Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法

专利名称：Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于开关触点，特别是真空开关的Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法，以及粉末冶金方法制造的Cu-Cr开关触点,特别是真空开关。还涉及高功率的Cu-Cr材料的制造。
背景技术：
将Cu-Cr材料应用于制造开关触点，特别是真空开关原理的应用领域是是已知的。真空开关原理在中等电压(即7.2kV至40kV)的范围内作为现行开关原理已经广泛地获得认可，并且已经展现出在更高电压范围内应用的趋势。这种开关触点在真空-中等电压-功率开关和真空保护领域内都得到应用。对于开关触点特别要求在整个使用寿命中尽可能保持高的开关能力、高的绝缘能力和尽可能低的损耗。人们追求高的抗磨损能力、良好的电传导和热传导能力、在开关过程中尽可能低的焊接弯曲度以及高的绝缘能力和足够的开关触点的机械强度。DE102006021772A1阐明了一种制造用于真空开关的铜-铬触点的方法。这样制造用于真空开关的铜-铬触点，一个薄的铜-铬板坯通过浇铸或者喷注以及后续的快速冷却制造成触点的原材料。这里使用垂直于板坯的方向的浓度曲线作为参数。还展示并描述了铜-铬系统的状态图表。如在物质状态图中看到的，在固相中基本上不存在Cu和Cr的混溶性。只有在共晶点(该点温度约为1075°C )以下的一个很小的范围内存在这样一个范围，在该范围内存在固溶体内的很小的Cr在Cu内的溶解度。在固溶体内的Cr在Cu内的最大溶解度在1075°C温度下、大约在0.7原子％条件下出现热力学平衡时出现。当温度降低时，Cr在Cu内的溶解度也降低，当温度为400°C时，在固溶体内的Cr在Cu内的溶解度以热力学平衡表示为0.03原子％。Cu-Cr系统的详尽的物质状态图可参见M.Hansen和K.Anderko的《Constitutionof Binary Alloys)), McGraw-Rill Book Company, Inc.(1958)的第 524 页中。由物质状态图可知，在低于共晶点温度的、Cr晶粒溶入Cu晶格的Cu-Cr材料中，典型的含量为Cu为30-80重量％而Cr为70-20重量％。由于在该范围内的Cr在Cu内的较低的溶解度，在固溶体中的Cu晶格中存在较少量的Cr。如果在固溶体中Cr的比重小于Cu，下面还将继续使用Cu晶格的概念。已知有纯粉末冶金法、烧结浸渗法和熔炼法，用于生产用于真空开关的开关触点的Cu-Cr材料。由于Cu-Cr系统的复杂的物质状态图，直接制造均相的熔融材料是不可能的。因此通常应用所谓的重熔材料用于真空开关的开关触点的高价值的Cu-Cr材料，例如可以使用激光或者电弧造成重熔。用于生产用于真空开关的开关触点(下面也称作真空开关触点)的Cu-Cr材料的纯粉末冶金法与熔炼法相比要经济得多。但是经粉末冶金法制成的Cu-Cr材料至今为止还不能具有所有的人们所需的性质。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种用粉末冶金法制造用于开关触点的Cu-Cr材料的方法以及用粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，其实现了高的抗磨损性、良好的导电和导热能力、在开关过程中尽可能低的焊接倾向以及开关触点的高的介电强度足够的机械强度，并且能够经济地生产。本目的通过根据权利要求1的用于开关触点的Cu-Cr材料的粉末冶金法制造方法实现。有利的扩展设计在从属权利要求中给出。用于开关触点，特别是真空开关的Cu-Cr材料的粉末冶金法制造方法具有如下步骤:对由Cu粉末和Cr粉末形成的Cu-Cr混合粉末进行挤压，将经过挤压的Cu-Cr混合粉末烧结成Cu-Cr开关触点的材料。