用于制造电极材料的方法和电极材料技术

本发明专利技术公开了用于制造电极材料(1)的方法，其中该电极材料包括：含有Cu、Cr和耐热元素并具有优异的大电流中断和电容开关能力的中心部(2)；和在该中心部(2)外周设置的外周部(3)。该外周部(3)含有Cu和Cr并具有优异的耐受电压能力。通过成形Cr和耐热元素的固溶体粉末，在固溶体粉末的成形体外周周围一体成形Cr粉末和用Cu等渗透该一体成形体来制造电极材料(1)。

Methods and electrode materials for manufacturing electrode materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造电极材料的方法和电极材料专利
本专利技术涉及用于真空断路器等的电极材料。更具体地，本专利技术涉及用于制造电极材料的方法，该电极材料要求大电流中断能力和电容开关能力(capacitorswitchingcapability)，并涉及电极材料。
技术介绍
使用于真空断路器(VI)等的电极的电极材料需要满足以下特性：(1)高中断能力；(2)高耐受电压；(3)低接触电阻；(4)高抗熔接性；(5)低接点消耗；(6)低中断电流；(7)良好加工性；和(8)高机械强度。因为以上特性中的一些处于权衡关系，所以不存在满足所有以上特性的电极材料。因此取决于断路器的应用例如用于大电流中断和用于高耐受电压的那些，适当地使用电极材料。如何开发具有不同特性的电极材料已成为重要的课题。近些年，使用真空断路器的条件变得严峻，并且与此同时，真空断路器至电容电路的应用范围已经扩宽。在电容电路中，在电极之间施加往常两倍或三倍高的电压。因此，认为在电流中断或电流开关操作时产生的电弧使电极的接点表面遭受显著损害，从而容易引起再起弧。因此存在不断提高的对于具有比常规Cu-Cr电极材料优异的耐受电压和电流中断能力的接点材料的需要。作为用于制备具有优异电学特性例如电流中断能力和耐受电压能力的Cu-Cr电极的方法，已知的电极制备方法是其中将作为基材的Cu粉末与用于改进电学特性的Cr粉末和用于Cr颗粒微细化的耐热元素(例如钼(Mo)、钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)等)的粉末混合，然后在模具中加压成形混合的粉末并烧结成形体(参见例如专利文献1和2)。更具体地，使用200-300μm粒径的Cr粉末作为原材料制备Cu-Cr电极材料；并添加耐热元素至该Cu-Cr电极材料从而允许通过微组织技术微细化Cr粉末，即促进Cr和耐热元素的合金化并增强在Cu基材相中细Cr-X颗粒(其中X是耐热元素)的沉积。因此，电极具有如下组成，其中具有20-60μm直径的Cr颗粒以其中并入耐热元素的形式均匀分散在Cu基材相中。为了改进以上电极材料的电学特性例如电流中断能力和耐受电压能力，需要提高Cu基材相中Cr和耐热元素的含量并且将Cr颗粒和Cr和耐热元素的固溶体颗粒细且均匀地分散在Cu基材相中。作为大量研究的结果，本专利技术人专利技术了Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料(参见例如专利文献3-5)。这种电极材料组合了细的含Cr颗粒的均匀分散与作为高导电组分的细的Cu组织的均匀分散并且显示优异的大电流中断和耐受电压能力。一般地，对于使用在断路器等的接点材料需要通过电压化成处理(其中接点表面上微小突起或附着的外来物质在接点之间闪络)或通过电流化成处理(其中通过电弧熔融接点表面)稳定耐受电压能力。然而，Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料在表面硬度和熔点方面比常规Cu-Cr电极材料更高。因此存在如下可能性：用于稳定耐受电压能力所需的能量可能变高。还存在如下可能性：由稳定处理在真空断路器内部引起的污染变为耐受电压能力不稳定的因素。此外，Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料在通电能力方面等同于常规的CuCr电极材料，从而不可实现较小的电极直径并从而不可预期通过降低接点的面积来缩短化成处理所需要的时间。现有技术文献专利文献专利文献1：日本公开专利公报No.2012-7203专利文献2：日本公开专利公报No.2002-180150专利文献3：日本专利No.5861807专利文献4：日本专利No.5880789专利文献5：日本专利No.5904308专利文献6：日本公开专利公报No.2016-065281专利文献7：日本公开专利公报No.2012-133988专利文献8：日本公开专利公报No.H05-047275专利文献9：日本公开专利公报No.S63-266720专利文献10：日本公开专利公报No.2015-078435专利文献11：日本公开专利公报No.2010-277962
