電觸點材料的製作方法

2023-06-05 00:27:36 1

專利名稱：電觸點材料的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及電觸點材料，特別涉及用於由銀-石墨(Ag-Gr)系材料形成的遮斷器(斷路器)等的電觸點材料。
背景技術：
一直以來由銀-石墨系材料形成的電觸點材料是已知的。例如，在專利文獻日本特開平8-2397 號公報(以下稱作專利文獻1)中公開了由含有0. 05 7重量％碳的銀、銀合金或銀複合材料形成的用於電觸點的材料。該用於電觸點的材料中，碳以平均初級粒徑小於150nm的碳黑的形式添加在銀、銀合金或銀複合材料的粉末中，通過擠出，該混合物被冷等靜壓壓縮並燒結。在專利文獻日本專利第3138965號公報(以下稱作專利文獻2)中公開了由銀、含銀的合金、或含銀的複合材料、以及0.5 10重量％的碳所形成的用於電觸點的複合材料。 該用於電觸點的複合材料中，將與碳纖維組合的碳粉與粉末狀的金屬組合物一起進行粉末冶金處理，以形成這樣的材料碳纖維的平均長度為碳粉末粒子的平均直徑的2倍以上。在專利文獻日本特開2007-169701號公報(以下稱作專利文獻3)中公開了這樣的電觸點用材料，其為以銀粉為主要成分的複合粉末的成形燒結體。該電觸點用材料通過以下工序製造在銀粉的內部分散混入碳微粉，將以銀粉為主要成分的主材料與碳微粉通過機械合金化而進行混合成為混合粉末的工序；將該複合粉末成形為成形體的工序；以及對該成形體進行燒結的工序。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平8-2397M號公報專利文獻2 日本專利第3138965號公報專利文獻3 日本特開2007-169701號公報發明概述發明所要解決的問題當利用由銀-石墨系材料形成的電觸點材料構成電流斷路器時，該電觸點材料的導電性高，因此難以發熱，幾乎沒有由發熱引起的危害。但是，在利用由銀-石墨系材料形成的電觸點材料的電流斷路器的短路遮斷試驗中，由於施加於電觸點材料上的熱衝擊或機械衝擊，存在著試驗後的電觸點材料的消耗率大這樣的問題。因此，本發明的目的是提供一種電觸點材料，其可降低在利用電流斷路器等的過負荷試驗或短路試驗的遮斷試驗後的消耗率。另外，本發明的另一目的是提供一種電觸點材料，其可防止在利用電流斷路器等的短路試驗的遮斷試驗後的熔敷。解決問題的手段本發明人對在利用由銀-石墨系材料形成的電觸點材料的電流斷路器的短路遮斷試驗後電觸點材料的消耗率的原因進行了各種研究。首先，因為額定電流值為100 3200A左右的大電流用斷路器中的遮斷電流大，所以在裝於該電流斷路器內的電觸點材料中流過相對大的電流。因此，對該電觸點材料來說， 比起導電性更要求高耐熱性。為了滿足該要求，將銀-石墨系材料中的銀的含量相對較低、 石墨的含量相對較高的電觸點材料用於大電流用斷路器。具體而言，用於大電流用電流斷路器的電觸點材料含有大於或等於4質量％而小於或等於7質量％的石墨，剩餘部分由銀和不可避免的雜質形成。在大電流用電流斷路器的遮斷試驗中，以大的遮斷電流進行從打開到關閉動作的短路試驗後的觸點消耗變得很重要。據認為，在該短路試驗中，電觸點材料消耗的原因在於在遮斷電流大的條件下瞬時進行從打開到關閉動作，因此，在一次短路遮斷試驗時施加於電觸點材料上的熱能或機械衝擊大。但是，本發明人對在大電流用電流斷路器的短路試驗後電觸點材料消耗的原因反覆進行專心研究，結果發現，通過這樣做能夠降低短路試驗後的消耗量至少將電接點材料的常溫下的硬度相對增大到某特定值以上；另外，將撓度量相對增大到某特定值以上；將氧含量抑制在特定值以下；並且，通過流過大電流以在發熱狀態(高溫下)下不變形的方式構成電觸點材料。基於該發現，根據本發明的一個方面的電觸點材料，具備如下的特徵。根據本發明的一個方面的電觸點材料，含有大於或等於4質量％而小於或等於7 質量％的石墨，剩餘部分含有銀和不可避免的雜質，撓度大於或等於0. 5mm,維氏硬度大於或等於陽，氧含量小於或等於lOOppm。