摘要：高溫真空電極接頭是一項重要的研究領域，它在眾多應用中扮演著關鍵的角色。隨著科學技術的不斷發展和進步，對于高溫環境下的電極接頭的需求越來越迫切。高溫真空電極接頭的研究涉及到材料科學、電子工程和物理學等多個學科領域，其關鍵問題包括電極材料的選擇、結構設計和性能優化等。本文將探討高溫真空電極接頭的相關研究。

關鍵詞：電極接頭；熱工設計；高溫

發電性能實驗的時候，需要安裝電加熱器的溫差轉換器件。在無水冷卻的情況下，其電極表面的溫度會達到500℃以上，目前所用的連接件難以承受這樣的高溫。為了確保實驗的成功，需要開發出一種在高溫、真空條件下工作，且負載電流大的焊條。

1設計指標 （1）工作環境：真空，60O℃； （2）最大電流：250A； （3）最大電壓：36V； （4）結構形式：符合熱工裝置的結構要求。

2電極接頭設計思路 焊條的最大工作溫度為600℃，故選用高純度的氧化鋁質陶瓷作絕緣體；采用無氧銅作為導線，是因為其在高溫時的飽和蒸汽壓力低于紫銅；為了確保焊點內部和外部的密封性，焊點內部和外部的全部零件都采用了焊接的方式相連；由于導線聯結在外部的線纜橫截面很大，并且有的外罩是為了隔離，所以需要對導線聯結進行機械分析；另外，還需要對在負載電流條件下的焊條進行熱學性能研究，以評價其在負載電流條件下所造成的焦耳熱效應。

3.1絕緣部件 從圖1可以看出，使用金屬陶瓷密封圈，將腔體與4個不銹鋼套筒隔離開來。該密封圈中的高純氧化鋁陶瓷在600℃時具有1082Ω·cm的體電阻率。當電極接頭的電阻大于400kΩ且陶瓷上的電壓小于36V時，絕緣要求得以滿足。 利用可伐4J-29與Al2O3的高溫（600℃），AgCu焊料具有很高的水蒸氣壓，故選擇具有更高熔點的Cu為焊接材料，對其進行焊接。在圖2中顯示了該金屬陶瓷密封圈的構造。 3.2導電部件 在圖1中，元件1和元件10是作為傳導元件的。1的無氧銅，因為此元件要求的電流為250A，故在不降低元件上的焦耳熱的情況下，采用2A/cm2的負載容量。選擇可伐的電極接頭和匯流條的連接構件10的材質是優先的，因為可伐的電阻率是不銹鋼的一半，并且在高溫下的強度更好。為了降低零件1與零件10的接觸阻力，兩個零件的組裝都是通過過盈配合來完成的，而為了更好地增加了接觸面積，提高了接觸的可靠性，則是在兩個零件的一端通過氬弧焊接來完成。由于銅、可伐異種金屬的焊接密封性相對較難確保，所以在這種焊道的外部添加了可伐異種的密封件，使其能夠在電極的內側外部進行密封件的焊接。由于加入了密封件而形成了一個氣腔，因此，在接頭10中設置了一個放氣的孔洞，以確保該體系的真空性，將密封件與電極的內側相聯系，從而使該真空體系可以順暢地將該密封件中的真空抽出。 3.3受力分析 因為與元件10相連的具有石英管的匯流排，為了防止密封片上的陶瓷受到剪切力，采取了一種簡潔而有吸引力的方法。在組件10的側面，設置了不銹鋼波紋管，并且使用兩個不銹鋼限位套進行限位，以限制陶瓷的移動。這樣，就成功地保護了無氧銅電極芯，同時確保了陶瓷的彎曲強度不受損害。從而最大程度地防止了該密封件的電極受到剪切應力。限制陶瓷被設計為不同的形狀，減少了空氣阻力，方便了空氣的流動。限制陶瓷與不銹鋼管的連接方式見圖3。 3.4熱工分析 在無氧銅電極芯中，當電流通過時會產生焦耳熱。在最大電流下，加熱功率不超過1.5W。此外，電極連接器能夠在真空或負壓環境下正常工作。由于在真空狀態下，其導熱環境更加苛刻，所以只對其進行了研究。由于無氧銅電極芯與套筒間依賴輻射傳熱，在忽略了端部導熱套筒對真空室的輻射影響不大的前提下，其加熱速率小于2℃，而套筒的加熱速率則更小。所以，在這種情況下，大部分的熱能都是由半導體材料本身的熱傳導引起的，只有較低比例的焦耳熱。

4電極接頭研制及測評 焊條連接件所用的金屬都要進行化學清潔，并在高溫下進行真空脫氧法。本研究提供了一種以銅為焊劑的銅基材料，其他金屬間的焊縫均為氬弧焊縫。在進行氬弧焊時，為了避免零件被氧化，將其放入一個封閉的氬手套盒中，以實現自動化焊接。焊接完成后，電極接頭的絕緣電阻在室溫下超過2000MΩ，并且在500℃時仍高于1MΩ。此外，電極的室溫電阻低于0.02mΩ，氦氣的泄漏率優于5×10-10 Pa·m3/s。這些結果均滿足了試驗的相關要求。 電極接頭研制完畢后，對其展開了運行條件下的測試，在測試的過程中，電極接頭的溫度、電流等均符合條件。經過檢驗后，電極接頭的連接效果良好，沒有出現松動或損壞的情況。這些優點使得電極接頭成為許多高溫應用中不可或缺的組成部分。室溫的絕緣電阻大約為500MΩ，仍然可以滿足設計的需要，除此之外，其他的性能沒有發生顯著的改變。結果表明，這種焊條可以用于測試溫差發電裝置。

結語 文章對高溫真空電極接頭在不同工況下的熱、力特性進行了研究。根據對真空裝置的需求，對其進行了開發。開發出的產品經過了測試、檢驗，達到了設計的要求。