觸點材料和使用它的開關的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供觸點材料和使用它的開關，其能夠防止包括銅和鎢的復合材料的觸點材料由于在斷開時產生的電弧導致的龜甲狀的破裂，實現長壽命化，高效地進行壽命管理。該觸點材料由Cu-W類復合材料形成，該Cu-W類復合材料包含25～70體積%的銅和30～75體積%的鎢，在使鎢的總量為100體積份時，顆粒徑為60～200μm的粗大鎢顆粒占25～100體積份。
【專利說明】觸點材料和使用它的開關

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及在電氣設備或電路等電觸點中利用的觸點材料。上述觸點材料例如在 電路的開關、斷路器和開閉器等各種開閉設備中使用。

【背景技術】
[0002] 作為在送配電、受配電網等高壓大電流電路中使用的開關、斷路器和開閉器等所 具有的電觸點，提案了很多使用W和Cu的復合材料（以下也記載為"Cu-W材料")、W和Ag的 復合材料的電觸點等。
[0003] 在大電流用途的情況下，在開閉時在一對電觸點間產生電?。╝rc )。
[0004] 由于觸點的開閉而一度產生的電弧，需要時間才會消失。與電弧的兩端相接的觸 點的表面，在電弧消失之前都連續(xù)地承受高熱，因此隨著開閉而消耗。即使在消弧室內充滿 例如SF6那樣的電弧容易消失的氣體，該現象也不能夠被充分解決。
[0005] 觸點材料必須是電和熱的良導體。此外，必須難以由于電弧而熔融、蒸發(fā)。難以使 用單一的原材料達成該條件。于是，在該用途中主要使用組合良導體的材料和高熔點、高沸 點的材料的Cu-w材料、Ag-w材料。有時也使用Mo、WC代替W。
[0006] 例如，上述Cu-W材料一般具有在具有開氣孔的W的骨架中填充有Cu的構造。W、 Mo具有骨架構造，由此即使熔點較低的Cu或Ag熔融，也能夠由相鄰的W或Mo顆粒保持著 維持骨架構造的狀態(tài)。因此，W、Mo不會脫粒，消耗難以進一步發(fā)展。此外，也能夠采用增加 W量，在W顆粒的間隙散布Cu的組織，此時W彼此的結合牢固，因此消耗也難以進一步發(fā)展。
[0007] 此處所述的"消耗"中大致能夠分為兩種方式。以下，參照圖2 (a)?（d)說明兩 個方式的"消耗"。另外，圖2 (a)是消耗了的觸點的立體圖，圖2 (b)?（d)是從圖2 (a) 所示的觀察角度8的方向看時的觸點的側視圖。
[0008] 第一種方式是如圖2 (d)所示，在與電弧接觸的觸點表面存在的W或Mo、Cu或Ag 被電弧熱加熱而熔融、蒸發(fā)，大致保持使用前的面形狀地逐漸消耗。在本說明書中下面也將 該消耗稱為"面消耗"。當發(fā)生面消耗時，觸點的表面位置從使用前的觸點表面位置9大致 均勻地后退。
[0009] 第二種方式是如圖2 (a)、(b)、（c)所示，裂紋5從觸點表面向觸點內部發(fā)展，當進 一步發(fā)展時，在內部裂紋5與表面大致平行地發(fā)展，同時消耗不斷發(fā)展。在本說明書中下面 也將該消耗方式稱為"局部消耗"。當發(fā)生多個局部消耗時，裂紋5彼此連接，在觸點表面產 生所謂的"龜甲狀"的網狀的裂紋(參照圖4)。然后，由于該龜甲狀的裂紋成為分割狀態(tài)的 表面的一部分，由于電弧的沖擊而塊狀剝離（圖2 (c))，剝離、脫落的部分7從觸點1飛散。
[0010] 當發(fā)生塊狀的剝離時，存在與觸點體積急劇減少的同時剝離的碎片留在觸點表面 的情況。觸點體積的減少相對來說使對觸點的負載增加。此外，存在于觸點表面的碎片容 易成為新的發(fā)弧點。進一步，在剝離的部分與其周圍產生臺階差，這也會成為新的發(fā)弧點。 當發(fā)弧點增加時，電弧難以消失，由電弧引起的消耗更進一步發(fā)展。由于這些理由，"局部消 耗"在使用上非常地不希望出現。
[0011] 在專利文獻1中公開了包括耐火金屬（C、Mo、W等)、高導電率金屬（Cu等）和不可 避免雜質，規(guī)定耐火金屬的含有量，耐火金屬與高導電率金屬的界面的70%以上分離的電 觸點材料。此外，記載了耐火金屬的粒徑處于10?KMym的范圍。因為上述分離，具有觸 點彼此的剝離時的力量變小的效果。
