專利名稱：觸點(diǎn)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于需要有優(yōu)良的截?cái)嗵匦院湍蛪禾匦缘恼婵斩搪菲鞯鹊拈_閉電極的觸點(diǎn)材料。
現(xiàn)有的真空管的觸點(diǎn)除了由耐熔接特性、耐壓特性和斷路特性所代表的基本三要素之外，還需要維持提高截?cái)嗵匦?、耐印記消耗特性、接觸電阻特性和溫度上升特性等，由此而由各種材料構(gòu)成。但是，由于上述要求特性大多要求相互相反的材料物理性質(zhì)，就不可能用一種元素而完全滿足要求。因此，通過材料的復(fù)合和材料粘結(jié)等，來進(jìn)行符合高耐壓用途或低截?cái)嘤猛镜冗@樣的特定用途的觸點(diǎn)材料的開發(fā)，由此而發(fā)揮優(yōu)良的特性。
作為滿足上述基本三要素的大電流斷路用觸點(diǎn)材料，象例如日本專利公告公報(bào)特公昭41-12131號(hào)和特公昭44-23751號(hào)中所記載的那樣，公開了含有5重量％以下的鉍Bi和碲Te這樣的防熔接成分的銅-鉍(Cu-Bi)合金和銅-碲(Cu-Te)合金等。
但是，由于銅-鉍合金析出到結(jié)晶晶間的脆的鉍Bi以及銅-碲合金析出到結(jié)晶晶間和結(jié)晶晶內(nèi)的脆的Cu2Te使得合金本體變脆，而實(shí)現(xiàn)了低熔接脫離力，則在大電流斷路特性上是優(yōu)良的。同樣，作為滿足基本三要素的高耐壓·大電流電路用觸點(diǎn)材料，銅-鉻(Cu-Cr)合金是公知的。該銅-鉻合金與銅-鉍合金和銅-碲合金相比，由于構(gòu)成成分之間的蒸汽壓差較少，而具有能夠期待均勻的性能發(fā)揮的優(yōu)點(diǎn)，而在使用中是優(yōu)良的。
另一方面，作為低截?cái)嘈杂|點(diǎn)材料，如在日本專利申請?zhí)卦刚?2-68447號(hào)中所記載的那樣，銀-碳化鎢(Ag-WC)合金(銀為40％)是公知的。該合金通過碳化鎢WC的熱電子釋放效果和銀Ag的適度的蒸汽壓的相乘的作用而發(fā)揮了優(yōu)良的低截?cái)嘈裕虼吮粡V泛使用。
其中，考慮到真空短路器進(jìn)一步改善下述兩個(gè)課題來實(shí)現(xiàn)更高性能。其一是當(dāng)不充分考慮而在電動(dòng)機(jī)負(fù)荷等感性電路中使用真空管來切斷電流時(shí)，就會(huì)發(fā)生過度的異常浪涌電壓，而對負(fù)荷機(jī)器的絕緣性產(chǎn)生不良影響。
該異常浪涌電壓的發(fā)生原因，在真空中進(jìn)行的斷路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)在低電流側(cè)發(fā)生的截?cái)喱F(xiàn)象(不等待交流電流波形的自然零點(diǎn)而強(qiáng)制地進(jìn)行電流斷路)。在此情況下，異常浪涌電壓的值Vs與電路的浪涌阻抗Zo和電流截?cái)嘀礗c成比例。這樣，作為用于把異常浪涌電壓的值Vs抑制得較低的一個(gè)措施，需要降低電流截?cái)嘀礗c，相對于該要求，利用銀-碳化鎢合金來作為有益的觸點(diǎn)合金的一個(gè)。
其二是在真空短路器中，在電流斷路后，在真空管內(nèi)會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，而存在引起觸點(diǎn)之間再次成為導(dǎo)通狀態(tài)(此后放電不繼續(xù)進(jìn)行)的現(xiàn)象的情況。該現(xiàn)象被成為再起弧，雖然其發(fā)生的機(jī)理不明，但是，在電路一度成為電流斷路狀態(tài)之后，由于再次急劇地變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，則異常過電壓易于發(fā)生。
在使用銀-碳化鎢合金的斷路器中，根據(jù)把電容器組(群)進(jìn)行切斷而使再起弧發(fā)生的實(shí)驗(yàn)，由于觀測到了非常大的過電壓的發(fā)生和過大的高頻電流的發(fā)生，因而要求開發(fā)對銀-碳化鎢合金抑制再起弧發(fā)生的技術(shù)。
雖然銀-碳化鎢合金的再起弧現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理尚未得知，但是，根據(jù)本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)中的觀察，再起弧以相當(dāng)高的頻率發(fā)生在真空管內(nèi)的觸點(diǎn)與觸點(diǎn)之間、觸點(diǎn)與電弧屏蔽之間。由此，本發(fā)明人研究了例如抑制在觸點(diǎn)受到電弧時(shí)所放出的突發(fā)性氣體的技術(shù)和使觸點(diǎn)的表面形狀最優(yōu)化的技術(shù)等，而得到對再起弧的發(fā)生抑制非常有效的技術(shù)，從而對再起弧發(fā)生的抑制有所貢獻(xiàn)。
即，注意在銀-碳化鎢合金的加熱過程中所放出的氣體總量、氣體的種類和放出形態(tài)，來詳細(xì)地進(jìn)行與再起弧發(fā)生相關(guān)的觀察，在熔融點(diǎn)附近，在非常短的時(shí)間內(nèi)而且脈沖狀地突發(fā)放出的氣體較多的觸點(diǎn)上，再起弧發(fā)生率變高。
因此，通過改進(jìn)燒結(jié)技術(shù)，以便于在銀Ag的熔融溫度以上進(jìn)行加熱等，來預(yù)先除去銀-碳化鎢合金中的突發(fā)氣體放出的一個(gè)因素，以及抑制銀-碳化鎢合金中的孔隙和組織的偏析，由此就能降低再起弧現(xiàn)象的發(fā)生。但是，對于近年來更進(jìn)一步抑制再起弧發(fā)生的要求，在確認(rèn)了改善的必要性的同時(shí)，其他措施的開發(fā)變得重要起來。
近年來，作為顯著的傾向，在向電抗器電路、電容器電路等的相應(yīng)擴(kuò)大等以及用戶的使用條件的苛求化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的多樣化。即使對于低截?cái)嘈缘你y-碳化鎢合金，兼?zhèn)涓拥徒財(cái)嗷透拥驮倨鸹⌒缘囊筝^高，隨之，觸點(diǎn)材料的開發(fā)和改進(jìn)成為當(dāng)務(wù)之急。特別是，在電容器電路中施加通常的2倍、3倍電壓的關(guān)系中，通過電流斷路和電流通斷時(shí)的電弧而顯著損傷了觸點(diǎn)的表面，其結(jié)果，引起了觸點(diǎn)的表面粗糙和脫落消耗，而認(rèn)為是再起弧發(fā)生的一個(gè)因素，因此，對于觸點(diǎn)消耗，就需要低消耗化。但是，從提高產(chǎn)品的可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，不僅再起弧現(xiàn)象的解釋清楚是重要的，而且防止技術(shù)當(dāng)然相對于直接的發(fā)生原因而尚未得知。
