真空閥用電接點以及利用該接點的真空斷路器的製作方法

2023-12-06 16:42:01 1

專利名稱：真空閥用電接點以及利用該接點的真空斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及真空斷路器、用於真空開關等的新型的真空閥用點電接點。
背景技術：
對於真空斷路器等用戶端、供電端配電設備，要求小型化、低價格化。因此，有必要 通過使真空閥內的電接點低強度化並降低電接點由於焦耳而彼此熔敷時的分離力，使進行 電接點的開閉動作的操作機構小型化。電接點大多使用Cr-Cu系的燒結合金，作為將其低 強度化的手段，採用添加Te等低熔點金屬的方法。作為耐熔敷成分，或者為了抑制電流斷路後的接點表面變粗糙，添加低熔點金屬， 幾個重量％的添加量是必要的。現有技術文獻專利文獻專利文獻1日本特開2005-1；35778號公報專利文獻2日本特開2006-140073號公報專利文獻3日本特開2003-223834號公報當添加幾個重量％的低熔點金屬時，有時會在作為通電成分的Cu基質中產生缺 陷，或者燒結變得不充分，在電接點不能獲得良好的通電性能及斷路性能。另外，在真空密封釺焊製作真空閥的情況下，存在低熔點金屬從電接點揮發而損 害釺焊部的健全性並導致真空閥內的真空度降低的危險性。此外，在低熔點金屬的添加量相對於恰當的量少的情況下，有時電接點的低強度 化不足，分離力降低的效果不足。

發明內容
本發明的目的是提供一種電接點，所述電接點的熔敷分離力小，具有優異的通電 性能、斷路性能。解決上述課題的本發明，是一種以Cr和Cu為主成分，具有在Cu基質中分散Cr的 組織的電接點，進而，在Cu基質中分散金屬間化合物。特別是，其特徵在於，金屬間化合物 存在於Cu基質的晶粒、晶粒邊界、以及Cr和Cu的界面。金屬間化合物是由Cr和Cu和Te 構成的三元系化合物。優選地，Cr的含量為18 45體積％。另外，優選地，金屬間化合物 的含量為0. 02 2. 0體積％。特別是，作為金屬間化合物，含有Cr2CuTe4、Cr4Cu2Te7其中之 一，或者含有它們兩者。另外，解決上述課題的本發明，包括一種電接點的製造方法，其特徵在於，將Cr的 粉末、Cu的粉末、由Cr和Cu和Te構成的三元系化合物構成的金屬間化合物的粉末混合， 將其加壓成形，在Cu的熔點以下的溫度對其加熱燒結。優選地，採用前述Cr粉末的粒徑在 104 μ m以下、前述Cu粉末及前述金屬間化合物粉末的粒徑在61 μ m以下的粉末。另外，將Cr和Cu和1Te的粉末混合或者將CuJe和Cr2I^3的粉末混合之後，加壓成形，在金屬間化合物的熔點以下的溫度進行加熱，通過粉碎獲得金屬間化合物的粉末。混 合粉末的加熱，在真空中，在惰性氣氛中或者還原性氣氛中進行。根據上述結構，可以提供熔敷分離力小並具有優異的通電性能、斷路性能的電接
點ο


圖1是表示電極結構的剖視圖。圖2是表示真空閥的結構的圖示。圖3是表示真空斷路器的結構的圖示。圖4是表示路邊設置變壓器用負荷開關的結構的圖示。
