘区延伸，从而在沿面绝缘区陶瓷管的外壁形成外沿面绝缘导电层。
4.根据权利要求2所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，在绝缘替位区和沿面绝缘区的过渡位置、在异形陶瓷管与外壳和高电压电极的连接处，均采用圆角过渡结构。
6.根据权利要求2所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，还包括涂层，所述涂层用于降低异形陶瓷管表面二次电子倍增系数和表面电阻率。
7.根据权利要求1所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，所述绝缘替位区陶瓷管与外壳之间以及绝缘替位区陶瓷管与高压电极之间为弱电场区。
...【技术特征摘要】
1.一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，包括外壳以及设置于外壳内的高压电极和地电极，其特征在于，在高电压电极和接地的外壳之间设置有异形陶瓷管，所述异形陶瓷管包括绝缘替位区，所述绝缘替位区包括绝缘替位区陶瓷管，所述绝缘替位区陶瓷管的内壁设置有内绝缘替位导电层，所述绝缘替位区陶瓷管的外壁设置有外绝缘替位导电层，所述外绝缘替位导电层与外壳相连，所述内绝缘替位导电层与高压电极相连。
2.根据权利要求1所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，还包括沿面绝缘区，所述沿面绝缘区包括沿面绝缘区陶瓷管，所述沿面绝缘区陶瓷管的一端与绝缘替位区陶瓷管相连，另一端向地电极一侧沿轴向延伸。
3.根据权利要求2所述的一种真空绝缘替位的小直径高电压真空器件，其特征在于，所述绝缘替位区的外绝缘替位导电层向沿...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡克林，彭宇飞，苟州，陆路遥，彭攀，龙继东，
申请(专利权)人：常州华束科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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