[0012] 在專利文獻2中公開了在Ag矩陣中具有粒徑不同的兩種WC顆粒的真空閥用觸點 材料。記載了 WC的平均粒徑適于采用大顆粒為6?12 i! m，小顆粒為0. 8?5. 0 i! m。
[0013] 在專利文獻3中公開了包含鎢、銅、金屬成分和X的電觸點材料。記載了鎢的含有 量優(yōu)選為30?80體積％，其粒徑為200 ii m以下較好。
[0014] 在非專利文獻1中公開了，在使用SF6氣體等的氣體開關中，在0. 2kA (千安)的低 電流斷開中，W粒徑越小觸點的電弧消耗越小，同樣地在2. 5kA中，在10 ilm以下的粒徑時 在觸點表面產生裂紋(局部消耗)，此時鎢的顆粒徑為20 y m左右較好等。
[0015] 現有技術文獻
[0016] 專利文獻
[0017] 專利文獻1 :日本特開2010 - 061935號公報
[0018] 專利文獻2 :日本特開2008 - 019481號公報
[0019] 專利文獻3 :日本特開2001 - 184963號公報
[0020] 非專利文獻
[0021] 非專利文獻 1 :T. IEE Japan, Vol. 116-B，No. 3, ' 96 "SF6 氣體中 Cu-W 觸點的負載 電流域中的電弧消耗特性"堀浩一(安川電機）等


【發(fā)明內容】

[0022] 發(fā)明想要解決的技術問題
[0023] 在專利文獻1中記載了，使耐火金屬的顆粒徑為10?104 iim的范圍，控制固相燒 結后的冷卻速度，由此利用耐火金屬和高導電率金屬的熱膨脹差在兩者的界面產生殘留應 力，使兩者的界面分離的方法。但是，上述界面的70%以上分離時，由于電弧產生時的熱沖 擊，裂紋從該分離部分發(fā)展，局部消耗容易發(fā)展。由此，多不適合用作氣體開關、斷開數kA 以上的電流的觸點材料。
[0024] 在專利文獻2中，表示了將小WC和大WC的顆粒分散在Ag中的固相燒結的Ag-WC 類觸點材料。小WC的顆粒徑為0. 6?5 y m，大WC為6?13 y m。用途是真空閥用觸點。此 時，因為在真空中使用，所以選擇在真空中斷開電流低的Ag和WC的組合。此外，WC是陶瓷 質，因此難以得到大顆粒徑的粉末。在氣體中使用時能夠使用廉價的Cu-W類觸點材料，不 需要使用高價的Ag-WC類觸點材料。
[0025] 在專利文獻3中記載了，作為高熔點金屬的W的顆粒徑為200 ii m以下，在Cu中析 出的金屬Cr的顆粒徑為100 iim以下。此外，在專利文獻3的第[0060]段落中進行了使W 顆粒徑變化為2、10、20、100、180 iim時的消耗量試驗，結果如文獻中圖8所記載的那樣，表 示了 W顆粒徑為10 時耐消耗性最優(yōu)異，越比此值大則消耗量越差的結果。這能夠考慮 是如專利文獻3的第[0035]段落所記載的那樣，為了斷開490A這樣的比較小的電流而產 生的現象。在非專利文獻1中也表示了，在斷開200A的電流時，W的顆粒徑越大則消耗越 大的結果。
[0026] 這樣，提供了用于防止包含鎢的觸點材料的消耗的各種方法，但是存在上述那樣 的極力減少"局部消耗"的發(fā)生的技術問題。此外，此時使得成為與現有技術中一直使用的 觸點相同程度的消耗量也是技術問題。
[0027] 在進行比數kA更大的電流斷開時，局部消耗的發(fā)生比較顯著。由此，特別希望對 在數kA或比此更大的電流斷開中使用的觸點進行改良。
[0028] 開關根據其絕緣介質的不同而存在多個種類，最近多使用氣體開關和真空開關這 兩種。真空開關在原理上能夠容易地斷開商電流。但是，其適用范圍最大為154kV以下，在 高壓、高容量化的觀點下不如氣體開關。這是因為，為了達到高壓、高容量化需要大的消弧 室，但高真空的大消弧室難以實現。于是，在變電所等大電流斷開時，大部分使用氣體開關。
[0029] 作為真空開關的觸點材料除了上述AgWC材料之外，也多使用CuCr材料(鉻銅合 金)。在真空中斷開電流成為問題，但CuCr材料的斷開電流比Cu-W材料的斷開電流低，因 此能夠使用CuCr材料。另一方面，在氣體中使用的觸點材料不需要擔心斷開電流，使用包 含比Cr熔點高的W的Cu-W材料。
