专利名称：真空断路器用的电极材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及真空断路器用的电极材料及其制造方法，本发明特别是涉及采用 Cu (铜)-Cr (铬)合金材料的真空断路器用的电极材料及其制造方法。
背景技术：
一般，在真空断路器用的电极材料中，按照规定的形状，对导电性良好的Cu和耐弧性成分的Cr以适合的比例混合的粉末混合物进行压缩成形，然后，在真空中等非氧气氛中进行烧结，制作Cu-Cr烧结合金，对其进行加工而使用。接着，人们知道，如果这样的Cu-Cr烧结合金制的真空断路器用的电极材料为Cr 粒径细微而均勻的组织，则电流截断性能或耐电压性能等的电特性提高，是优选的。如果为了制作电特性良好的高Cr含量的Cu-Cr烧结合金，使Cr含量在40重量％ 以上，则在烧结时空孔多，烧结密度无法提高。作为其对策，即使在对Cu-Cr烧结合金进行轧制，提高密度的情况下，仍是不充分的，具有Cr凝聚，无法形成均勻的组织的缺点。另外，在将Cu粉末和Cr粉末混合，通过普通的固相烧结，制作Cu-Cr烧结合金的场合，如果采用Cr粉末的粒径在10 μ m以下的粉末，由于Cr粉末发生氧化，难以烧结，并且氧含量增加，故使电流截断性能或耐电压性能等的电特性降低。为了改善上述的缺点，在JP特开平4-95318号文献(专利文献1)中提出一种电触点材料及其制造方法。在该专利文献1中，对于Cu-Cr烧结合金，在Cu粉末中混合0. 1 37重量％的Cr粉末，在惰性气体气氛或真空中将该混合粉末熔化，采用各种雾化器，使金属溶液急剧凝固，采用在Cu母材(基体)中分散有平均粒径在5 μ m以下的Cr的雾化Cu-Cr 合金粉末。另外，对Cr含量在5 20重量％的范围内的雾化Cu-Cr合金粉末进行烧结，烧结成形体的Cu母材中的Cr的平均粒径在2 20 μ m的范围内，可提高作为Cr粒径细微，分布也均勻的电极材料的电流截断性能等的电特性。通过上述专利文献1中记载的雾化制造方法，制作Cu-Cr合金粉末，固相烧结的真空断路器用电极材料具有良好的电特性的优点。但是，对于Cu-Cr合金粉末，问题在于要达到Cr粒径细微，分布也均勻，总Cr含量在30%以上，其制造困难；高Cr含量的Cu-Cr烧结合金的制作无法实现。另外，在普通使用的量产用的雾化装置中，制作Cu-20重量％ Cr合金粉末这一点成为界限。如果形成其以上的Cr含量，则产生喷雾装置中的对金属溶液进行喷雾的喷嘴堵塞的问题。另外，如果为了提高雾化Cu-Cr球状粉末的烧结性，添加冲压成形性或缠绕性良好的Cu粉末，进行制造，则具有Cu-Cr烧结合金中的Cr总含量显著地降低，无法获得良好电特性的缺点。本发明的目的在于提供作为真空断路器所要求的接触电阻值小，可提高大电流截断性能或耐电压性能等的电特性的真空断路器用的电极材料及其制造方法。
发明内容
本发明的真空断路器用的电极材料的特征在于对雾化Cu-Cr合金粉末，20 30重量％的铝热剂Cr粉末，5重量％的电解Cu粉末进行固相烧结，固相烧结体中的总Cr含量在 30 50%的范围内。另外，本发明的真空断路器用的电极材料的制作方法的特征在于对雾化Cu-Cr合金粉末，20 30重量％的铝热剂Cr粉末，与5重量％的电解Cu粉末进行混合处理，然后， 对上述混合粉末进行压缩成形处理，形成压缩成形体，在非氧气氛的状态中，在Cu的熔点温度以下的温度，对上述压缩成形体进行固相烧结处理，固相烧结体中的总Cr含量在30 50%的范围内。发明效果按照本发明的真空断路器用的电极材料，可增加Cu-Cr烧结合金中的总Cr含量， 另外，将微小粒径的Cr分散于Cu母材中，可形成存在大粒径的Cr的组织。由此，可提供下述的真空断路器用的电极材料，其中，抑制接触电阻值的增加，更进一步地提高大电流截断性能或耐电压性能等的电特性。另外，按照本发明的真空断路器用的电极材料的制造方法，可通过均勻的组织，容易制作Cr为高密度含量的Cu-Cr烧结合金。
