專利名稱：電觸點(diǎn)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電觸點(diǎn)材料，特別涉及由銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料形成的用于遮斷器(斷路器)等的電觸點(diǎn)材料。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，由含有一定量以上碳化鎢(其為耐熱性非氧化物)的銀-碳化鎢系材料形成的電觸點(diǎn)材料常用于額定電流值為200A以上的斷路器。為了通過防止在遮斷時(shí)的高熱條件下碳化鎢被氧化而抑制溫度的上升(溫度性能)，并為了提高耐熔 敷性，向該電觸點(diǎn)材料中添加石墨。例如，在日本特開昭58-11753號公報(bào)(以下稱作專利文獻(xiàn)I)中公開了這樣的電觸點(diǎn)材料，該電觸點(diǎn)材料含有5 70重量％的碳化鎢等日本元素周期表IVa、Va、VIa族金屬的碳化物，Γ11重量％的石墨，5飛O重量％的鐵族金屬，O. Γ30重量％的IVa、Va、Via、Vila族金屬的氮化物，余部由銀形成，其中碳化物和氮化物分散于鐵族金屬和銀中。另外，在日本特開昭58-11754號公報(bào)(以下稱作專利文獻(xiàn)2)中公開了這樣的電觸點(diǎn)材料，該電觸點(diǎn)材料含有5 70重量％的碳化鎢等日本元素周期表IVa、Va、VIa族金屬的碳化物，Γ11重量％的石墨，5飛O重量％的鐵族金屬，O. Γ5重量％的IVa、Va、VIa、VIIa族金屬，余部由銀形成，其中碳化物和IVa、Na、Via、Vila族金屬固溶或分散于鐵族金屬和銀中。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開昭58-11753號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭58-11754號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題由于碳化鎢等耐熱性非氧化物與銀的潤濕性差，因此上述電觸點(diǎn)材料不是由熔融法、而是由粉末冶金法制造的。在粉末冶金法中，對起始原料粉末進(jìn)行壓縮成形，制成成形體，然后對該成形體進(jìn)行燒結(jié)。在這樣得到的燒結(jié)體中，所結(jié)合的粉末顆粒之間存在間隙(氣孔)。因此，由于所獲得的電觸點(diǎn)材料的相對密度低、且未致密化，因此其導(dǎo)電率變低。于是，在使用該電觸點(diǎn)材料構(gòu)成的斷路器中，遮斷時(shí)在觸點(diǎn)處產(chǎn)生的熱變多。因此，產(chǎn)生這樣的問題所獲得的電觸點(diǎn)材料的耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能劣化。為了解決這樣的問題，在專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2所記載的電觸點(diǎn)材料的制造方法中，通過對燒結(jié)體進(jìn)行再加壓，使相對密度增加。然而，此方法所獲得的相對密度不足95%。因此，電觸點(diǎn)材料的導(dǎo)電率變低。由此使電觸點(diǎn)材料的耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能變得不足。需要說明的是，為了解決這個(gè)問題，需要使電觸點(diǎn)材料的觸點(diǎn)面積變大。
因此，本發(fā)明的目的是提供耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能優(yōu)異的電觸點(diǎn)材料。解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料含有超過30質(zhì)量％且小于或等于55質(zhì)量％的碳化鎢、2質(zhì)量％以上5質(zhì)量％以下的石墨，余部含有銀和不可避免的雜質(zhì)，該電觸點(diǎn)材料的相對密度為98. 0%以上、氧含量為450ppm以下、導(dǎo)電率為45%IACS以上、抗彎強(qiáng)度為350MPa以上。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，優(yōu)選碳化鎢的平均粒徑為O. 5μπι以上5μπι以下。另外，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，優(yōu)選石墨的平均粒徑為Ιμπι以上50 μ m以下。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由于相對密度為98.0%以上、氧含量為450ppm以下、導(dǎo)電率為
