CN104517740A - 触点材料和使用它的开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供触点材料和使用它的开关，其能够防止包括铜和钨的复合材料的触点材料由于在断开时产生的电弧导致的龟甲状的破裂，实现长寿命化，高效地进行寿命管理。该触点材料由Cu-W类复合材料形成，该Cu-W类复合材料包含25～70体积%的铜和30～75体积%的钨，在使钨的总量为100体积份时，颗粒径为60～200μm的粗大钨颗粒占25～100体积份。

Description

触点材料和使用它的开关

技术领域

本发明涉及在电气设备或电路等电触点中利用的触点材料。上述触点材料例如在电路的开关、断路器和开闭器等各种开闭设备中使用。

背景技术

作为在送配电、受配电网等高压大电流电路中使用的开关、断路器和开闭器等所具有的电触点，提案了很多使用W和Cu的复合材料（以下也记载为“Cu-W材料”）、W和Ag的复合材料的电触点等。

在大电流用途的情况下，在开闭时在一对电触点间产生电弧（arc）。

由于触点的开闭而一度产生的电弧，需要时间才会消失。与电弧的两端相接的触点的表面，在电弧消失之前都连续地承受高热，因此随着开闭而消耗。即使在消弧室内充满例如SF₆那样的电弧容易消失的气体，该现象也不能够被充分解决。

触点材料必须是电和热的良导体。此外，必须难以由于电弧而熔融、蒸发。难以使用单一的原材料达成该条件。于是，在该用途中主要使用组合良导体的材料和高熔点、高沸点的材料的Cu-W材料、Ag-W材料。有时也使用Mo、WC代替W。

例如，上述Cu-W材料一般具有在具有开气孔的W的骨架中填充有Cu的构造。W、Mo具有骨架构造，由此即使熔点较低的Cu或Ag熔融，也能够由相邻的W或Mo颗粒保持着维持骨架构造的状态。因此，W、Mo不会脱粒，消耗难以进一步发展。此外，也能够采用增加W量，在W颗粒的间隙散布Cu的组织，此时W彼此的结合牢固，因此消耗也难以进一步发展。

此处所述的“消耗”中大致能够分为两种方式。以下，参照图2（a）～（d）说明两个方式的“消耗”。另外，图2（a）是消耗了的触点的立体图，图2（b）～（d）是从图2（a）所示的观察角度8的方向看时的触点的侧视图。

第一种方式是如图2（d）所示，在与电弧接触的触点表面存在的W或Mo、Cu或Ag被电弧热加热而熔融、蒸发，大致保持使用前的面形状地逐渐消耗。在本说明书中下面也将该消耗称为“面消耗”。当发生面消耗时，触点的表面位置从使用前的触点表面位置9大致均匀地后退。

第二种方式是如图2（a）、（b）、（c）所示，裂纹5从触点表面向触点内部发展，当进一步发展时，在内部裂纹5与表面大致平行地发展，同时消耗不断发展。在本说明书中下面也将该消耗方式称为“局部消耗”。当发生多个局部消耗时，裂纹5彼此连接，在触点表面产生所谓的“龟甲状”的网状的裂纹（参照图4）。然后，由于该龟甲状的裂纹成为分割状态的表面的一部分，由于电弧的冲击而块状剥离（图2（c）），剥离、脱落的部分7从触点1飞散。

当发生块状的剥离时，存在与触点体积急剧减少的同时剥离的碎片留在触点表面的情况。触点体积的减少相对来说使对触点的负载增加。此外，存在于触点表面的碎片容易成为新的发弧点。进一步，在剥离的部分与其周围产生台阶差，这也会成为新的发弧点。当发弧点增加时，电弧难以消失，由电弧引起的消耗更进一步发展。由于这些理由，“局部消耗”在使用上非常地不希望出现。

在专利文献1中公开了包括耐火金属（C、Mo、W等）、高导电率金属（Cu等）和不可避免杂质，规定耐火金属的含有量，耐火金属与高导电率金属的界面的70%以上分离的电触点材料。此外，记载了耐火金属的粒径处于10～104μm的范围。因为上述分离，具有触点彼此的剥离时的力量变小的效果。

在专利文献2中公开了在Ag矩阵中具有粒径不同的两种WC颗粒的真空阀用触点材料。记载了WC的平均粒径适于采用大颗粒为6～12μm，小颗粒为0.8～5.0μm。

在专利文献3中公开了包含钨、铜、金属成分和X的电触点材料。记载了钨的含有量优选为30～80体积%，其粒径为200μm以下较好。

在非专利文献1中公开了，在使用SF₆气体等的气体开关中，在0.2kA（千安）的低电流断开中，W粒径越小触点的电弧消耗越小，同样地在2.5kA中，在10μm以下的粒径时在触点表面产生裂纹（局部消耗），此时钨的颗粒径为20μm左右较好等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－061935号公报