根據本發明的一個方面的電觸點材料中，優選抗彎強度大於或等於210MPa。另外，根據本發明的一個方面的電觸點材料中，優選的是，石墨的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於8 μ m。另外，為了防止利用短路試驗的遮斷試驗後的熔敷，根據本發明的一個方面的電觸點材料，優選還含有碳化鎢。在該情況下，優選的是，碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於3 μ m、 碳化鎢的含量大於或等於2質量％而小於或等於4質量％。更優選的是，碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於150nm。接下來，因為額定電流值1 60A左右的小電流用電流斷路器的遮斷電流小，所以在裝於該電流斷路器內的電觸點材料中流過相對小的電流。因此，對該電觸點材料來說，比起耐熱性更要求高導電性。為了滿足該要求，將銀-石墨系材料中的銀含量相對較高、石墨的含量相對較低的電觸點材料用於小電流用電流斷路器。具體而言，用於小電流用電流斷路器的電觸點材料含有大於或等於0. 5質量％而小於或等於2質量％的石墨，剩餘部分由銀和不可避免的雜質形成。在小電流用電流斷路器的遮斷試驗中，以小的遮斷電流多次反覆進行從打開到關閉的動作的過負荷試驗後的觸點消耗變得很重要。但是，一直以來認為，在小電流用電流斷路器的遮斷試驗中，在遮斷電流小的條件下，瞬時進行從打開到關閉的動作，因此，在一次的過負荷試驗時施加於電觸點材料上的機械衝擊小，機械衝擊造成的電觸點材料的損傷小。但是，本發明人對在小電流用電流斷路器的過負荷試驗後電觸點材料消耗的原因反覆進行專心研究，結果發現，通過這樣做能夠降低過負荷試驗後的消耗量至少將電觸點材料的撓度量相對增大到某特定值以上；另外，將電觸點材料的常溫下的硬度相對增大到某特定值以上；將氧含量抑制在特定值以下；並且，以能夠耐受多次反覆的機械衝擊的方式構成電觸點材料。基於該發現，根據本發明的另一方面的電觸點材料，具備如下的特徵。根據本發明的另一方面的電觸點材料，含有大於或等於0.5質量％而小於或等於 2質量％的石墨，剩餘部分含有銀和不可避免的雜質，撓度大於或等於0. 8mm,維氏硬度大於或等於40，氧含量小於或等於lOOppm。根據本發明的另一方面的電觸點材料，優選抗彎強度大於或等於120MPa。另外，根據本發明的另一方面的電觸點材料，優選石墨的平均粒徑大於或等於 40nm而小於或等於8μπι。發明效果如上所述，根據本發明，裝於大電流用電流斷路器中的電觸點材料能夠降低短路試驗後的消耗率；另外，裝於小電流用電流斷路器中的電觸點材料能夠降低過負荷試驗後的消耗率。另外，裝於大電流用電流斷路器中的電觸點材料還含有碳化鎢，從而能夠防止短路試驗的遮斷試驗後的熔敷。附圖簡要說明

圖1是示出固定側觸點部件和可動側觸點部件的關閉狀態中的配置關係的側面圖，其中，所述固定側觸點部件和所述可動側觸點部件構成了其中裝有作為本發明一個實施方式的電觸點材料的電流斷路器；圖2是示出固定側觸點部件和可動側觸點部件的打開狀態中的配置關係的側面圖，其中，所述固定側觸點部件和所述可動側觸點部件構成了其中裝有作為本發明一個實施方式的電觸點材料的電流斷路器。
具體實施例方式首先，對裝有作為本發明一個實施方式的電觸點材料的電流斷路器的結構進行說明。如圖1和圖2所示，電流斷路器10具有固定側觸點部件30和可動側觸點部件20， 其中，可動側觸點部件20以能夠反覆移動的方式進行配置，使得其能夠接觸到固定側觸點部件30、或者能夠遠離固定側觸點部件30。固定側觸點部件30由電觸點材料31和金屬基件32的接合體構成。可動側觸點部件20由電觸點材料21和金屬基件22的接合體構成。 根據本發明實施方式的電觸點材料31用於電流斷路器10的固定側觸點部件30的一部分。 另外，圖1和圖2所示的電觸點材料31為根據本發明的「電觸點材料」的一個例子。