烧结和/或接下来的热处理过程以交替的温度变化进行，在该温度变化过程中Cu-Cr混合粉末或者Cu-Cr材料至少两次交替地加热到一个上温度边界值以上再冷却到下温度边界值以下。所有的步骤都在没有熔化液相生成的温度中进行。Cu-Cr材料的粉末冶金的整个制造过程在低于Cu-Cr系统的共晶点(1075°C )的温度以下进行，因此不会生成熔化液相。所谓“纯粉末冶金”指的是没有熔化液相生成的过程。实施具有交替的温度变化的烧结或者接下来的热处理过程(或者两者)。交替的温度变化应该理解为，交替地进行温度升高和温度降低，其中温度升高和温度降低分别进行至少两次。优选地，温度升高和温度降低分别进行三次。交替的温度变化可以在对经过挤压的Cu-Cr毛坯的烧结过程中进行。然而也可以，在热处理过程中对经过(传统的)烧结的Cu-Cr材料进行交替地温度变化。上温度边界值优选可以这样选择，实现在固溶体中Cr在Cu内的尽可能大的溶解度。下温度边界值优选可以这样选择，给出与上边界温度相比的明显更低的在固溶体中Cr在Cu内的溶解度。Cu-Cr材料的制造可以这样进行，已经制成开关触点的最终形态，或者开关触点还需进行适宜的后续处理才能获得其最终形态。通过纯粉末冶金法可以以特别经济的方式制造Cu-Cr材料。通过交替的温度变化(周期退火)可以实现，在Cu晶格中形成很多Cr晶粒，晶粒尺寸为截面面积0.1 μ m2至50 μ m2 (在显微照片中测量得到)。形成的Cu-Cr材料具有在显微照片中测量得到的Cr晶粒尺寸分布，该分布具有位于截面面积为0.1 μ m2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的第一最大值。晶粒尺寸分布的确定通过以显微镜在显微照片中对各个Cr晶粒的面积的测量进行。显微镜可以理解为现有的光学显微镜和电子显微镜。以这种方式能够制造出用于开关触点的Cu-Cr材料，其能够经济地生产，并且同时实现了高的抗磨损性、良好地导电和导热能力、在开关过程中低的焊接倾向以及开关触点的高的介电强度足够的机械强度。通过实现了交替的温度变化可以顺利地达到前述的有利的晶粒尺寸分布，即便是使用了相对粗颗粒的Cr粉末(例如，颗粒直径介于20μπι至200 μ m之间)作为原材料。在没有交替的温度变化的纯粉末冶金制造方法中，其中应用例如颗粒直径不超过200 μ m的Cu粉末和Cr粉末，生成的Cu-Cr材料具有如下结构，在显微照片中的Cu晶格中的一些较小的Cr晶粒旁边存在相对大的Cr颗粒(颗粒直径在100 μ m至150 μ m范围内)。那么就形成了典型的单峰的晶粒尺寸分布，最大值例如位于100 μ m2至25000 μ m2的晶粒尺寸范围内。这意味着，如果没有进行交替的温度变化，Cr粉末的颗粒尺寸基本保持在最后生成的Cu-Cr材料的起始材料中。使用特别细颗粒晶粒的Cr粉末作为原材料会导致其它问题。会使制造过程复杂化。细颗粒晶粒的Cr粉末与粗颗粒的粉末相比具有较高的含氧量。因此会使Cr相不容易结合到Cu晶格材料内，这引起更高的孔隙率。此外还已知，细颗粒的Cr粉末组分中的氧化物杂质比大的晶粒粉末的要多。处理细颗粒粉末的另一个困难在于，在制造过程中避免氧吸收的操作方法和保证足够的工作场所的安全性。此外为了实现材料的理想的密度和较低的孔隙率，需要较高的压力，或者需要经过烧结的材料的冷成型。用上面给出的方法步骤可以用传统的制造设备以经济的方式实现所需的Cu-Cr材料的性质。用制造Cu-Cr材料的方法可以实现低的孔隙率、高的密度、极低的杂质含量、细颗粒的Cr晶粒并且Cr晶粒在Cu晶格中均质的各向同性的分布以及始终不变的Cu-Cr材料的均一的化学成分。生成的Cu-Cr材料出色地适用于应用于真空开关的开关触点，既能用于高压和中压范围的功率开关也可以用于低压范围的真空保护开关。根据本发明的一个设计方案，上温度边界值位于1065°C至1025°C范围内，而下温度边界值至少低于上温度边界值50°C。下温度边界值优选低于上温度边界值100°C。这种情况下的上温度边界值位于略低于共晶点温度(1075°C )的范围内，即在该范围内达到在固溶体中，在Cu晶格中Cr晶粒可以溶解约0.7原子％。