图1为作为本发明的一个实施例的真空断路器用的电极材料的显微镜照片的模式图；图2(a) 图2(c)为表示作为本发明的一个实施例的真空断路器用的电极材料的制造方法的步骤的示意图；图3为Cu-Cr真空断路器用的电极件的大电流截断性能、耐电压性能、接触电阻值的特性图。
具体实施例方式本发明的真空断路器用的电极材料采用雾化Cu-Cr合金粉末，20 30重量％的铝热剂Cr粉末，与5重量％的电解Cu粉末，将它们混合，进行压缩成形，之后进行固相烧结， 固相烧结体的总Cr含量在30 50%的范围内。(实施例1)下面对本发明的真空断路器用的电极材料及其制造方法进行说明。真空断路器用的电极材料的主原料采用公知的雾化Cu-Cr合金粉末。对于该雾化Cu-Cr合金粉末，在惰性气氛或真空中对Cu-Cr混合物进行熔融，从称为雾化器的喷雾嘴喷射金属溶液，通过压缩气体(气雾器)或水流喷射器(jet)(水雾器)，对其进行急速冷却，将Cr分散于Cu母材中。接着，在该雾化Cu-Cr合金粉末中，以适合的比例混合添加对氧化Cr进行还原处理而形成的铝热剂Cr粉末，与通过电解法形成的电解Cu粉末，对其进行混合而使用。在针对这些粉末，按照后述的制造顺序，对原材料进行混合，最终固相烧结而形成时，通过适当地分散有不降低通电性能的微小粒径Cr，与用于断路性能或耐电压性能的提高的大粒径Cr的组织，制作总Cr含量在30 50%的范围内的Cu-Cr固相烧结体，形成真空断路器用的电极材料。为了形成Cu-Cr固相烧结体中的总Cr含量在30 50%的范围内的真空断路器用的电极材料，提高Cr含量的铝热剂Cr粉末为30重量％，用于提高成形性，密度的电解Cu 粉末为5重量％，将它们添加于雾化Cu-Cr合金粉末中，对其进行混合而使用。如果象这样形成，在进行固相烧结加工，制作固相烧结体时，由于在雾化Cu-Cr合金粉末中的Cr量中添加铝热剂Cr粉末，故构成真空断路器用的电极材料的固相烧结体中的总Cr含量在30 50%的范围内，容易制作。构成本发明的真空断路器用的电极材料的Cu-Cu固相烧结体象图1的显微镜照片的模式图那样，在由淡墨涂敷部表示的Cu母材中分散1 μ m的细微Cr的雾化Cu-Cr的间隙中，可形成存在由白色表示的平均粒径为80μπι的Cr的均勻的组织。另外，图1中的特别是，雾化Cu-Cr和铝热剂Cr的边界附近等处的涂黑部分为在烧结时产生的空隙G。本发明的真空断路器用的电极材料按照比如，图2(a) (C)所示的处理顺序而实施各项处理的方式制造。首先，如图2(a)所示，实施混合处理，在该处理中，在按照已知的制造方法制造的雾化Cu-Cr合金粉末中，添加20 30重量％的铝热剂Cr粉末和5重量％ 的电解Cu粉末，按照在粉末的状态均勻的方式，良好地进行混合。接着，如图2(b)所示，将混合粉末放入规定形状的模具中，通过冲压等，以比如， 4t/cm2，10秒以下的加压时间，进行压缩成形处理，形成密度提高的压缩成形体。最后，如图2(c)所示，在惰性气体，真空等非氧气氛的状态中，对压缩成形体进行加热，在Cu的熔点温度以下的温度，进行固相烧结处理，形成固相烧结体中的总Cr含量在 30 50%的范围内的Cu-Cr固相烧结体。 如果象这样，在雾化Cu-Cr合金粉末中，添加5重量％的电解Cu粉末，则混合粉末的成形性良好，另外，还可提高烧结密度。另外，如果在Cu的熔点温度以下的温度，对压缩成形体进行固相烧结处理，则可形成压缩成形体整体凝结，空隙大幅度减小的均勻的组织。另外，如果在雾化Cu-Cr合金粉末中添加铝热剂Cr粉末，制造经固相烧结的固相烧结体，形成真空断路器用的电极材料，则在细微Cr分散于Cu母材中的雾化Cu-Cr之间的间隙中，可形成分散有大粒径的铝热剂Cr的均勻的组织。