JPS62116736A - 真空遮断器用電極の製造法 - Google Patents

真空遮断器用電極の製造法

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JPS62116736A
JPS62116736A JP25657385A JP25657385A JPS62116736A JP S62116736 A JPS62116736 A JP S62116736A JP 25657385 A JP25657385 A JP 25657385A JP 25657385 A JP25657385 A JP 25657385A JP S62116736 A JPS62116736 A JP S62116736A
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molten metal
particles
copper
electrode
metal
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JP25657385A
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English (en)
Inventor
Katsuhiro Komuro
勝博 小室
Tetsuo Kuroda
哲郎 黒田
Ryuji Watanabe
隆二 渡辺
Yukio Kurosawa
黒沢 幸夫
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、真空遮断器用電極の製造方法に関するもので
ある。
〔発明の背景〕
従来から真空遮断器用電極としては、導電性が良いこと
がらCuをベースとした合金が多く用いられている。例
えばCu−Pb系、Cu−B1系、あるいは高耐電圧性
をもたせたCu−Co−B1またはpb系の溶製合金が
ある。
上記材料において、Bi、Pb等の低融点金属の添加の
目的は、一般には電接面の溶着を防ぐことにある。従来
の多くの電極材にはこうした添加元素が加えられたCu
ベース合金が用いられてきている。しかし、Bi、Pb
などを添加しない電極材料もいくつかある。例えば、特
開昭54−73284に開示されている電極接点WC−
Ag、あるいは特公昭45−35101に開示されてい
るCr−Cu系の火花ギャップ用の電極などは低融点金
属を含有せずともかなり良好な耐溶着特性を有し、最近
になって真空遮断器用として用いられつつある。上記接
点のうち、Cr −Cu及びWC−Ag系の場合は、マ
トリックスとなるCr及びWCが高い融点を有するため
比較的溶着しにくいことにある。しかしながら、上記材
料においてはそれぞれに欠点を有する1例えば、WC−
Ag系においては、アーク遮断時に電極面の一部が高温
にさらされると、多量の熱電子を放射しやすく、このた
め絶縁回復特性ならびに遮断能力が低下する。したがっ
て、あまり大容量用には適用できないという欠点がある
。一方、Cr−Cu系においては、Cr自体が酸素(o
2)との親和力が非常に大きくこのため、Crの圧粉体
は、通常、還元性雰囲気中の高い温度で焼結、溶浸など
が行われる。しかし、それでも、Cr粉末を焼結した場
合には酸化物残渣が存在しなすい。この結果、電極とし
て、さらに高温のアークにさらされると、上記酸化物が
分解され、酸素を放出し、このために遮断不能になる場
合がある。これらの酸化物残渣をできるだけなくすため
に種々の方策がとられる0例えば特開昭50−5587
0に開示されているように、Cr焼結体の粒子間に残り
やすいCr酸化物を、あらかじめCu粉末を混合、圧粉
しておき、それをCuの融点以上、100℃を超えない
温度で液相焼結し、その後熱間鍛造により緻密化する方
法。
あるいは酸化物が遮断時に分解した場合にその分解ガス
を吸着させるためのゲッター用の第3元素(Ti、Zr
など)を添加する方法などが挙げられる。前者の液相焼
結による酸化物を除去する方法としては、ドイツ連邦共
和国特許出願公開第1640039号公報にも開示され
ているように、Cr焼結マトリックスをCuの溶湯を浸
透させる溶浸工程によって酸化物を分解、除去する方法
が述べられている。以上のような従来技諸において、と
りわけCuを溶浸する方法は酸化物を分解、除去するこ
とに効果がある。しかしながら、完全に除去することは
困難で1部分的には酸化物スラグが焼結マトリックスの
空孔をふさぐことがあり、Cuの浸透をさまたげる結果
となり、未溶浸の欠陥空孔が形成されることがある。こ
の欠陥空孔にはガスが吸蔵されやすく、電極とした場合
、遮断操作のくり返しにより著しいガスの放出源となり
、遮断能力を下げてしまうことが多い。この点でCr焼
結マトリックスをなおいっそう清浄化する前処理を加え
る必要があった。
以上のようにCr焼結マトリックスをいかに清浄化し、
Cuを高密度に溶浸してやるかが非常に重要な課題であ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、Cu又はCu合金中に真空遮断器用電
極として有効な金属粒子を均一に分散した鋳造合金を用
いることによって、粉末冶金手法で製造される電極材の