[0030] 本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供例如在高壓大電流用途的氣體 開關中能夠適用的、局部消耗小的觸點材料和具有它的開關。
[0031] 用于解決技術問題的技術方案
[0032] 本發(fā)明的實施方式的觸點材料是由Cu-W類復合材料形成的觸點材料，該Cu-W類 復合材料包括25?70體積％的Cu和30?75體積％的W，在使所述W的總量為100體積 份時，顆粒徑為60?200 ii m的粗大鎢顆粒占25?100體積份。
[0033] 在一個實施方式中，除去上述粗大鎢顆粒的余下的W的平均顆粒徑處于0. 5? 25 u m的范圍內。
[0034] 在一個實施方式中，上述粗大鎢顆粒占觸點材料整體的比例為20?60體積％。
[0035] 在一個實施方式中，相對于Cu和W的合計質量100質量％，鐵族金屬、硼、氧化硼、 硼化物、金屬硼氧化物中任一種或兩種以上的添加物被合計添加〇. 1?6外部質量％。
[0036] 本發(fā)明的實施方式的氣體開關具有上述任一種觸點材料。
[0037] 本發(fā)明的實施方式的氣體開關具有在金屬座上接合有由上述任一種觸點材料形 成的觸點的觸點部件。
[0038] 在一個實施方式中，上述氣體開關具有能夠開閉的一對上述觸點材料，在閉合上 述一對觸點材料時流過1. 5?70kA的電流，通過打開上述一對觸點材料切斷上述電流。
[0039] 發(fā)明效果
[0040] 根據本發(fā)明的實施方式，能夠得到具有以下特性的觸點材料。
[0041] (1)在斷開比較大的電流時也能夠防止局部消耗，消耗以面消耗為中心進行。因 此，沒有大組織從表面脫落，觸點壽命能夠根據斷開次數等容易地計算出來。因此，能夠降 低觸點的更換頻率，在運用開關的方面是經濟的。
[0042] (2)面消耗以與現有的觸點材料大致同等的速度進行。
[0043] (3)特別是在使用SF6等消弧氣體的氣體開關用觸點中使用時，上述特性顯著體 現。這是使耐弧成分為Cr時完全不會得到的特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044] 圖1是觸點裝置的示意圖。
[0045] 圖2是觸點的龜甲狀破裂的示意圖。
[0046] 圖3是本發(fā)明的實施方式的鎢的粒度分布的一個例子。
[0047] 圖4是龜甲狀破裂的觸點的接觸面的照片。
[0048] 圖5是本發(fā)明的實施方式的觸點材料的組織照片的一個例子。
[0049] 圖6是本發(fā)明的實施方式的觸點材料的組織照片的一個例子。
[0050] 圖7是鎢顆粒徑測定圖。
[0051] 圖8是現有的觸點材料的組織照片的一個例子。
[0052] 圖9是總裂紋深度的測定方法的示意圖。
[0053] 圖10是使用后的本發(fā)明的實施例的觸點表面的照片。
[0054] 圖11是使用后的比較例的觸點表面的照片。
[0055] 附圖標記說明
[0056] 1 觸點
[0057] 2金屬座
[0058] 3釬焊部
[0059] 5 裂紋
[0060] 7剝離、脫落的部分
[0061] 8觀察角度
[0062] 9使用前的觸點表面位置
[0063] 10觸點裝置

【具體實施方式】
[0064] 首先，說明本發(fā)明的實施方式的觸點材料的概要。
[0065] 通過使觸點材料為"Cu和W的復合材料，包含觸點材料整體的30?75體積％的 鎢，使上述鎢的總量100體積份中的25體積份以上為顆粒徑60?200 y m的粗大鎢顆粒"， 由此能夠得到不易發(fā)生局部消耗，不易發(fā)生龜甲狀的裂紋的觸點材料。
[0066] 該觸點材料適用于斷開1. 5?70kA左右的比較大的電流。如果要斷開比此小的 例如數十?數百A的電流，則作為鎢的顆粒也可以不使用粗大顆粒。在比較小的電流的斷 開中，龜甲狀的裂紋與鎢的顆粒徑無關地不易發(fā)生，倒不如存在顆粒徑越小，面消耗越少的 情況。