固定側觸點部件30中，電觸點材料31和金屬基件32以接合部32a (其與金屬基件32側形成一體)的上面作為接合面、經由焊接材料4而彼此接合。可動側觸點部件20 中，電觸點材料21和金屬基件22以接合部(其與金屬基件22側形成一體)的上面作為接合面、經由焊接材料4而彼此接合。因為這樣構成了可動側觸點部件20和固定側觸點部件30，所以使得當超過電流斷路器10的容許電流值的電流流過規定時間時，內置的觸點解扣裝置(圖中未示出)工作，由此，將電流斷路器10的狀態從如圖1所示的可動側觸點部件20的電觸點材料21接觸固定側觸點部件30的電觸點材料31的狀態(關閉狀態)轉移到如圖2所示的可動側觸點部件20的電觸點材料21從固定側觸點部件30的電觸點材料31瞬間向箭頭Q方向分離的狀態，從而遮斷電流。另外，如圖1和圖2所示，固定側觸點部件30中，金屬基件32 (其中沒有設置電觸點材料31)的端部側與電流斷路器10的第一側(電源側)端子連接，同時， 可動側觸點部件20中，金屬基件22 (其中沒有設置電觸點材料21)的端部與電流斷路器10 的第二側(負荷側)端子連接。 首先，本發明的一個方面中，裝於額定電流值為100 3200A左右的大電流用電流斷路器10中的可動側的電觸點材料21由銀-碳化鎢(Ag-WC)系材料形成，固定側的電觸點材料31由銀-石墨(Ag-Gr)系材料形成，含有大於或等於4質量％而小於或等於7質量％ 的石墨，剩餘部分含有銀和不可避免的雜質，撓度大於或等於0. 5mm，維氏硬度大於或等於 55，氧含量小於或等於lOOppm。這樣，至少將電觸點材料31常溫下的硬度相對增大到某特定值以上，另外，將撓度相對增大到某特定值以上，將氧含量抑制在特定值以下，通過流過大電流以在發熱狀態 (高溫)下不變形的方式構成電觸點材料31，由此能夠降低短路試驗後的消耗量。當銀-石墨(Ag-Gr)系材料中石墨的含量增加時，微細分散於材料中的石墨粒子起到銷栓效果，因此，材料被強化。從而，提高了材料的硬度和抗彎強度。石墨的含量不足4 質量％時，不能得到銷栓效果。當石墨的含量超過7質量％時，銷栓效果過剩，因此撓度量變小。在使用大電流的短路試驗中，因為衝擊大，所以要求強度相對大的材料，但是為了耐受過負荷試驗中的電流斷路器反覆開閉(反覆衝擊)，需要撓度量大於或等於0. 5mm。撓度量不足0. 5mm時，材料的韌性低，因此，上述的反覆衝擊導致電觸點材料31發生裂紋。但是，由於製造上困難，撓度量優選小於或等於2mm。在此，所謂「製造上困難」，是指即使想無論怎樣增大撓度量，2mm也是製造上的界限。在使用大電流的短路試驗中，因為衝擊大，所以為了耐受該衝擊，需要維氏硬度大於或等於陽，維氏硬度不足陽時，在觸點負荷大的短路試驗中，材料的硬度不足，因此不能維持觸點形狀。另外，在過負荷試驗中，因為觸點負荷小，所以觸點形狀幾乎不受維氏硬度的影響。但是，由於當硬度過大時觸點彼此的接觸電阻增大，故優選維氏硬度小於或等於 150。當氧含量超過IOOppm時，由於短路試驗時產生的數千度的高熱，在材料中存在的氧變成氣體，因此使電觸點材料31的基材的一部分飛散。從而，電觸點材料31消耗的比例增大。另外，在過負荷試驗中，因為觸點負荷小，所以電觸點材料31消耗的比例幾乎不受氧含量的影響。但是，由於製造上困難，優選氧含量大於或等於20ppm。在此，所謂「製造上困難」，是指即使想無論怎樣減小氧含量，20ppm也是製造上的界限。根據本發明的一個方面的電觸點材料31中，在使用大電流的短路試驗中，因為衝擊大，所以為了耐受該衝擊，優選抗彎強度大於或等於210MPa。抗彎強度不足210MI^時，在觸點負荷大的短路試驗中，由於材料的機械強度不足，電觸點材料31受到破壞。另外，在過負荷試驗中，因為觸點負荷小，所以幾乎不受抗彎強度的影響。但是，由於製造上困難，優選抗彎強度小於或等於300MPa。在此，所謂「製造上困難」，是指即使想無論怎樣增大抗彎強度，300MPa也是製造上的界限。
