真空管用接点材料及其制造方法技术

本发明专利技术的真空管用接点材料由导电成分、耐弧成形与Ｃｒ或Ｚｒ构成，所说的导电成分含量为５０～７０重量％，其主成分为Ｃｕ；所说的耐弧成分由ＴｉＣ和ＶＣ二者中的至少一方构成，其平均粒径在８μｍ以下，其含量为３０－５０重量％；所说Ｃｒ含量相当于Ｃｒ和Ｃｕ总量的０．２～２．０重量％，或者，所说Ｚｒ含量相当于Ｚｒ和Ｃｕ总量的０．２－２．０重量％。材料中的氢含量规定为０．２～５０ｐｐｍ。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有优良的大电流断路特性、切断特性、通电特性、大电流通电特性的。利用真空中的电弧扩散性在高真空中进行电流断路的真空管接点由两个相互对向的固定接点和可动接点构成。使用这种真空管来切断电动机负荷等感应性电路的电流时，时常会发生过度的异常冲击电压和负荷机器被破坏的危险。这种异常冲击电压发生的原因是例如由于在真空中进行小电流断路时发生的切断现象(不等到交流电波形的自然零点就强制地使电流断路的情况)或由于高频消弧现象等而引起的。由切断现象引起的异常冲击电压值Vs通常以电路的冲击阻抗Zo·Ic表示。因此，为了降低异常冲击电压Vs，必须减小电流切断值Ic。就具有低切断电流特性的接点而言，主要有按熔化法制造的Cu-Bi系接点和按烧结熔渗法制造的Ag-WC系接点。Ag-WC系合金接点具有下列几点优良的低切断电流特性，目前已开发出使用这种合金接点的真空开关并已达到实用化。另外有人提出将Cu复合到这种接点中，按照Ag与Cu之比大致为7∶3的比例制成Ag-Cu-WC合金(特公照63-59212)。在这种合金中，由于选择了在过去没有限定的Ag和Cu的比例，所以能够发挥稳定的切断电流特性。另外，特公平5-61338披露，通过将耐弧性材料的粒径(例如WC的粒径)控制在0.2～1μm内就能有效地改善低切断电流特性。另一方面，在Cu-Bi类合金接点中，由于Bi的选择蒸发而改善了电流切断特性。在这种合金中，Bi占10重量％(以下写成重量％)(特公昭35-14974)，由于它具有适度的蒸气压特性，因此能发挥低切断电流特性。另外，例如在特公照41-12131中将Bi定为0.5重量％，这样，Bi偏析于晶界中，这样造成合金本身脆化，因此实现了低的熔融跳路力，从而具有优良的大电流断路特性。可是，作为真空断路器的本来功能，必须进行大电流断路。为了进行大电流断路，很重要的一点是要使电弧在接点材料的全部表面上形成点弧，这样就可以减小在接点材料的每单位表面积上的热量输入。作为达到该目的的一种措施是在固定有接点材料的电极部位形成一种能够在平行于极间电场的方向上产生磁场的纵磁场电极结构。按照特公昭54-22813，通过在上述方向上产生适度的磁场，可以使电弧等离子体均匀地分布在接点表面上，从而能够提高大电流断路能力。另外，关于接点材料本身，根据特开平4-206121，在Ag-Cu-WC-Co系接点材料中，通过使WC-Co的粒子间距为0.3～3μm左右就能使电弧阴极点的易动度变得良好，从而可以谋求大电流断路特性的提高。另外还表明，通过提高钴等铁族辅助成分的含量就可以提高其断路性能。对于真空断路器来说，要求具有低的冲击性，而在过去一般要求象上述那样的低切断电流特性(低断续开关特性)。然而，随着在近年来真空管用于大容量电动机等感应性电路的情况日益增加，出现了高的冲击阻抗负荷，因此，人们不但希望真空管具有更稳定的低切断特性，而且必须使其兼备大电流断路特性。可是也有人指出，使用10重量％Bi与Cu复合化的合金(特公昭35-14974)，随着开关次数的增加，向电极空间的金属蒸气供应量减少，出现了低切断电流特性的劣化，而耐电压特性也随着高蒸气压元素量的减少而劣化。0.5重量％Bi与Cu复合化的合金(特公昭41-12131)的低切断电流特性不够好。如上所述，仅仅通过高蒸气压成分的选择蒸发，不可能具有稳定的低切断特性。另外，对于以Ag-WC-Co中的Ag作为导电成分的接点材料来说，虽然具有较好的切断特性，但是由于其蒸气压过高，因此不能获得充分的断路性能。另外，对于Ag与Cu的重量比大致为7∶3的Ag-Cu-WC合金(特公昭63-59212)以及使这类合金中的WC等耐弧性成分的粒径为0.2～1μm的合金(特公平5-61338)等以Ag作为主要导电成分的接点材料来说，虽然显示优良的断路特性和切断特性，但是它要以昂贵的Ag作为主要成分，因此接点的价格随之增高。