专利名称：：真空电子管用接点材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有稳定的耐电压特性的真空电子管用接点材料。以前，真空电子管用接点材料要具备的三个基本要素是表现为与耐熔敷、耐电压及断开有关的性能。此外，温度上升及接触阻抗小且稳定也成为重要的条件。但是，基于这些条件之间的关系彼此相反而不可能用一种金属满足所有条件。为此，在实际使用的多种接点材料中，将性能互补的两种以上元素组合在一起，并且开发适用于大电流或高电压等特定用途的接点材料，但目前还不能获得完全满足更强的耐电压及大电流断开要求的真空电子管用接点材料。近年来，为满足上述要求，耐电压性能优异的例如CuCr接点成为通用断开器的主流。制造CuCr接点的方法包括混合Cu粉和Cr粉、进而成形、烧结的固相烧结法、将Cu溶入Cr的网孔中的熔融浸润法及电弧熔敷法等。在这些制造方法中，固相烧结法是最简便的方法且具有造价低廉的特点，但其耐电压性能较差。在现有技术中，如上所述的那样，廉价的固相烧结法制造的接点存在耐电压性能较差的问题。因此，本发明的一个目的是提高耐电压性能并提供一种用固相烧结法制造的廉价真空电子管用接点材料。本发明的上述目的是通过提供具有以下结构的真空电子管实现的。即，在经过混合耐弧成分粉末和导电成分粉末的混合工序、成形工序及在导电成分的融点下烧结出成型体的工序制成的真空电子管用接点材料中，还含有单晶体的耐弧成分。其次，本发明的上述目的是通过提供具有下述组成的真空电子管用接点材料而实现的，即单结晶形耐弧成分粉末的体积比在50％以上。其次，本发明的上述目的是通过提供具有下述组成的真空电子管用接点材料而实现的，即耐弧成分含有Cr、W、Mo及Ti中至少一种以上的成分，导电成分含有Cu及Ag中至少一种以上的成分。其次，本发明的上述目的是通过提供具有下述组成的真空电子管用接点材料而实现的，即耐弧成分的体积比为20％至60％。其次，本发明的上述目的是通过提供具有下述组成的真空电子管用接点材料而实现的，即耐弧成分的平均粒径在150μm以下。另外，本发明的上述目的是通过提供具有下述组成的真空电子管用接点材料而实现的，即Cr粉含有Al、Si、Ti、V、Zr、Mo、W及Fe中至少一种以上的成分，所述金属的重量比低于1％。其次，本发明的上述目的是通过提供具有下述成分的真空电子管用接点材料而实现的，即W粉含有Mo、Re、Ta、Nb中至少一种以上的成分，其重量比低于1％。此外，本发明的上述目的是通过提供具有下述成分的真空电子管用接点材料而实现的，即Mo粉含有W、Fe、Ta及Nb中至少一种以上的成分，其重量比低于1％。再有，本发明的上述目的是通过提供具有下述构成的真空电子管所用的接点材料而实现的，即含有Bi、Te、Sb及中至少一种以上的成分，其体积比低于1％。一方面，耐电压性能变差的原因之一是粒子从接点表面脱落。作为改善这种情况的方法，出于改善耐弧成分和导电成分粘合性的目的，可以采用在导电成分中添加微量的第三元素等方法。在这些方法中，使导电成分熔融浸润的熔浸法具有特殊的效果。但是采用这种方法不能达到廉价的固相烧结法所能实现的效果。如果追究其原因，就会发现是耐弧成分的微小组织所致。即，用固相烧结法制造接点时，为了高密度化必须省去成形工序。而且，即使多次重复成形工序与烧结工序，实现了高密度化也必须保证一定的成形压力，每次成形，得到所需密度必须有例如7Ton/cm2的成形压力。增加到这样的高密度时，由于耐弧成分也受到相应的压力，当耐弧成分粒子是多晶体时，粒子就会在强度较小的晶界处受到破坏。由于下一步烧结工序中的烧结温度在导电成分的融点以下，所以耐弧成分粒子受到破坏的部分不可能实现再结合。解决这个问题时发现严格选择特别是耐弧成分原料，特别是选用单晶体原料是有效的。即，采用单晶体材料时，即使成形压力增高，粒子破裂的可能性也大为降低，减少了由于开关造成接点表面破裂而导致的粒子从接点表面脱落的现象，并具有良好的耐电压性能。使用多晶体粒子的情况就不说了，即使用单晶体材料，成形压力也直接影响粉末粒径。总之，如果粉末颗粒的粒径变大，即使成形压力相同，粒子也更容易受到破坏。成形压力也是这样，成形压力较大时，粒子也较显著地受到破坏。而且使用多晶体材料时粒子比单晶体粒子破损得更严重。用更少的成形次数实现高密度时，成形压力增大，粒子更容易破损。现已发现向耐弧原料粉末中添加微量元素，从而强化耐弧成分粉末，以及施加更高的成形压力等方法都可以改善上述情况。此外，还发现如果耐弧成分粉末不仅仅是单晶体材料，而是与一定比例的多晶体粉末混合使用，也能保证其耐电压性能。而从减少开关器的断开力的观点出发，添加一些防熔融成分也是有效的。