作為低截?cái)嘈杂|點(diǎn)材料，可以優(yōu)先于上述銅-鉍合金、銅-碲合金或銅-鉻合金來使用銀-碳化鎢合金，但是，對于更強(qiáng)的低再起弧化的要求，尚未得到足夠的觸點(diǎn)材料。即，迄今為止，作為低截?cái)嘈杂|點(diǎn)材料，在可以優(yōu)先使用的銀-碳化鎢合金中，在伴隨著更嚴(yán)酷的高電壓區(qū)域和突入電流的電路中，同樣觀察到了再起弧現(xiàn)象的發(fā)生。因此，希望通過把上述基本三要素維持在一定水平上，來開發(fā)出在低截?cái)嗵匦院头乐乖倨鸹√匦陨戏浅?yōu)良的的觸點(diǎn)材料。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種觸點(diǎn)材料，通過使銀-碳化鎢合金的冶金的各條件最優(yōu)化，來提高截?cái)嗵匦院头乐乖倨鸹√匦浴?br> 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在含有55～70％(重量％，以下相同)的平均粒徑為0.1～6μm的碳化鎢WC的銀-碳化鎢合金中，存在0.005～0.2％的大小處于0.01～5μm(換算為球時(shí)的直徑，以下相同)的范圍內(nèi)并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在含有5％以下(包括零)的平均粒徑為0.1～5μm的鈷Co、55～70％的平均粒徑為0.1～6μm的碳化鎢WC的Ag-WC-Co合金中，存在0.005～0.2％的大小處于0.01～5μm范圍內(nèi)并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在含有0.01～0.5％的鐵Fe的銀-碳化鎢合金或銀-碳化鎢-鈷合金中，存在0.005～0.2％的大小處于0.01～5μm的范圍內(nèi)并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在含有0.05～0.5％的鉍Bi、銻Sb和碲Te中的至少一個(gè)的銀-碳化鎢合金、銀-碳化鎢-鈷合金中，存在0.005～0.2％的大小處于0.01～5μm的范圍內(nèi)并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C高度分散分布在銀-碳化鎢類合金中，該碳粒子的間隙大于最鄰近的碳粒子的大小而進(jìn)行充分隔離。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，使Cu量從觸點(diǎn)材料接觸面向內(nèi)部的方向(垂直的方向)增加。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在觸點(diǎn)材料接觸面的另一方的表面上附著Cu層。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，使觸點(diǎn)材料接觸面的厚度為0.3mm以上的厚度。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，使觸點(diǎn)材料接觸面的平均表面粗糙度(Rave.)為10μm以下，使最小值為0.05μm以上。
而且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有下述構(gòu)成的觸點(diǎn)材料，即，在觸點(diǎn)材料接觸面的表面上施加10kV以上的電壓的狀態(tài)下，使1～10mA的電流斷路而進(jìn)行表面修整。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說明。其中

圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的真空管的觸點(diǎn)材料的真空管的截面圖。
下面參照附圖進(jìn)行說明，其中相同的標(biāo)號(hào)代表相同或相應(yīng)的部件，在圖1中表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是一個(gè)真空管的截面圖。在圖1中，斷路器箱1由絕緣容器2構(gòu)成，該絕緣容器2由絕緣材料和金屬蓋4a，4b蓋住一個(gè)圓筒兩端而形成，密封配件3a和3b插在金屬蓋4a，4b和圓筒之間，該斷路器箱1被保持在真空中。
在斷路器箱1中布置一對分別固定在導(dǎo)電棒5和6的相對端上的電極7和8。例如，上電極7是固定電極，而下電極8是可動(dòng)電極。一個(gè)波紋管9固定在該電極8的導(dǎo)電棒6上，以便于在斷路器箱1內(nèi)保持真空密封期間電極8能夠進(jìn)行軸向上的移動(dòng)。一個(gè)金屬電弧屏蔽10設(shè)在波紋管9的頂端，以防止波紋管9被電弧氣氛包圍。一個(gè)金屬電弧屏蔽11設(shè)在斷路器箱1中，以便于蓋住電極7和8來防止絕緣容器2被電弧氣氛包圍。
如圖2所示的那樣，電極8通過一個(gè)銅焊部12而固定在導(dǎo)電棒6上，或者通過擠縫來壓緊配合。一個(gè)觸頭13a通過一個(gè)銅焊部14而安裝在電極8上。相同的結(jié)構(gòu)基本上適用于電極7。
在上述構(gòu)成中，使用銀-碳化鎢合金作為低截?cái)嘈杂|點(diǎn)材料的能夠發(fā)揮穩(wěn)定的特性的觸點(diǎn)。但是，對于同時(shí)改善上述截?cái)嗵匦院驮倨鸹√匦缘囊?，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。在近年來的斷路器中，同時(shí)使兩個(gè)特性為低值，特別是在開閉了預(yù)定次數(shù)后仍維持其低值以及使其偏差為低值是非常重要的。
在銀-碳化鎢觸點(diǎn)13a，13b上提供外部磁場(例如縱磁場技術(shù))，以便于對在對大電流進(jìn)行斷路的情況下，抑制由斷路而產(chǎn)生的電弧停止集中在電弧電壓較低部分上，從而移動(dòng)到觸點(diǎn)電極表面上。由此，在維持低截?cái)嗵匦缘幕A(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)再起弧發(fā)生率的降低。即，由于電弧容易在觸點(diǎn)電極上移動(dòng)，而促進(jìn)了電弧的擴(kuò)散，與處理斷路電流的觸點(diǎn)電極面積的實(shí)質(zhì)性的增加相關(guān)，降低電弧的停滯、集中的結(jié)果是，得到了阻止觸點(diǎn)電極的局部異常蒸發(fā)現(xiàn)象、減輕表面粗糙的利益，而實(shí)現(xiàn)了再起弧的抑制。
但是，當(dāng)對一定值以上的電流值進(jìn)行斷路時(shí)，電弧不能預(yù)測，而在一點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)上停滯，被異常熔融，直至斷路極限。異常熔融，因銀-碳化鎢觸點(diǎn)材料的在瞬時(shí)爆發(fā)的蒸發(fā)而產(chǎn)生的金屬蒸汽，顯著阻害了處于電極分開過程中的真空斷路器的絕緣恢復(fù)性，而引起了斷路極限的進(jìn)一步惡化。
而且，異常熔融形成了巨大的融滴，而引起了觸點(diǎn)電極表面的粗糙，引起了耐壓特性的降低、再起弧發(fā)生率的增加、材料的異常消耗。成為這些現(xiàn)象的原因的電弧停滯在觸點(diǎn)電極表面上的哪處如上述那樣完全不能預(yù)測，因此，希望給觸點(diǎn)提供發(fā)生的電弧不停滯而能夠擴(kuò)散這樣的表面條件。
作為該希望的條件，在本發(fā)明中，對銀-碳化鎢合金中的碳化鎢WC的量和碳C的量進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)，對碳C的大小進(jìn)行優(yōu)化。其結(jié)果，謀求在再起弧抑制中有效的碳化鎢粒子和碳粒子的粘合強(qiáng)度的提高，觸點(diǎn)材料中的銀Ag和碳化鎢WC的組織的均勻性。
其結(jié)果，不但進(jìn)行控制以便于在觸點(diǎn)受到電弧時(shí)有選擇地進(jìn)行優(yōu)先而使蒸發(fā)、飛散的銀Ag的量變少，而且通過受到電弧時(shí)的熱沖擊而在觸點(diǎn)表面上抑制對防止再起弧發(fā)生有害的顯著的龜裂發(fā)生，則鎢粒子的飛散脫落被減輕。特別是，使碳量為最佳量并且把其大小限制在0.01～5μm以下的觸點(diǎn)合金組織在把再起弧特性的惡化限制在最小限度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)截?cái)嗵匦缘奶岣吆头€(wěn)定。