该范围对应于在固溶体中Cr在Cu内的最大溶解度所处的范围。另 一种情况下，上温度边界值以足够程度低于共晶点温度，由此可以阻止在轻微的温度波动时形成熔化液相。下温度边界值明显低于上温度边界值，因此在该范围内(热平衡状态下)固溶体中，相对较少量的Cr溶解在Cu晶格中。因此在加热到上温度边界值时的Cr在Cu晶格材料中积聚(最大达到0.7原子％)。当冷却到低于下温度边界值时(即在物质状态图中的垂直移动)，在固溶体中溶解的Cr量超过对应于该低温的溶解度，其远低于0.7原子％。因此Cr从Cu晶格中析出并且形成具有小的晶粒尺寸的Cr晶粒。随着不断重复的交替温度变化，具有小的晶粒尺寸的Cr晶粒的数量增加。根据本发明的一个设计方案，本方法还具有其它步骤:将Cu粉末和Cr粉末混合成Cu-Cr混合粉末。这种情况下能够通过应用常见的Cr粉末和Cu粉末制成Cu-Cr混合粉末。
根据本发明的一个设计方案，在Cu-Cr混合粉末中的Cu颗粒的颗粒尺寸分布具有
<80 μ m，优选< 50 μ m的最大的颗粒直径。这种情况下,在烧结过程中可靠地实现Cu晶格的形成并且Cu-Cr材料形成可靠的小孔隙率和高的密度。在此最大的颗粒直径通过筛析确定。因此使用具有相应的筛孔大小(例如80 μ m至50 μ m)的筛子并且只使用能够通过筛子的颗粒。根据本发明的一个设计方案，在Cu-Cr混合粉末中的Cr颗粒的颗粒尺寸分布具有
<200μπι，优选< 160 μ m的最大的颗粒直径。最大的颗粒直径通过具有相应的筛孔大小的筛析确定。这种情况下的最大颗粒直径的值要足够的小，以达到在Cu-Cr材料中没有大的Cr晶粒形成。另一方面，也能够形成足够大的单个颗粒，因此不会出现由氧化物引起的杂质风险并且可以在传统的生产设备中实现高的密度和低的孔隙率。根据本发明的一个设计方案，在Cu-Cr混合粉末中的Cr颗粒的颗粒尺寸分布具有^ 20μπι，优选> 32μπι的最小的颗粒直径。最小的颗粒直径同样通过筛析(筛孔大小例如20 μ m至32 μ m)确定，但是这种情况下使用不能通过筛子的颗粒。这种情况下的最小颗粒直径足够大，因此不会出现由氧化物引起的杂质风险并且可以在传统的生产设备中实现高的密度和低的孔隙率。根据本发明的一个设计方案，Cu-Cr混合粉末具有30重量％至80重量％的Cu含量和70重量％至20重量％的Cr含量。这样可以实现，提供高的抗磨损性和低的焊接倾向以及良好的导电和导热性能和足够的机械强度。当Cr含量高于70重量％时，导致导热和导电能力的明显变差。当Cr含量低于20重量％时，不能达到令人满意的抗磨损性和焊接倾向。本发明的目的还通过根据权利要求8的粉末冶金法制成的Cu-Cr开关触点实现。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。Cu-Cr开关触点可以应用于真空开关。粉末冶金法制成的Cu-Cr开关触点具有30重量％至80重量％的Cu含量和70重量％至20重量％的0含量。Cu-Cr开关触点具有位于Cu晶格中的Cr晶粒。显微照片中测得的Cr晶粒的晶粒尺寸分布具有位于截面面积为0.1 μ m2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的第一最大值。开关触点通过没有熔化液相形成的Cu粉末和Cr粉末的粉末冶金工艺制成。所以是纯粉末冶金方法制成的Cu-Cr开关触点。Cu晶格在这里理解为，一种主要由Cu构成然而在其固溶体中也含有少量的Cr的材料。此外还可能存在杂质。在Cu晶格中形成Cr晶粒。Cr晶粒的晶粒尺寸分布这样确定:测绘出开关触点的Cu-Cr材料的显微照片并且通过显微镜进行分析。在显微照片中，确定Cr晶粒并且测量出Cr晶粒的截面面积。该测定求值方法在一个足够大的面积范围，或者不同的面积范围(这些范围形成足够大的总面积)内进行，这样可以得到一个有代表性的统计结论。测定求值可以通过手算或者借助适当的计算机软件进行计算。