专利文献2：日本特开2008－019481号公报

专利文献3：日本特开2001－184963号公报

非专利文献

非专利文献1：T.IEE Japan,Vol.116-B,No.3,’96“SF₆气体中Cu-W触点的负载电流域中的电弧消耗特性”堀浩一（安川电机）等

发明内容

发明想要解决的技术问题

在专利文献1中记载了，使耐火金属的颗粒径为10～104μm的范围，控制固相烧结后的冷却速度，由此利用耐火金属和高导电率金属的热膨胀差在两者的界面产生残留应力，使两者的界面分离的方法。但是，上述界面的70%以上分离时，由于电弧产生时的热冲击，裂纹从该分离部分发展，局部消耗容易发展。由此，多不适合用作气体开关、断开数kA以上的电流的触点材料。

在专利文献2中，表示了将小WC和大WC的颗粒分散在Ag中的固相烧结的Ag-WC类触点材料。小WC的颗粒径为0.6～5μm，大WC为6～13μm。用途是真空阀用触点。此时，因为在真空中使用，所以选择在真空中断开电流低的Ag和WC的组合。此外，WC是陶瓷质，因此难以得到大颗粒径的粉末。在气体中使用时能够使用廉价的Cu-W类触点材料，不需要使用高价的Ag-WC类触点材料。

在专利文献3中记载了，作为高熔点金属的W的颗粒径为200μm以下，在Cu中析出的金属Cr的颗粒径为100μm以下。此外，在专利文献3的第［0060］段落中进行了使W颗粒径变化为2、10、20、100、180μm时的消耗量试验，结果如文献中图8所记载的那样，表示了W颗粒径为10μm时耐消耗性最优异，越比此值大则消耗量越差的结果。这能够考虑是如专利文献3的第［0035］段落所记载的那样，为了断开490A这样的比较小的电流而产生的现象。在非专利文献1中也表示了，在断开200A的电流时，W的颗粒径越大则消耗越大的结果。

这样，提供了用于防止包含钨的触点材料的消耗的各种方法，但是存在上述那样的极力减少“局部消耗”的发生的技术问题。此外，此时使得成为与现有技术中一直使用的触点相同程度的消耗量也是技术问题。

在进行比数kA更大的电流断开时，局部消耗的发生比较显著。由此，特别希望对在数kA或比此更大的电流断开中使用的触点进行改良。

开关根据其绝缘介质的不同而存在多个种类，最近多使用气体开关和真空开关这两种。真空开关在原理上能够容易地断开高电流。但是，其适用范围最大为154kV以下，在高压、高容量化的观点下不如气体开关。这是因为，为了达到高压、高容量化需要大的消弧室，但高真空的大消弧室难以实现。于是，在变电所等大电流断开时，大部分使用气体开关。

作为真空开关的触点材料除了上述AgWC材料之外，也多使用CuCr材料（铬铜合金）。在真空中断开电流成为问题，但CuCr材料的断开电流比Cu-W材料的断开电流低，因此能够使用CuCr材料。另一方面，在气体中使用的触点材料不需要担心断开电流，使用包含比Cr熔点高的W的Cu-W材料。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供例如在高压大电流用途的气体开关中能够适用的、局部消耗小的触点材料和具有它的开关。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的实施方式的触点材料是由Cu-W类复合材料形成的触点材料，该Cu-W类复合材料包括25～70体积%的Cu和30～75体积%的W，在使所述W的总量为100体积份时，颗粒径为60～200μm的粗大钨颗粒占25～100体积份。

在一个实施方式中，除去上述粗大钨颗粒的余下的W的平均颗粒径处于0.5～25μm的范围内。

在一个实施方式中，上述粗大钨颗粒占触点材料整体的比例为20～60体积%。

在一个实施方式中，相对于Cu和W的合计质量100质量%，铁族金属、硼、氧化硼、硼化物、金属硼氧化物中任一种或两种以上的添加物被合计添加0.1～6外部质量%。

本发明的实施方式的气体开关具有上述任一种触点材料。

本发明的实施方式的气体开关具有在金属座上接合有由上述任一种触点材料形成的触点的触点部件。

在一个实施方式中，上述气体开关具有能够开闭的一对上述触点材料，在闭合上述一对触点材料时流过1.5～70kA的电流，通过打开上述一对触点材料切断上述电流。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够得到具有以下特性的触点材料。

（1）在断开比较大的电流时也能够防止局部消耗，消耗以面消耗为中心进行。因此，没有大组织从表面脱落，触点寿命能够根据断开次数等容易地计算出来。因此，能够降低触点的更换频率，在运用开关的方面是经济的。

（2）面消耗以与现有的触点材料大致同等的速度进行。

（3）特别是在使用SF₆等消弧气体的气体开关用触点中使用时，上述特性显著体现。这是使耐弧成分为Cr时完全不会得到的特性。

附图说明

图1是触点装置的示意图。

图2是触点的龟甲状破裂的示意图。

图3是本发明的实施方式的钨的粒度分布的一个例子。

图4是龟甲状破裂的触点的接触面的照片。

图5是本发明的实施方式的触点材料的组织照片的一个例子。

图6是本发明的实施方式的触点材料的组织照片的一个例子。

图7是钨颗粒径测定图。

图8是现有的触点材料的组织照片的一个例子。

图9是总裂纹深度的测定方法的示意图。

图10是使用后的本发明的实施例的触点表面的照片。

图11是使用后的比较例的触点表面的照片。

附图标记说明

1  触点

2  金属座

3  钎焊部

5  裂纹

7  剥离、脱落的部分

8  观察角度

9  使用前的触点表面位置

10 触点装置

具体实施方式

首先，说明本发明的实施方式的触点材料的概要。

通过使触点材料为“Cu和W的复合材料，包含触点材料整体的30～75体积%的钨，使上述钨的总量100体积份中的25体积份以上为颗粒径60～200μm的粗大钨颗粒”，由此能够得到不易发生局部消耗，不易发生龟甲状的裂纹的触点材料。