上面作為代表例子主要表示出了銀-碳化鎢，但是，對于銀-碳化鎢-鈷合金、銀-碳化鎢-鐵合金或銀-碳化鎢-鈷-鐵合金，由于預(yù)定條件的碳C的存在而能夠得到相同傾向的效果。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通過對銀-碳化鎢中的碳C的量和大小進(jìn)行優(yōu)化，而謀求合金組織的均勻化、銀Ag、碳化鎢WC和碳C的一體化等的改善，因此，即使在受到電弧之后，觸點(diǎn)表面的熔融、飛散損傷變少，減少了對抑制再起弧產(chǎn)生重要影響的觸點(diǎn)表面粗糙，而有利于耐弧消耗特性的提高。
而且，耐弧消耗特性的提高，象具有觸點(diǎn)表面的平滑一樣，即使在多次開閉后，有益于再起弧特性的偏差(分散)幅度的縮小。通過這些迭加的效果，在維持截?cái)嗵匦缘幕A(chǔ)上，得到了銀-碳化鎢合金的再起弧發(fā)生頻率的抑制和耐弧消耗特性的提高。
在預(yù)定比率的銀-碳化鎢中存在的碳C最好處于非固溶狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)中，若不是在這樣的狀態(tài)(碳C處于非固溶狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài))下，出現(xiàn)了多次開閉后的截?cái)嗵匦苑€(wěn)定性其偏差幅度增大的傾向。并且，在多次開閉后的再起弧發(fā)生率上，產(chǎn)生了較大的偏差。
如上述那樣，雖然再起弧現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理尚未得知，但根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察，在真空管內(nèi)的觸點(diǎn)與觸點(diǎn)之間、觸點(diǎn)與電弧屏蔽之間以相當(dāng)高的頻率發(fā)生再起弧。為此，需要推進(jìn)例如在觸點(diǎn)受到電弧使所放出的突發(fā)性氣體的抑制、觸點(diǎn)表面形態(tài)的優(yōu)化，來研究對抑制再起弧的發(fā)生非常有效的技術(shù)，而大幅度降低再起弧發(fā)生數(shù)量。
但是，在對于近年來真空管的高耐壓要求、大電流斷路要求、小型化要求上，僅通過上述觸點(diǎn)的改善，已經(jīng)到達(dá)極限了，除此之外，需要進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通過對銀-碳化鎢中的碳C的量和大小進(jìn)行優(yōu)化，而謀求合金組織的均勻化、銀Ag、碳化鎢WC和碳C的一體化等的改善，因此，即使在受到電弧之后，觸點(diǎn)表面的熔融、觸點(diǎn)本身的飛散損傷變少，減少了對抑制再起弧產(chǎn)生重要影響的觸點(diǎn)表面粗糙，而有利于耐弧消耗特性的提高。
而且，耐弧消耗特性的提高，象具有觸點(diǎn)表面的平滑一樣，即使在多次開閉后，有益于再起弧特性的偏差(分散)幅度的縮小。通過這些迭加的效果，在維持截?cái)嗵匦缘幕A(chǔ)上，得到了銀-碳化鎢合金的再起弧發(fā)生頻率的抑制和耐弧消耗特性的提高。
在預(yù)定比率的銀-碳化鎢中存在的碳C最好處于非固溶狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)中，若不是在這樣的狀態(tài)(碳C處于非固溶狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài))下，出現(xiàn)了多次開閉后的截?cái)嗵匦苑€(wěn)定性其偏差幅度增大的傾向。并且，在多次開閉后的再起弧發(fā)生率上，產(chǎn)生了較大的偏差。
如上述那樣，雖然再起弧現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理尚未得知，但根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察，在真空管內(nèi)的觸點(diǎn)與觸點(diǎn)之間、觸點(diǎn)與電弧屏蔽之間以相當(dāng)高的頻率發(fā)生再起弧。為此，需要推進(jìn)例如在觸點(diǎn)受到電弧使所放出的突發(fā)性氣體的抑制、觸點(diǎn)表面形態(tài)的優(yōu)化，來研究對抑制再起弧的發(fā)生非常有效的技術(shù)，而大幅度降低再起弧發(fā)生數(shù)量。
但是，在對于近年來真空管的高耐壓要求、大電流斷路要求、小型化要求上，僅通過上述觸點(diǎn)的改善，已經(jīng)到達(dá)極限了，除此之外，需要進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
而且，通過對再起弧的發(fā)生的模擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行詳細(xì)分析的結(jié)果，在與觸點(diǎn)材料直接相關(guān)的情況下，和在與電極構(gòu)造和屏蔽構(gòu)造等涉及相關(guān)的情況下，與不能預(yù)測的高電壓暴露等以及電氣和機(jī)械的外部條件等有關(guān)。
把陶瓷制造的絕緣容器的外筒、觸點(diǎn)、電弧屏蔽、金屬蓋、導(dǎo)電棒、密封配件和波紋管等各構(gòu)成部件適當(dāng)?shù)匕惭b到真空管內(nèi)或從真空管中拆下來進(jìn)行模擬再起弧發(fā)生實(shí)驗(yàn)，可以得到直接受到電弧的觸點(diǎn)的組成、材料和其狀態(tài)、其制造條件對再起弧發(fā)生是重要的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。特別是，能夠得到以下實(shí)驗(yàn)知識(shí)由于材料上的脆性，因接通時(shí)和斷路時(shí)的沖擊而經(jīng)常出現(xiàn)象電極空間的微小金屬粒子的放出和飛散，則在高硬度下的高熔點(diǎn)性的某種銀-碳化鎢比所觀察的銅-鉍、銅-碲或銅-鉻合金有利。
而且，重要的觀察的實(shí)驗(yàn)知識(shí)是即使是銀-碳化鎢，也在處于向電極空間的微小金屬粒子的放出和飛散上存在某種程度的偏差，在銀-碳化鎢的制造過程種的特別是燒結(jié)溫度較高的情況下，存在對再起弧發(fā)生的抑制有利的傾向。該觀察的實(shí)驗(yàn)知識(shí)提示出了銀-碳化鎢合金的改進(jìn)的必要性和再起弧抑制的可能性。
因此，認(rèn)為在銀-碳化鎢種的預(yù)定條件下的鐵Fe的存在作為輔助成分有益于接通時(shí)和斷路時(shí)的沖擊所引起的向電極空間的微小金屬粒子的放出和飛散的降低。一般，接通、斷路后的觸點(diǎn)表面會(huì)產(chǎn)生多個(gè)細(xì)微突起(凹凸)，并且，其一部分會(huì)飛散或脫落，但是，在本發(fā)明中，由于銀-碳化鎢中的鐵Fe的存在，改善了銀Ag與碳化鎢WC的粘結(jié)強(qiáng)度、在極微小面積上的延伸性，其結(jié)果，就發(fā)揮了這樣的效果減少了微細(xì)凹凸的發(fā)生本身，同時(shí)，在微細(xì)凹凸的頂端部提供了某種程度的圓度。由此，觸點(diǎn)表面的電場集中系數(shù)β從100以上改善為100以下。
這樣提示出了由于銀-碳化鎢中碳C、鐵Fe的存在所引起的電場集中系數(shù)β的改善的優(yōu)點(diǎn)而改善了觸點(diǎn)表面的平均表面粗糙度(Rave.)。
象上述那樣，在銀-碳化鎢的制造程序中，把燒結(jié)、滲透條件和[Ag·WC]混合粉末的粉碎·分散·混合條件進(jìn)行組合來制造真空管，通過觀察再起弧發(fā)生狀況的實(shí)驗(yàn)，而表示出在保持高硬度、高熔點(diǎn)性的銀-碳化鎢中，進(jìn)行混合條件的優(yōu)化、組織狀態(tài)的優(yōu)化、燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)化有益于再起弧抑制。而且，在混合條件的優(yōu)化中，由下述的制造方法例子1～5所示的原料粉末[銀Ag]和[碳化鎢WC]和碳C的均勻混合方法以及一邊對原料粉末[銀Ag]和[碳化鎢WC]進(jìn)行搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和攪拌運(yùn)動(dòng)一邊進(jìn)行混合的方法是特別有效的。
