高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法
2023-07-09 06:51:26
專利名稱：高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，它可製備適用於高壓電器設備和航空航天用鎢基電觸頭的鎢銅複合材料。
背景技術：
鎢銅合金是由高熔點、高硬度的鎢和高導電、導熱率的銅所構成的假合金，具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強度、高硬度等優點，被廣泛地用做中壓或高壓開關中的電接觸材料、航空太空飛行器件的耐高溫材料、高性能電極材料。但隨著現代化工業的高速發展，高壓輸變電網路負荷日益增加，開關電器向更高電壓、更大容量發展。傳統的高壓電觸頭材料，在高電壓、大電流作用下，電弧燒蝕會使觸頭表面產生嚴重蝕坑而引起過早失效。
發明內容
為了解決現有技術所存在的上述問題，本發明提供了一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，利用該方法製備的鎢銅複合材料能夠抵抗在高電壓(大於220KV)、大電流(大於4000KA)下開閉形成的電弧燒蝕，從而達到延長觸頭、電極乃至整個器件壽命的目的。本發明技術方案是這樣構成的，一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法， 其特徵在於它是根據所要製備的鎢銅複合材料中鎢和銅的重量配比以及所要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸，將適量的鎢粉先預燒成鎢骨架，然後用高溫熔滲燒結方法在鎢骨架內熔滲銅並燒結成型，從而獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。本發明上述技術方案具體包括以下步驟
①摻膠混合將鎢粉與膠液按適當比例攪拌混合在一起；
②壓製成型將步驟①獲得的混合物放入模具中，壓製成與要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸一致的壓坯；
③脫膠對步驟②成型好的壓坯進行脫膠處理；
④高溫預燒將步驟③脫膠後的壓坯高溫預燒成鎢骨架；
⑤熔滲燒結將步驟④獲得的鎢骨架和銅一起裝入高溫保護氣氛燒結爐中進行熔滲燒結成型，獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。其中，步驟①的具體製備方法如下選取粒徑為4-6 μ m的鎢粉，將鎢粉與預先配置好的膠液共同攪拌混合2-3小時後，過40-60目的篩網放置；鎢粉與膠液的混合比例為 1公斤鎢粉20-30毫升膠液；所述膠液由汽油溶液與由碳氫氧元素構成的可揮發粘結劑混合而成，混合比例為100毫升汽油溶液25-35克粘結劑；
步驟②的具體製備方法如下將步驟①獲得的混合物裝入模具中，以6-8噸/釐米2的壓力壓製成型後脫模；
步驟③的具體製備方法如下將步驟②獲得的壓坯放入石墨舟中，置於氣氛脫膠爐中脫膠，控制氣氛脫膠爐的溫度為550°C -650°C，所述氣氛脫膠爐內的氣氛由惰性氣體構成，
3氣氛流量為0. 5-1. 0立方米每小時，保溫1. 5-2. 0小時；
步驟④的具體製備方法如下將步驟③脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制高溫真空爐的溫度為1800°C -2000°C，真空度不大於10_2Pa，保溫 1. 5-2. 0 小時；
步驟⑤的具體製備方法如下將步驟④獲得的鎢骨架和銅一起放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，置於高溫保護氣氛燒結爐內，控制高溫保護氣氛燒結爐的溫度 12500C -1300°C，氣氛流量為0. 3-0. 6立方米每小時，保溫2-2. 5小時進行熔滲燒結成型。較之現有技術而言，本發明的優點在於本發明有效解決了現有的鎢銅觸頭材料、 鎢銅電極材料、鎢銅高溫合金在工作過程中表面會產生嚴重燒蝕而引起過早失效的問題， 本發明通過預燒鎢骨架使骨架相的結合強度高，能夠抵抗電弧的燒損，另外，熔滲於鎢骨架中的低熔點銅在電弧燒蝕時自身的揮發也會帶走大量的熱量，從而可提高電觸頭或電極材料的抗電弧燒蝕性能並可以延長使用壽命。
具體實施例方式下面結合實施方式和實施例對本發明內容進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。(一)實施方式
本發明具體實施方式
提供了一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於它是根據所要製備的鎢銅複合材料中鎢和銅的重量配比以及所要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸，將適量的鎢粉先預燒成鎢骨架，然後用高溫熔滲燒結方法在鎢骨架內熔滲銅並燒結成型，從而獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。具體包括以下步驟