根據本發明的一個方面的電觸點材料31中，優選石墨的平均粒徑大於或等於 40nm而小於或等於8 μ m。石墨的平均粒徑不足40nm時，因為石墨粒子過細，所以在銀粒子間厚厚地塞滿石墨粒子。因此，銀粒子彼此接觸的面積極端減小。本來，銀起到保持電觸點材料31的強度的作用，但是在銀粒子彼此的接觸面極小的狀態下，即使施加壓力，銀也不能保持強度，因此難以形成成形體。結果，難以製造電觸點材料31。另外，石墨的平均粒徑超過8 μ m時，電觸點材料31的硬度或抗彎強度下降。另外，為了防止短路試驗的遮斷試驗後的熔敷，根據本發明的一個方面的電觸點材料31優選還含有碳化鎢。由於電觸點材料31還含有碳化鎢(WC)，故能夠進一步提高電觸點材料31的硬度或抗彎強度，例如，能夠使維氏硬度大於或等於70、抗彎強度大於或等於230MPa。從而，能夠更有效地降低短路試驗後的消耗量。銀-石墨(Ag-Gr)系材料中，石墨粒子例如以纖維狀的形態分散。在短路試驗中， 當觸點彼此接觸時，產生數千度的高熱，因此銀易於熔析。從而，觸點彼此熔敷。因此，使用由還含有碳化鎢的銀-石墨-碳化鎢(Ag-Gr-WC)系材料形成的電觸點材料31時，能夠防止銀浮出到電觸點材料31的表面，因此，在短路試驗中，即使觸點彼此接觸而產生高熱，銀也不易熔析。結果，能夠防止短路試驗的遮斷試驗後的熔敷。該情況下，優選碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於3 μ m，碳化鎢的含量大於或等於2質量％而小於或等於4質量％。碳化鎢的平均粒徑不足40nm時，難以製作碳化鎢的粉末。當碳化鎢的平均粒徑超過3μπι時，電觸點材料31部位的強度不均勻。當強度低的部位連結起來時，在短路試驗後，電觸點材料31選擇性地被消耗。當碳化鎢的含量不足2質量％時，不能抑制銀的熔析，因此耐熔敷性差，同時提高電觸點材料31的硬度的效果小。當碳化鎢的含量超過4質量％時，因為電觸點材料31的電導率變差，所以容易發熱。因此，短路時電觸點材料31的消耗量變多。更優選碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於150nm。在碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於150nm的情況下，能夠使碳化鎢粒子均勻分散到銀中， 因此，能夠更有效地抑制銀的熔析。從而，能夠防止短路試驗的遮斷試驗後的熔敷。即，能夠提高電觸點材料31的耐熔敷性能。當碳化鎢的平均粒徑超過150nm時，因為在電觸點材料31的表面存在大量碳化鎢粒子，所以容易發熱。因此，短路時電觸點材料31的消耗量變
^^ ο在由還含有碳化鎢的銀-石墨-碳化鎢(Ag-Gr-WC)系材料製作電觸點材料31的情況下，更優選石墨的平均粒徑大於或等於1 μ m而小於或等於5 μ m。在石墨的平均粒徑大於或等於1 μ m而小於或等於5 μ m的情況下，能夠使石墨均勻地分散到電觸點材料中，因此能夠強化電觸點材料。從而，能夠提高電觸點材料的硬度和抗彎強度。當石墨的平均粒徑不足Iym時，在混合原料粉末後，細的石墨粒子和碳化鎢粒子厚厚地塞滿於銀粒子間。因此，銀粒子彼此接觸的面積極端減小。本來，銀起到保持電觸點材料31的強度的作用，但是在銀粒子彼此的接觸面極小的狀態下，即使施加壓力，銀也不能保持強度，因此難以形成成形體。在該情況下，與只含有石墨粒子的銀-石墨系材料相比，由於與石墨粒子同樣地能夠阻止銀粒子彼此接觸的碳化鎢微粒的存在，石墨粒子的容許最小粒徑變大。當石墨的平均粒徑超過5 μ m時，作為用於使銀粒子和碳化鎢粒子接觸的潤滑劑的石墨粒子的數量變少， 因此，在混合原料粉末時，碳化鎢粒子不能均勻地分散而是發生凝聚，難以形成碳化鎢均勻