即，在觀察再起弧想象的發(fā)生時(shí)期和銀-碳化鎢的材料狀態(tài)的關(guān)系的結(jié)果中(a)對于觸點(diǎn)組織和其狀態(tài)(偏析、均勻性)，在制造過程中，特別與混合條件的優(yōu)化有關(guān)，而與電流斷路開閉的經(jīng)過次數(shù)無關(guān)，見到了隨機(jī)的再起弧現(xiàn)象的發(fā)生。
(b)對于附著、吸附在觸點(diǎn)表面上的氣體和水分的量、狀態(tài)，存在預(yù)先修整的觸點(diǎn)的加工后的管理環(huán)境的問題，雖然不是與燒結(jié)技術(shù)直接相關(guān)，但從電流斷路開閉的次數(shù)的比較初始狀態(tài)中見到了再起弧現(xiàn)象的發(fā)生。
(c)對于內(nèi)藏在觸點(diǎn)內(nèi)部中的異物的量、狀態(tài)等觸點(diǎn)內(nèi)部的狀態(tài)，原料粉末的品質(zhì)(Ag粉末、WC粉末的選擇)和原料的混合狀態(tài)成為測試點(diǎn)，顯示出了考慮在電流斷路次數(shù)的經(jīng)過的大約后半部分中發(fā)生再起弧的原因等的制造過程的重要性。
由此，再起弧現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)期，通過在對電流斷路次數(shù)的進(jìn)展進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)沒有關(guān)系，但是，判斷明確了在上述(a)(b)(c)的情況中，由于各個(gè)發(fā)生的時(shí)期，其原因是不同的。這是在每個(gè)真空管中在再起弧現(xiàn)象的發(fā)生中發(fā)生偏差的一個(gè)重要因素。
這樣，即使對再起弧的各個(gè)發(fā)生時(shí)期的總和進(jìn)行抑制或減輕，在得到品質(zhì)上較好的狀態(tài)的原料粉末[銀Ag]和[碳化鎢WC]之后，需要把它們進(jìn)行粉碎·分散·混合而得到均勻的細(xì)微的[銀-碳化鎢]混合粉末，而且，通過預(yù)定量的碳C和鐵Fe的存在，得到由接通、斷路所引起的觸點(diǎn)表面的微細(xì)凹凸的發(fā)生的降低和象電極空間的微小金屬粒子的放出、飛散的降低的效果是重要的。
下面說明本發(fā)明的觸點(diǎn)材料的實(shí)施例。
本發(fā)明的要點(diǎn)是對于裝載了Ag-WC類觸點(diǎn)的真空管，通過作為輔助成分的C的存在，若增加C量，來概略提高電流截?cái)嗵匦?，但是，同時(shí)防止再起弧特性也概略地惡化了。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)處于這樣的二律背反關(guān)系下的真空管的電流截?cái)嗵匦?低截?cái)嗷捌浞€(wěn)定)和再起弧現(xiàn)象發(fā)生的減輕化，則使預(yù)定量的存在于Ag-WC中的C成為非固溶狀態(tài)或化合物形成狀態(tài)，把C量限制在0.005～0.2％的范圍內(nèi)，同時(shí)，把存在于觸點(diǎn)中的其大小限制為0.01～10μm(微米)的范圍內(nèi)，就能得到該效果。這樣，Ag-WC類觸點(diǎn)材料中的C的平均粒徑和量為重要的測試點(diǎn)。
下面表示分析本發(fā)明的效果的評價(jià)條件、評價(jià)方法。
(1)截?cái)嗵匦栽谘b卸式截?cái)嚯娏鳒y試用真空斷路裝置中安裝直徑20mm、厚度4mm并且一方為平面而另一方為50mm R的預(yù)定觸點(diǎn)。進(jìn)行抽氣而到達(dá)10-3Pa(帕斯卡)以下，把觸點(diǎn)表面通過烘烤、放電時(shí)效處理來進(jìn)行凈化之后，以0.8m/秒的開路速度來使該裝置開路。通過觀測串聯(lián)插入到對經(jīng)過LC電路來對50Hz(赫茲)、有效值44A的電路電流進(jìn)行開閉的初始(1～100次開閉中)和后期(19,900～20,000次開閉中)的觸點(diǎn)中的同軸型電位器(分流器)的電壓降，來求出截?cái)嚯娏髦怠y定結(jié)果是把實(shí)施例5的截?cái)嚯娏髦档钠骄底鳛?.0而與其值進(jìn)行相對比較。而具有該截?cái)嚯娏髦敌∮谠撝挡⑶移罘秶^小的優(yōu)良的截?cái)嗵匦浴?br> (2)再起弧特性把直徑30mm、厚度5mm的圓盤狀觸點(diǎn)裝到デイマウンタブル(可拆下)形真空管中，考慮到2臺(tái)斷路器(作為真空管為6個(gè))的偏差值，在表1至表3中表示出了在50Hz下，在把6kv×500A的電路進(jìn)行1～1,000次斷路或1,001～20,000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率。[表1]
在觸點(diǎn)安裝的過程中，僅進(jìn)行烘烤加熱(450℃×30分鐘)，伴隨著焊料的使用進(jìn)行加熱。測定結(jié)果在考慮了偏差的情況下表示出了上限值和下限值。其再起弧發(fā)生頻率具有其值較小并且偏差范圍較小的優(yōu)良的再起弧特性。
(3)耐弧消耗特性把各個(gè)觸點(diǎn)安裝到裝卸式真空斷路裝置中，在把觸點(diǎn)電極表面的烘烤、電流·電壓時(shí)效處理、開路速度條件成為恒定相同之后，根據(jù)對7.2kV、4.4kA進(jìn)行1000次斷路前后的表面凹凸來計(jì)算損失重量之后，把實(shí)施例5的值作為1.0來進(jìn)行相對比較。
(4)下面對本發(fā)明觸點(diǎn)的制造的一個(gè)例子進(jìn)行說明。當(dāng)該觸點(diǎn)材料的制造方法存在很大區(qū)別時(shí)，具有在由碳化鎢WC和碳C構(gòu)成的構(gòu)架中熔融流入銀Ag的熔浸法和對以預(yù)定比例混合碳化鎢WC和碳C粉末以及銀Ag粉末的粉末進(jìn)行燒結(jié)或成型燒結(jié)的燒結(jié)法。
已經(jīng)得知當(dāng)銀-碳化鎢合金中的碳C其量多于現(xiàn)有技術(shù)時(shí)，存在再起弧發(fā)生率增大(特性降低)的傾向。在本發(fā)明中，對成為再起弧發(fā)生率引發(fā)點(diǎn)之一的碳C在銀-碳化鎢合金中存在狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，而能夠兼顧截?cái)嗵匦院驮倨鸹√匦?。這樣，支配著碳C的存在狀態(tài)的向銀-碳化鎢合金中的碳C的合金方法是重要的。
向銀-碳化鎢合金中的碳C的合金方法，由于碳C的量與碳化鎢量、銀量相比為少量，就需要使均質(zhì)混合性良好。作為該措施，得到第一次混合粉末，該第一次混合粉末是把例如從最終需要的碳化鎢量(55～70％)內(nèi)的一部分取出的極少量的碳化鎢WC和碳粉末進(jìn)行混合(根據(jù)需要追加鉍Bi、銻Sb和碲Te中的至少一個(gè)。下面以鉍Bi為代表。鐵Fe和鈷Co可以同樣進(jìn)行處理)來獲得，而且可以根據(jù)需要而重復(fù)進(jìn)行上述混合直到第n次為止。把該第一次混合粉末(或第n次混合粉末)與剩余的碳化鎢粉末再次進(jìn)行混合，而最終得到完全處于良好的混合狀態(tài)中的[碳化鎢WC、碳C]粉末。在把該[碳化鎢WC、碳C]粉末與預(yù)定量的銀粉末進(jìn)行混合之后，在氫氣氣氛中(也可在真空中)，把例如930℃的溫度下的燒結(jié)和加壓進(jìn)行一次或多次組合，來制造Ag-WC-C觸點(diǎn)材料(或Ag-WC-Co-C、Ag-WC-Fe-C、Ag-WC-Co-Fe-C、Ag-WC-Co-C-Bi觸點(diǎn)材料等)(以下以Ag-WC-C為代表)，加工成為預(yù)定形狀而成為觸點(diǎn)(制法例1)。