通过这些新的技术启示，使用廉价的固相烧结法也能改善耐电压性能。结合附图，参照下述详细说明，将更好地理解并懂得本发明及其附带的许多优点。图1是表示本发明一个实施例的真空电子管的剖视图；图2是图1接点部分的放大剖视图。参见附图。在几幅视图中，相同的标号表示相同或相应的部件。尤其是图1，将参照它说明本发明的一个实施例。下面说明本发明真空电子管所用接点材料的实施例。图1和图2是适于采用本发明接点材料的真空电子管的结构图。图1中标号1表示断开室，断开室1是在真空气密条件下由绝缘材料制成的且大致成圆筒状的绝缘容器2和通过封闭件3a、3b设置在上述容器两端上的金属盖体4a、4b构成的。断开室1中设有一对电极7、8，所述电极安装在导电棒5、6的相对端部上。设上部电极7为固定电极而下部电极8为活动电极。与电极8连接的电极棒6上装有波纹管9。波纹管9既能保证断开室1的真空密封，又能在电极8的轴向上移动。波纹管9的上部装有金属的电弧屏蔽罩10，由此防止了波纹管9被电弧蒸汽覆盖。标号11是罩住电极7、8地设置在断开室1中的金属电弧屏蔽罩，由此防止了电弧蒸汽覆盖绝缘容器2。此外，正如图2中放大所示的那样，电极8通过凹槽安装部12固定在导电棒6上或通过铆接方式压接在该导电棒上。接点13b通过凹槽安装部14固定在电极8上。而且，图1中的13b是指活动电极一侧的接点。本实施例所涉及的接点材料适于构成接点13a、13b或其中任何一个接点。下面，说明各接点的评价方法。(1)耐电压性能通过固相烧结法制成接点，将接点加工成45mm(直径)×5mm(厚度)的接点形状后装入所述真空电子管中，随后在通入小电流的试验中，根据再起弧发生率进行评价。电流为500A，恢复电压为12.5KV，试验次数为2000次。(实施例1、2，比较例1)制备平均粒径为100μm的单晶Cr粉及多晶Cr粉并制备平均粒径为44mm以下的Cu粉。即在实施例1中，(A)单晶Cr粉、(B)多晶Cr粉及(C)Cu粉的体积比分别为30％、0％、70％；在实施例2中，(A)∶(B)∶(C)＝15％∶15％∶70％；在比较例1中，(A)∶(B)∶(C)＝0％∶30％∶70％。分别混合这些粉末并在8Ton/cm2的成形压力下成形。然后，在10-3Pa的真空环境中且在1050℃(摄氏度)×2Hr(时间)的条件下进行烧结而得到了接点。将其加工成预定形状并装入真空电子管中，然后评价其再起弧性能。表1</tables>从上述结果可知，由于全部Cr粒子是多结晶体，所以不会改善再起弧性能。结果判断出，全部Cr的50％以上必须是单晶Cr粒子。下面，探讨关于原料Cr的粒径问题。使用平均粒径分别为500mm和150mm和50mm的单晶Cr粉。与实施例1的组成相同，用同样的工艺制造接点，再评价其再起弧性能。(分别见比较例2，实施例3、4)。表2</tables>由于比较例2所示的Cr粒子较大，颗粒在成形工艺中易破碎，所以再起弧发生的概率逐渐增大。根据本实验的结果可知Cr的最大粒径为150mm。(比较例3，实施例5、6、7，比较例4)下面讨论关于Cr的含量的问题。与实施例1一样，使用平均粒径为100mm的单晶Cr原料。用与实施例1同样的工艺制作Cr的体积百分比分别为5％、20％、40％、60％及80％的接点，再进行评价(分别见比较例3，实施例5、6、7及比较例4)。表3</tables></tables>根据上述结果判断，Cr量少时，再起弧发生频率低而获得了优良性能。一旦Cr量达到体积比的80％，由于增大了Cr粒间紧密结合的几率而会发生上述Cr粒子破碎等现象，因此再起弧发生频率增大。Cr含量低时再起弧性能优良，但是在Cr含量极少的情况下，从迄今为至的知识来看，恐怕断开性能较差。(实施例8、9)下面讨论向Cr粉中添加微量元素的效果。使用含0.1％的Al及0.2％的Si的单晶Cr粉，用与实施例1同样的工艺加工，再进行评价(实施例8、9)。表4</tables>将微量的Al和Si等固溶在Cr中，由于这种添加更增强了单晶的强度，所以经过成形的Cr粒子破碎的概率趋于减少，在某种程度上再起弧发生频率也减少了。能起到这种效果的不只是Al和Si，很容易推定Ti和V等其它元素也能实现同样的效果。(比较例5，实施例10、11)下面讨论其它耐弧成分。准备平均粒径为20mm的多晶W粉、平均粒径为5mm的单晶W粉及含有0.5％的Re的平均粒径为9mm单晶W粉。再加入平均粒径为10mm的Cu粉，配比时每种W粉的(体积)含量与Cr粉的(体积)含量相等。再把这些粉末分别混合，在5Ton/cm2的成形压力下成形。接着，在氢气真空环境中且在1050℃×2Hr(时间)的条件下烧结。再用7Ton/cm2的成形压力成形，在氢气真空环境中且在1050℃×2Hr(时间)条件下烧结而得到接点材料。