通过将测得的截面面积作为X轴，每个单位面积内(例如mm2)的与各个截面面积对应的Cr晶粒个数作为y轴(优选以对数形式给出)描绘出的图表，可以清楚地看出晶粒尺寸分布。晶粒尺寸分布具有位于截面面积为0.1 μ Hl2至50 μ Hl2之间的晶粒尺寸范围内的最大值。以粉末冶金法制成的Cu-Cr开关触点具有上述鉴于用于开关触点的、以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的方法的优点。通过纯粉末冶金制法实现了特别经济的制造。由于晶粒尺寸分布具有位于截面面积为0.1 μ m2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的最大值，因此Cu-Cr开关触点具有大量的细颗粒Cr晶粒。细颗粒Cr晶粒均匀地分布。以这种方式实现了非常好的抗磨损性。通过纯粉末冶金制法实现了 Cu-Cr开关触点，在烧结或者稍后进行的热处理过程中实行交替的温度变化，Cu-Cr混合粉末或者说Cu-Cr开关触点的材料至少两次交替地加热到上温度边界值以上然后再次冷却到下温度边界值以下，并且所有步骤在不能产生熔化液相的温度下进行。用粉末冶金工艺制造Cu-Cr开关触点是可行的。根据本发明的一个设计方案，Cr晶粒的晶粒尺寸分布具有位于截面面积为100 μ HI2至10000 μ HI2之间的晶粒尺寸范围内的第二最大值。因此存在双峰的Cr相分布，其具有两个最大值，第一最大值位于截面面积为0.1 μ Hi2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内，第二最大值位于截面面积为ΙΟΟμπι2至ΙΟΟΟΟμπι2之间的晶粒尺寸范围内。该晶粒尺寸分布是根据应用粗颗粒Cr粉末(例如颗粒直径在20 μ m至200 μ m之间)的纯粉末冶金方法得到的。根据本发明的一个设计方案，对应于第一最大值的Cr晶粒的个数多于对应于第二最大值的Cr晶粒的个数，也就是说，相对于具有对应于第二最大值的晶粒尺寸的晶粒，具有对应第一最大值的晶粒尺寸的晶粒更多。这种情况下，存在晶粒总数更多的截面面积为0.1 μ m2至50 μ m2的Cr晶粒。这能够实现特别有利的抗磨损性。当对应于第一最大值的Cr晶粒的个数与对应于第二最大值的Cr晶粒的个数的比值> 5的时候，存在具有小的横截面积的细颗粒Cr晶粒的特别有利的份额。根据本发明的一个设计方案，Cu-Cr开关触点具有> 90%的相对密度。这种情况下可靠地保证了良好的导电和导热性能以及高的机械强度。这种高的相对密度通过在传统的制造设备中应用相对粗颗粒的Cr粉末和Cu粉末实现。这里的相对密度理解为实际达到的密度和对于组分理论上能够达到的密度的比值。通过应用粗颗粒的Cr粉末(颗粒直径为20 μ m至200 μ m)和交替的温度变化(至少两次交替地加热到一个上温度边界值以上再冷却到下温度边界值以下)实现了高的密度和Cu晶格中的细颗粒Cr晶粒的高的份额。


下面根据实施例的参考附图阐述本发明的优点和扩展设计方案。图1示出了以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的颗粒尺寸分布的原始状态(实线)和实施了交替的温度变化的状态(虚线)。图2示出了以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的在光学显微镜下的显微照片。图3示出了实施了交替的温度变化之后的以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的在光学显微镜下的显微照片。图4示出了用于开关触点的Cu-Cr材料的粉末冶金方法的过程步骤示意图。