45%IACS以上、抗彎強(qiáng)度為350MPa以上，因此可以提供耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能優(yōu)異的電觸點(diǎn)材料。附圖
簡要說明圖I是示出固定側(cè)觸點(diǎn)部件和可動側(cè)觸點(diǎn)部件的關(guān)閉狀態(tài)中的配置關(guān)系的側(cè)面圖，其中，所述固定側(cè)觸點(diǎn)部件和所述可動側(cè)觸點(diǎn)部件構(gòu)成了其中裝有作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電觸點(diǎn)材料的斷路器；圖2是示出固定側(cè)觸點(diǎn)部件和可動側(cè)觸點(diǎn)部件的打開狀態(tài)中的配置關(guān)系的側(cè)面圖，其中，所述固定側(cè)觸點(diǎn)部件和所述可動側(cè)觸點(diǎn)部件構(gòu)成了其中裝有作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電觸點(diǎn)材料的斷路器。
具體實(shí)施方案首先，對裝有作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電觸點(diǎn)材料的斷路器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖I和圖2所示，斷路器10具有固定側(cè)觸點(diǎn)部件30和可動側(cè)觸點(diǎn)部件20，其中，可動側(cè)觸點(diǎn)部件20以能夠反復(fù)移動的方式進(jìn)行配置，使得其能夠接觸到固定側(cè)觸點(diǎn)部件30、或者能夠遠(yuǎn)離固定側(cè)觸點(diǎn)部件30。固定側(cè)觸點(diǎn)部件30由電觸點(diǎn)材料31和金屬基件32的接合體構(gòu)成?？蓜觽?cè)觸點(diǎn)部件20由電觸點(diǎn)材料21和金屬基件22的接合體構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的電觸點(diǎn)材料31用于斷路器10的固定側(cè)觸點(diǎn)部件30的一部分。另外，圖I和圖2所示的電觸點(diǎn)材料31為根據(jù)本發(fā)明的“電觸點(diǎn)材料”的一個(gè)例子。固定側(cè)觸點(diǎn)部件30中，電觸點(diǎn)材料31和金屬基件32以接合部32a (其與金屬基件32側(cè)形成一體)的上面作為接合面、經(jīng)由焊接材料4而彼此接合?？蓜觽?cè)觸點(diǎn)部件20中，電觸點(diǎn)材料21和金屬基件22以接合部(其與金屬基件22側(cè)形成一體)的上面作為接合面、經(jīng)由焊接材料4而彼此接合。因?yàn)檫@樣構(gòu)成了可動側(cè)觸點(diǎn)部件20和固定側(cè)觸點(diǎn)部件30，所以使得當(dāng)超過斷路器10的容許電流值的電流流過規(guī)定時(shí)間時(shí)，內(nèi)置的觸點(diǎn)解扣裝置(圖中未示出)工作，由此，將斷路器10的狀態(tài)從如圖I所示的可動側(cè)觸點(diǎn)部件20的電觸點(diǎn)材料21接觸固定側(cè)觸點(diǎn)部件30的電觸點(diǎn)材料31的狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))轉(zhuǎn)移到如圖2所示的可動側(cè)觸點(diǎn)部件20的電觸點(diǎn)材料21從固定側(cè)觸點(diǎn)部件30的電觸點(diǎn)材料31瞬間向箭頭Q方向分離的狀態(tài)，從而遮斷電流。另外，如圖I和圖2所示，固定側(cè)觸點(diǎn)部件30中，金屬基件32(其中沒有設(shè)置電觸點(diǎn)材料31)的端部側(cè)與斷路器10的第一側(cè)(電源側(cè))端子連接，同時(shí)，可動側(cè)觸點(diǎn)部件20中，金屬基件22 (其中沒有設(shè)置電觸點(diǎn)材料21)的端部與斷路器10的第二側(cè)(負(fù)荷側(cè))端子連接。