如前所述，将接点材料加工成预定形状并装入真空电子管，再评价其再起弧性能(分别见比较例5，实施例10、11)。表5与使用Cr粉时一样，由使用多晶W改为使用单晶W，这可改善再起弧性能。还可以添加微量的第三元素来提高性能。(比较例6，实施例12、13)准备平均粒径为30mm的多晶Mo粉、平均粒径为10mm的单晶Mo粉、及含有1％的W的平均粒径为10mm的单晶Mo粉。再加上平均粒径为10mm的Cu粉，配比时每种Mo粉的(体积)含量与Cu粉的(体积)含量相等。分别混合这些粉末，用5Ton/cm2的成形压力成形。然后，在氢气真空环境中且在1050℃×2Hr(时间)的条件下烧结。再用7Ton/cm2的成形压力成形。在氢气真空环境中且在1050℃×2Hr的条件下烧结而得到接点材料。如前所述，将接点材料加工成预定形状并装入真空电子管，再评价其再起弧性能(分别见比较例6，实施例12、13)。表6与使用Cr粉及W粉时一样，从使用多晶Mo改为使用单晶Mo，这可以改善再起弧性能。再添加微量的第三元素可提高性能。如这些实施例表明的那样，将耐弧成分粉末作成单晶材料，这可改善再起弧性能。再向耐弧成分中添加微量的第三元素，这可进一步提高性能。在这里不仅限于Cr、W、Mo-Cu系例，Ti-Ag等其它组成系列也能达到同样的效果。此外，向这些组成系列中少量(体积比1％以下)地添加Bi、Te或Sb等，再进行同样的评价时发现开关器机构的负担大幅度减轻，同时有利于抑制再起弧发生概率。如上所述，由于将耐弧成分粉末制成单晶体并再向耐弧成分中添加微量的第三元素，所以可在采用固相烧结法的同时改善耐电压性能(特别是再起弧的发生)。由于采用了本发明，所以可采用廉价的固相烧结法制成耐电压性能优异的接点。显然，耐弧成分的配比方法不局限于本实施例中描述的几种。如上所述，采用本发明可生产出耐电压性能稳定(特别是抑制了再起弧的发生概率)的真空电子管用接点材料。根据上述启示，本发明显然可以进行各种附加的修改和变形。因此应该理解的是，在随后的权利要求书的范围内，本发明可以通过不同于说明书中所详细描述的方式实施。权利要求1.一种真空电子管用接点材料，它是通过混合耐弧成分粉末和导电成分粉末的混合工序、使混合后的上述耐弧成分粉末和导电成分粉末形成成型体的成形工序、使上述成型体在导电成分的融点下烧结的烧结工序制成的，其特征在于，真空电子管用接点材料含有单晶体的耐弧成分。2.如权利要求1所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，上述单晶体形耐弧成分粉末的体积比为50％以上。3.如权利要求1或2所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，上述耐弧成分含有Cr、W、Mo及Ti中至少一种以上的材料，上述导电成分含有Cu及Ag中至少一种以上的材料。4.如权利要求1至3所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，耐弧成分含量的体积比为20％-60％。5.如权利要求1至4所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，耐弧成分的平均粒径在150mm以下。6.如权利要求1至5所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，Cr粉中含有Al、Si、Ti、V、Zr、Mo、W及Fe中至少一种以上的金属，所述金属的重量比低于1％。7.如权利要求1至5所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，W粉中含有Mo、Re、Ta及Nb中至少一种以上的金属，所述金属的重量比在1％以下。8.如权利要求1至5所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，Mo粉中含有W、Re、Ta及Nb中至少一种以上的金属，所述金属的重量比低于1％。9.如权利要求1至8所述的真空电子管用接点材料，其特征在于，该材料含有Bi、Te及Sb中至少一种以上的金属，所述金属的体积比在1％以下。全文摘要本发明的真空电子管用接点材料是通过混合耐弧成分粉末和导电成分粉末的工序、成形工序、使成形体在导电成分的融点以下烧结的工序制造而成的且它使电弧的断开性能得到改善。文档编号H01H1/02GK1201245SQ9810664公开日1998年12月9日申请日期1998年3月7日优先权日1997年3月7日发明者关经世,山本敦史,草野贵史,奥富功申请人:株式会社东芝