欠点をなくした大容量真空遮断器用電極の製造法を提供
することにある。
〔発明の概要〕
発明の背景にも記したように最近の大量真空遮断器電極
のほとんどの多くは粉末冶金的手法により製造されてい
る。例えば、Cr粉末を金型成形した後に、非酸化性雰
囲気中、高温度で焼結したマトリックス中の空孔部へC
uの溶湯を浸透させる工程によって電極素材が製造され
る。これらの問題点としては、第1にプレスを用いた複
雑な工程を用すること、第2に連続空孔を有する焼結技
術、第3にCr粉末表面あるいは空孔内部の酸化物に起
因する遮断能力の低下といった多くの解決すべき問題が
ある。
本発明者らは、従来技術である粉末冶金的手法にかわる
方法として鋳造により同様の組成の電極が製造すること
ができれば前記した問題点を解決でき、遮断能力も向上
するものと考え、種々検討した結果、Cu又はCu合金
中に金属粒子が均一に分散された真空遮断器用電極の製
造法において、Cu又はCu合金溶湯中にあらかじめ溶
湯と金属粒子との濡れを生じさせる元素の少なくとも1
種類を含ませてから金属粒子を溶湯中へ浸透分散させた
後、溶湯を加圧しつつ凝固させることにより前記問題点
を解決した真空遮断器用電極を製造することができた。
本発明は、Cu又はCu合金溶湯中へ金属粒子を浸透さ
せるプロセスと金属粒子あるいは合金粒子を分散させた
溶湯を凝固させるプロセスから成る。
まずCu又はCu合金の溶湯中へ金属粒弊を浸透分散さ
せる方法であるが、通常の鋳造方法では、金属又は合金
溶湯中は金属粒子あるいは合金粒子を添加投入しても溶
湯表面上へ浮上分離したり、溶湯の底に沈降したりして
溶湯中へ浸透分散することができない、そこで浸透方法
について種々検討した結果、溶湯表面上への浮上分離や
沈降、あるいは粒子同志の凝集を抑制するには溶湯と粒
子間の界面のぬれ性を向上させることが重要なポイント
であることがわかった。つまり、Cu又はCu合金の溶
湯中へあらかじめTi、Cr、ZryV、Nbから選ば
れた少なくとも一種類を含ませた後に金属粒子を溶湯表
面から投入添加する溶湯中へ浸透分散することがわかっ
た。また、金属粒子を分散浸透させたCu又はCu合金
溶湯を凝固させ、再溶解、再再溶解を繰り返えしても溶
湯中の金属粒子は溶湯表面上に浮上分離あるいは沈降す
ることなく溶湯中にとどまることが明らかになった。
本発明で検討した金属粒子は、Cr、Go。
Mo、W、Ta、Feとその合金粒子である。これら金
属あるいは合金粒子を、あらかじめTi。
Cr、Zr、V、Nbから選ばれた少なくとも一種類を
含むCu又はCu合金の溶湯中へ投入添加した結果、い
ずれの金属あるいは合金粒子とも溶湯表面上へ浮上分離
あるいは沈降することなく溶湯中へ浸透分散することを
確認した。
本発明においてCu又はCu合金溶湯中は浸透分散でき
る金属粒子の大きさは、Cu又はCu合金鋳塊中の金属
粒子分布状態に決定され、T a 。
W粒子の場合は5〜200.um、Cr、Co。
Mo、Feの場合は5〜500μmの範囲であれば良い
ことがわかった。つまり、いずれの金属粒子でも粒子径
が5μm以下の場合、溶湯中へ浸透分散することができ
る。しかし鋳塊中に分布する金属粒子は凝集し、粒子−
ケーケは分散することができない、一方、Ta、Wの粒
子径が200μm以上になると鋳塊中に分布する粒子は
鋳塊底部へ沈降する傾向になる。また、Cr、Co。
Mo、Feの粒径が500μm以上になると電極の接触
時に金属粒子同志の接触が多くなり遮断特性を低下させ
ることがわかった。
溶湯中へ浸透分散できる金属粒子の量は粒子径により変
化する0例えば、粒径5μmの粒子を体積比で30%以
上投入分散すると溶湯の流動性が悪く鋳造することがで
きない。これに対し粒径500μmでは体積比45%ま
で投入分散しても鋳造することがわかった。
一方、金属あるいは合金粒子を溶湯中に浸透分散させる
ためのTi、Cr、Zr、V、Nb等の添加量は粒子の
添加量1〜45体積比において0.05〜3.0at1
0の範囲であれば十分で、粒子が均一に分散した鋳塊が
得られる。添加量が3 a t / 0以上になると添
加元素がマトリックスと反応して金属間化合物がマトリ
ックス中に生成して粗大化する傾向になり遮断性能を低
下させる因子となる。
金属あるいは合金粒子を分散する素地の組成は一般的な
鋳造法と同様にA g HP b y B ig T 
e H5a等の金属元素を合金化することも可能である
次に金属あるいは合金粒子を浸透分散させた溶湯を凝固
させる方法であるが、一般の鋳造法同様に別に用意した
金型に鋳込み鋳造することができる。しかし、浸透分散
した溶湯を加圧しながら凝固させることにより、鋳塊の
健全性、粒子の均一分散性はより向上する。加圧鋳造方
法は、金属あるいは合金粒子を浸透分散した溶湯を別に
用意した300〜500℃に予熱した金型に鋳込み、た
だちに金型上部よりプランジャーを用いて200〜20
00kg/dの圧力で加圧しつつ凝固させる。金型の予
熱が300℃以下であると金型の接触する溶湯の冷却速
度が大きいために加圧の効果が発揮されない。また50
0℃以上であると溶湯の冷却速度が遅くなり加圧の効果
が発揮されない。一方、溶湯に加圧する圧力は200k
g/J以下であると、溶湯の冷却速度が遅くなり加圧の