在上述實(shí)施方案中，裝于斷路器10中的可動側(cè)的電觸點(diǎn)材料21由銀-碳化鎢(Ag-WC)系材料形成；固定側(cè)的電觸點(diǎn)材料31作為本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料，由銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料形成，其含有超過30質(zhì)量％且小于或等于55質(zhì)量％的碳化鎢(WC)、2質(zhì)量％以上5質(zhì)量％以下的石墨(Gr)，余部含有銀(Ag)和不可避免的雜質(zhì)，其相對密度為98. 0%以上、氧含量為450ppm以下、導(dǎo)電率為45%IACS以上、抗彎強(qiáng)度為350MPa以上。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，首先，由于含有超過30質(zhì)量％且小于或等于55質(zhì)量％的碳化鎢(其為耐火物質(zhì)的耐熱性非氧化物)，因而可以獲得這樣的優(yōu)點(diǎn)將耐電弧性、耐熔敷性及耐消耗性提高至一定水平以上。碳化鎢的含量為30質(zhì)量％以下時(shí)，不僅無法獲得上述優(yōu)點(diǎn)，抗彎強(qiáng)度還可能會不足350MPa。若碳化鎢的含量超過55質(zhì)量％，則電傳導(dǎo)性降低，因此該材料不能充當(dāng)斷路器用、電磁開閉器用等的觸點(diǎn)。具體而言，若碳化鎢的含量超過55質(zhì)量％，則導(dǎo)電率可能會不足45%IACS。優(yōu)選碳化鎢的含量為40質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下。另外，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，由于含有2質(zhì)量％以上5質(zhì)量％以下的石墨，因而可以獲得這樣的優(yōu)點(diǎn)防止遮斷時(shí)高熱條件下作為耐熱性非氧化物的碳化鎢的氧化，以及提高耐熔敷性。石墨的含量不足2質(zhì)量％時(shí)，無法獲得上述優(yōu)點(diǎn)。若石墨的含量超過5質(zhì)量％,則材料無法成形。因此優(yōu)選石墨的含量為2質(zhì)量％以上4質(zhì)量％以下。此外，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，余部含有銀和不可避免的雜質(zhì)，為了確保觸點(diǎn)的電傳導(dǎo)性，優(yōu)選含有40質(zhì)量％以上68質(zhì)量％以下的銀。銀的含量不足40質(zhì)量％時(shí)，電傳導(dǎo)性降低，該材料不適用于斷路器用、電磁開閉器用等的電觸點(diǎn)材料。若銀的含量超過68質(zhì)量％，則碳化鎢(其為耐火物質(zhì)的耐熱性非氧化物)的含量變小，因此無法將耐電弧性、耐熔敷性及耐消耗性提高至一定水平以上。優(yōu)選銀的含量為45質(zhì)量％以上60質(zhì)量％以下。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，作為余部，可以含有范圍為O質(zhì)量％以上3質(zhì)量％以下的選自鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鑰(Mo)、銅(Cu)、鉭(Ta)、釩(V)、鎂(Mg)、鋅(Zn) Ji(Sn)以及它們的碳化物等構(gòu)成的組中的至少一種元素或碳化物。若上述的元素或碳化物的含量超過3質(zhì)量％,則導(dǎo)電率可能會不足45%IACS。優(yōu)選上述的元素或碳化物的含·量為I質(zhì)量％以下。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，由于相對密度為98. 0%以上，因此可以獲得優(yōu)異的耐熔敷性與耐消耗性。相對密度不足98. 0%時(shí)，由于導(dǎo)電率可能會不足45%IACS，因此電觸點(diǎn)材料的耐熔敷性與耐消耗性劣化。優(yōu)選相對密度為99. 0%以上100%以下。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，由于氧含量為450ppm以下，因此可以獲得優(yōu)異的耐消耗性。若氧含量超過450ppm，則殘存于電觸點(diǎn)材料中的氧在遮斷時(shí)急劇釋放，可能會使觸點(diǎn)的消耗變大。具體而言，若氧含量超過450ppm，由于短路試驗(yàn)時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)千度的高熱，在材料中存在的氧變成氣體，從而使電觸點(diǎn)材料的基材的一部分飛散。由此增大了電觸點(diǎn)材料消耗的比例。優(yōu)選氧含量為350ppm以下。