[0067] 在比較小的電流的斷開和比較大的電流的斷開中，觸點材料的消耗的方式不同。 比較小的電流的斷開時大部分是面消耗，比較大的電流的斷開時與面消耗一同也發(fā)生局部 消耗。這兩者的消耗方式的不同是由于斷開時的電弧能量的大小引起的。在比較小的電流 的斷開中，發(fā)生的電弧小，其能量也小。此時，大部分的電弧能量用于使觸點材料的表面熔 融(面消耗)。另一方面，在比較大的電流的斷開中發(fā)生的電弧能量大，相應地電弧發(fā)生時的 熱沖擊也顯著變大。由于這樣的電弧，觸點材料表面熔融，觸點材料不耐受熱沖擊，從觸點 表面向內部產生裂紋。
[0068]由此，在斷開比較小的電流的觸點材料中，面消耗決定其壽命，面消耗量越小的材 料壽命越長，能夠穩(wěn)定地使用。
[0069] 另一方面，在斷開比較大的電流時，與面消耗一同也必須考慮局部消耗。其中，更 重要的是局部消耗。局部消耗導致使用中的觸點的剝離、脫落的可能性高，只能夠進行考慮 了它們的壽命設定。因此，為了安全地使用，不得不在很短的期間內進行更換。局部消耗如 圖2 (a)?圖2 (c)中表示的示意圖所示，初期與觸點的表面垂直地發(fā)展。從裂紋發(fā)展了 的狀態(tài)（b)起，裂紋進一步發(fā)展時，產生與觸點表面平行的裂紋，如（c)所示，觸點的一部分 脫落、剝離，觸點表面的凹凸成為新的電弧的發(fā)生點。電弧的發(fā)生點增加時斷開需要時間， 消耗進一步發(fā)展。因此，觸點的壽命變得極短。此外，因為脫落、剝離是突然發(fā)生的，所以觸 點的壽命預測也很困難。
[0070] 如果能夠得到觸點的剝離、脫落的問題極少、即向觸點的厚度方向的裂紋不易發(fā) 生的材質，則能夠得到能夠使更換的頻率遠低于現有的觸點材料，開關的運用費用方面優(yōu) 異的觸點材料。
[0071] 觸點材料為Cu-w材料時，裂紋繞過強度比較高的W，主要在Cu中發(fā)展。因此，在觸 點材料中僅存在微小的W顆粒時，即使裂紋一邊繞行一邊發(fā)展，在宏觀上看也成為大致直 線的裂紋。另一方面，當在觸點材料中存在粗大的W顆粒時，在宏觀上看大幅地交錯繞行地 發(fā)展。
[0072] 熱沖擊相同時，產生的裂紋的長度與W的顆粒徑無關而相同。因此，從觸點表面 到裂紋前端的距離(裂紋深度)，在存在粗大W顆粒時，與只存在微小的W顆粒的情況相比更 小。其結果為，包括含有粗大的W顆粒的Cu-W材料的觸點材料與不是這樣形成的觸點材料 相比，局部消耗較少，適于斷開比較大的電流。
[0073] 根據以上所敘述的理由，為了斷開比較大的電流，觸點材料適于具有粗大的鎢顆 粒。更具體地說，相對于鎢的總體積100體積份至少含有25體積份的顆粒徑為60?200 i! m (60 y m以上200 y m以下）的粗大的鎢顆粒即可。此時"徑"在圖7所示的球狀的顆粒中使 用其直徑，在非球狀的顆粒中使用顆粒中最長的方向的長度和與其垂直的最大長度的平均 值作為代替。
[0074] 使粗大鎢顆粒的徑為60?200 的理由是，需要使W為粗大顆粒，其徑低于 60 ii m時裂紋發(fā)展的深度與60?200 ii m的顆粒的情況相比較，防礙裂紋向深度方向發(fā)展的 功能不能夠充分發(fā)揮。例如，與1 U m或4 y m的微小的鶴顆粒進行比較，40?60 y m左右 的顆粒雖然能夠確認有利于使裂紋一定程度變淺，但并不像60?200 y m的顆粒那樣顯著。 另外，作為裂紋抑制的效果更好的粗大顆粒的尺寸，更優(yōu)選為80 以上。
[0075] 此外，以200 為上限的理由是，當超過200 后，所說明的"成形工序"中的 擠壓性顯著變差，成為不適合工業(yè)生產的材料。由通常的設備進行擠壓工序的上限大約為 200i!m。此外，其理由也在于后述的"熔滲法"也不能夠使用，生產工序被限制。另外，粗大 鎢顆粒的顆粒徑從能夠寬范圍地選擇制造工序的觀點出發(fā)，更優(yōu)選為175 y m以下。
[0076] 使該粒徑的顆粒的下限為25體積份是因為，如果為這之下的含有量，則粗大顆粒 的存在容易發(fā)生偏移，從而產生不能夠防止裂紋的發(fā)展的危險性。粗大鎢顆粒更優(yōu)選含有 30體積份以上。