作為另一個(gè)的合金方法，來得到第一次混合粉末，該第一次混合粉末是反之把從最終需要的銀量內(nèi)的一部分取出的極少量的銀Ag(根據(jù)需要可以追加鉍Bi，或者根據(jù)需要追加鐵Fe、鈷Co)與碳粉末進(jìn)行混合而得到，也可以根據(jù)需要反復(fù)進(jìn)行該混合直到第n次混合為止。把該第一次混合粉末(或第n次混合粉末)與剩余的銀粉末再次進(jìn)行混合，而最終得到完全處于良好的混合狀態(tài)中的[Ag、C]粉末。
在把該[Ag、C]粉末與預(yù)定量的WC粉末(最終需要的WC量)進(jìn)行混合之后，在氫氣氣氛中(也可在真空中)，把例如930℃的溫度下的燒結(jié)和加壓進(jìn)行一次或多次組合，來制造Ag-WC-C觸點(diǎn)材料或Ag-WC-C-Bi觸點(diǎn)材料(制法例2)。
作為另一個(gè)的合金方法，把由上述方法制造的第n次混合[WC、C]粉末或[WC、Co、C]粉末在1200℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，來制成具有預(yù)定空隙率的{WC、C}構(gòu)架，在例如1050℃的溫度下把Ag(根據(jù)需要可以追加Bi)熔浸到該空孔中，來制造Ag-WC-C觸點(diǎn)材料或Ag-WC-C-Bi觸點(diǎn)材料(制法例3)。
作為另一個(gè)的合金方法，在1500℃的溫度下對[WC、C]粉末或[WC、Co、C]粉末進(jìn)行燒結(jié)，來制成具有預(yù)定空隙率的構(gòu)架，在例如1050℃的溫度下把另外準(zhǔn)備的Ag熔浸到該空孔中，來制造Ag-WC-C觸點(diǎn)材料。(根據(jù)需要，可以在上述CuMo(Fe)中追加Bi來制造Ag-WC-C-Bi觸點(diǎn)材料)(制法例4)。
作為另一個(gè)的合金方法，通過使用離子鍍裝置和陰極真空噴鍍裝置的物理方法或使用球磨機(jī)裝置的機(jī)械方法，來得到在W粉末的表面上被覆C(根據(jù)需要可以同時(shí)被覆Bi)的WC粉末，在把該Mo(Fe)被覆粉末與Cu粉末(根據(jù)需要可以同時(shí)添加Bi)進(jìn)行混合之后，在氫氣氣氛中(也可在真空中)，把例如1060℃的溫度下的燒結(jié)和加壓進(jìn)行一次或多次組合，來制造Ag-WC-C觸點(diǎn)材料或Ag-WC-C-Bi觸點(diǎn)材料(制法例5)。
作為另一個(gè)的合金方法，特別是在Ag粉末、WC粉末與C粉末的均勻混合技術(shù)中，同時(shí)進(jìn)行搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和攪拌運(yùn)動(dòng)的方法是有益的。由此，沒有混合粉末成為在一般進(jìn)行的丙酮等溶劑使用時(shí)所見到的結(jié)塊或凝聚體的現(xiàn)象，操作性得以提高。
如果把在混合作業(yè)中的攪拌容器的攪拌運(yùn)動(dòng)的攪拌數(shù)R和提供給攪拌容器的搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)的搖動(dòng)數(shù)S的比率R/S選擇在大致10～0.1程度的優(yōu)選范圍內(nèi)，向粉碎、分散、混合中的粉末的能量輸入為優(yōu)選的范圍，就能夠壓低混合作業(yè)中的粉末的變質(zhì)和污染的程度。
在現(xiàn)有的らいかい機(jī)等所產(chǎn)生的混合、粉碎中，雖然加入了壓碎粉末體的作用，但是，在同時(shí)進(jìn)行搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)和攪拌運(yùn)動(dòng)的本發(fā)明的方法中，由于使上述R/S比率分布在大致10～0.1程度，則粉末體相互就成為絡(luò)合程度的混合，而提高了具有良好通氣性的燒結(jié)性，來得到良好質(zhì)地的成型體或燒結(jié)體或構(gòu)架。
而且，不必進(jìn)行需要量以上的能量輸入，則粉末體不會(huì)變質(zhì)。如果使這樣的狀態(tài)的混合粉末作為原料，燒結(jié)、熔浸后的合金就能實(shí)現(xiàn)低氣體化，而提供截?cái)嗵匦?、再起弧特性的穩(wěn)定性(制法例6)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，由于適當(dāng)選擇這些方法，因而通過哪種技術(shù)的選擇就能得到發(fā)揮本發(fā)明效果的觸點(diǎn)材料。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1～2，比較例1～2首先，表示截?cái)鄬?shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)真空管的裝配的概況。預(yù)備把端面的平均表面粗糙度研磨成約1.5μm的陶瓷制絕緣容器(主要成分AL203)，在裝配之前對該陶瓷制絕緣容器進(jìn)行1650℃的預(yù)加熱處理。
作為密封配件，預(yù)備板厚2mm的42％Ni-Fe合金，作為焊料，預(yù)備厚0.1mm的72％Ag-Cu合金板，進(jìn)行配置以便于能把預(yù)備的各個(gè)部件氣密性地密封接合在被接合物之間(陶瓷制絕緣容器與密封配件)，在5×10-4Pa.的真空氣氛下提供密封配件與陶瓷制絕緣容器的氣密性密封工序。
下面，在表1至表7種表示出了試驗(yàn)觸點(diǎn)材料的內(nèi)容、評價(jià)內(nèi)容和結(jié)果等。

對于Ag-WC，準(zhǔn)備平均粒徑為0.8～1.0μm的WC、0.5mm的C、5mm的Co作為原料粉末，適當(dāng)選擇上述制造方法1～6的方法，來得到WC、C粉末混合粉末，以1100℃來制造62重量％的WC-Co-C剩余部分Ag的觸點(diǎn)材料。
從試驗(yàn)觸點(diǎn)試制出的觸點(diǎn)材料，通過顯微鏡組織觀察，選擇出含有0.005％(比較例1)、0.005％～0.20％(實(shí)施例1～2)、0.95％(比較例2)的處于非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)下的C量的Ag-WC合金。
把這些材料加工成厚度為3mm、接觸面的平均表面粗糙度為0.3μm的預(yù)定形狀來作為試驗(yàn)片，以測定截?cái)嗵匦?、再起弧特性、耐弧消耗特性。其?nèi)容表示在表1至表3，評價(jià)條件和結(jié)果表示在表4至表7中。
在C量在0.005％以下的Ag-WC合金的情況下(比較例1)，如從表1至表7所看到的那樣，截?cái)嗵匦栽诎验_閉初期(1～100次開閉中)與開閉后期(19,900～20,000次開閉中)進(jìn)行比較的情況下也是處于顯示了良好的截?cái)嘀岛洼^低的變動(dòng)幅度的容許范圍內(nèi)，并且，觸點(diǎn)的耐弧消耗特性是良好的，但是，另一方面，在把6kV×500A的電路進(jìn)行20,000次的斷路時(shí)的再起弧特性中，與進(jìn)行1,000次斷路時(shí)的情況相比，再起弧發(fā)生率沒有顯著增大，同時(shí)，偏差也沒有大幅度增大。
根據(jù)表面的顯微鏡觀察，在進(jìn)行了20,000次開閉而評價(jià)再起弧特性的接點(diǎn)中，觸點(diǎn)表面被觀察到了表示由C量的不足所引起的表面損傷和Ag的飛散痕跡的輕微凹凸存在于很寬的范圍內(nèi)。