该触点材料适用于断开1.5～70kA左右的比较大的电流。如果要断开比此小的例如数十～数百A的电流，则作为钨的颗粒也可以不使用粗大颗粒。在比较小的电流的断开中，龟甲状的裂纹与钨的颗粒径无关地不易发生，倒不如存在颗粒径越小，面消耗越少的情况。

在比较小的电流的断开和比较大的电流的断开中，触点材料的消耗的方式不同。比较小的电流的断开时大部分是面消耗，比较大的电流的断开时与面消耗一同也发生局部消耗。这两者的消耗方式的不同是由于断开时的电弧能量的大小引起的。在比较小的电流的断开中，发生的电弧小，其能量也小。此时，大部分的电弧能量用于使触点材料的表面熔融（面消耗）。另一方面，在比较大的电流的断开中发生的电弧能量大，相应地电弧发生时的热冲击也显著变大。由于这样的电弧，触点材料表面熔融，触点材料不耐受热冲击，从触点表面向内部产生裂纹。

由此，在断开比较小的电流的触点材料中，面消耗决定其寿命，面消耗量越小的材料寿命越长，能够稳定地使用。

另一方面，在断开比较大的电流时，与面消耗一同也必须考虑局部消耗。其中，更重要的是局部消耗。局部消耗导致使用中的触点的剥离、脱落的可能性高，只能够进行考虑了它们的寿命设定。因此，为了安全地使用，不得不在很短的期间内进行更换。局部消耗如图2（a）～图2（c）中表示的示意图所示，初期与触点的表面垂直地发展。从裂纹发展了的状态（b）起，裂纹进一步发展时，产生与触点表面平行的裂纹，如（c）所示，触点的一部分脱落、剥离，触点表面的凹凸成为新的电弧的发生点。电弧的发生点增加时断开需要时间，消耗进一步发展。因此，触点的寿命变得极短。此外，因为脱落、剥离是突然发生的，所以触点的寿命预测也很困难。

如果能够得到触点的剥离、脱落的问题极少、即向触点的厚度方向的裂纹不易发生的材质，则能够得到能够使更换的频率远低于现有的触点材料，开关的运用费用方面优异的触点材料。

触点材料为Cu-W材料时，裂纹绕过强度比较高的W，主要在Cu中发展。因此，在触点材料中仅存在微小的W颗粒时，即使裂纹一边绕行一边发展，在宏观上看也成为大致直线的裂纹。另一方面，当在触点材料中存在粗大的W颗粒时，在宏观上看大幅地交错绕行地发展。

热冲击相同时，产生的裂纹的长度与W的颗粒径无关而相同。因此，从触点表面到裂纹前端的距离（裂纹深度），在存在粗大W颗粒时，与只存在微小的W颗粒的情况相比更小。其结果为，包括含有粗大的W颗粒的Cu-W材料的触点材料与不是这样形成的触点材料相比，局部消耗较少，适于断开比较大的电流。

根据以上所叙述的理由，为了断开比较大的电流，触点材料适于具有粗大的钨颗粒。更具体地说，相对于钨的总体积100体积份至少含有25体积份的颗粒径为60～200μm（60μm以上200μm以下）的粗大的钨颗粒即可。此时“径”在图7所示的球状的颗粒中使用其直径，在非球状的颗粒中使用颗粒中最长的方向的长度和与其垂直的最大长度的平均值作为代替。

使粗大钨颗粒的径为60～200μm的理由是，需要使W为粗大颗粒，其径低于60μm时裂纹发展的深度与60～200μm的颗粒的情况相比较，防碍裂纹向深度方向发展的功能不能够充分发挥。例如，与1μm或4μm的微小的钨颗粒进行比较，40～60μm左右的颗粒虽然能够确认有利于使裂纹一定程度变浅，但并不像60～200μm的颗粒那样显著。另外，作为裂纹抑制的效果更好的粗大颗粒的尺寸，更优选为80μm以上。

此外，以200μm为上限的理由是，当超过200μm后，所说明的“成形工序”中的挤压性显著变差，成为不适合工业生产的材料。由通常的设备进行挤压工序的上限大约为200μm。此外，其理由也在于后述的“熔渗法”也不能够使用，生产工序被限制。另外，粗大钨颗粒的颗粒径从能够宽范围地选择制造工序的观点出发，更优选为175μm以下。

使该粒径的颗粒的下限为25体积份是因为，如果为这之下的含有量，则粗大颗粒的存在容易发生偏移，从而产生不能够防止裂纹的发展的危险性。粗大钨颗粒更优选含有30体积份以上。