[0077] 粗大顆粒的含有量的上限是使鎢中的全部（100體積份)為60?200 ii m的粗大的 鎢顆粒。使100體積份為粗大顆粒的觸點能夠完全不出現問題地進行使用，顯示局部消耗 較少的優(yōu)異特性。但是，有時不能夠通過Cu-W材料的最價廉的制造方法即后述的"熔滲法" 進行制造。熔滲法是先制造具有連續(xù)的開氣孔的高熔點金屬（該情況下為W)的骨架材料， 然后在該氣孔內利用毛細管現象熔滲低熔點金屬（該情況下為Cu)的方法。能夠使溫度在 低熔點金屬的熔點以上，高熔點金屬的熔點以下，在該溫度中兩者不反應(或反應很?。┑?情況下進行。為了利用該毛細管現象，必須使鎢的顆粒彼此的間隙充分小，但如上所述僅由 粗大的鎢顆粒構成鎢骨架時不會產生毛細管現象。因此，利用熔滲法的制造不易進行，必須 進行例如密封容器HIP (熱靜水壓擠壓）等更高費用的處理。因此，粗大鎢顆粒的含有量在 工業(yè)上更優(yōu)選為80體積份以下。
[0078] 粗大的鎢顆粒如上所述，如果占鎢的25體積份以上則對于局部消耗是有效的。因 此，只要含有25體積份以上的粗大鎢顆粒，則余下的75體積份能夠使用顆粒徑更小的鎢作 為代替。當該較小的鎢顆粒位于粗大的鎢顆粒的間隙時，相鄰的鎢顆粒彼此的距離變小，熔 滲時的Cu的毛細管現象變得容易發(fā)生。小的鎢顆粒的顆粒徑只要是能夠產生Cu的毛細管 現象的程度則沒有特別限制，但越微小的顆粒，則越能夠容易地以較少的量產生毛細管現 象。此外，更小的鎢顆粒不僅在熔滲時，在擠壓成形時也有利于容易地固結粉末，在制造上 是有利的。實際上容易得到的更小的鎢的顆粒徑為〇. 5?25 y m左右。由此，在使用粗大的 鎢顆粒和顆粒徑較小的鎢顆粒時，鎢整體的粒度分布如圖3所示至少具有兩個明確的峰。
[0079] 圖5表示包含上述粗大鎢顆粒的觸點材料的典型的組織照片。該照片是由堿進行 蝕刻后的組織照片。具有灰色的較深的背景部分為Cu，其中分散有顏色接近白色的粗大W 顆粒和同樣顏色接近白色的更小的W顆粒的組織。該組織是使W的總量100體積份中75 體積份為60?200 y m的粗大顆粒，使余下的25體積份為平均顆粒徑為2 y m的小顆粒，由 熔滲法得到的。另外，作為與該組織的比較，將一般常使用的觸點材料的組織以同樣的比例 尺在圖8中表示。這是平均顆粒徑為4 ii m的鎢和Cu的復合材料。
[0080] 此外，粗大鎢顆粒的優(yōu)選含量也可以作為相對于觸點材料整體的體積比率的方式 進行規(guī)定。特別優(yōu)選的范圍是60?200 i! m的粗大的鎢顆粒相對于觸點材料的整體占20? 60體積％的范圍。當W較少時，基于要斷開的電流的大小，存在局部消耗增加的可能性，但 是如果使60?200 ii m的W相對于觸點材料占20體積％以上，則對于常用的大電流能夠使 局部消耗極為小。此外，當超過60體積％時，在熔滲工序中可能產生未熔滲部分，因此在工 業(yè)上特別優(yōu)異的是上述范圍。
[0081] 本發(fā)明的實施方式的觸點材料也能夠應用于真空開關，但特別適于用作氣體開關 的觸點材料。在氣體開關中難以使用CuCr等低熔點的觸點，多使用包含熔點高的W的材料。 因此，適于使用以包含Cu和W的方式構成的本發(fā)明的實施方式的觸點材料。
[0082] 以上所說明的電觸點材料和電觸點例如能夠通過以下的工序得到。
[0083] 作為原材料，準備粉末狀(顆粒狀）的鎢和無關形狀的Cu材料。
[0084] 在使該鎢的總量為100體積份時，使顆粒徑為60?200 ii m的粗大鎢顆粒為25? 100體積份。余下的〇?75體積份的鎢顆粒為上述范圍外的更小的顆粒，例如平均顆粒徑 為0. 5?25 iim左右的顆粒。
[0085] 另外，因為W和Cu不發(fā)生化學反應，所以準備的鎢粉末的粒度分布在經由后述說 明的擠壓工序、熱處理工序等制作出的觸點材料(例如參照圖5和圖6)中作為鎢顆粒的粒 徑分布被保持。由此，使用如上所述包含25?100體積份的60?200 ii m的鎢的鎢粉末制 造出的觸點材料可以包含25?100體積份的60?200 ii m的尺寸的粗大鎢顆粒。但是，在 制造中鎢可能與Fe或Co等稍有反應，因此觸點材料中的顆粒尺寸的分布與粉末狀態(tài)時相 比稍有變動。