効果がない。また2000kg、/J以上になってもそ
の効果は200〜2000kg/cdと同様であること
を確認している。
〔発明の実施例〕
以下1本発明の実施例について説明する。
実施例1 黒鉛るつぼ中で2033 gのCu溶解し、1150℃
に保持した。アルミナ保護管を用いて溶湯を攪拌し。
渦の中央部へ粒径40μmのCr粒子56.7  gを
流し込むように投入添加し、Cr粒子の溶湯中への浸透
分散性を検討した。その結果、投入添加したCr粒子は
溶湯表面上浮上分離し、溶湯中へは浸透分散しなかった
。同様にGoyW、Mo。
Ta、Feの各粒子及びその合金粒子について検討した
結果、いずれの粒子も溶湯中へは浸透分散しなかった。
以上のように通常の鋳造法では各種粒子は溶湯中へ浸透
分散できないことがわかる。
実施例2 黒鉛るつぼ中で2044 gのCu−0,5Ti 合金
を溶解し、1150℃に保持した。実施例1と同様の方
法でCr、Co+ w、Mo、Ta、Feの各粒子及び
その合金粒子の浸透分散性について検討した結果、いず
れの粒子も溶湯中へ浸透分散し、Ti元素の添加が侵透
分散性に有効であることがわかった。同様にした浸透分
散性の及ぼす添加元素の影響について検討した。その結
果Cr、Zr。
V、Nbをそれぞれ0.5wt10程度添加した溶湯で
あればCr、Cow w、Mo、Ta、Feの各粒子及
びその合金粒子は浸透分散することがわかった。
実施例3 黒鉛るつぼ中で1890 gのCu  0.5Ti 合
金を溶解し、1150℃に保持した。 1150℃に保
持したC u −0、5T i  溶湯中へアルミナ保
護管を用し1て溶湯を攪拌し、渦の中央部へ粒径40μ
mのCr粒子210gを流し込むように投入添加し、溶
湯中へ浸透分散させた1次にCr粒子分散溶湯を別途用
意した300℃に予熱した50X2QX200 Qの金
型に溶湯を攪拌しながら鋳込み、ただちにプランジャー
を用いて600 kg/cdの加圧で加圧しつつ凝固さ
せ、鋳塊を得た。Cr粒子分散鋳塊のミクロ組織を観察
した結果、Cr粒子は素地中に均一に分散し、鋳造欠陥
等はほとんど見あたらない。
実施例4 実施例3と同様の方法で、Cr粒子の分散量を種々本え
た各種Cu −Cr粒子分散鋳造鋼合金鋳塊を溶製し、
それぞれの電流遮断性能及び耐電圧特性を調べた結果を
第1図に示す。なお従来材の真空溶浸のみの材料を10
0%とした場合の本発明材のそれぞれの性能比較値であ
る。試験方法は、周波数約50 Hzで高電圧(600
〜700V)をかけ遮断電流を行500Aステップで増
加させながら遮断し、この遮断途上において遮断不能と
なる電流の限界値を求め、従来材のその値と比較したも
のである。
尚1本発明は「真空遮断器用電極の製造法」としている
が1本質的には金属粒子分散鋳造合金の製造法である。
マトリックスと金属粒子の組合せにより機能性材料とし
て見なおせるものと考えられる。例えば軽量耐摩耗材料
等があげられる。
〔発明の効果〕
本発明による電極によれば、一般的な鋳造方法で製造で
きるので、粉末冶金手法に較べ経済的でかつ欠陥の少な
い電極ができるので高性能電極ができる6また、鋳造法
であるためにマトリックス組成は任意に変えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の真空遮断器用電極の製造法により製造
したCr粒子分散鋳造合金の電気的性能比較値説明図で
ある01.−  、 代理人 弁理士 小川勝馬 1、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、銅又は銅合金マトリックス中に、銅との融点の差が
    400℃以上あるいは銅と固溶しない金属粒子を均一に
    分散させた真空遮断器用電極の製造法において、銅又は
    銅合金溶湯と金属粒子との濡れを生じさせる元素、チタ
    ン、クロム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブから選
    ばれた少なくとも一種類を銅又は銅合金溶湯中へ含ませ
    てから金属粒子を溶湯中へ浸透分散し、溶湯を加圧しつ
    つ凝固させることを特徴とする真空遮断器用電極の製造
    法。
JP25657385A 1985-11-18 1985-11-18 真空遮断器用電極の製造法 Pending JPS62116736A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04206411A (ja) * 1990-11-30 1992-07-28 Hitachi Ltd 真空遮断器用電極材料及び真空遮断器
JP2006032036A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Toshiba Corp 真空バルブ用接点材料
US9090910B2 (en) 2008-07-16 2015-07-28 Kbi Biopharma, Inc. Methods and systems for manipulating particles using a fluidized bed

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