與此相對，在C量為0.005％～0.20％的Ag-WC合金的情況下(實(shí)施例1～2)，表現(xiàn)出在0～20×10-3％以下的容許的范圍內(nèi)的再起弧發(fā)生頻率。另一方面，對于截?cái)嗵匦裕幱?.9A～1.3A的良好范圍內(nèi)，對于耐弧消耗特性，處于相對值被容許的范圍的0.9～2.5中，對于開閉次數(shù)的經(jīng)過，在截?cái)嗵匦?、再起弧特性、耐弧消耗特性的總和上顯示出穩(wěn)定的特性。根據(jù)進(jìn)行了20,000次開閉而評價(jià)再起弧特性之后的觸點(diǎn)表面的顯微鏡觀察，觸點(diǎn)表面被觀察到通過預(yù)定條件的C的分布效果，在很寬的范圍內(nèi)具有比上述比較例1平滑的狀態(tài)。
另一方面，在C量為0.95％的Ag-WC合金的情況下(比較例2)，截?cái)嗵匦栽诎验_閉初期(1～100次開閉中)與開閉后期(19,900～20,000次開閉中)進(jìn)行比較的情況下也是處于顯示了良好的截?cái)嘀岛洼^低的變動(dòng)幅度的容許范圍內(nèi)，而把7.2kV×4.4kA進(jìn)行1,000次斷路時(shí)的觸點(diǎn)的耐弧消耗特性與實(shí)施例1～2、比較例1相比較顯著地變大并且觸點(diǎn)間的偏差變多，在把6kV×500A的電路進(jìn)行20,000次的斷路時(shí)的再起弧特性中，與進(jìn)行1,000次斷路時(shí)的情況相比，再起弧發(fā)生率沒有顯著增大，同時(shí)，偏差也沒有大幅度增大。
根據(jù)進(jìn)行了20,000次開閉而評價(jià)再起弧特性的表面的顯微鏡觀察，觸點(diǎn)表面在很寬的范圍內(nèi)存在顯示Ag飛散揮發(fā)的痕跡的顯著的凹凸，并且，在斷路表面上觀察到了由巨大的C的脫落痕跡所引起的凹凸。由此，處于Ag-WC中的非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)中的C量在0.005～0.2％的范圍中發(fā)揮本發(fā)明的效果。
當(dāng)Ag-WC中的C量是與上述實(shí)施例2相同的量的0.20％，而處于Ag-WC中的非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)中的C量為實(shí)施例1所示的0.005％以下時(shí)，存在不良的傾向在耐弧消耗特性、再起弧特性維持同等的值的情況下，截?cái)嗵匦詯夯?，截?cái)嗵匦院驮倨鸹√匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶庾儾睢Ｈ缟鲜瞿菢?，在C量為0.005～0.2％的Ag-WC合金的情況下，再起弧的多發(fā)、大幅度的觸點(diǎn)消耗損失的發(fā)生、截?cái)嗵匦缘慕档偷炔伙@著，按照本發(fā)明的目的，C量為0.005～0.2％(實(shí)施例1～2)的范圍內(nèi)綜合地顯示出穩(wěn)定性。
根據(jù)觀察的結(jié)果，即使Ag-WC中的C量為相同的量，而在預(yù)定量的C處于非固熔狀態(tài)或炭化物等的化合物非形成狀態(tài)中時(shí)，在進(jìn)行了多次開閉之后，在維持截?cái)嗵匦缘幕A(chǔ)上，能夠得到較少的再起弧頻率和較少的偏差幅度。即，C量表示出不是總C量而是處于非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)中的C量是重要的。與此相對，在C處于固熔狀態(tài)或化合物形成狀態(tài)下的Ag-WC中，顯示出隨著開閉次數(shù)的進(jìn)行而觸點(diǎn)表面粗糙度變多的傾向，再起弧發(fā)生頻率增加。在多個(gè)材料之間觀察到了在再起弧發(fā)生頻率上存在較大偏差的現(xiàn)象。見到了觸點(diǎn)消耗量增加。
實(shí)施例3～7，比較例3在上述實(shí)施例1～2、比較例1～2中，對于Ag-WC合金中的C量在0.005％以下、0.005％～0.95％的合金中的情況，表示出了把Co量恒定地保持為0.7％時(shí)的本發(fā)明的效果，但是，本發(fā)明的效果并不僅限于使Co量為該值上。即，在使Co量為零、0.7～10.0％的62％的WC剩余部分Ag合金中(實(shí)施例3～7)，進(jìn)行了同樣的評價(jià)的再起弧發(fā)生率處于4～31×10-3％的范圍的良好范圍內(nèi)，特別是，斷路次數(shù)在把1,000次與20,000次進(jìn)行比較的情況下兩者間也未見到顯著的差異，偏差較小。消耗量處于0.9～2.3％的范圍內(nèi)，截?cái)嘀堤幱?.95～1.8A的范圍內(nèi)，而呈現(xiàn)出穩(wěn)定的再起弧特性、截?cái)嗵匦?、耐弧消耗特性。這樣，本發(fā)明對于Ag-WC觸點(diǎn)、Ag-WC-Co觸點(diǎn)的再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶馐怯行У摹?br> 但是，在使Co量為10％的62％的WC剩余部分Ag合金中(比較例3)，進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，截?cái)嚯娏髦荡蠓仍黾?特性惡化)。則考慮為Co量處于10％時(shí)所產(chǎn)生的合金本身的導(dǎo)電率的情況和使WC本身的熱電子放出能降低的情況為一個(gè)因素。
而且，把上述實(shí)施例4的1,000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)與比較例3的再起弧發(fā)生頻率進(jìn)行比較時(shí)，在比較例3中，在1000次斷路時(shí)，增加到3～7倍(特性降低)，而在20,000次斷路時(shí)，增加到5～8倍。
根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，預(yù)定量以上的Co在組織中作為過剩的Co存在，而具有使組織中的C凝集、粗大化的傾向，則考慮為C的偏析使再起弧發(fā)生頻率增大的一個(gè)因素。這樣，為了得到再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶猓诎褜?shí)施例7所示的Co量5％作為上限(在上述實(shí)施例1所示的情況下含有零Co)的Ag-WC觸點(diǎn)中，本發(fā)明的技術(shù)被有效地發(fā)揮。
實(shí)施例8～10，比較例4在上述實(shí)施例1～7中，表示出了使Ag-WC合金中的Fe量為零，使Co量為0～5％的情況下的本發(fā)明的效果，但是，本發(fā)明的效果并不僅限于此。即，在使Co量為0.7％，使Fe量為0.01～0.5％的62％WC-Co剩余部分Ag合金(實(shí)施例8～10)的情況下，再起弧發(fā)生率呈現(xiàn)5～25×10-3％、消耗量為1.0～1.7以下，電流截?cái)嘀党尸F(xiàn)0.95～1.4A，而顯示出與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4的特性相同的穩(wěn)定的再起弧特性、截?cái)嗵匦?、耐弧消耗特性?br> 但是，在使Fe量為10％的62％的WC剩余部分Ag合金中(比較例4)，進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，1～100次開閉中、19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦翟趦煞N情況下都大幅度增加(特性惡化)。則考慮為Fe量存在10％時(shí)所產(chǎn)生的合金本身的導(dǎo)電率降低以及使WC本身的熱電子放出能降低的情況為一個(gè)因素。而且，把作為比較對象的實(shí)施例4的1,000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)對比較例4的再起弧發(fā)生頻率進(jìn)行比較時(shí)，在比較例4中，在1000次斷路時(shí)，增加到4～7.5倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到5～8倍。