[0086] 在Cu和鎢之外添加添加物時，可以將堿土類金屬的硼氧化物這樣的以降低功函 數為目的的添加物、Co、Ni、Fe等以提高觸點材料的機械強度為目的的添加物，相對于鎢和 Cu的合計質量，在該合計質量之外添加0. 1?6外部質量％以下。這些添加物并非必須添 力口，因此添加物量也可能為0外部質量％。
[0087] 首先，混合全部的鎢的粉末使之成為均質的狀態(tài)。特別是在混合顆粒徑不同的粉 末時，以使兩者充分混合的方式進行混合。在混合中使用的裝置能夠適用球磨機、干式攪拌 機、磨碎機、研磨攪拌機等，但使用公知的各種混合裝置即可。在添加鎢之外的上述添加物 時，在該階段進行添加。此外，也可以在該階段添加少量的Cu粉末(添加量從后述的骨架體 的鎢體積中除去相應的量)。
[0088] 如果需要，則對得到的均質的粉末添加相對于W的質量的0. 5?4質量％左右的 成形用有機粘合劑，利用擠壓機進行擠壓成形。擠壓可以使用單軸式上下型擠壓機，也可以 使用CIP (靜水壓擠壓機）裝置、干式橡膠擠壓機。擠壓成形所需要的壓力為50?300MPa 左右。這樣得到鎢的擠壓體。
[0089] 接著，將擠壓體投入非氧化氣氛的熱處理爐，得到骨架體。骨架體是鎢顆粒彼此稍 有網狀連接的狀態(tài)，沒有達到致密化，是具有連續(xù)的開氣孔的狀態(tài)。使得非氧化氣氛是為了 防止鎢的氧化。此時的處理溫度優(yōu)選為800?1200°C左右。另外，在擠壓成形前加入有機 粘合劑的情況下，在該工序中可以同時進行脫粘合劑處理。
[0090] 接著，在爐中將Cu熔滲在骨架體中。在爐中升溫至熔點以上的Cu為液體，利用毛 細管現象熔滲在骨架體中。此時也在非氧化氣氛中進行處理。溫度優(yōu)選為比Cu的熔點高 的1100?1300°C左右。通過該熔滲處理，能夠得到在鎢骨架體中的氣孔中填充有Cu的觸 點用復合材料。
[0091] 以上表示了使用熔滲法的制造方法，但毛細管現象在鎢顆粒的間隙過大時難以產 生。在使鎢的顆粒徑全部為60?200 y m的情況下，不易產生毛細管現象，存在產生未熔滲 部的可能性。
[0092] 此時，也能夠不利用毛細管現象，采用以壓力使Cu浸透至鎢骨架體內的方法。例 如，可以以Cu的熔點以上的溫度，由密封容器HIP (熱靜水壓擠壓）等方法制造。
[0093] 以上敘述了制作鎢的骨架體而熔滲Cu的方法，但也可以采用預先混合Cu和鎢的 粉末而得到燒結體的方法。此時，對混合后的粉末以50?300MPa程度進行擠壓成形而得 到擠壓體，將擠壓體在氮等非氧化氣氛中加熱至1000?1400°C左右而制造得到。
[0094] 如果需要，對由以上工序得到的觸點用復合材料進行通過切削、電加工等的精加 工，完成觸點。
[0095] 觸點多與金屬座一體化地使用。金屬座選自熱傳導率高、有一定機械強度的廉價 的銅或銅合金、鐵或鐵合金等而被使用。金屬座與觸點的接合可以通過釬焊法、摩擦壓接 法、內澆鑄等來進行。
[0096] 圖5、圖6表示得到的觸點的典型的截面組織。在圖6中表示根據鎢的分級，大部 分為60?200 ii m的粗大鎢顆粒的組織。在圖5中表示能夠容易地進行熔滲，鎢顆粒中75 體積份為60?200 y m的粗大顆粒的組織。余下的25體積份的鎢顆粒包含沒有特別進行 分級的平均顆粒徑為3 ii m左右的由鎢粉末形成的較小的鎢顆粒。
[0097] 組織照片的白色的較大部分是60?200 ii m的粗大的鎢顆粒，較小的白色的部分 是平均顆粒徑為3 y m左右的鎢顆粒，背景的深灰色的部分是Cu。另外，圖6是沒有進行蝕 刻處理的照片，因此顏色上沒有明確的差異，但是粒狀的部分是鎢，背景是Cu。
[0098] 準備一對該觸點，設置在通電通路中，將氣氛密封在SF6、N2等氣體氣氛中，得到觸 點裝置。圖1表示本發(fā)明的實施方式的觸點裝置10的示意圖。在觸點裝置10中，各觸點 1利用釬焊部3固定于金屬座2。