7分散的電觸點材料。因此，有可能得不到由添加碳化鎢所產生的效果，即，通過更有效地抑制銀的熔析而防止短路試驗的遮斷試驗後的熔敷這樣的效果。接下來，在本發明的另一方面中，裝於額定電流值為1 60A左右的小電流用電流斷流器10中的可動側的電觸點材料21由銀-碳化鎢(Ag-WC)系材料形成，固定側的電觸點材料31由銀-石墨(Ag-Gr)系材料形成，含有大於或等於0.5質量％而小於或等於2質量％的石墨，剩餘部分由銀和不可避免的雜質形成，撓度大於或等於0. 8mm，維氏硬度大於或等於40，氧含量小於或等於lOOppm。這樣，至少將電觸點材料31的撓度量相對增大到某特定值以上，另外，將電觸點材料的常溫下的硬度相對增大到某特定值以上，將氧含量抑制在特定值以下，以能夠耐受多次反覆的機械衝擊的方式構成電觸點材料31，從而能夠降低過負荷試驗後的消耗量。在銀-石墨(Ag-Gr)系材料中，當石墨的含量增加時，微細分散於材料中的石墨粒子起到銷栓效果，因此材料被強化。從而，提高材料的硬度和抗彎強度。石墨的含量不足0. 5 質量％時，不能得到銷栓效果。當石墨的含量超過2質量％時，銷栓效果過剩，撓度量變小。與使用大電流相比，在使用小電流的短路試驗中的衝擊較小，為了耐受該衝擊， 要求強度相對小的材料，因此，為了耐受過負荷試驗中的電流斷路器的反覆開閉(重複載荷)，需要撓度量大於或等於0. 8mm。撓度量不足0. 8mm時，因為材料的韌性低，由於上述的重複載荷，電觸點材料31產生裂紋。但是，由於製造上困難，優選撓度量為2. 5mm以下。在此，所謂「製造上困難」，是指即使想無論怎樣增大撓度量，2. 5mm也是製造上的界限。與使用大電流相比，在使用小電流的短路試驗中的衝擊較小，因此，為了耐受該衝擊，維氏硬度必須大於或等於40，維氏硬度不足40時，觸點負荷大的短路試驗中，由於材料硬度不足，不能維持觸點形狀。另外，在過負荷試驗中，因為觸點負荷小，所以觸點形狀幾乎不受維氏硬度的影響。但是，當硬度過大時，由於觸點彼此的接觸電阻變大，優選維氏硬度小於或等於100。當氧含量超過IOOppm時，由於短路試驗時產生的數千度的高熱，在材料中存在的氧變成氣體，因此，使電觸點材料31的基材的一部分飛散。從而，電觸點材料31消耗的比例增大。另外，在過負荷試驗中，因為觸點負荷小，所以電觸點材料31的消耗比例幾乎不受氧含量的影響。但是，由於製造上困難，優選氧含量大於或等於30ppm。在此，所謂「製造上困難」，是指即使想無論怎樣減小氧含量，30ppm也是製造上的界限。根據本發明的另一個方面的電觸點材料31中，與使用大電流相比，在使用小電流的短路試驗中的衝擊較小，因此，為了耐受該衝擊，優選抗彎強度大於或等於120MPa。抗彎強度不足120MPa時，觸點負荷大的短路試驗中，由於材料的機械強度不足，電觸點材料31 受到破壞。另外，在過負荷試驗中，觸點負荷小，因此幾乎不受抗彎強度的影響。但是，由於製造上困難，優選抗彎強度小於或等於^OMPa。在此，所謂「製造上困難」，是指即使無論怎樣增大抗彎強度，280MPa也是製造上的界限。另外，根據本發明的另一方面的電觸點材料31中，優選石墨的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於8 μ m。石墨的平均粒徑不足40nm時，因為石墨粒子過細，所以石墨粒子厚厚地塞滿銀粒子間。因此，銀粒子彼此接觸的面積極端變小。本來，銀起到保持電觸點材料31的強度的作用，但是在銀粒子彼此的接觸面極小的狀態下，即使施加壓力，銀也不能夠保持強度，因此難以形成成形體。結果，難以製造電觸點材料31。另外，當石墨的平均粒徑超過8 μ m時，電觸點材料31的硬度或抗彎強度下降。另外，如下製造本發明的由銀-石墨(Ag-Gr)系材料所形成的電觸點材料31。首先，按照規定的組成將銀粉末和石墨粉末在(例如)80 150Pa的真空中混合 (例如)30 60分鐘。然後，對混合粉末施加(例如)250 350MPa的壓力，從而形成壓縮成形體。將該壓縮成形體在(例如)850 950°C溫度的(例如)氫氣等還原性氣體氣氛中， 保持(例如)1 2小時，從而進行部分燒結。將該部分燒結體在(例如)1000 1200MPa 的加壓下進行壓印加工，以使得真密度達到(例如)97%以上。