具體實施例方式真空斷路器包括導體端子，所述導體端子分別連接到真空閥內的固定電極側及 可動電極側上；開關機構，所述開關機構驅動可動側電極。另外，真空開關設備藉助導體將 多個真空閥串聯連接，包括驅動可動側電極的開關機構。真空閥在真空容器內包括一對固 定側電極和可動側電極。在該固定側電極及可動側的至少其中的一個中，可以應用本發明 的結構。真空斷路器用的電極呈圓板的形狀，具有形成在圓板形狀的圓心的中心孔，以及 相對於該中心孔非接觸地從圓心向外周部形成的多個貫通的狹槽，並且，具有成一整體地 接合於該圓板形狀的構件的電弧發生面的相反面上的電極棒。上述圓板形狀的構件(電接 點)使用具有優異的通電性能、斷路性能的材料，從而能夠實現真空斷路器、真空開關設備 的小型化。本發明的發明者們發現，添加低熔點金屬的Cr-Cu燒結電接點的強度降低機構， 是在燒結材料組織中的Cr粒子和Cu基質的界面上的脆化層。即，低熔點金屬在燒結過程 中熔融，在Cr粉末和Cu粉末之間移動，之後，形成由Cr和Cu和低熔點金屬成分構成的三 元系的金屬間化合物。測定這種金屬間化合物的機械特性(斷裂韌性值Kre)的結果，為燒 結材料中的Cr粒子的約1/2以下的值。斷裂韌性值K1。，是表示對於斷裂的抵抗的特性值， 該值越小，表示龜裂越容易進展，脆性越大。從而，可以認為，形成在Cr粒子和Cu基質的界 面上的脆性的金屬間化合物層，使Cr和Cu的界面強度降低，促進斷裂的進展，降低燒結材 料的強度。從而，可以得知，為了降低燒結電接點的強度，使金屬間化合物分散在組織中是 有效的。基於這種見解，製成由Cr和Cu以及金屬間化合物構成的、具有在Cu基質中分散 Cr及金屬間化合物的組織的電接點。該金屬間化合物，不僅存在於Cr和Cu的界面上，而且 還存在於Cu基質的晶粒內及晶粒邊界上。通過脆性的金屬間化合物不僅存在於Cr粒子和 Cu基質的界面上，而且也存在於延展性的Cu基質中，抑制Cu的伸展變形，促進脆性斷裂，可 以縮小將熔敷的電接點彼此之間分離的力。另外，由於不用一般的具有毒性的低熔點金屬 就可以獲得上述效果，所以，可以減少環境的負擔。進而，通過使用金屬間化合物，即使通過 燒結過程的加熱或電流斷路時的電弧加熱，也不會產生低熔點金屬的揮發減少，所以，可以 防止伴隨著強度降低效果的惡化及真空度下降的耐電壓性能的降低。
這種金屬間化合物是由Cr和Cu和1Te構成的三元系化合物，是由Crful^、 Cr4Cu2Te7其中的任何一種或者兩種以上構成的。通過利用這些元素構成金屬間化合物，即 使包含在電接點中，對電流斷路性能也不會產生惡劣的影響，可以在電接點中形成脆性斷 裂的起點。優選地，Cr的含有量在18 45體積％、金屬間化合物的含有量在0. 02 2. 0體 積％的範圍內。當Cr量比上述含量少時，耐電壓性能降低，比該含量多時，通電性能降低， 同時，燒結性降低，緻密的電接點的製造變得困難，不能獲得足夠的斷路性能。當金屬間化 合物比上述含量少時，強度降低的效果不足，比上述含量多時，導電率降低，同時，接觸電阻 變大，具有熔敷面積增加的傾向，所以，提高熔敷分離性的效果小。另外，當金屬間化合物多 時，有害的Te的絕對量變多，代替Te單體添加金屬間化合物的優點消失。電接點的製造方法為，將前述Cr的粉末、Cu的粉末和金屬間化合物的粉末混合， 將該混合粉末加壓成形之後，在Cu的熔點以下的溫度加熱燒結，能夠比較容易地以低成本 進行製造。混合粉末的加壓成形，通過利用最終形狀的模具成形，在加熱燒結後不必進行機 械加工，就可以製造最終形狀的電接點。