[0099] 在觸點裝置10中，在一對觸點1接觸的狀態(tài)（閉合狀態(tài)）下流過較大的電流。之 后，通過機械地牽拉一對觸點1，斷開電流。
[0100] 此處所述的"比較大的電流"根據觸點裝置的大小等的不同而變化。在斷開大電 流時通常需要體積較大的觸點，但大致為1.5?70kA (千安）左右。在斷開該電流時，在一 般的觸點中與面消耗一同發(fā)生較大的局部消耗的現象。
[0101] 與此相對，在含有上述粗大鎢顆粒的觸點中，面消耗量與具有一般的鎢顆粒徑的 Cu-W類復合材料觸點為同等程度，但局部消耗不易發(fā)生，自表面的裂紋的發(fā)展深度也較淺， 不易發(fā)生龜甲狀的破裂。另外，此處所說的"一般的鎢顆粒徑"可以假設使用對于面消耗的 消耗率較低的〇. 5?10 y m左右的鎢顆粒的情況。
[0102] 另外，作為本發(fā)明的實施方式的氣體開關，能夠利用任意的公知的結構(例如日本 特開2010 - 097745號公報記載的結構）。在氣體開關中，包含上述粗大鎢顆粒的觸點能夠 用作構成為能夠開閉的一對觸點對(例如可動觸點與固定觸點）。
[0103] 此外，氣體開關是可以斷開大電流的結構，可以是一對觸點對在閉合狀態(tài)(接觸的 狀態(tài))下能夠流過1. 5?70kA的電流的結構。在斷開時能夠使一方的觸點機械移動而使其 成為打開的狀態(tài)，從而斷開電流。另外，氣體開關可以是在斷開時能夠對觸點的連接部附近 供給SF6氣體、不活潑性氣體的結構。氣體開關可以在變電所等大型設施中使用，例如可以 具有與日本特開2001 - 006468號公報中記載的構造同樣的構造。此時，包含上述粗大鎢顆 粒的觸點材料適用于筒狀觸點和與其能夠嵌合的棒狀觸點(有時將此稱為"喇叭型觸點")。
[0104] (實施例）
[0105] (觸點的制造）
[0106] 準備純Cu板和鎢粉末。鎢粉末總量100體積份，其中60體積份是顆粒徑為60? 200 y m的粗大的鎢顆粒，余部是20體積份的具有平均顆粒徑為4 y m的顆粒徑的粉末和20 體積份的具有平均顆粒徑為1 U m的顆粒徑的粉末。
[0107] 將鎢粉末投入亨舍爾混合機，混合2小時直至成為足夠均質的粉末，得到混合粉 末。
[0108] 將混合粉末投入單軸式擠壓模具，以200MPa的壓強擠壓成形為長方體，得到擠壓 體。
[0109] 將擠壓體在氫氣氛中升溫至1000°C，得到鎢顆粒彼此成為初始的斷面收縮狀態(tài)的 骨架體。骨架體的密度與鎢的致密體相比較為40%，具有60體積％的氣孔。
[0110] 接著，在得到的鎢骨架體上載置與其大致相同體積的純CU板，在氫氣氛中以高于 作為Cu的熔點的1080°C的1150°C進行熔滲。到達熔點成為液體狀態(tài)的Cu通過毛細管現 象浸透至鎢的骨架體中的氣孔。
[0111] 在熔滲后，通過機械加工除去沒有完全熔滲的剩下的Cu，得到長方體的熔滲體。熔 滲體具有在40體積％的鎢骨架體中熔滲有60體積％的Cu的構造。另外，確認熔滲體中的 Cu的體積比率與骨架體中的氣孔的體積比率同等。
[0112] 將通過以上工序得到的熔滲體釬焊于Cu的金屬座，得到圖1的示意圖中表示的一 對(兩個）觸點裝置。圖1的觸點裝置通過面向圖面的上下運動而進行斷開、通電。
[0113] 使得到的觸點裝置為試樣No. 6。
[0114] (試驗）
[0115] 使試樣No. 6的一對觸點裝置的觸點部分相對，作為電源的正極和負極，經由導線 制作出電路。
[0116] 將一對觸點裝置部分密閉于筒狀的容器，使內部氣氛為SF6。
[0117] 作為連接了一對觸點的狀態(tài)(流動電流的狀態(tài))采用施加5kA (千安）的電流，230V (伏）的電壓的狀態(tài)，在密閉容器內使一對觸點裝置機械地移動，使其距離變大，進行電流斷 開的操作。反復進行10次以上的斷開操作。
[0118] (評價）
[0119] 卸下進行了上述斷開試驗的觸點裝置，根據試驗前和試驗后的質量減少值和試樣 的比重計算出體積消耗率。值是一對觸點的體積消耗率的平均值。試樣由于Cu、鎢的蒸發(fā) 等質量減少，體積消耗率為1. 5%。
