Ja, in einem Vakuum kann ein Lichtbogen entstehen. Dieses als Vakuumlichtbogen bekannte Phänomen kann entstehen, wenn die Oberflächen von Metallelektroden, die mit einem guten Vakuum in Berührung kommen, entweder durch Erhitzung (thermionische Emission) oder durch ein elektrisches Feld, das stark genug ist, um eine Feldelektronenemission zu verursachen, Elektronen zu emittieren beginnen.
Mechanismus der Entstehung von Vakuumlichtbögen:
- Zündung: Der Prozess beginnt, wenn die Metallelektroden in einer Vakuumumgebung Elektronen emittieren. Dies kann durch zwei primäre Mechanismen geschehen: thermionische Emission, bei der die Erwärmung der Elektroden zur Elektronenemission führt, und Feldelektronenemission, bei der ein starkes elektrisches Feld an der Oberfläche der Elektrode zur Emission von Elektronen führt.
- Aufrechterhaltung: Einmal in Gang gesetzt, kann der Vakuumlichtbogen aufgrund der kinetischen Energie, die die vom elektrischen Feld freigesetzten Teilchen gewinnen, fortbestehen. Diese Hochgeschwindigkeitsteilchen prallen auf die Metalloberflächen, erhitzen diese und erzeugen einen glühenden Kathodenfleck. Dieser Fleck setzt weitere Teilchen frei und hält den Lichtbogen aufrecht. Bei hohen Strömen kann sich auch ein glühender Anodenfleck bilden, der zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens beiträgt.
Anwendungen von Vakuumlichtbögen:
- Vakuumröhren und Hochspannungsschalter: Die elektrische Entladung im Vakuum ist entscheidend für den Betrieb bestimmter Arten von Vakuumröhren und Hochspannungs-Vakuumschaltern, bei denen die kontrollierte Bildung und Steuerung von Vakuumlichtbögen von entscheidender Bedeutung ist.
- Vakuumlichtbogenöfen: Sie werden zum Schmelzen von Refraktärmetallen und zur Herstellung spezieller korrosions- und hitzebeständiger Legierungen verwendet. Die Vakuumumgebung ermöglicht hohe Temperaturen (bis zu 3700 °C) und reduziert die Verunreinigung durch die Außenluft, wodurch die Reinheit der Metalle verbessert wird.
- Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VAR): Dieses Verfahren beinhaltet das kontinuierliche Umschmelzen einer verbrauchbaren Elektrode mittels eines Lichtbogens unter Vakuum. Es wird zur Veredelung von Metallen und Legierungen eingesetzt, um Verunreinigungen zu reduzieren und ihre Qualität zu verbessern, insbesondere bei hochfesten und temperaturbeständigen Bauteilen.
Thermionischer Vakuumlichtbogen (TVA):
Hierbei handelt es sich um eine neuere Art der Plasmaquelle, die ein ionenhaltiges Plasma mit gerichteter Energie erzeugt. TVA-Entladungen werden unter Hochvakuumbedingungen zwischen einer beheizten Kathode und einer Anode gezündet. Der beschleunigte Elektronenstrahl heizt das Anodenmaterial auf, was zu einer Entladung führt, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann, die hochenergetische Plasmen erfordern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Vakuumlichtbögen nicht nur möglich sind, sondern auch ein fester Bestandteil verschiedener Hightech-Prozesse und -Anlagen sind, die die einzigartigen Eigenschaften von Vakuumumgebungen nutzen, um bestimmte technologische Ziele zu erreichen.