另外，在通过增加这些接点材料中的Co含量来提高断路性能的情况下，其低电流切断特性受到损害。另一方面，在使用廉价的Cu作为导电成分的情况下虽然可以获得较好的断路特性，但是如果不提高耐弧成分含量，则不能获得良好的切断特性。例如在Cu-WC-Co的情况下，通过在烧结WC骨架时向其中添加Co来降低WC骨架的空隙率，从而抑制了熔渗到空隙中的Cu的量。然而，象Co、Fe、Ni那样的碳化物的烧结促进成分会降低Cu的电导率，因此，如果添加量过多就会严重地损害通电特性。本专利技术的目的是提供一种兼备优良大电流断路特性、低切断特性和大电流通电特性的。为了达到上述目的，按照本专利技术的第1个观点，可以提供一种真空管用接点材料，它由导电成分、耐弧成分与Cr或Zr构成，所说的导电成分含量为50～70重量％，其主要成分为Cu；所说的耐弧成分由TiC和VC二者中的至少一方构成，其平均粒径在8μm以下，其含量为30～50重量％；所说Cr含量相当于Cr和Cu总量的0.2～2.0重量％，或者，所说Zr含量相当于Zr和Cu总量的0.2～2.0重量％；氢的含量为0.2～50ppm。Cu是一种较Ag轻的元素，而且它的蒸气压较低，因此，与象Ag-WC那样以Ag作为导电成分的接点材料相比，以Cu作为导电成分的接点具有优良的断路后绝缘恢复特性，但缺点是低切断性能差。因此，通过采用低切断性能优于WC的TiC，可以维持与Ag-WC相同程度的低切断性。Cu与TiC在通常情况下相互润湿性很差，但是，当在Cu的液相中含有Cr或Zr时，由于Cr或Zr存在于TiC/Cu界面上，因此改善了两者的润湿性，从而可以按熔渗法来制造。如果在Cu-TiC系接点中的氢含量过多，则会显著地损害其大电流断路特性，因此很重要的一点是将氢含量限制在50ppm以下。另一方面，利用象扩散泵那样通常在真空热处理中使用的排气系统达到10-2Pa以上的真空，在这样的真空气氛中制造上述材料时，氢的含量在0.2ppm以上。而在比上述更高真空度的真空气氛中进行热处理时需要很高的费用，除此之外还会由于碳化物的分解而使TiC/Ti之比增大，从而导致切断特性降低，因此不好。按照本专利技术制得的Cu-TiC-Cr或Cu-TiC-Zr接点材料兼备了优良的大电流断路特性、大电流通电性能以及与Ag-WC一样优良的低切断特性，而且使用Cu做原料，因此其价格低廉。另外，按照本专利技术的第2个观点可以提供一种真空管用接点的制造方法，其特征在于，该方法具有制造骨架的步骤和对上述骨架进行熔渗的步骤，所说骨架制造步骤是将一种由TiC和VC二者中的至少一方作为主成分构成的原料粉末制成平均粒径在8μm以下，其含量为30～50重量％的骨架；所说骨架熔渗步骤是首先将气氛气中的氢含量调整至0.2ppm～50ppm，然后使用一种含量为50～70重量％，以其主成分为Cu的导电成分而构成的熔渗材料来熔渗上述的骨架，而上述的熔渗材料是一种含有0.2～2.0重量％Cr的Cu基合金或者是含有0.2～2.0重量％Zr的Cu基合金。作为使Cr或Zr作用于Cu/TiC界面的方法，最简便的是利用由Cr或Zr与Cu合金化而形成的熔渗材料进行熔渗，这样能均匀地起作用，因此是最好的方法。也可以采用在用于形成骨架的原料粉末中含有相当于原料粉末总量0.25～2.3重量％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空管用接点材料，它由导电成分、耐弧成分与Ｃｒ或Ｚｒ构成，所说的导电成分含量为５０～７０重量％，其主要成分为Ｃｕ；所说的耐弧成分由ＴｉＣ和ＶＣ二者中的至少一方构成，其平均粒径在８μｍ以下，其含量为３０～５０重量％；所说Ｃｒ含量相当于Ｃｒ和Ｃｕ总量的０．２～２．０重量％，或者，所说Ｚｒ含量相当于Ｚｒ和Ｃｕ总量的０．２～２．０重量％； 其中氢的含量为０．２～５０ｐｐｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1999-5-28 149308/1999;JP 1998-8-21 235052/1998;1.