粗大颗粒的含有量的上限是使钨中的全部（100体积份）为60～200μm的粗大的钨颗粒。使100体积份为粗大颗粒的触点能够完全不出现问题地进行使用，显示局部消耗较少的优异特性。但是，有时不能够通过Cu-W材料的最价廉的制造方法即后述的“熔渗法”进行制造。熔渗法是先制造具有连续的开气孔的高熔点金属（该情况下为W）的骨架材料，然后在该气孔内利用毛细管现象熔渗低熔点金属（该情况下为Cu）的方法。能够使温度在低熔点金属的熔点以上，高熔点金属的熔点以下，在该温度中两者不反应（或反应很小）的情况下进行。为了利用该毛细管现象，必须使钨的颗粒彼此的间隙充分小，但如上所述仅由粗大的钨颗粒构成钨骨架时不会产生毛细管现象。因此，利用熔渗法的制造不易进行，必须进行例如密封容器HIP（热静水压挤压）等更高费用的处理。因此，粗大钨颗粒的含有量在工业上更优选为80体积份以下。

粗大的钨颗粒如上所述，如果占钨的25体积份以上则对于局部消耗是有效的。因此，只要含有25体积份以上的粗大钨颗粒，则余下的75体积份能够使用颗粒径更小的钨作为代替。当该较小的钨颗粒位于粗大的钨颗粒的间隙时，相邻的钨颗粒彼此的距离变小，熔渗时的Cu的毛细管现象变得容易发生。小的钨颗粒的颗粒径只要是能够产生Cu的毛细管现象的程度则没有特别限制，但越微小的颗粒，则越能够容易地以较少的量产生毛细管现象。此外，更小的钨颗粒不仅在熔渗时，在挤压成形时也有利于容易地固结粉末，在制造上是有利的。实际上容易得到的更小的钨的颗粒径为0.5～25μm左右。由此，在使用粗大的钨颗粒和颗粒径较小的钨颗粒时，钨整体的粒度分布如图3所示至少具有两个明确的峰。

图5表示包含上述粗大钨颗粒的触点材料的典型的组织照片。该照片是由碱进行蚀刻后的组织照片。具有灰色的较深的背景部分为Cu，其中分散有颜色接近白色的粗大W颗粒和同样颜色接近白色的更小的W颗粒的组织。该组织是使W的总量100体积份中75体积份为60～200μm的粗大颗粒，使余下的25体积份为平均颗粒径为2μm的小颗粒，由熔渗法得到的。另外，作为与该组织的比较，将一般常使用的触点材料的组织以同样的比例尺在图8中表示。这是平均颗粒径为4μm的钨和Cu的复合材料。

此外，粗大钨颗粒的优选含量也可以作为相对于触点材料整体的体积比率的方式进行规定。特别优选的范围是60～200μm的粗大的钨颗粒相对于触点材料的整体占20～60体积%的范围。当W较少时，基于要断开的电流的大小，存在局部消耗增加的可能性，但是如果使60～200μm的W相对于触点材料占20体积%以上，则对于常用的大电流能够使局部消耗极为小。此外，当超过60体积%时，在熔渗工序中可能产生未熔渗部分，因此在工业上特别优异的是上述范围。

本发明的实施方式的触点材料也能够应用于真空开关，但特别适于用作气体开关的触点材料。在气体开关中难以使用CuCr等低熔点的触点，多使用包含熔点高的W的材料。因此，适于使用以包含Cu和W的方式构成的本发明的实施方式的触点材料。

以上所说明的电触点材料和电触点例如能够通过以下的工序得到。

作为原材料，准备粉末状（颗粒状）的钨和无关形状的Cu材料。

在使该钨的总量为100体积份时，使颗粒径为60～200μm的粗大钨颗粒为25～100体积份。余下的0～75体积份的钨颗粒为上述范围外的更小的颗粒，例如平均颗粒径为0.5～25μm左右的颗粒。

另外，因为W和Cu不发生化学反应，所以准备的钨粉末的粒度分布在经由后述说明的挤压工序、热处理工序等制作出的触点材料（例如参照图5和图6）中作为钨颗粒的粒径分布被保持。由此，使用如上所述包含25～100体积份的60～200μm的钨的钨粉末制造出的触点材料可以包含25～100体积份的60～200μm的尺寸的粗大钨颗粒。但是，在制造中钨可能与Fe或Co等稍有反应，因此触点材料中的颗粒尺寸的分布与粉末状态时相比稍有变动。

在Cu和钨之外添加添加物时，可以将碱土类金属的硼氧化物这样的以降低功函数为目的的添加物、Co、Ni、Fe等以提高触点材料的机械强度为目的的添加物，相对于钨和Cu的合计质量，在该合计质量之外添加0.1～6外部质量%以下。这些添加物并非必须添加，因此添加物量也可能为0外部质量%。

首先，混合全部的钨的粉末使之成为均质的状态。特别是在混合颗粒径不同的粉末时，以使两者充分混合的方式进行混合。在混合中使用的装置能够适用球磨机、干式搅拌机、磨碎机、研磨搅拌机等，但使用公知的各种混合装置即可。在添加钨之外的上述添加物时，在该阶段进行添加。此外，也可以在该阶段添加少量的Cu粉末（添加量从后述的骨架体的钨体积中除去相应的量）。