此外，在制造总Cr含量在30 50%的范围内的Cu-Cr固相烧结体之后，如果进行人们普遍熟知的各向同压热压(HIP)加工的处理，由于可提高固相烧结体的密度，故用作真空断路器用的电极材料，是更加有效的。图3为表示相对横轴的Cu-Cr固相烧结体的总Cr含量，纵轴的不包含Cr的Cu真空断路器用的电极材料的大电流截断性能、耐电压性能、接触电阻值为1的倍数时，在Cr粒径不同的试样中的相应的电特性的特性图。在该图3中，通过Cu-Cr固相烧结体的Cr粒径在50 100 μ m的范围内的已有方法的试样A测定的，由符号Δ连接起来的大电流截断性能的特性由Ai表示，由符号□连接起来的耐电压性能的特性由Av表示，由符号〇连接起来的接触电阻值的特性由Ar表示。另外，同样，通过Cu-Cr固相烧结体的Cr粒径在50 100 μ m的范围内的颗粒和该粒径在数μm以下的颗粒混合起来的本发明的试样B测定的由符号▲连接起来的大电流截断性能的特性由Bi表示，由符号■连接起来的耐电压性能的特性由Bv表示，由符号 连接起来的接触电阻值的特性由Br表示。象根据这些特性曲线而知道的那样，在仅仅大粒径的Cr的试样A中，呈现下述的倾向，其中，对于大电流截断性能特性Ai，总Cr含量为30重量％，形成峰值，然后减少，由符号□连接起来的耐电压性能特性Av逐渐地增加，而接触电阻值Ar在超过20重量％时，急剧上升。相对该情况，在属于包含大粒径和小粒径的Cr的两者的组织的本发明的试样B 中，形成下述的所需的电特性，其中，大电流截断性能特性Bi伴随总Cr含量的增加，呈现与试样A相同的倾向，但是，倍数值大，另外，耐电压性能特性Bv的倍数值比试样A大，而接触电阻值特性Br的倍数值的增加比试样A大幅减少。在本发明的真空断路器用的电极材料中，以雾化Cu-Cr合金粉末为主成分，对添加有铝热剂Cr粉末和电解Cu粉末的混合粉末进行固相烧结而形成，一半的量为细微化的 Cr，而剩余的为大粒径Cr，并且总Cr含量在30 50 %的范围内。由此，可在与过去的真空断路器用的电极材料相比较，提高大电流截断性能或耐电压性能，减少接触电阻值增加的优良的电特性的状态下使用。产业上的利用可能性由于本发明的真空断路器用的电极材料及其制造方法可广泛地用作高电压大电流的真空断路器，故是有效果的，另外，适合于制作Cr为高密度含量的Cu-Cr烧结合金。
权利要求
1.一种真空断路器用的电极材料，其特征在于对雾化Cu-Cr合金粉末，20 30重量％ 的铝热剂Cr粉末，5重量％的电解Cu粉末进行固相烧结，固相烧结体中的总Cr含量在30 50%的范围内。
2.一种真空断路器用的电极材料的制作方法，其特征在于对雾化Cu-Cr合金粉末， 20 30重量％的铝热剂Cr粉末，与5重量％的电解Cu粉末进行混合处理，然后，对上述混合粉末进行压缩成形处理，形成压缩成形体，在非氧气氛的状态中，在Cu的熔点温度以下的温度，对上述压缩成形体进行固相烧结处理，固相烧结体中的总Cr含量在30 50%的范围内。
全文摘要
本发明提供一种可更进一步提高作为真空断路器所要求的电特性的真空断路器用的电极材料及其制造方法。形成将雾化Cu-Cr合金粉末，20～30重量％的铝热剂Cr粉末，与5重量％的电解Cu粉末混合，对其固相烧结，固相烧结体中的总Cr含量在30～50％的范围内的真空断路器用的电极材料。在制造真空断路器用的电极材料时，对各粉末进行混合处理，然后，对混合粉末进行压缩成形处理，形成压缩成形体，在非氧气氛的状态中，在Cu的熔点温度以下的温度，对压缩成形体进行固相烧结，获得固相烧结体。
文档编号H01H33/66GK102171780SQ200980138799
公开日2011年8月31日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年10月31日
发明者佐藤裕昌, 野田泰司 申请人:日本Ae帕瓦株式会社