一种真空管用接点材料，它由导电成分、耐弧成分与Cr或Zr构成，所说的导电成分含量为50～70重量％，其主要成分为Cu；所说的耐弧成分由TiC和VC二者中的至少一方构成，其平均粒径在8μm以下，其含量为30～50重量％；所说Cr含量相当于Cr和Cu总量的0.2～2.0重量％，或者，所说Zr含量相当于Zr和Cu总量的0.2～2.0重量％；其中氢的含量为0.2～50ppm。2.一种真空管用接点的制造方法，其特征在于，该方法具有下列工序，即将一种含有TiC和VC中的至少一方作为主成分的原料粉末制成平均粒径在8μm以下的骨架的工序，用一种含有0.2～2.0重量％Cr的Cu基合金或一种含有0.2～2.0重量％Zr的Cu基合金构成导电成分的熔渗材料熔渗上述骨架的熔渗工序，其中，上述骨架材料占30～70重量％，上述熔渗材料占50～70重量％。3.如权利要求2的制造方法，其特征在于，作为上述骨架的原料粉末使用的TiC粉末的平均粒径在8μm以下。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，上述骨架的原料粉末还含有相当于原料粉末总量10～40重量％的Cu。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序，作为真空气氛，优选是在低于1×10-1Pa压力的气氛中进行。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，以上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序，使用一种其耐热材料仅由氧化物和/或氮化物形成的炉子以及使用由氧化物或氮化物形成的坩埚进行。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在用上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序中，当该工序中使用的炉子的耐热材料和坩埚中的至少一方由碳材料构成时，使用Al2O3的板、块粒或粉末将上述熔渗材料和上述骨架二者与上述碳材料隔离开。8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在使上述骨架成形的工序中使用的金属模子的外壳可以分割成几个部分。9.一种真空管用接点的制造方法，其特征在于，该方法具有下列工序，即将一种由TiC粉末和VC粉末中的至少一方作为主成分、另外还含有0.25～2.3重量％的Cr或Zr的原料粉末制成平均粒径在8μm以下的骨架的工序，用一种以Cu为主成分的导电成分构成的熔渗材料熔渗上述骨架的工序，其中，上述骨架材料占30～70重量％，上述熔渗材料占50～70重量％。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，作为上述骨架的原料粉末使用的TiC粉末的平均粒径在8μm以下。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，上述骨架的原料粉末还含有相当于原料粉末总量10～40重量％的Cu。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序，作为真空气氛，优选是在低于1×10-1Pa压力的气氛中进行。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，以上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序，使用一种其耐热材料仅由氧化物和/或氮化物形成的炉子以及使用的氧化物或氮化物形成的坩埚进行。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在用上述熔渗材料熔渗上述骨架的上述工序中，该工序中使用的炉子的耐热材料和坩埚中的至少一种由碳材料构成时，使用Al2O3的板、块粒或粉末将上述熔渗材料和上述骨架二者与上述碳材料隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本敦史，草野贵史，奥富功，关经世，片冈诚，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]