另外，在過負(fù)荷試驗(yàn)中，因?yàn)橛|點(diǎn)負(fù)荷小，所以電觸點(diǎn)材料消耗的比例幾乎不受氧含量的影響。但是，由于制造上困難這樣的理由，優(yōu)選氧含量為120ppm以上。此處，所謂“制造上困難”是指無論想使氧含量變得多小，120ppm都是制造上的界限。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，由于導(dǎo)電率為45%IACS以上，因此能夠獲得優(yōu)異的耐熔敷性、耐消耗性及溫度性能。若導(dǎo)電率不足45%IACS，則耐熔敷性、耐消耗性及溫度性能變差。然而，由于制造上困難這樣的理由，優(yōu)選導(dǎo)電率為65%IACS以下。此處，所謂“制造上困難”是指無論想使導(dǎo)電率變得多大，65%IACS都是制造上的界限。由于在大電流用途的短路試驗(yàn)中沖擊大，因此為了耐受該沖擊，本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料的抗彎強(qiáng)度為350MPa以上。若抗彎強(qiáng)度不足350MPa，則在觸點(diǎn)負(fù)荷大的短路試驗(yàn)中，由于材料的機(jī)械強(qiáng)度不足，電觸點(diǎn)材料被破壞。優(yōu)選抗彎強(qiáng)度為380MPa以上。另外，在過負(fù)荷試驗(yàn)中，因?yàn)橛|點(diǎn)負(fù)荷小，所以幾乎不受抗彎強(qiáng)度的影響。但是，由于制造上困難這樣的理由，優(yōu)選抗彎強(qiáng)度為580MPa以下。此處，所謂“制造上困難”是指無論想使抗彎強(qiáng)度變得多大，580MPa都是制造上的界限。
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在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，優(yōu)選碳化鎢的平均粒徑為O. 5μπι以上5μπι以下。碳化鎢的平均粒徑不足O. 5 μ m時(shí)，材料無法成形。若碳化鎢的平均粒徑超過5 μ m,則發(fā)生由于電觸點(diǎn)材料部位的不同而導(dǎo)致的強(qiáng)度變化。若將強(qiáng)度低的部位連接，則在短路試驗(yàn)后，電觸點(diǎn)材料選擇性被消耗。其結(jié)果為，耐電弧性、耐熔敷性和耐消耗性可能會變差。另外，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，優(yōu)選石墨的平均粒徑為Ιμπι以上50μπι以下。石墨的平均粒徑不足I μ m時(shí)，材料無法成形。另外，若石墨的平均粒徑超過50 μ m，則發(fā)生由于電觸點(diǎn)材料部位的不同而導(dǎo)致的強(qiáng)度變化。若將強(qiáng)度低的部位連接，則在短路試驗(yàn)后，電觸點(diǎn)材料選擇性被消耗。其結(jié)果為，耐電弧性、耐熔敷性和耐消耗性可能會變差。需要說明的是，本發(fā)明的由銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料形成的電觸點(diǎn)材料按照如下方式制造。(粉末的準(zhǔn)備)所準(zhǔn)備的銀(Ag)粉末的平均粒徑為O. 5 μ m以上10 μ m以下、碳化鎢(WC)粉末的平均粒徑為O. 5 μ m以上5 μ m以下、石墨(Gr)粉末的平均粒徑為I μ m以上50 μ m以下。各粉末的平均粒徑低于下限值時(shí)，粉末的凝集變激烈，各顆粒無法均勻分散，因此在電觸點(diǎn)材料表面上溶出的銀的面積變大。其結(jié)果為，電觸點(diǎn)材料的熔敷性能可能會變差。若各粉末的平均粒徑超過上限值，則粉末中的顆粒間距離變大，各顆粒無法微細(xì)地分散，因此在電觸點(diǎn)材料表面上溶出的銀的面積變大。其結(jié)果為，電觸點(diǎn)材料的熔敷性能可能會變差。優(yōu)選的是，銀(Ag)粉末的平均粒徑為I μπι以上5 μπι以下、碳化鎢(WC)粉末的平均粒徑為I μπι以上3 μ m以下、石墨(Gr)粉末的平均粒徑為3 μ m以上10 μ m以下。優(yōu)選銀(Ag)粉末、碳化鎢(WC)粉末以及石墨(Gr)粉末各粉末的純度為99. 5%以上。各粉末的純度不足99. 5%時(shí)，粉末的晶界中存在的氧(O)、碳(C)等雜質(zhì)變多，因此電觸點(diǎn)材料的導(dǎo)電率可能會變低。(混合工序)接下來，按照規(guī)定的組成，將銀粉末、碳化鎢粉末和石墨粉末(例如)在干式球磨機(jī)中，于80Pa以上150Pa以下的真空條件下，混合(例如)30分鐘以上60分鐘以下。通過這樣在真空中混合原料粉末，能夠使微細(xì)的原料粉末均勻混合，并使各顆粒均勻分散。因此，能夠增強(qiáng)電觸點(diǎn)材料的抗彎強(qiáng)度等機(jī)械強(qiáng)度，并能夠提高對于觸點(diǎn)負(fù)荷大的短路試驗(yàn)的耐性?；旌蠚夥盏膲毫Σ蛔?0Pa時(shí)，成為高真空的成本可能會變高。若混合氣氛的壓力超過150Pa，則真空度變得不充分，可能無法使比重差大的原料粉末的各顆粒均勻分散?；旌蠒r(shí)間不足30分鐘時(shí)，混合變得不充分，可能無法使原料粉末的各顆粒均勻分散。若混合時(shí)間超過60分鐘，則生產(chǎn)性可能會變差。