如果需要，则对得到的均质的粉末添加相对于W的质量的0.5～4质量%左右的成形用有机粘合剂，利用挤压机进行挤压成形。挤压可以使用单轴式上下型挤压机，也可以使用CIP（静水压挤压机）装置、干式橡胶挤压机。挤压成形所需要的压力为50～300MPa左右。这样得到钨的挤压体。

接着，将挤压体投入非氧化气氛的热处理炉，得到骨架体。骨架体是钨颗粒彼此稍有网状连接的状态，没有达到致密化，是具有连续的开气孔的状态。使得非氧化气氛是为了防止钨的氧化。此时的处理温度优选为800～1200℃左右。另外，在挤压成形前加入有机粘合剂的情况下，在该工序中可以同时进行脱粘合剂处理。

接着，在炉中将Cu熔渗在骨架体中。在炉中升温至熔点以上的Cu为液体，利用毛细管现象熔渗在骨架体中。此时也在非氧化气氛中进行处理。温度优选为比Cu的熔点高的1100～1300℃左右。通过该熔渗处理，能够得到在钨骨架体中的气孔中填充有Cu的触点用复合材料。

以上表示了使用熔渗法的制造方法，但毛细管现象在钨颗粒的间隙过大时难以产生。在使钨的颗粒径全部为60～200μm的情况下，不易产生毛细管现象，存在产生未熔渗部的可能性。

此时，也能够不利用毛细管现象，采用以压力使Cu浸透至钨骨架体内的方法。例如，可以以Cu的熔点以上的温度，由密封容器HIP（热静水压挤压）等方法制造。

以上叙述了制作钨的骨架体而熔渗Cu的方法，但也可以采用预先混合Cu和钨的粉末而得到烧结体的方法。此时，对混合后的粉末以50～300MPa程度进行挤压成形而得到挤压体，将挤压体在氮等非氧化气氛中加热至1000～1400℃左右而制造得到。

如果需要，对由以上工序得到的触点用复合材料进行通过切削、电加工等的精加工，完成触点。

触点多与金属座一体化地使用。金属座选自热传导率高、有一定机械强度的廉价的铜或铜合金、铁或铁合金等而被使用。金属座与触点的接合可以通过钎焊法、摩擦压接法、内浇铸等来进行。

图5、图6表示得到的触点的典型的截面组织。在图6中表示根据钨的分级，大部分为60～200μm的粗大钨颗粒的组织。在图5中表示能够容易地进行熔渗，钨颗粒中75体积份为60～200μm的粗大颗粒的组织。余下的25体积份的钨颗粒包含没有特别进行分级的平均颗粒径为3μm左右的由钨粉末形成的较小的钨颗粒。

组织照片的白色的较大部分是60～200μm的粗大的钨颗粒，较小的白色的部分是平均颗粒径为3μm左右的钨颗粒，背景的深灰色的部分是Cu。另外，图6是没有进行蚀刻处理的照片，因此颜色上没有明确的差异，但是粒状的部分是钨，背景是Cu。

准备一对该触点，设置在通电通路中，将气氛密封在SF₆、N₂等气体气氛中，得到触点装置。图1表示本发明的实施方式的触点装置10的示意图。在触点装置10中，各触点1利用钎焊部3固定于金属座2。

在触点装置10中，在一对触点1接触的状态（闭合状态）下流过较大的电流。之后，通过机械地牵拉一对触点1，断开电流。

此处所述的“比较大的电流”根据触点装置的大小等的不同而变化。在断开大电流时通常需要体积较大的触点，但大致为1.5～70kA（千安）左右。在断开该电流时，在一般的触点中与面消耗一同发生较大的局部消耗的现象。

与此相对，在含有上述粗大钨颗粒的触点中，面消耗量与具有一般的钨颗粒径的Cu-W类复合材料触点为同等程度，但局部消耗不易发生，自表面的裂纹的发展深度也较浅，不易发生龟甲状的破裂。另外，此处所说的“一般的钨颗粒径”可以假设使用对于面消耗的消耗率较低的0.5～10μm左右的钨颗粒的情况。

另外，作为本发明的实施方式的气体开关，能够利用任意的公知的结构（例如日本特开2010－097745号公报记载的结构）。在气体开关中，包含上述粗大钨颗粒的触点能够用作构成为能够开闭的一对触点对（例如可动触点与固定触点）。

此外，气体开关是可以断开大电流的结构，可以是一对触点对在闭合状态（接触的状态）下能够流过1.5～70kA的电流的结构。在断开时能够使一方的触点机械移动而使其成为打开的状态，从而断开电流。另外，气体开关可以是在断开时能够对触点的连接部附近供给SF₆气体、不活泼性气体的结构。气体开关可以在变电所等大型设施中使用，例如可以具有与日本特开2001－006468号公报中记载的构造同样的构造。此时，包含上述粗大钨颗粒的触点材料适用于筒状触点和与其能够嵌合的棒状触点（有时将此称为“喇叭型触点”）。

（实施例）

（触点的制造）

准备纯Cu板和钨粉末。钨粉末总量100体积份，其中60体积份是颗粒径为60～200μm的粗大的钨颗粒，余部是20体积份的具有平均颗粒径为4μm的颗粒径的粉末和20体积份的具有平均颗粒径为1μm的颗粒径的粉末。