將壓印加工後的部分燒結體在(例如)750 850°C溫度的、氮氣等惰性氣體氣氛或者氫氣等還原性氣體氣氛或者這些混合氣體氣氛中，保持(例如)1 2小時，從而進行預加熱，然後，施加100 200GPa的擠出壓力，從而進行擠出加工，以形成規定的形狀。另外，如下製造含有碳化鎢的本發明的由銀-石墨-碳化鎢(Ag-Gr-WC)系材料所形成的電觸點材料31。首先，按照規定的組成，將銀粉末、石墨粉末和碳化鎢粉末在(例如)80 150Pa 的真空中混合(例如)30 60分鐘。然後，對混合粉末施加(例如)250 350MPa的壓力，從而形成壓縮成形體。將該壓縮成形體在(例如)850 950°C溫度的(例如)氫氣等還原性氣體氣氛中保持(例如)1 2小時，從而進行部分燒結。將該部分燒結體在(例如)1000 1200MPa的加壓下進行壓印加工，以使得真密度達到(例如)97%以上。將壓印加工後的部分燒結體在(例如)750 850°C溫度的、氮氣等惰性氣體氣氛或者氫氣等還原性氣體氣氛或者這些混合氣體氣氛中，保持(例如)1 2小時，從而進行預加熱，然後，施加100 200GPa的擠出壓力從而進行擠出加工，以形成規定的形狀。如上所述，為了製造本發明的由銀-石墨(Ag-Gr)系或銀-石墨-碳化鎢 (Ag-Gr-WC)系材料所形成的電觸點材料31，採用了擠出加工法。當利用擠出加工法製造電觸點材料31時，原材料粉末中的舊粉末晶界被扯斷，由此，擠出加工體中粉末冶金學上最脆弱的粉末晶界得到強化。從而，能夠提高材料的抗彎強度或撓度。另外，通過擠出加工法， 材料被緻密化，因此能夠提高材料的硬度。與此相對，當採用燒結法時，原材料粉末中的舊粉末晶界仍然殘存於燒結體中，因此，與擠出加工體相比，得到了機械強度低的燒結體。在本發明的製造方法中，如上所述，將原材料粉末在真空中進行混合。作為原材料粉末的銀粉末的比重為石墨粉末比重的大約4. 8倍，所以難以將銀粉末和石墨粉末在大氣中均勻地分散混合。因此，利用在大氣中混合得到的混合粉末製成的電觸點材料31不能獲得由粒子均勻分散強化所產生的效果，所以硬度和抗彎強度下降。與此相對，使用在真空中混合得到的混合粉末製成的電觸點材料31，能夠獲得由粒子均勻分散強化所產生的效果。另外，本發明的製造方法中，如上所述，將壓縮成形體在還原性氣體氣氛中進行部分燒結，所以能夠除去附著在原材料粉末表面上的氧。結果，能夠使所得到的電觸點材料31 的過負荷試驗或者短路試驗的遮斷試驗後的消耗量得到降低。與此相對，當將壓縮成形體在惰性氣體氣氛中進行部分燒結時，雖然不存在燒結時混入的氧，但是因為不能除去附著在原材料粉末表面上的氧，所以電觸點材料的遮斷試驗後的消耗量增大。另外，本發明的製造方法中，如上所述，將部分燒結體進行壓印加工後再進行擠出加工，因此，預加熱時的材料的密度達到98%以上。因此，能夠減少預加熱時從加熱爐內進入到材料中的氧的量。因而，例如，能夠將最終得到的電觸點材料31中的氧含量控制在大於或等於20ppm而小於或等於lOOppm。與此相對，在不對部分燒結體進行壓印加工的情況下，材料的密度為90%左右，所以，預加熱時從加熱爐內進入到材料中的氧的量增多。因此， 發生銀的氧化，所以最終得到的電觸點材料31中的氧含量增加。實施例下面，對為了確認上述實施方式的效果而進行的實施例和比較例的比較實驗進行說明。[實施例A]在本實施例中，作為與上述實施方式對應的實施例，製作了以下實施例Al A9的固定側的電觸點材料31。另外，採用與本發明的實施例相同的方法，製作了石墨含量、撓度、 維氏硬度及氧含量在本發明範圍以外的比較例Al A8的固定側的電觸點材料31。另外， 作為與傳統例子對應的比較例，製作了以下的比較例All A16、A21 A26、A31 A36、 A41 A46的固定側的電觸點材料31。分別使用分別裝有這些電觸點材料31而構成的額定電流值為IOOA的大電流用電流斷路器，進行了過負荷試驗和短路試驗的遮斷試驗。另外， 可動側的電觸點材料21使用了含有50質量％的銀、剩餘部分為碳化鎢的材料。下表1中示出了為了製作本發明的實施例和比較例中的電觸點材料31而使用的石墨(Gr))粉末的平均粒徑、所製作的電觸點材料31中的石墨(Gr)含量、電觸點材料31 的撓度、抗彎強度、硬度、氧含量及密度。