(壓縮成形工序)然后，對混合粉末施加(例如)250MPa以上350MPa以下的壓力，從而形成壓縮成形體。進(jìn)行此工序是為了能夠通過后續(xù)工序即壓印工序和擠出工序來獲得較高相對密度的電觸點(diǎn)材料。加壓壓力不足250MPa時(shí)，在壓印工序中的變形量變大，因此可能不能通過一次壓印工序進(jìn)行使相對密度達(dá)到93%以上的加壓。若加壓壓力超過350MPa，則由于加壓體的相對密度超過85%，因此加壓體中的間隙變小。其結(jié)果為，很有可能在作為后續(xù)工序的燒結(jié)工序中，材料內(nèi)部的還原不充分，殘留有氧。 (燒結(jié)工序)將所獲得的壓縮成形體在(例如)1000°C以上1100°C以下溫度的(例如)氫氣等還原性氣體氣氛中保持(例如)I小時(shí)以上2小時(shí)以下，由此進(jìn)行燒結(jié)。通過這樣在還原性氣體氣氛中對壓縮成形體進(jìn)行燒結(jié)，能夠降低吸附到電觸點(diǎn)材料內(nèi)部的雜質(zhì)氧的量。燒結(jié)溫度不滿1000°C時(shí)，燒結(jié)無法完成。若燒結(jié)溫度超過1100°c，則氣體大量生成，材料可能會發(fā)泡。當(dāng)燒結(jié)時(shí)間不足I小時(shí)時(shí)，燒結(jié)無法完成。若燒結(jié)時(shí)間超過2小時(shí)，則生產(chǎn)性可能會變差。(壓印工序)將所獲得的燒結(jié)體在(例如)IOOOMPa以上1200MPa以下的加壓下進(jìn)行壓印加工，以使相對密度達(dá)到(例如)93%以上99%以下。進(jìn)行此工序是為了能夠通過后續(xù)工序即擠出工序獲得較高相對密度的電觸點(diǎn)材料。另外，進(jìn)行此工序是為了減少在擠出工序中的預(yù)熱時(shí)進(jìn)入材料中的雜質(zhì)氧的量。壓印壓力不足IOOOMPa時(shí)，材料的相對密度可能會變?yōu)榇蠹s90%。若壓印壓力超過1200MPa，則所使用的模具的耐久性可能會變差。壓印工序后的相對密度不足93%時(shí)，在擠出工序中的預(yù)熱時(shí)進(jìn)入材料中的雜質(zhì)氧的量可能會變多。若壓印工序后的相對密度超過99%，則可能即使施加更大的壓力，也會由于彈回而無法增加相對密度，并且生產(chǎn)性變差。(擠出工序)將壓印加工后的燒結(jié)體在(例如)8500C以上920°C以下溫度的氫氣等還原性氣體氣氛或氮?dú)獾榷栊詺怏w氣氛中保持(例如)I小時(shí)以上2小時(shí)以下，由此進(jìn)行預(yù)熱，然后施加180GPa以上250GPa以下的擠出壓力，由此擠出加工成規(guī)定的形狀。按照以上方式制造本發(fā)明的由銀-碳化鶴-石墨(Ag-WC-Gr)系材料形成的電觸點(diǎn)材料。根據(jù)傳統(tǒng)的組合了壓力加工和燒結(jié)的制造方法，難以提高相對密度。另外，在傳統(tǒng)的制造方法中，存在大量氧、碳等雜質(zhì)的原材料粉末中的舊粉末晶界即使在燒結(jié)后也易于維持。因此，在燒結(jié)后的電觸點(diǎn)材料的晶界處，集中殘留有氧、碳等雜質(zhì)。這些殘留的雜質(zhì)使材料的導(dǎo)電率和抗彎強(qiáng)度下降。與此相對的是，通過如上述那樣對壓印加工后的燒結(jié)體進(jìn)行擠出加工，能夠提高相對密度，同時(shí)使舊粉末晶界延伸，并使高純度的銀顆粒相互接觸，并且將原材料粉末中的舊粉末晶界的影響降到極小。其結(jié)果為，在能夠獲得98%以上的相對密度的同時(shí)，還能夠減少晶界中殘留的雜質(zhì)的量，因此提高了電觸點(diǎn)材料的導(dǎo)電率和抗彎強(qiáng)度。預(yù)熱溫度不足850°C時(shí)，擠出材料的抗變形性增強(qiáng)，因此材料可能無法被擠出。若預(yù)熱溫度超過920°C，則擠出時(shí)的溫度超過了銀的熔點(diǎn)，因此擠出材料的表面可能會發(fā)泡。若預(yù)熱時(shí)間不足I小時(shí)，則無法加熱至材料內(nèi)部，因此抗變形性變大，材料可能無法被擠出。若預(yù)熱時(shí)間超過2小時(shí)，則材料充分均勻地被加熱，從而可能使生產(chǎn)性變差。擠出壓力不足180GPa時(shí)，擠出材料的相對密度可能會降低。若擠出壓力超過250GPa，則擠出模有可能會破損。