将钨粉末投入亨舍尔混合机，混合2小时直至成为足够均质的粉末，得到混合粉末。

将混合粉末投入单轴式挤压模具，以200MPa的压强挤压成形为长方体，得到挤压体。

将挤压体在氢气氛中升温至1000℃，得到钨颗粒彼此成为初始的断面收缩状态的骨架体。骨架体的密度与钨的致密体相比较为40%，具有60体积%的气孔。

接着，在得到的钨骨架体上载置与其大致相同体积的纯Cu板，在氢气氛中以高于作为Cu的熔点的1080℃的1150℃进行熔渗。到达熔点成为液体状态的Cu通过毛细管现象浸透至钨的骨架体中的气孔。

在熔渗后，通过机械加工除去没有完全熔渗的剩下的Cu，得到长方体的熔渗体。熔渗体具有在40体积%的钨骨架体中熔渗有60体积%的Cu的构造。另外，确认熔渗体中的Cu的体积比率与骨架体中的气孔的体积比率同等。

将通过以上工序得到的熔渗体钎焊于Cu的金属座，得到图1的示意图中表示的一对（两个）触点装置。图1的触点装置通过面向图面的上下运动而进行断开、通电。

使得到的触点装置为试样No.6。

（试验）

使试样No.6的一对触点装置的触点部分相对，作为电源的正极和负极，经由导线制作出电路。

将一对触点装置部分密闭于筒状的容器，使内部气氛为SF₆。

作为连接了一对触点的状态（流动电流的状态）采用施加5kA（千安）的电流，230V（伏）的电压的状态，在密闭容器内使一对触点装置机械地移动，使其距离变大，进行电流断开的操作。反复进行10次以上的断开操作。

（评价）

卸下进行了上述断开试验的触点装置，根据试验前和试验后的质量减少值和试样的比重计算出体积消耗率。值是一对触点的体积消耗率的平均值。试样由于Cu、钨的蒸发等质量减少，体积消耗率为1.5%。

接着，面向图面地沿纵方向（截面方向）在中心部将一对触点部分切断，求出其截面的总裂纹深度。“总裂纹深度”是指如图9表示的概念图所示，将从触点表面向垂直方向进入的多个裂纹的长度相加的值。例如，进入了C1、C2和C3这三个裂纹，在各个裂纹的深度为L1、L2和L3的情况下，计算出“总裂纹深度＝L1＋L2＋L3”。值是两个触点的各个裂纹深度的合计值。根据该值的大小，判断上述局部消耗的程度。在试样No.6中，总裂纹深度为0.55mm。在后面叙述评价的详细内容。

（试样）

试样的说明（1）

接着，将用于比较的试样No.6、Cu和钨的体积比不同的试样通过同样的制作方法以表1所示的组成制作出来。将它们作为试样No.2～11和比较试样No.*101、*109。关于钨中的粗大钨颗粒（60～200μm的颗粒）所占的比例，试样No.2～8和比较试样No.*101、*109与试样No.6同样为60体积份，试样No.10为75体积份，试样No.11为90体积份。

此外，作为在钨总量中仅含有低于10体积份的粗大钨颗粒或几乎不含有粗大钨颗粒的比较试样，以同样的方式制作出比较试样No.*112～*114。比较试样No.*112～*114是完全不含有60～200μm的颗粒或几乎不含有60～200μm的颗粒，使用更小的颗粒径的钨粉末的比较例。比较试样No.*112使用没有特别进行分级处理的平均颗粒径为1.5μm的钨粉末，同样，比较试样No.*113是使用10μm的平均颗粒径的粉末的比较例。比较试样No.*114也同样使用平均颗粒径为40μm的粉末，但因为平均颗粒径为40μm较大，所以发现其颗粒的一部分为60μm以上。但是，利用粒度测定器，确认60μm以上的颗粒低于10体积%。

对于以上所述的试样No.2～11的试样和比较试样No.*101、*109、*112～*114，进行与上述试样No.6同样的试验和评价。将各自的组成表示在表1中，将评价结果表示在表6中。在全部的表中记载的“其它的W”表示的是60～200μm以外的钨颗粒。

表1

在表1中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

试样的说明（2）

接着，将触点材料中的钨的体积比率固定为40体积%和60体积%这两种，制作使体积份对粗大钨颗粒的钨总量的比例变化的试样。

使Cu为40体积%、钨为60体积%，粗大的钨颗粒的比例在20～100体积份的范围中变化的试样为试样No.12～20和比较试样No.*211，将其组成表示于表2，将进行与对于试样No.6进行的试验同样的试验时的评价表示于表7。

使Cu为60体积%、钨为40体积%，粗大的钨颗粒的比例在20～100体积份的范围中变化的试样为试样No.22～31和比较试样No.*321，将其组成表示于表3，将进行与对于试样No.6进行的试验同样的试验时的评价表示于表8。

表2

在表2中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

表3

在表3中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

试样的说明（3）

接着，为了调查关于粗大钨颗粒之外的更小的钨的颗粒径的影响，利用在表2中的试样No.16和表3的试样No.27的试样，制作改变了其它的钨颗粒径和其量的试样，制作出试样No.51～59的试样。将它们的组成表示在表4中。对这些试样也进行与试样No.6同样的试验并进行评价。在表9中表示评价结果。