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于制造具有优异电流中断和耐受电压能力的电极材料的方法。按照实现以上目的本专利技术的一个方面，提供了电极材料的制造方法，其包括：通过成形Cr和选自Mo、W、Ta、Nb、V和Zr的至少一种的耐热元素的固溶体粉末来形成成形体；在该成形体的外周周围填充和成形Cr粉末，从而形成一体成形体；和用选自Cu、Ag以及Cu和Ag合金的导电元素渗透(溶浸)该一体成形体。按照实现以上目的本专利技术的另一个方面，提供了如以上所述的电极材料的制造方法，其中该制造方法进一步包括烧结该一体成形体，并且其中，在渗透中，用该导电元素渗透烧结的一体成形体。按照实现以上目的本专利技术的又一个方面，提供了如以上所述的电极材料的制造方法，其中该制造方法进一步包括烧结该成形体，并且其中，在填充和成形中，通过在烧结的成形体周围填充和成形Cr粉末来获得该一体成形体。按照实现以上目的本专利技术的再一个方面，提供了如以上所述的电极材料的制造方法，其中在固溶体粉末的X-射线衍射测量中，对应于Cr的峰或对应于该耐热元素的峰消失。按照实现以上目的本专利技术的一个方面，提供了电极材料，其包含：具有良好电流中断能力的中心部；和在该中心部外周设置的外周部，其中该中心部具有复合金属组合物，该复合金属组合物中固溶体颗粒均匀分散在Cu相中，该固溶体颗粒由Cr和选自Mo、W、Ta、Nb、V和Zr的至少一种的耐热元素的固溶体形成，其中按照相对于该复合金属组合物的重量比，该复合金属组合物包含20-70％的Cu、1.5-64％的Cr和6-76％的耐热元素，余量为不可避免的杂质，其中该复合金属组合物中的固溶体颗粒具有20μm或更小的平均颗粒直径并且以1.0或更低的分散状态指数均匀分散在该Cu相中，和其中基于该外周部的重量，该外周部包含60重量％或更多的Cr，余量为Cu。按照实现以上目的本专利技术的另一个方面，提供了如以上所述的电极材料，其中基于该外周部的重量，该外周部包含75重量％-90重量％的Cr。能够根据本专利技术获得具有优异中断和耐受电压能力的电极材料。附图说明图1是根据本专利技术实施方案的电极材料的示意图。图2是根据本专利技术实施方案的电极材料制造方法的流程图。图3是具有由根据本专利技术实施方案的电极材料形成的电极接点的真空断路器的示意截面图。图4是在电极材料的两个区域之间边界部分的反射电子图像(处于50倍放大倍率)。图5是在电极材料的两个区域之间边界部分的反射电子图像(处于500倍放大倍率)。图6(a)是测试样品的示意图；并且图6(b)是在拉伸测试前后测试样品的示图。图7是显示根据实施例1-9和参考例1和2的电极材料细节的图表。图8是在33-kA中断过程中常规电极材料(CuCr电极)的示图。具体实施方式以下将参考附图详细描述根据本专利技术实施方案的电极材料制造方法和电极材料。在以下实施方案的描述中，除非另有规定，否则平均颗粒直径、中值直径d50、基于体积的相对颗粒量等意指通过激光衍射粒径分析仪(可从CILAS.Inc以CILAS1090L的商品名得到)测量的值。参考图1，通过根据本专利技术的一个实施方案的电极材料制造方法制造的电极材料1包括圆柱状中心部2和在该中心部2的外周上设置的外周部3。例如，中心部2是具有优异大电流中断能力和电容开关能力的Cu-Cr-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造电极材料的方法，包括：通过成形Cr和选自Mo、W、Ta、Nb、V和Zr的至少一种的耐热元素的固溶体粉末来形成成形体；在所述成形体的外周周围填充和成形Cr粉末，从而形成一体成形体；和用选自Cu、Ag以及Cu和Ag合金的导电元素渗透所述一体成形体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.02 JP 2017-0173511.一种用于制造电极材料的方法，包括：通过成形Cr和选自Mo、W、Ta、Nb、V和Zr的至少一种的耐热元素的固溶体粉末来形成成形体；在所述成形体的外周周围填充和成形Cr粉末，从而形成一体成形体；和用选自Cu、Ag以及Cu和Ag合金的导电元素渗透所述一体成形体。2.根据权利要求1所述的用于制造电极材料的方法，进一步包括：烧结所述一体成形体，其中，在所述渗透中，用所述导电元素渗透所烧结的一体成形体。3.根据权利要求1或2所述的用于制造电极材料的方法，进一步包括：烧结所述成形体，其中，在所述填充和成形中，通过在所烧结的成形体周围填充和成形所述Cr粉末来获得所述一体成形体。4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于制造电极材料的方法，其中，在所述固溶体粉末的X-射线衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川启太，林将大，福田英昭，长谷川光佑，山村健太，
申请(专利权)人：株式会社明电舍，
类型：发明
国别省市：日本,JP