需要說明的是，在專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2所記載的電觸點(diǎn)材料的制造方法中，通過對燒結(jié)體進(jìn)行再加壓，使相對密度增加。然而，如上所述，在燒結(jié)后的電觸點(diǎn)材料的晶界中集中殘留有氧、碳等雜質(zhì)。這些殘留的雜質(zhì)導(dǎo)致了材料的導(dǎo)電率和抗彎強(qiáng)度降低的問題。另外，對燒結(jié)體進(jìn)行再加壓時(shí)，必須對燒結(jié)體的外周方向進(jìn)行控制，使其沒有間隙。因此，需要將各個(gè)燒結(jié)體分別置于模具中來進(jìn)行加壓。結(jié)果導(dǎo)致了生產(chǎn)成本變高的問題。與此相對的是，為了制造上述本發(fā)明的由銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料形成的電觸點(diǎn)材料，采用了擠出加工法。由此能夠以量產(chǎn)性高的方法來制造相對密度為98%以上的電觸點(diǎn)材料。其結(jié)果為，能夠降低生產(chǎn)成本。概括而言，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，在含有10質(zhì)量％以上30%質(zhì)量％以下的碳化鎢(其為耐火物質(zhì))的材料中，能夠獲得高導(dǎo)電率。因此，能夠減少遮斷時(shí)的發(fā)熱，從而能夠提高耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能。另外，與傳統(tǒng)的電觸點(diǎn)材料相比，由于本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料的抗彎強(qiáng)度高，因此在觸點(diǎn)負(fù)荷大的短路試驗(yàn)中，能夠減少觸點(diǎn)的破壞。實(shí)施例下面對為了確認(rèn)上述實(shí)施方案的效果而進(jìn)行的采用了實(shí)施例和比較例的比較實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明。[實(shí)施例]在本實(shí)施例中，作為與上述實(shí)施方案所對應(yīng)的實(shí)施例，制作了以下實(shí)施例I 15的固定側(cè)的電觸點(diǎn)材料31。另外，作為采用了傳統(tǒng)制造方法的比較例，制作了以下比較例Γ4的固定側(cè)的電觸點(diǎn)材料31。使用分別裝有這些電觸點(diǎn)材料31而構(gòu)成的額定電流值為125A的各個(gè)大電流用斷路器，進(jìn)行了過負(fù)荷試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的遮斷試驗(yàn)。另外，可動側(cè)的電觸點(diǎn)材料21使用了這樣的材料該材料含有50質(zhì)量％的銀，且余部由碳化鎢形成。下表I中示出了 為制作本發(fā)明的實(shí)施例和比較例中的電觸點(diǎn)材料31而使用的石墨(Gr)粉末的平均粒徑、所制作的電觸點(diǎn)材料31中的石墨(Gr)的含量、碳化鎢(WC)粉末的平均粒徑、所制作的電觸點(diǎn)材料31中的碳化鎢(WC)的含量、電觸點(diǎn)材料31的相對密度、氧含量、導(dǎo)電率以及抗彎強(qiáng)度。另外，表I中也示出了關(guān)于過負(fù)荷試驗(yàn)后的電觸點(diǎn)材料31的消耗率、短路試驗(yàn)后的電觸點(diǎn)材料31的消耗率、以及溫度試驗(yàn)的評價(jià)結(jié)果。另外，在表I中，附有下劃線的數(shù)值表示在本發(fā)明的范圍以外。另外，后面描述了 電觸點(diǎn)材料31的相對密度、氧含量、導(dǎo)電率以及抗彎強(qiáng)度的測定方法，大電流用斷路器的過負(fù)荷試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的遮斷試驗(yàn)的方法，這些遮斷試驗(yàn)后的消耗率的評價(jià)，以及溫度試驗(yàn)的方法與評價(jià)。(實(shí)施例I 15)在實(shí)施例f 15中，按照如下方式制作含有石墨(Gr)和碳化鎢(WC)(其含量如表I所示)的銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料的電觸點(diǎn)材料31。