根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，預(yù)定量以上的Fe在組織中作為過剩的Fe存在，而具有使組織中的C凝集、粗大化的傾向，則考慮為C的偏析使再起弧發(fā)生頻率增大的一個(gè)因素。這樣，為了得到再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶?，在把?shí)施例10所示的Fe量0.5重量％作為上限的Ag-WC觸點(diǎn)中，本發(fā)明的技術(shù)被有效地發(fā)揮。
實(shí)施例11～12，比較例5在上述實(shí)施例1～10、比較例1～4中，對使Ag-WC、Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金中的WC量為62％的情況下的本發(fā)明進(jìn)行了表示，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于該WC量下。即，在使WC量為55～75％時(shí)，與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，截?cái)嗵匦浴⒃倨鸹√匦?、耐弧消耗特性中的任一個(gè)都發(fā)揮出了大致相同的良好的特性(實(shí)施例9～10)。
但是，在使WC量為36％的0.7％Co剩余部分Ag(比較例5)中，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，耐弧消耗特性與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，處于1.05～1.25倍程度的消耗下的良好的范圍內(nèi)，但是，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，在1～100次開閉的范圍內(nèi)，沒有特性的降低，而在19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦瞪?，見到大致增加?倍的程度(特性惡化)。
對于再起弧發(fā)生率，見到了其大幅度增加(特性惡化)和偏差。即，把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)比較比較例4的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例4中，在1000次斷路時(shí)，增加到3倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到2～4.5倍。根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在觸點(diǎn)表面上見到Ag的凝集。
另一方面，在使WC量為85％的WC剩余部分Ag(比較例6)中，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，1～100次開閉中、19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦蹬c作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4的特性進(jìn)行比較而呈現(xiàn)出相同以上的非常良好的特性，但是，在再起弧發(fā)生率、耐弧消耗特性上，卻見到了大幅度的增加(特性惡化)和偏差。
即，當(dāng)把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，來比較比較例6的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例6中，在1000次斷路時(shí)，增加到5～10倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，大幅度增加到6～12倍(特性降低)。根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在觸點(diǎn)表面上見到Ag不存在部分的點(diǎn)、WC的凝集和WC的脫落。這樣，為了得到再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶猓诎褜?shí)施例9～10所示的WC量55～75％中，本發(fā)明的技術(shù)被有效地發(fā)揮。
實(shí)施例13～15，比較例7～8在上述實(shí)施例1～12、比較例1～6中，對使Ag-WC、Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金中的WC粒子的平均粒徑(使粒子為球體時(shí)的直徑)為0.8～1.0μm情況下的本發(fā)明進(jìn)行了表示，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于該平均粒徑下。
即，使WC的平均粒徑為0.1～6μm，當(dāng)進(jìn)行與上述相同的評價(jià)時(shí)，與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，截?cái)嗵匦?、再起弧特性、耐弧消耗特性中的任一個(gè)都發(fā)揮出了大致相同的良好的特性(實(shí)施例13～15)。
但是，在使WC的平均粒徑為12μm的62％WC-Co剩余部分Ag(比較例8)中，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，耐弧消耗特性與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，呈現(xiàn)出10～18倍程度的大幅度的消耗量。而且，對于截?cái)嗵匦?，?～100次開閉的范圍內(nèi)，與實(shí)施例4比較，沒有特性的降低，而在19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦瞪?，增加?.5～4.6倍程度(特性惡化)。對于再起弧發(fā)生率，見到大幅度的增加(特性惡化)和偏差。
即，把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)比較比較例4的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例8中，在1000次斷路時(shí)，增加到3～5倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到3～5倍。根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在觸點(diǎn)表面上存在WC的凝集和Ag的欠缺部分。
在使WC的平均粒徑為0.1μm的62％WC-Co剩余部分Ag(比較例7)中，在觸點(diǎn)合金中殘存的氣孔的和氣體較多的優(yōu)良的觸點(diǎn)合金是難得的，為此，在評價(jià)中，在觸點(diǎn)中產(chǎn)生龜裂、破斷，而中止一部分的評價(jià)。由此，希望是Ag-WC-Co合金中的WC的平均粒徑選擇為0.1～6μm范圍的觸點(diǎn)。
在各觸點(diǎn)中的預(yù)定粒徑的WC粒子的選擇，是在通過篩等進(jìn)行篩選的基礎(chǔ)上，合金化的觸點(diǎn)材料通過顯微鏡的組織測定來進(jìn)行確認(rèn)、篩選來作為試驗(yàn)觸點(diǎn)樣片。
實(shí)施例16～18，比較例9在上述實(shí)施例1～15、比較例1～8中，對使Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金中的Co粒子的平均粒徑(使粒子為球體時(shí)的直徑)為5μm情況下的本發(fā)明進(jìn)行了表示，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于該平均粒徑下。