表4

另外，在表1～4中，关于在“其它的W（体积份）－颗粒径”栏中所示的粗大钨颗粒以外的钨的组成，例如，“30－4μm＋10－1μm”表示30体积份的平均颗粒径为4μm的颗粒和10体积份的平均颗粒径为1μm的颗粒的混合，在其它的表中也是同样。

试样的说明（4）

为了研究添加物的效果，对表4中的试样No.53的试样添加添加物，进行研究其影响的试验。添加物是将Co、Ni、Fe、硼、氧化硼、硼氧化物、硼化物相对于钨和Cu的质量总量100质量%另外添加0.05～6外部质量%，进行与试样No.6同样的试验和评价。

将添加物的种类和量表示于表5的试样53a～53g，将试验后的评价结果表示于表10。

表5

试样No.	添加物（外部质量%）
		53a	Co（0.02）＋Ni（0.03）
53b	Co（0.1）＋SrB2O4（2.0）
		53c	B2O3（4.0）＋LaB2（2.0）
53d	Fe（0.5）＋B2O3（5.5）
		53e	LaB2O4（1.0）＋SrB2O4（1.0）
53f	Co（0.05）＋B（3.0）
		53g	Co（0.05）＋Fe（0.02）＋SrB2O4（2.0）

（评价）

针对以下两点进行各个触点的评价。

第一点裂纹深度评价

第二点消耗量评价

以下对其分别进行说明。

第一点的裂纹深度评价主要对局部消耗进行评价。如图9所示，将试验后的触点在中央部垂直切断，在研磨其截面后用显微镜观察。截面如图2所示，从由于消耗而后退的表面产生多个裂纹5。对于能够观察到的裂纹，将全部的裂纹深度（L1、L2、……）相加而得的值称为“总裂纹深度（mm）”。总裂纹深度是表示局部消耗的发展情况的值，如果较大的话表示龟甲状的破裂发展。此外，值小时，表示没有产生龟甲状的裂纹，或是产生的程度极小。

第二点的消耗量评价，是比较试验前和试验后的触点部分的体积，将其减少率以数值（%）表示的值。能够测定面消耗和局部消耗这两者的发展程度。

在表6～10中表示实施例和比较例的触点的评价结果。

表6

试样No.	总裂纹深度（mm）	体积消耗率（%）
			*101	1.30	1.00
2	0.85	1.05
			3	0.75	1.13
4	0.65	1.20
			5	0.60	1.33
6	0.55	1.50
			7	0.54	1.75
8	0.53	1.90
			*109	0.53	2.50
10	0.60	1.28
			11	0.58	1.23
*111	1.50	1.25
			*112	1.35	1.23
*113	1.30	1.28
			*114	1.25	1.30

在表6中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

根据表6的结果，在使钨的总量为30～75体积%的试样中，能够确认包含钨的60体积份或此上的粗大钨颗粒的试样，相比于作为一般的Cu－W材料的比较试样No.*112～*114，总裂纹深度极小。此外，体积消耗率为同等程度。

比较试样No.*101虽然使用粗粒钨，但是裂纹的长度与比较试样No.*112大致同等。认为其理由是Cu的含有量过小，因此由于触点表面的温度上升，导致Cu部分的裂纹的发展被促进。此外，比较试样No.*109也同样使用粗大钨颗粒，但是体积消耗率与比较试样No.*112相比为显著增大的值。这认为是由于Cu的含有量过多，蒸发量增加。

基于以上结果，对于Cu和钨的量，判断Cu为25～70体积%，W为30～75体积%是适当的。

表7

试样No.	总裂纹深度（mm）	体积消耗率（%）
			*211	1.31	1.18
12	0.94	1.15
			13	0.81	1.23
14	0.75	1.25
			15	0.69	1.20
16	0.65	1.20
			17	0.52	1.23
18	0.46	1.25
			19	0.35	1.20
20	0.32	1.28

在表7中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

表8

试样No.	总裂纹深度（mm）	体积消耗率（%）
			*321	1.21	1.18
22	0.84	1.16
			23	0.75	1.16
24	0.71	1.16
			25	0.65	1.20
26	0.59	1.18
			27	0.55	1.22
28	0.42	1.20
			29	0.36	1.22
30	0.25	1.18
			31	0.22	1.24

在表8中带有“*”的试样是本发明的范围外的比较试样。

根据表7和表8的结果，能够确认看到总裂纹深度明显减少的粗大钨颗粒的量为25～100体积份。此外能够确认，如果粗大钨颗粒的量处于规定的范围，则不会由于比其小的钨颗粒径带来多大的总裂纹深度的差异。粗大的钨颗粒为20体积份的比较试样即比较试样No.*211和*321，因为粗大的钨颗粒的量过少，所以裂纹绕行的效果没有充分显现，得到与一直以来使用的比较试样No.*112没有多大差别的结果。

表9

试样No.	总裂纹深度（mm）	体积消耗率（%）
			51	0.67	1.04
52	0.63	1.02
			53	0.61	0.98
54	0.69	1.00
			55	0.65	0.96
56	0.65	1.02
			57	0.62	1.00
58	0.64	0.98
			59	0.63	1.02