利用干式球磨機(jī)將表I所示平均粒徑的石墨(Gr)粉末和碳化鎢(WC)粉末、以及平均粒徑為3μ m的銀(Ag)粉末在真空(IOOPa)中混合45分鐘，以形成表I所示的Gr含量和WC含量。用壓力機(jī)對所得到的混合粉末施加300MPa的壓力，從而形成厚度為300mm、外徑為80mm的圓盤狀壓縮成形體。將該壓縮成形體在溫度為1050°C的氫氣(其為還原性氣體氣氛)中保持I. 5小時(shí)，由此進(jìn)行燒結(jié)。在IlOOMPa的加壓條件下對該燒結(jié)體進(jìn)行壓印加工，以使其真密度達(dá)到97%以上。將壓印加工后的燒結(jié)體在900°C溫度的氫氣(其為還原性氣體氣氛)中保持I. 5小時(shí)，由此進(jìn)行預(yù)熱，然后通過施加220GPa的擠出壓力，擠出加工成截面為IOmm見方的棒狀體。將所得到的棒狀體切成Imm的厚度，由此制得電觸點(diǎn)材料31。(比較例I)在比較例I中，按照如下方式制作含有石墨(Gr)和碳化鎢(WC)(其含量如表I所示)的銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料的電觸點(diǎn)材料31。利用手工作業(yè)將表I所示平均粒徑的石墨(Gr)粉末和碳化鎢(WC)粉末、以及平均粒徑為3 μ m的銀(Ag)粉末在大氣中混合30分鐘，以形成表I所示的Gr含量和WC含量。 用壓力機(jī)對所得到的混合粉末施加300MPa的壓力，從而形成平面形狀為IOmm見方、厚度為Imm的板狀壓縮成形體。將該壓縮成形體在溫度為900°C的真空中保持I小時(shí)，由此進(jìn)行燒結(jié)。在500MPa的加壓條件下對該燒結(jié)體進(jìn)行壓印加工，以使其真密度達(dá)到97%以上。由此方式制得電觸點(diǎn)材料31。(比較例2)在比較例2中，按照與上述實(shí)施例f 15相同的工序，制作含有石墨(Gr)和碳化鎢(WC)(如表I所示其平均粒徑和含量與實(shí)施例I的相同)的銀-碳化鎢-石墨(Ag-WC-Gr)系材料的電觸點(diǎn)材料31，不同之處在于，不進(jìn)行對燒結(jié)體進(jìn)行壓印加工的工序。(比較例3)在比較例3中，按照與上述實(shí)施例f 15相同的工序，制作含有石墨(Gr)和碳化鎢(WC)(如表I所示其平均粒徑和含量與實(shí)施例I的相同)的銀-石墨-碳化鎢(Ag-Gr-WC)系材料的電觸點(diǎn)材料31，不同之處在于，將壓縮成形體在溫度為950°C的氮?dú)?其為保護(hù)氣體氣氛)中保持I小時(shí)以進(jìn)行燒結(jié)。(比較例4)在比較例4中，按照與上述實(shí)施例f 15相同的工序，制作含有石墨(Gr)和碳化鎢(WC)(如表I所示其平均粒徑和含量與實(shí)施例I的相同)的銀-石墨-碳化鎢(Ag-Gr-WC)系材料的電觸點(diǎn)材料31，不同之處在于，銀粉末、石墨粉末和碳化鎢粉末是在大氣中進(jìn)行混
八
口 ο(相對密度)所制作的電觸點(diǎn)材料的相對密度[%]按照如下方式算得將電觸點(diǎn)材料的重量除以電觸點(diǎn)材料的體積(由長度尺寸X寬度尺寸X厚度尺寸的乘積所得到的計(jì)算值)所算得的密度除以各材質(zhì)的理論密度。(氧含量)所制作的電觸點(diǎn)材料中殘留的氧含量[ppm]的測定是使用株式會社堀場制作所制造的氧分析儀器(機(jī)型BMGA520)、并通過紅外線吸收法來進(jìn)行的。(導(dǎo)電率)使用截面形狀為IOmm見方的電觸點(diǎn)材料的試樣，通過SIGMATESTER (FoersterInstruments 制，產(chǎn)品編號SIGMATEST D)測定導(dǎo)電率[%IACS]。
(抗彎強(qiáng)度)采用與所制作的電觸點(diǎn)材料相同的原料來制作5mmX2mmX30mm大小的抗彎試驗(yàn)用的試樣。使用該試樣，在支點(diǎn)間距離15mm、壓頭速度Imm/分鐘的條件下測定抗彎強(qiáng)度[MPa]。(大電流用斷路器的遮斷試驗(yàn)(過負(fù)荷試驗(yàn)))過負(fù)荷試驗(yàn)中，在220V的負(fù)荷電壓下設(shè)定了 600A的遮斷電流。作為試驗(yàn)方法，進(jìn)行了 50次CO任務(wù)(在負(fù)荷電壓220V下600A的遮斷電流流過的回路中放置斷路器，并且在開關(guān)呈OFF的狀態(tài)下，將開關(guān)強(qiáng)行切換到ON狀態(tài)以瞬時(shí)遮斷電流的試驗(yàn))。而且，通過下式算出過負(fù)荷試驗(yàn)后電觸點(diǎn)材料31的消耗率。