另外，表1中也示出了有關過負荷試驗後的電觸點材料31的消耗率、短路試驗後的電觸點材料31的消耗率的評價結果。另外，表1中，畫下劃線的數值表示本發明範圍以外的數值。另外，後面描述了有關電觸點材料31的撓度、抗彎強度、硬度、氧含量及密度的測定方法、大電流用電流斷路器的過負荷試驗和短路試驗的遮斷試驗的方法、這些遮斷試驗後的消耗率的評價。(實施例Al A9)、(比較例Al A8)實施例Al A9和比較例Al A8中，以表1所示的含量按照如下方式製作含有石墨(Gr)的銀-石墨(Ag-Gr)系材料的電觸點材料31。利用球磨機將表1所示平均粒徑的石墨(Gr)粉末和平均粒徑為3 μ m的銀(Ag)粉末在真空中(IOOPa)混合30分鐘，使得具有表1所示的石墨含量。用壓力機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950°C的氫氣(其為還原性氣體氣氛)中保持1小時，從而進行部分燒結。將該部分燒結體在IlOOMPa的加壓下進行壓印加工，以使真密度達到97%以上。將壓印加工後的部分燒結體在800°C溫度的氮氣(其為惰性氣體氣氛)中保持2小時，從而進行預加熱，之後施加lOOGI^a的擠出壓力，從而擠出加工成截面為IOmm見方的棒狀體。將所得到的棒狀體切成Imm的厚度，從而製作電觸點材料31。另外，雖然嘗試使用平均粒徑為 IOnm的石墨粉末、並採用上述方法來製作電觸點材料，但是無法製造。(比較例 All A16)比較例All A16中，按照與上述實施例Al A9相同的工序，以表1所示的含量製作含石墨(Gr)的銀-石墨(Ag-Gr)系材料的電觸點材料31，不同之處在於不進行對部分燒結體壓印加工的工序。(比較例 A21 A26)
比較例A21 A26中，按照與上述實施例Al A9相同的工序，以表1所示的含量製作含石墨(Gr)的銀-石墨(Ag-Gr)系材料的電觸點材料31，不同之處在於將銀粉末和石墨粉末在大氣中混合。(比較例 A31 A36)比較例A31 A36中，按照與上述實施例Al A9相同的工序，以表1所示的含量製作含石墨(Gr)的銀-石墨(Ag-Gr)系材料的電觸點材料31，不同之處在於將壓縮成形體在溫度為950°C的氮氣(其為保護氣體氣氛)中保持1小時以進行部分燒結。(比較例 A41 A46)比較例A41 A46中，以表1所示的含量，按照如下方式製作含石墨(Gr)的銀-石墨(Ag-Gr)系材料的電觸點材料31。將表1所示平均粒徑的石墨(Gr)粉末和平均粒徑為3 μ m的銀(Ag)粉末在大氣中手工作業混合30分鐘，使得具有表1所示的石墨含量。用壓力機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900°C的真空中保持1小時以進行部分燒結。將該部分燒結體在500MPa的壓力下進行壓印加工，以使得真密度達到97%以上。這樣，得到了電觸點材料31。(撓度)所製作的電觸點材料的撓度[mm]依據JIS H5501進行測定。(抗彎強度)採用與所製作的電觸點材料相同的原料來製作5mmX2mmX 30mm大小的抗彎試驗用的試樣。使用該試樣，在支點間距離15mm、壓頭速度lmm/min的條件下測定抗彎強度 (MPa)。(硬度)使用維氏硬度計，依據JIS Z 2M4，測定了所製作的電觸點材料的維氏硬度[HV]。(氧含量)測定殘留在所製作的電觸點材料中的氧含量時，使用株式會社堀場製作所制的氧分析儀器(型號BMGA520)、通過紅外線吸收法來進行。(密度)通過用電觸點材料的重量除以電觸點材料的體積(長度X寬度X厚度尺寸的乘積所得到的計算值)而算出的密度除以各材質的理論密度來算出所製作的電觸點材料的密度(相對密度)。(大電流用電流斷路器的遮斷試驗(過負荷試驗))過負荷試驗中，在220V的負荷電壓下設定了 600A的遮斷電流。作為試驗方法，進行了 50次CO任務(在負荷電壓220V下600A的遮斷電流流過的迴路中放置電流斷路器， 並且在開關呈OFF的狀態下，將開關強行切換到ON狀態以瞬時遮斷電流的試驗)。而且，通過下式算出過負荷試驗後電觸點材料31的消耗率。表1中，作為消耗率的評價，所算出的消耗率為5 %以下時用「 ◎」表示，為10 %以下時用「〇」表示，超過10 %時用「 X 」表示。(電觸點材料的消耗率)=[K試驗前電觸點材料的厚度)-(試驗後電觸點材料的厚度)}/(試驗前電觸點材料的厚度)]X 100%…(式1)(大電流用電流斷路器的遮斷試驗(短路試驗))