根据表9的结果能够确认，比粗大钨颗粒小的钨的颗粒径和其多少对消耗的影响极小，能够明确对总裂纹深度造成影响的因素中粗大钨颗粒的比例带来的影响极强。这些试样全部使用熔渗法进行制作，只要是熔渗能够充分进行的条件，则小的钨颗粒径的影响几乎能够忽略。

表10

试样No.	总裂纹深度（mm）	体积消耗率（%）
			53a	0.61	1.18
53b	0.64	0.96
			53c	0.61	0.98
53d	0.65	0.94
			53e	0.65	0.96
53f	0.69	0.98
			53g	0.62	0.98

关于添加物，加有硼、硼氧化物、氧化硼、硼化物的试样与试样53相比较也能够看到体积消耗率（%）的改善。其理由认为是，通过添加功函数小的这些添加物，在触点表面的电弧移动变得容易，在触点表面的部分损伤被抑制，由此体积消耗率得到改善。

此外，能够确认通过添加0.05～0.5外部质量%的Co、Ni，具有提高钨的烧结性，促进熔渗的效果。在本实施方式中，也可以添加Co、Ni，能够确认抑制了在得到的触点中裂纹的产生，此外体积消耗率也良好。

（总结）

关于总裂纹深度，本发明的范围内的试样和比较试样之间没有看到明确的差异。本发明的范围内的试样中多个浅裂纹发展，但在比较试样中全部能够观察到多个深裂纹。当深裂纹发展时，发生从触点块状的脱落、剥离，因此非常不希望发生。

此外，在粗大钨颗粒占触点全体的体积的20～60体积%的触点中，确认使总裂纹深度变短的作用很好。另外，粗大钨颗粒相对于触点整体的体积比率能够通过在触点中的W含有率（体积%）上乘以粗大钨的体积份的值而求得。试样2～7、10～11、14～20、26～31、51～59是上述范围内的试样。处于该范围的触点具有能够抑制局部消耗和面消耗，并且容易进行Cu的熔渗工序的优点，因此工业上是优选的。

更详细地观察能够看到局部消耗的比较试样和看不到局部消耗的本发明的实施例的试样。

观察试验后的试样No.6和比较试样No.*112的表面。在图10中表示试样No.6的表面照片，在图11中表示比较试样No.*112的表面照片。从照片中也能够确认，试样No.6在表面不能够观察到龟甲状的裂纹，但在比较试样No.*112中明确地显现出龟甲状的裂纹。龟甲状的裂纹在使用时块状剥离，在触点的表面形成多个电弧产生点，因此电流的切断显著变得困难。此外，在其间触点材料的消耗也不断进行。因此，产生龟甲状的裂纹的比较试样No.*112的触点必须在裂纹变深之前更换。分解触点装置、观察触点会耗费很多的费用和时间，也需要备用装置，因此在触点更换的情况之外仅为了确认裂纹而分解装置是很难进行的。

在不能够预测触点寿命的情况下，需要提高更换频率。另一方面，如果是像本发明的实施方式的触点这样，局部消耗极小，消耗几乎都是以面消耗的方式进行的触点，则能够容易地预测寿命，能够显著降低更换频率。

本实施例是使负载电流为5kA而得到的试验结果，但在比此高的电流值的情况下，消耗的倾向也是同样的，本发明的实施方式的触点材料适用于比较大的电流的断开。

如以上所说明的这样，通过使触点材料中的钨颗粒中25～100体积份是颗粒径为60～200μm的粗大颗粒，特别是在大电流断开用途中，能够防止由于在触点的深度方向上发展的裂纹引起的龟甲状的破裂。因为不发生龟甲状的破裂，所以能够防止由触点的脱落导致出现新的电弧产生点，能够预测触点寿命，能够降低更换频率。

Claims (8)

1.一种触点材料，其特征在于：

由Cu-W类复合材料形成，该Cu-W类复合材料包括25～70体积%的Cu和30～75体积%的W，

在使所述W的总量为100体积份时，颗粒径为60～200μm的粗大钨颗粒占25～100体积份。

2.如权利要求1所述的触点材料，其特征在于：

除去所述粗大钨颗粒的余下的W的平均颗粒径处于0.5～25μm的范围内。

3.如权利要求1所述的触点材料，其特征在于：

所述粗大钨颗粒占触点材料整体的比例为20～60体积%。

4.如权利要求2所述的触点材料，其特征在于：

所述粗大钨颗粒占触点材料整体的比例为20～60体积%。

5.如权利要求1～4中任一项所述的触点材料，其特征在于：

相对于Cu和W的合计质量100质量%，铁族金属、硼、氧化硼、硼化物、金属硼氧化物中任一种或两种以上的添加物被合计添加0.1～6外部质量%。

6.一种气体开关，其特征在于：

具有权利要求1～4中任一项所述的触点材料。

7.如权利要求6所述的气体开关，其特征在于：

具有能够开闭的一对所述触点材料，在闭合所述一对触点材料时流过1.5～70kA的电流，通过打开所述一对触点材料切断所述电流。

8.一种开关，其特征在于：

具有触点部件，该触点部件在金属件上接合有由权利要求1～4中任一项所述的触点材料形成的触点。