表I中，作為對消耗率的評價(jià)，所算出的消耗率為5%以下時(shí)用“◎”表示，為10%以下時(shí)用“〇”表示，超過10%時(shí)用“X”表示。 (電觸點(diǎn)材料的消耗率)=[{(試驗(yàn)前電觸點(diǎn)材料的厚度)-(試驗(yàn)后電觸點(diǎn)材料的厚度)} / (試驗(yàn)前電觸點(diǎn)材料的厚度)]X100 (%)...(式I)(大電流用斷路器的遮斷試驗(yàn)(短路試驗(yàn)))短路試驗(yàn)中，在220V負(fù)荷電壓下設(shè)定了 5000A的遮斷電流。作為試驗(yàn)方法，依次進(jìn)行了 O任務(wù)(在斷路器的開關(guān)呈ON狀態(tài)下使遮斷電流流過，并且使電流遮斷的試驗(yàn))和CO任務(wù)(在負(fù)荷電壓220V下5000A的遮斷電流流過的回路中放置斷路器，并且在開關(guān)呈OFF的狀態(tài)下，將開關(guān)強(qiáng)行切換到ON狀態(tài)以瞬時(shí)遮斷電流的試驗(yàn))。即，在該短路試驗(yàn)中，作為操作任務(wù)，依次進(jìn)行了一次O任務(wù)和三次CO任務(wù)。而且，通過上述(式I)算出短路試驗(yàn)后的電觸點(diǎn)材料31的消耗率。表I中，作為消耗率的評價(jià)，所算出的消耗率為10%以下時(shí)用“◎”表示，為40%以下時(shí)用“〇”表示，超過40%時(shí)用“ X ”表示。(大電流用斷路器的熔敷試驗(yàn))熔敷試驗(yàn)中，在265V負(fù)荷電壓下設(shè)定了 5000A的遮斷電流。作為試驗(yàn)方法，依次進(jìn)行O任務(wù)(在斷路器的開關(guān)呈ON狀態(tài)下使遮斷電流流過，并使電流遮斷的試驗(yàn))和CO任務(wù)(在負(fù)荷電壓265V下5000A的遮斷電流流過的回路中放置斷路器，在開關(guān)呈OFF狀態(tài)下，將開關(guān)強(qiáng)行轉(zhuǎn)換到ON狀態(tài)以瞬時(shí)遮斷電流的試驗(yàn))。即，在該熔敷試驗(yàn)中，作為操作任務(wù)，依次進(jìn)行了一次O任務(wù)和五次CO任務(wù)。而且，對熔敷試驗(yàn)中或熔敷試驗(yàn)后電觸點(diǎn)材料31的熔敷情況進(jìn)行了評價(jià)。表I中，作為熔敷情況的評價(jià)，觸點(diǎn)完全沒有熔敷時(shí)用“◎”表示，通過斷路器的0N/0FF可簡單地脫去熔敷的情況(輕熔敷)用“〇”表示，通過斷路器的0N/0FF不能簡單地脫去熔敷的情況(重熔敷)用“ X ”表示。(溫度試驗(yàn))在過負(fù)荷試驗(yàn)后以及遮斷試驗(yàn)后流過額定電流，當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，測定斷路器的端子的溫度。表I中，溫度的上升不足75K時(shí)用“◎”表示，75K以上不足80K時(shí)用“〇”表示，80K以上時(shí)用“X”表示。表I
權(quán)利要求
1.一種電觸點(diǎn)材料(31 )，其含有超過30質(zhì)量％且小于或等于55質(zhì)量％的碳化鎢、2質(zhì)量％以上且5質(zhì)量％以下的石墨，余部含有銀和不可避免的雜質(zhì)，所述電觸點(diǎn)材料的相對密度為98. 0%以上、氧含量為450ppm以下、導(dǎo)電率為45%IACS以上、抗彎強(qiáng)度為350MPa以上。
2.權(quán)利要求I所述的電觸點(diǎn)材料(31)，其中，碳化鎢的平均粒徑為O.5 μ m以上且5 μ m以下。
3.權(quán)利要求I所述的電觸點(diǎn)材料(31)，其中，石墨的平均粒徑為Iμπι以上且50 μπι以下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耐熔敷性、耐消耗性以及溫度性能優(yōu)異的電觸點(diǎn)材料。電觸點(diǎn)材料(31)含有超過30質(zhì)量%且小于或等于55質(zhì)量%的碳化鎢、2質(zhì)量%以上且5質(zhì)量%以下的石墨，余部含有銀和不可避免的雜質(zhì)，該電觸點(diǎn)材料的相對密度為98.0%以上、氧含量為450ppm以下、導(dǎo)電率為45%IACS以上、抗彎強(qiáng)度為350MPa以上。
文檔編號C22C5/06GK102947475SQ20118003083
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者畠山隆志, 上西昇, 胡間紀(jì)人, 鈴木恭彥 申請人:聯(lián)合材料公司