短路試驗中，在220V負荷電壓下設定了 5000A的遮斷電流。作為試驗方法，依次進行了 0任務(在電流斷路器的開關呈ON狀態下使遮斷電流流過，並且使電流遮斷的試驗) 和⑶任務(在負荷電壓220V下5000A的遮斷電流流過的迴路中放置電流斷路器，並且在開關呈OFF的狀態下，將開關強行切換到ON狀態以瞬時遮斷電流的試驗)。即，在該短路試驗中，作為操作任務，依次進行了一次0任務和三次⑶任務。而且，通過上述(式1)算出短路試驗後的電觸點材料31的消耗率。表1中，作為消耗率的評價，所算出的消耗率為 10%以下時用「◎」表示，為40%以下時用「〇」表示，超過40%時用「X」表示。表 權利要求
1.一種電觸點材料，含有大於或等於4質量％而小於或等於7質量％的石墨，剩餘部分包括銀和不可避免的雜質，其撓度大於或等於0. 5mm，維氏硬度大於或等於55，並且氧含量小於或等於lOOppm。
2.權利要求1所述的電觸點材料，其中抗彎強度大於或等於210MPa。
3.權利要求1所述的電觸點材料，其中，所述石墨的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於8 μ m。
4.權利要求1所述的電觸點材料，還含有碳化鎢。
5.權利要求4所述的電觸點材料，其中，所述碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於3 μ m，碳化鎢的含量大於或等於2質量％而小於或等於4質量％。
6.權利要求5所述的電觸點材料，其中，所述碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於150nm。
7.—種電觸點材料，含有大於或等於0. 5質量％而小於或等於2質量％的石墨，剩餘部分包括銀和不可避免的雜質，其撓度大於或等於0. 8mm，維氏硬度大於或等於40，並且氧含量小於或等於lOOppm。
8.權利要求7所述的電觸點材料，其中抗彎強度大於或等於120MPa。
9.權利要求7所述的電觸點材料，其中，所述石墨的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於8 μ m。
全文摘要
本發明提供一種能夠降低電流斷路器等過負荷試驗或短路試驗的遮斷試驗後的消耗率的電觸點材料，以及一種能夠防止電流斷路器等短路試驗的遮斷試驗後的熔敷的電觸點材料。根據本發明一個方面的電觸點材料(31)含有大於或等於4質量％而小於或等於7質量％的石墨，剩餘部分由銀和不可避免的雜質形成，其撓度大於或等於0.5mm，維氏硬度大於或等於55，並且氧含量小於或等於100ppm。該電觸點材料(31)優選還含有碳化鎢。優選的是，碳化鎢的平均粒徑大於或等於40nm而小於或等於3μm，碳化鎢的含量大於或等於2質量％而小於或等於4質量％。根據本發明另一方面的電觸點材料(31)含有大於或等於0.5質量％而小於或等於2質量％的石墨，剩餘部分由銀和不可避免的雜質形成，其撓度大於或等於0.8mm，維氏硬度大於或等於40，並且氧含量小於或等於100ppm。
文檔編號C22C1/05GK102362326SQ20108001334
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月3日 優先權日2009年3月24日
發明者上西昇, 畠山隆志, 胡間紀人, 鈴木恭彥 申請人:聯合材料公司