①摻膠混合將鎢粉與膠液按適當比例攪拌混合在一起。具體做法是選取粒徑為 4-6 μ m的鎢粉，將鎢粉與預先配置好的膠液共同攪拌混合2-3小時後，過40-60目的篩網放置；鎢粉與膠液的混合比例為1公斤鎢粉20-30毫升膠液；所述膠液由汽油溶液與由碳氫氧元素構成的可揮發粘結劑混合而成，混合比例為100毫升汽油溶液25-35克粘結劑；所述的粘結劑可採用丁鈉橡膠或石蠟或松香。②壓製成型將步驟①獲得的混合物放入模具中，壓製成與要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸一致的壓坯。具體做法是將步驟①獲得的混合物裝入模具(可採用鋼製模具) 中，以6-8噸/釐米2的壓力壓製成型後脫模，脫模壓力優選為2-4噸/釐米2。③脫膠對步驟②成型好的壓坯進行脫膠處理。具體做法是將步驟②獲得的壓坯放入石墨舟中，置於氣氛脫膠爐中脫膠，控制氣氛脫膠爐的溫度為550°c -650°c，所述氣氛脫膠爐內的氣氛由惰性氣體(可採用氮氣或氬氣，氮氣最好，氬氣價格較貴)構成，氣氛流量為0. 5-1. 0立方米每小時，保溫1. 5-2. 0小時。④高溫預燒將步驟③脫膠後的壓坯高溫預燒成鎢骨架；將步驟③脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制高溫真空爐的溫度為 18000C -2000°C，真空度不大於10_2Pa，保溫1. 5-2. 0小時；
⑤熔滲燒結將步驟④獲得的鎢骨架和銅一起裝入高溫保護氣氛燒結爐中進行熔滲燒結成型，獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。具體做法是將步驟④獲得的鎢骨架和銅(銅塊或銅片等銅材)一起放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁(80-100目的高純氧化鋁砂子)填料，
4置於高溫保護氣氛燒結爐內，控制高溫保護氣氛燒結爐的溫度1250°C -1300°C，氣氛(優選為氫氣)流量為0. 3-0. 6立方米每小時，保溫2-2. 5小時進行熔滲燒結成型。本發明所製備的鎢銅複合材料中，銅的重量百分數基本上需小於等於50%。
(二)實施例實施例1
製取直徑為20毫米，長度為40毫米，鎢和銅的重量百分數分別為70和30的鎢銅合金 W70CU30電觸頭材料(可先根據鎢和銅的重量百分數查到密度後，根據密度和外形尺寸計算出總重量以及分別要取用的鎢和銅的重量，不同比例鎢銅密度的計算是密度=100/ (鎢的比例/19. 3+銅的比例/8. 9)克/釐米3)。本例中計算為100/(70/19. 3+30/8. 9)=14. 2克 /釐米3
步驟1、摻膠混合
稱取粒徑為4-6 μ m的鎢粉125克，按重量體積比20毫升膠液每公斤鎢粉，加入膠液 2. 5毫升，共同攪拌混合2小時，然後過40目的篩網放置。所述膠液是由汽油溶液與丁鈉橡膠按照100毫升汽油溶液25克丁鈉橡膠的混合比例配製而成的。步驟2、壓製成型
將步驟1獲得的混合物裝入直徑20毫米的鋼製模具中，以20噸的壓力壓製成型，再將壓坯從模具中以8噸的壓制壓力脫出。步驟3、脫膠
將步驟2的壓坯放入石墨舟中，在氣氛脫膠爐中脫膠，控制溫度550°C，氮氣流量在0. 5 立方米每小時，保溫1. 5小時。步驟4、高溫預燒
將步驟3脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制溫度 1800°C，真空度不大於10_2Pa，保溫1. 5小時。步驟5、熔滲燒結
將步驟4獲得的鎢骨架和銅一起放入石墨舟中，周圍加80目的高純氧化鋁填料。在高溫保護氣氛燒結爐內，氫氣氣氛流量在0. 3立方米每小時，控制溫度1250°C，保溫2小時進行熔滲燒結成型。實施例2
製取直徑為100毫米，長度為80毫米，重量百分數分別為80和20的鎢銅合金W80Cu20 高溫材料。步驟1、摻膠混合
稱取粒徑為4-6 μ m的鎢粉7. 636公斤，按重量體積比25毫升膠液每公斤鎢粉，加入膠液190.9毫升，共同攪拌混合3小時，然後過60目的篩網放置。所述膠液是由汽油溶液與丁鈉橡膠按照100毫升汽油溶液35克丁鈉橡膠的混合比例配製而成的。步驟2、壓製成型
將步驟1獲得的混合物裝入直徑100毫米的鋼製模具中，以6 噸的壓力壓製成型，再將壓坯從模具中以210噸的壓制壓力脫出。步驟3.脫膠將步驟2的壓坯放入石墨舟中，在氣氛脫膠爐中脫膠，控制溫度650°C，氮氣流量在1. 0 立方米每小時，保溫2. 0小時。步驟4.高溫預燒
將步驟3脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制溫度 2000°C，真空度不大於10_2Pa，保溫2. 0小時。步驟5.熔滲燒結
將步驟4獲得的鎢骨架和銅一起放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料。在高溫保護氣氛燒結爐內，氫氣氣氛流量在0. 6立方米每小時，控制溫度1280°C，保溫2. 5小時進行熔滲燒結成型。實施例3
製取直徑為20毫米，長度為80毫米，重量百分數分別為60和40的鎢銅合金W60Cu40 電極材料。步驟1.摻膠混合
稱取粒徑為4-6 μ m的鎢粉沈8. 3克，按重量體積比30毫升膠液每公斤鎢粉，加入膠液8毫升，共同攪拌混合2. 5小時，然後過50目篩網放置。所述膠液是由汽油溶液與丁鈉橡膠按照100毫升汽油溶液30克丁鈉橡膠的混合比例配製而成的。步驟2.壓製成型
將步驟1獲得的混合物裝入直徑20毫米鋼製模具中，以21噸的壓力壓製成型，再將壓坯從模具中以7噸/釐米2的壓制壓力脫出。步驟3.脫膠
將步驟2的壓坯放入石墨舟中，在氣氛脫膠爐中脫膠，控制溫度600°C，氮氣流量在0. 7 立方米每小時，保溫1. 8小時。步驟4.高溫預燒