具体实施例方式下面根据图1至4阐述本发明的第一个实施方式的用于真空开关的开关触点的Cu-Cr材料的粉末冶金制成方法。在第一步-S1-中，将最大颗粒直径优选为50 μ m的Cu粉末和最大颗粒直径为200 μ m (优选为至多160 μ m)而最细颗粒直径为20 μ m (优选为至少32 μ m)的Cr粉末混合成Cu-Cr混合粉末。例如，第一个Cu-Cr混合粉末含有25重量％的Cr含量和75重量％的Cu，第二个Cu-Cr混合粉末含有43重量％的Cr含量和57重量％的Cu。在第二步-S2-中，对Cu-Cr混合粉末进行挤压。优选以压力(400MPa至850MPa)的冷压方式压缩Cu-Cr混合粉末。在下一个步骤-S3-中，在远低于共晶点温度(即远低于1075°C )的烧结工艺中对前一步骤中形成的毛坯进行烧结。在步骤-S1-至-S3-中，在Cu-Cr混合粉末中即在经过挤压的雏形中没有熔化液相生成。烧结过程可以在850°C至1070°C的温度范围内进行。此处温度必须足够高，这样烧结过程可以以足够高的速度进行到足够的程度，以保证在不可避免的温度梯度中不会形成熔化液相。根据步骤-S3-以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的在光学显微镜下的显微照片在图2中示出。由图2可以看出，在一个Cu晶格中有若干个具有不同晶粒尺寸的Cr晶粒。经过对已知的例子的晶粒尺寸分布的详细的分析得知，Cr晶粒的晶粒尺寸大体上对应于原材料的Cr粉末的颗粒尺寸。这种方式制造的Cu-Cr材料的Cr晶粒的晶粒尺寸分布的计算结果在图1中以实线标出。首先测绘出Cu-Cr材料的显微照片并且在显微镜下检验并测量Cr晶粒的尺寸。其中对10个不同的Cu-Cr材料的范围进行分析，以获得统计上有说服力的分布。图1中在横轴以对数标度给出了测得的Cr晶粒的截面面积(μ m2)。纵轴同样以对数标度给出了以Imm2为单位进行规范化的晶粒个数。如图1中所示，在这种方法中的Cu-Cr材料在晶粒尺寸为10 μ m2至25000 μ m2范围内具有单峰的晶粒尺寸分布。晶粒尺寸分布具有一个最大值，在晶粒尺寸在> 100 μ m2范围内。然后在热处理过程中对Cu-Cr材料进行交替地温度变化，如下所述。其中将Cu-Cr材料交替地加热到一个上温度边界值以上再冷却到下温度边界值以下。这里的交替的加热和冷却进行至少两次。在该过程步骤中还应该注意，不能形成熔化液相，也就是说，始终保持Cu-Cr材料的温度位于Cu-Cr系统的共晶点温度(1075°C)以下。下面还将对此进行详细描述。在步骤-S4-中，将Cu-Cr材料加热到上温度边界值以上。其中上温度边界值优选相对靠近地低于Cu-Cr系统的共晶点温度，由此Cu-Cr材料的温度略低于共晶点温度，但是还要保证离共晶点温度足够远，以可靠地避免生成液相。因此，上温度边界值优选位于1025°C至1065°C之间的范围内。紧接着在步骤-S5-中，将Cu-Cr材料冷却到下温度边界值以下。下温度边界值优选位于比上温度边界值低至少50°C的范围内，更优选地位于比上温度边界值低至少100°C的范围内。下温度边界值优选最多比上温度边界值低250°C，更优选最多比上温度边界值低180°C。因此这样选择下温度边界值，在该点温度的固溶体中Cr在Cu中的溶解度明显低于在上温度边界值的溶解度。这样选择的理由还将详细地阐述。例如可以将Cu-Cr材料冷却至约850°C的范围。此处建议，不要将下温度边界值选择得过低，以保证在Cu-Cr材料中的扩散过程可以进行到足够的程度。Cu-Cr材料分别在上温度水平和下温度水平保持一段时间。紧接着重复步骤-S4-，也就是说，再次将Cu-Cr材料加热到上温度边界值以上。然后重复步骤-S5-，也就是说，再次将Cu-Cr材料冷却到下温度边界值以下。步骤-S4-和-S5-重复η次，最少2次，优选最少3次。已知通过2次至6次(2 < η < 6)的重复步骤-S4-和-S5-可以实现Cu-Cr材料的改善，而且进行更多次的重复不会得到进一步的改善。由此对Cu-Cr材料进行周期退火。至少步骤-S4-和-S5-在保护气体炉中以低压和/或在真空炉中进行，以避免不希望出现的氧气导致的氧化反应。然后制造过程就结束了。图3示出了实施了所述交替的温度变化的以粉末冶金法制成的Cu-Cr材料的在光学显微镜下的显微照片。