該金屬間化合物的粉末，通過以化學計量組成比混合Cr和Cu和Te的粉末，將其 加以成形，在金屬間化合物的熔點以下的溫度加熱合成，之後進行粉碎而得到，或者，通過 以化學計量組成比混合Cu2Te和Cr2Te3的粉末，加壓成形，以金屬間化合物的熔點以下的溫 度加熱合成，之後進行粉碎而獲得。藉助這些方法，比較容易獲得所希望的金屬間化合物成 分，可以通過粉碎程度調整粒度。通過在真空中、惰性氣氛中或者還原性氣氛中進行為了獲得上述電接點的加熱燒 結、或者為了獲得金屬間化合物的加熱合成，防止加熱中的氧化，將真空閥保持為高真空， 同時，可以獲得所希望的電接點的組成或者金屬間化合物的組成。另外，為了獲得電接點而使用的原料粉末的粒徑，優選地，Cr粉末在104μπι以下， Cu的粉末及金屬間化合物粉末在61 μ m以下。當各個粒徑大於該值時，燒結後的組織的均 勻性降低，在電流斷路時的接點面上，Cu熔析，容易發生熔敷，或者由金屬間化合物引起的 強度降低效果變得不穩定。使用上述電接點的電極構成圓板的形狀，具有形成在該圓板形狀的圓心的中心 孔，以及相對於該中心孔非接觸地從圓心向外周部形成的多個貫通的狹槽，進而，在圓板形 狀構件的電弧發生面的相反面上，具有成一整體地接合的電極棒，通過圓板形狀構件由上 述電接點構成，獲得斷路性能優異、熔敷分離力小的具有所希望的性能的電極。真空閥在真空容器內備有一對固定側電極及可動側電極，至少其中的一個是由利 用上述電接點的電極構成的。另外，真空斷路器包括分別連接到真空閥內的固定側電極及 可動側電極的每一個上的導體端子，以及驅動可動側電極的開關機構。進而，真空開關設備 具有利用導體將多個真空閥串聯連接、驅動可動側電極的開關機構。藉此，獲得具有優異的 斷路性能及通電性能、電接點彼此熔敷時的分離力小、能夠使操作機構部小型化、小型的低 價格的真空斷路器，進而，獲得各種真空開關裝置。下面，利用實施例詳細說明實施本發明的最佳方式，但是，本發明並不局限於這些 實施例。實施例1
本實施例中，製作由表1中所示的組成的電接點1的原材料構成的燒結體。下面對於電接點1的製作方法進行說明。首先，製作三元系金屬間化合物的粉 末。在本實施例中，以成為48. 2Cu2Te-51. 8CrJe3 (重量％ )的方式在乳缽中混合Cu2I1e和 Cr2Te3粉末(粒徑均為10 μ m以下)，填充到模具中，以294MPa的壓力加壓成形之後，在真空 中進行800°C Xl小時的加熱，合成Cr2CuTe4。利用乳缽將其粉碎，製作粒徑50 μ m以下的 Cr2CuTe4粉末。其次，將粒徑80 μ m以下的Cr粉末、粒徑60 μ m以下的Cu粉末、上述Cr2CuTe4 粉末以表1所示的組成，通過V型混合器進行混合，將該混合粉末填充到模具中，以^MMPa 的壓力加壓成形。成形體的相對密度大致為74%。將其在真空中進行1060°C X2小時的 加熱燒結，製作構成電接點的原材料的燒結體。獲得的燒結體的相對密度大致為96%。〔比較例1〕作為比較例，利用下面所述的方法製作以單體的形式添加Te的、作為現有技術的 材料的Cr-Cu-Te燒結體。以表1 (No. 11)所示的組成並利用乳缽和V型混合器，混合粒徑 80 μ m以下的Cr粉末、粒徑60 μ m以下的Cu粉末、和粒徑45 μ m以下的Te粉末，利用和實 施例1同樣的方法將該混合粉末加以成形之後，加熱，製作燒結體。成形體及燒結體的相對 密度都和實施例1同等。表1
權利要求
