Estudio del comportamiento de cátodos termoiónicos en arcos de plasma

Abstract

Se ha estudiado experimentalmente el funcionamiento de cátodos termoiónicos de tungsteno y de tungsteno toriado funcionando en arcos de plasma producidos por una antorcha de arco transferido en condiciones reales de trabajo con intensidades en el rango de 30 a 200 A. Se determinó experimentalmente la dependencia con la intensidad de corriente del arco de los principales parámetros que caracterizan el funcionamiento de los cátodos. Los cambios producidos por el arco en la morfología y composición de los cátodos fueron estudiados por microscopía SEM y análisis EDX. Se determinaron así las dimensiones de la zona del spot y, además, en los cátodos de tungsteno toriado, las de dos zonas encontradas: una zona despoblada de torio y otra rica en torio. Para cada intensidad de corriente se midieron la temperatura del spot (por pirometría de un color) y la densidad de corriente en él. Se encontró un crecimiento exponencial de la densidad de corriente al aumentar la temperatura del spot. Se midieron las erosiones para cada intensidad de corriente y se contrastaron los valores obtenidos con los producidos por la evaporación de material catódico. Se obtuvieron las dependencias de las funciones trabajo efectiva ¿con la intensidad de corriente y con la temperatura T del spot. En los cátodos de tungsteno se encontró un valor constante ¿= 4.1 eV. En los cátodos de tungsteno toriado se encontró que ¿crece rápidamente desde 2.6 eV a 30 A hasta 3.0 eV a 150 A, manteniéndose prácticamente constante a intensidades mayores. Como función de T, ¿varía linealmente en estos cátodos desde 2.7 eV a 2900 K hasta 3.1 eV a 3700 K, lo que se corresponde con la ¿de una capa de torio de densidad superficial variable depositada sobre tungsteno. En ambos cátodos se evaluó la corrección de Schottky que es prácticamente constante a las intensidades de corriente investigadas e igual a 0.4 eV.