將步驟3脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制溫度 1900°C，真空度不大於10_2Pa，保溫1. 8小時。步驟5.熔滲燒結
將步驟4獲得的鎢骨架和銅一起放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料。在高溫保護氣氛(氫氣或氦氣)燒結爐內，氣氛流量在0. 5立方米每小時，控制溫度1300°C，保溫2. 2小時進行熔滲燒結成型。實施例4-實施例6
將實施例4-實施例6的步驟1中的丁鈉橡膠用石蠟替代，其它內容分別與實施例1-實施例3相同。實施例7 -實施例9
將實施例7-實施例9的步驟1中的丁鈉橡膠用松香替代，其它內容分別與實施例1-實施例3相同。
(三)實驗對比
將採用本發明實施例1-實施例3製備的試樣與用傳統熔滲燒結方法製備的鎢銅複合材料相比較，得出的數據對比如下表
權利要求
1.一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於它是根據所要製備的鎢銅複合材料中鎢和銅的重量配比以及所要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸，將適量的鎢粉先預燒成鎢骨架，然後用高溫熔滲燒結方法在鎢骨架內熔滲銅並燒結成型，從而獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。
2.根據權利要求1所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於它具體包括以下步驟①摻膠混合將鎢粉與膠液按適當比例攪拌混合在一起；②壓製成型將步驟①獲得的混合物放入模具中，壓製成與要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸一致的壓坯；③脫膠對步驟②成型好的壓坯進行脫膠處理；④高溫預燒將步驟③脫膠後的壓坯高溫預燒成鎢骨架；⑤熔滲燒結將步驟④獲得的鎢骨架和銅一起裝入高溫保護氣氛燒結爐中進行熔滲燒結成型，獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。
3.根據權利要求2所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟①的具體製備方法如下選取粒徑為4-6 μ m的鎢粉，將鎢粉與預先配置好的膠液共同攪拌混合2-3小時後，過40-60目的篩網放置；鎢粉與膠液的混合比例為1公斤鎢粉 20-30毫升膠液；所述膠液由汽油溶液與由碳氫氧元素構成的可揮發粘結劑混合而成，混合比例為100毫升汽油溶液25-35克粘結劑；步驟②的具體製備方法如下將步驟①獲得的混合物裝入模具中，以6-8噸/釐米2的壓力壓製成型後脫模；步驟③的具體製備方法如下將步驟②獲得的壓坯放入石墨舟中，置於氣氛脫膠爐中脫膠，控制氣氛脫膠爐的溫度為550°C -650°C，所述氣氛脫膠爐內的氣氛由惰性氣體構成， 氣氛流量為0. 5-1. 0立方米每小時，保溫1. 5-2. 0小時；步驟④的具體製備方法如下將步驟③脫膠後的壓坯放入石墨舟中，在高溫真空爐中預燒結成鎢骨架，控制高溫真空爐的溫度為1800°C -2000°C，真空度不大於10_2Pa，保溫 1. 5-2. 0 小時；步驟⑤的具體製備方法如下將步驟④獲得的鎢骨架和銅一起放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，置於高溫保護氣氛燒結爐內，控制高溫保護氣氛燒結爐的溫度 12500C -1300°C，氣氛流量為0. 3-0. 6立方米每小時，保溫2-2. 5小時進行熔滲燒結成型。
4.根據權利要求3所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟①所述的粘結劑採用丁鈉橡膠或石蠟或松香。
5.根據權利要求3所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟②所述的模具為鋼製模具，脫模壓力為2-4噸/釐米2。
6.根據權利要求3所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟③所述的氣氛為氮氣或氬氣。
7.根據權利要求3所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟⑤所述的氣氛為氫氣。
8.根據權利要求3所述的高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於步驟⑤所述的高純氧化鋁採用80-100目的高純氧化鋁砂子。
全文摘要
本發明涉及一種高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料的製備方法，其特徵在於它是根據所要製備的鎢銅複合材料中鎢和銅的重量配比以及所要製備的鎢銅複合材料的外形尺寸，將適量的鎢粉先預燒成鎢骨架，然後用高溫熔滲燒結方法在鎢骨架內熔滲銅並燒結成型，從而獲得高抗電弧燒蝕的鎢銅複合材料。利用本發明方法製備的鎢銅複合材料能夠抵抗在高電壓、大電流下開閉形成的電弧燒蝕，從而達到延長觸頭、電極乃至整個器件壽命的目的。
文檔編號C22C1/04GK102162055SQ20111008787
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者張丹彥, 黃友庭 申請人:福州博力達機電有限公司