由图3可知，实施了周期退火后，具有小的截面面积的Cr晶粒的份额与在实施周期退火之前(图2)相比得到了提高。对于Cr晶粒的晶粒尺寸的准确分析表明，形成了双峰的晶粒尺寸分布，其具有两个最大值。实施了交替的温度变化后的晶粒尺寸分布在图1中以虚线示出。晶粒尺寸分布以与上述图1中的实线同样的方式推导出。很明显，在周期退火之后，双峰的晶粒尺寸分布替代了之前的单峰的晶粒尺寸分布(实线)。晶粒尺寸分布具有位于截面面积为0.1 μ Hi2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的第一最大值。此外晶粒尺寸分布具有位于截面面积为100 μ m2至10000 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的第二最大值。对应于第一个最大值的Cr晶粒的个数多于对应于第二个最大值的Cr晶粒的个数。对应于第一个最大值的Cr晶粒的个数与对应于第二个最大值的Cr晶粒的个数的比值> 5。此外，Cr晶粒在Cu晶格中分布得非常均匀。在显微照片中测得的具有截面面积< 10 μ m2的Cr晶粒的份额非常高。通过交替的温度变化的热处理实现了在Cu晶格中的的Cr晶粒析出向高份额的极小细颗粒分布的变化。用所述的具有相对粗颗粒的颗粒尺寸的Cr粉末的原材料可以在用传统的生产设备进行的纯粉末冶金方法中制造出具有较低孔隙率的Cu-Cr材料，其同时具有较少量的杂质。纯粉末冶金方法适用于Cu-Cr材料。由于作为非常细颗粒分布的Cr晶粒，纯粉末冶金方法制成的Cu-Cr材料具有高的抗磨损性、高的绝缘性和开关触点的足够的机械性能。在Cu晶格中作为细颗粒分布的Cr晶粒的生成在例如开篇处所述的DE102006021772A1中的物质状态图中可以这样解释:在高于略低于共晶点温度的上温度边界值的范围内，在固溶体中可以有0.7原子％的Cr溶解于Cu晶格(热力学平衡)。在将Cu-Cr材料冷却到低于下温度边界值过程中将材料温度控制到，在热力学平衡状态下在该温度下的固溶体中只有份额非常少的Cr溶解于Cu晶格材料中。在冷却过程中Cr从Cu晶格材料中析出并且该析出物以小晶粒的形式出现。在将温度再次加热到上温度边界值时，固溶体中的Cr溶解于Cr晶格材料。当温度再次降到下温度边界值之下，由于在固溶体中的较低的溶解度，Cr再次析出，这就导致了细颗粒的Cr晶粒。以这种方式形成了所述Cr晶粒的双峰的晶粒尺寸分布。已知，对于理想的细颗粒的Cr晶粒的生成需要至少两次超过上温度边界值和低于下温度边界值。但是当周期退火的重复次数到达某一个数目时，再增加次数也没有观测到结构的进一步改善。在周期退火中高温和低温之间的温度转换应该选择为足够的慢，这样保证Cr在冷却过程中可靠地从Cu晶格中析出，另一方面又不能太慢，以避免由于晶粒的粗颗粒化而再次生成较大的Cr晶粒。本发明中也进行了 Cr和Cu以其它比例混合的Cu-Cr混合粉末的试验，得到了可对照结果。Cr含量为70重量％并且Cu含量为30重量％的试验在细颗粒的Cr析出方面也得到了可对照的结果。虽然这里在Cu-Cr材料的烧结步骤_S3_之后进行交替的温度变化的热处理，但是也可以，在烧结步骤中就进行交替的温度变化。这种情况下，对经过挤压的Cu-Cr毛坯在烧结过程中重复进行步骤-S4-和-S5-。这种情况下省略了单独的步骤-S3-，而烧结在步骤-S4-和-S5-中同时进行。
权利要求
1.一种用于真空开关的开关触点的Cu-Cr材料的粉末冶金制造方法，所述方法具有以下步骤: (52)对由Cu粉末和Cr粉末形成的Cu-Cr混合粉末进行挤压， (53)将经过挤压的Cu-Cr混合粉末烧结成Cu-Cr开关触点的材料， 其特征在于， 烧结和/或接下来的热处理过程以交替的温度变化进行，在所述温度变化过程中Cu-Cr混合粉末或者Cu-Cr材料至少两次交替地加热到一个上温度边界值以上(S4)再冷却到下温度边界值以下(S5)，其中所有的步骤都在不会生成熔化液相的温度下进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上温度边界值位于1065°C至1025°C范围内，而所述下温度边界值至少低于上温度边界值50°C，优选至少低于上温度边界值100。。。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还具有以下步骤:(SI)将Cu粉末和Cr粉末混合成Cu-Cr混合粉末。