1.一種電接點，包括鉻、銅以及碲，具有在銅基質中分散有由鉻、銅和碲構成的金屬間 化合物及鉻的組織，其中，該金屬間化合物存在於銅基質的晶粒內及晶粒邊界、以及鉻與銅 的界面上。
2.如權利要求1所述的電接點，其特徵在於，作為前述金屬間化合物，含有Cr2CuTe4、 Cr4Cu2Te7之中的至少一種。
3.如權利要求1所述的電接點，其特徵在於，前述鉻的含量為18 45體積％。
4.如權利要求1所述的電接點，其特徵在於，前述金屬間化合物的含量為0.02 2. 0 體積％。
5.一種電接點的製造方法，其特徵在於，將鉻的粉末、銅的粉末、和由鉻、銅和碲構成的 金屬間化合物的粉末混合，並進行加壓成形，以銅的熔點以下的溫度進行加熱燒結。
6.如權利要求5所述的電接點的製造方法，其特徵在於，前述混合粉末的加熱燒結在 真空中、惰性氣氛中或者還原性氣氛中進行。
7.如權利要求5所述的電接點的製造方法，其特徵在於，將鉻、銅和碲的粉末混合，並 進行加壓成形，以前述金屬間化合物的熔點以下的溫度加熱，之後進行粉碎，獲得前述金屬 間化合物的粉末。
8.如權利要求5所述的電接點的製造方法，其特徵在於，將Cu2Te的粉末和Cr2Te3的粉 末混合，並進行加壓成形，以前述金屬間化合物的熔點以下的溫度加熱，之後進行粉碎，獲 得前述金屬間化合物的粉末。
9.如權利要求7或8所述的電接點的製造方法，其特徵在於，前述混合粉末的加熱在真 空中、惰性氣氛中或者還原性氣氛中進行。
10.如權利要求5所述的電接點的製造方法，其特徵在於，前述鉻粉末的粒徑在104μ m 以下，前述銅粉末及前述金屬間化合物粉末的粒徑在61 μ m以下。
11.一種電極，所述電極呈圓板形狀，具有形成在該圓板形狀的圓心的中心孔、以及相 對於該中心孔非接觸地從圓心向外周部形成的多個貫通的狹槽，並且，具有成一體地接合 於該圓板形狀的構件的電弧發生面的相反面上的電極棒，其中，前述圓板形狀的構件由權利要求1 4中所記載的電接點構成。
12.—種真空閥，所述真空閥在真空容器內具有一對固定側電極及可動側電極，其中， 前述固定側電極及可動側電極中的至少一個由權利要求11所述的電極構成。
13.一種真空斷路器，所述真空斷路器包括在真空容器內具有一對固定側電極及可 動側電極的真空閥；在前述真空閥外連接到該真空閥內的前述固定側電極及可動側電極的 每一個上的導體端子；以及驅動前述可動側電極的開關機構，其中，前述真空閥由權利要求 12所述的真空閥構成。
14.一種真空開關設備，具有開關機構，該開關機構利用導體將多個在真空容器內具有 一對固定側電極和可動側電極的真空閥串聯地連接起來，並驅動前述可動側電極，前述真 空閥由權利要求12所述的真空閥構成。
全文摘要
本發明的目的是提供一種熔敷分離力小，具有優異的通電性能,斷路性能的電接點。一種電接點，包括鉻、銅以及碲，具有在銅基質中分散有由鉻和銅和碲構成的金屬間化合物及鉻的組織，其特徵在於，該金屬間化合物存在於銅基質的晶粒內及晶粒邊界、以及鉻與銅的界面上。
文檔編號H01H11/04GK102064026SQ20101054012
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月11日 優先權日2009年11月13日
發明者中村清美, 森田步, 菊池茂, 藪雅人, 馬場 升 申請人:株式會社日立製作所