阴极斑点是电弧放电过程中,负电极表面上集中发射电子的光亮极小区域。在电弧放电时,阴极斑点是维持电弧燃烧的重要因素。当电流通过阴极斑点时,斑点处的电子发射会使得电弧得以维持。
当电流较小时,阴极斑点通常只有一个,并且电流密度较高。随着电流的增大,阴极斑点的数量也会增多,并且斑点的面积也会增大。当电流达到一定值时,阴极斑点将覆盖整个电极表面,形成连续的导电通道。
阴极斑点的形成与材料表面的状态、温度和电流密度等因素有关。当阴极材料熔点、沸点较低,而且导热性很强时,即使阴极温度达到材料的沸点开始蒸发,此温度也不足以通过热发射产生足够数量的电子。此时,阴极将进一步自动缩小其导电面积,直到在阴极导电面积前面形成密度很大的正离子空间电荷,形成很大的阴极压降值,足以产生强的电场发射,以补足热发射的不足,向弧柱提供足够的电子流维持电弧燃烧。此时阴极将形成面积更小、电流密度更大的斑点(该斑点的电流密度达106~108A/cm2)来导通电流,这种导电斑点称为阴极斑点。
在用高熔点材料(W、C等)作阴极时,在小电流情况下,也可能产生上述的阴极斑点。当用低熔点材料(A1、Cu、Fe等)作阴极时,无论电流大小都可能产生阴极斑点。此时,阴极表面将由许多分离的阴极斑点组成斑点区,这些斑点在斑点区以很高速度跳动(其速度可达104~105cm/s)。

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阴极斑点的跳动具有自动选择发射电子时消耗能量最低的点的特性。如采用直流反极性焊铝时,阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向。这主要是因为氧化膜具有较高的电阻,通过氧化膜的电流较小,因此氧化膜处的电子发射能量消耗较低。
总之,阴极斑点是电弧放电过程中的重要现象,其形成和跳动机制对于理解电弧放电和维持电弧燃烧具有重要意义。在实际应用中,可以通过控制阴极斑点的形成和跳动来调节电弧的行为和特性,从而实现更加稳定和高效的电弧放电过程。