[0120] 接著，面向圖面地沿縱方向（截面方向）在中心部將一對觸點部分切斷，求出其截 面的總裂紋深度。"總裂紋深度"是指如圖9表示的概念圖所示，將從觸點表面向垂直方向 進入的多個裂紋的長度相加的值。例如，進入了 Cl、C2和C3這三個裂紋，在各個裂紋的深 度為LI、L2和L3的情況下，計算出"總裂紋深度=LI + L2 + L3"。值是兩個觸點的各個 裂紋深度的合計值。根據該值的大小，判斷上述局部消耗的程度。在試樣No.6中，總裂紋 深度為〇.55mm。在后面敘述評價的詳細內容。
[0121] (試樣）
[0122] 試樣的說明（1)
[0123] 接著，將用于比較的試樣No.6、Cu和鎢的體積比不同的試樣通過同樣的制作方法 以表1所示的組成制作出來。將它們作為試樣No. 2?11和比較試樣No. *101、*109。關于 鎢中的粗大鎢顆粒（60?200 ii m的顆粒)所占的比例，試樣No. 2?8和比較試樣No. *101、 *109與試樣No. 6同樣為60體積份，試樣No. 10為75體積份，試樣No. 11為90體積份。
[0124] 此外，作為在鎢總量中僅含有低于10體積份的粗大鎢顆?；驇缀醪缓写执箧u 顆粒的比較試樣，以同樣的方式制作出比較試樣No. *112?*114。比較試樣No. *112? *114是完全不含有60?200 ii m的顆?；驇缀醪缓?0?200 ii m的顆粒，使用更小的顆 粒徑的鎢粉末的比較例。比較試樣No. *112使用沒有特別進行分級處理的平均顆粒徑為 1. 5 y m的鎢粉末，同樣，比較試樣No. *113是使用10 y m的平均顆粒徑的粉末的比較例。比 較試樣No. *114也同樣使用平均顆粒徑為40 ii m的粉末，但因為平均顆粒徑為40 ii m較大， 所以發(fā)現其顆粒的一部分為60 y m以上。但是，利用粒度測定器，確認60 y m以上的顆粒低 于10體積％。
[0125] 對于以上所述的試樣No. 2?11的試樣和比較試樣No. *101、*109、*112?*114， 進行與上述試樣No. 6同樣的試驗和評價。將各自的組成表示在表1中，將評價結果表示在 表6中。在全部的表中記載的"其它的W"表示的是60?200 iim以外的鎢顆粒。
[0126]表 1

【權利要求】
1. 一種觸點材料，其特征在于： 由Cu-W類復合材料形成，該Cu-W類復合材料包括25?70體積％的Cu和30?75體 積％的W， 在使所述W的總量為100體積份時，顆粒徑為60?200 ii m的粗大鎢顆粒占25?100 體積份。
2. 如權利要求1所述的觸點材料，其特征在于： 除去所述粗大鎢顆粒的余下的W的平均顆粒徑處于0. 5?25 y m的范圍內。
3. 如權利要求1所述的觸點材料，其特征在于： 所述粗大鎢顆粒占觸點材料整體的比例為20?60體積％。
4. 如權利要求2所述的觸點材料，其特征在于： 所述粗大鎢顆粒占觸點材料整體的比例為20?60體積％。
5. 如權利要求1?4中任一項所述的觸點材料，其特征在于： 相對于Cu和W的合計質量100質量％，鐵族金屬、硼、氧化硼、硼化物、金屬硼氧化物中 任一種或兩種以上的添加物被合計添加〇. 1?6外部質量％。
6. -種氣體開關，其特征在于： 具有權利要求1?4中任一項所述的觸點材料。
7. 如權利要求6所述的氣體開關，其特征在于： 具有能夠開閉的一對所述觸點材料，在閉合所述一對觸點材料時流過1. 5?70kA的電 流，通過打開所述一對觸點材料切斷所述電流。
8. -種開關，其特征在于： 具有觸點部件，該觸點部件在金屬件上接合有由權利要求1?4中任一項所述的觸點 材料形成的觸點。
【文檔編號】H01H1/021GK104517740SQ201410054239
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權日:2013年9月28日
【發(fā)明者】馬場俊幸, 三島彰, 松尾繁, 宮崎寧記, 尾家百代, 案浦康德, 藤田貴弘 申請人:日本鎢合金株式會社