4.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述Cu-Cr混合粉末中的Cu颗粒具有这样的颗粒尺寸分布，所述颗粒尺寸分布具有< 80 μ m,优选< 50 μ m的最大颗粒直径。
5.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述Cu-Cr混合粉末中的Cr颗粒具有这样的颗粒尺寸分布，所述颗粒尺寸分布具有< 200 μ m,优选< 160 μ m的最大颗粒直径。
6.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述Cu-Cr混合粉末中的Cr颗粒具有颗粒尺寸分布，所述颗粒尺寸分布具有> 20 μ m，优选> 32 μ m的最小颗粒直径。
7.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其特征在于，所述Cu-Cr混合粉末具有Cu含量为30重量％-80重量％，而Cr含量为70重量％_20重量％。
8.一种粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，特别应用于真空开关，所述开关触点具有Cu含量为30重量％-80重量％，而Cr含量为70重量％_20重量％，其特征在于，所述Cu-Cr开关触点具有在Cu晶格内的Cr晶粒，在显微照片中测得的Cr晶粒的晶粒尺寸分布具有位于截面面积为0.1 μ m2至50 μ m2之间的晶粒尺寸范围内的第一最大值，所述开关触点通过Cu粉末和Cr粉末的粉末冶金工艺制成，在所述过程中没有熔化液相的生成。
9.根据权利要求8所述的粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，其特征在于，所述Cr晶粒的晶粒尺寸分布具有位于截面面积为IOOym2至IOOOOym2之间的晶粒尺寸范围内的第二最大值。
10.根据权利要求9所述的粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，其特征在于，所述第一最大值对应的Cr晶粒个数多于所述第二最大值对应的Cr晶粒个数。
11.根据权利要求9或10所述的粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，其特征在于，所述第一最大值对应的Cr晶粒个数与所述第二最大值对应的Cr晶粒个数的比值> 5。
12.根据权利要求8至11的任意一项所述的粉末冶金法制造的Cu-Cr开关触点，其特征在于，所述Cu-Cr开关触点具有> 90%的相对密度。
全文摘要
本发明涉及一种用于开关触点，特别是真空开关的Cu-Cr材料的粉末冶金的制造方法，该方法具有以下步骤(S2)对由Cu粉末和Cr粉末形成的Cu-Cr混合粉末进行挤压，(S3)将经过挤压的Cu-Cr混合粉末烧结成Cu-Cr开关触点的材料。烧结或接下来的热处理过程以交替的温度变化进行，在该温度变化过程中Cu-Cr混合粉末或者Cu-Cr材料至少两次交替地加热到一个上温度边界值以上(S4)再冷却到下温度边界值以下(S5)。所有的步骤都在不能生成熔化液相的温度下进行。
文档编号C22C27/06GK103201059SQ201180038423
公开日2013年7月10日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年8月3日
发明者克劳迪娅·科万达, 弗兰克·米勒 申请人:普兰西电力技术股份公司