即，在使WC的平均粒徑為0.7μm的基礎(chǔ)上，使Co粒子的平均粒徑為0.1～10μm，當(dāng)進(jìn)行與上述相同的評價(jià)時(shí)，與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，截?cái)嗵匦?、再起弧特性、耐弧消耗特性中的任一個(gè)都發(fā)揮出了大致相同的良好的特性(實(shí)施例16～18)。
但是，在使Co的平均粒徑為44μm的62％WC-Co剩余部分Ag(比較例9)中，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，耐弧消耗特性與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，呈現(xiàn)出15～25倍程度的大幅度的消耗量。而且，對于截?cái)嗵匦?，?～100次開閉的范圍內(nèi)，與實(shí)施例4比較，最大值增加到2.5倍的程度。而在19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦瞪希畲笾翟黾拥?倍以上(特性惡化)。對于再起弧發(fā)生率，見到大幅度的增加(特性惡化)和偏差。
即，把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)比較比較例4的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例9中，在1000次斷路時(shí)，增加到6～11倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到15～17倍。根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在觸點(diǎn)表面上存在WC和Co的凝集、Ag的欠缺部分。由此，為了得到再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶?，在使?shí)施例16～18所示的Co的平均粒徑為10μm以下時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)被有效地發(fā)揮。
實(shí)施例19～21，比較例10在上述實(shí)施例1～18、比較例1～9中，對使合金中的C粒子的平均粒徑(使粒子為球體時(shí)的直徑)為0.5μm情況下的本發(fā)明進(jìn)行了表示，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于該平均粒徑下。
即，使C的平均粒徑為0.01～5μm，當(dāng)進(jìn)行與上述相同的評價(jià)時(shí)，截?cái)嗵匦浴⒃倨鸹√匦?、耐弧消耗特性中的任一個(gè)都發(fā)揮出了大致相同的良好的特性(實(shí)施例19～21)。
但是，在使C的平均粒徑為20μm的62％WC-Co剩余部分Ag(比較例10)中，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，耐弧消耗特性與作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4進(jìn)行比較，呈現(xiàn)出為20～44倍的大幅度的消耗量。而且，對于截?cái)嗵匦?，?～100次開閉的范圍內(nèi)，與實(shí)施例4比較，最大值增加到2.6倍的程度，而在19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦瞪?，最大值增加?.8倍(特性惡化)。對于再起弧發(fā)生率，見到大幅度的增加(特性惡化)和偏差。
即，把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，當(dāng)比較比較例4的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例9中，在1000次斷路時(shí)，增加到2.7～4.5倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到6～8倍。根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在使C的平均粒徑為20μm的比較例10中，在觸點(diǎn)表面上存在C的凝集和C的欠缺部分。由此，為了得到再起弧特性和截?cái)嗵匦砸约澳突∠奶匦缘钠胶?，在使?shí)施例19～21所示的C的平均粒徑為0.01～5μm以下時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)被有效地發(fā)揮。
實(shí)施例22～24在上述實(shí)施例1～21、比較例1～10中，在Ag-WC、Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金中，對于處于在合金中存在的非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)下的C量在0.005～0.2％范圍內(nèi)的情況，表示出了發(fā)揮本發(fā)明效果的例子，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于此。合金中的C的存在效果，作為防止熔接成分，對于含有Bi、Sb、Te的這些合金，顯示出相同的效果(實(shí)施例22～24)。
即，當(dāng)進(jìn)行與上述相同的評價(jià)時(shí)，截?cái)嗵匦浴⒃倨鸹√匦?、耐弧消耗特性中的任一個(gè)都發(fā)揮出了大致相同的良好的特性(實(shí)施例22～24)。
這些防止熔接成分在0.05％以下時(shí)，在Ag-WC、Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金的耐熔接性的改善上，效果不大，而這些防止熔接成分在0.05％以上時(shí)，對再起弧特性顯示出不良影響。這樣，在Ag-WC、Ag-WC-Co、Ag-WC-Co-Fe合金中的防止熔接成分的量處于0.05％～0.5％范圍內(nèi)時(shí)，得到耐弧消耗特性、截?cái)嗵匦?、再起弧特性的平衡?br> 對于上述實(shí)施例19～21、比較例10所示的Ag-WC-Co合金，為了更詳細(xì)地分析處于非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)下的C的粒子的分布狀態(tài)，當(dāng)對各合金觀察C的粒子的分散度(最接近的C粒子的間隔)時(shí)，在實(shí)施例19～21的合金中，最接近的兩個(gè)C粒子的間隔L為與小的C粒子的直徑d相等或以上(L≥d)。即，處于良好的分散狀態(tài)中。
與此相對，在比較例10的合金中，判斷為C粒子的直徑d大于C粒子的間隔L(L＜d)。即，在局部見到C粒子的凝集狀態(tài)，則分散狀態(tài)不是良好的。
因此，從比較例10的材料中，選擇L＜d下的C粒徑為0.5μm的觸點(diǎn)，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，特別是，在再起弧發(fā)生率上，當(dāng)把上述實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，來比較比較例11的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例11中，限于2倍程度的增加(特性降低)，而在20,000次斷路時(shí)，增加到2.6～13倍，同時(shí)，在發(fā)生頻率上見到較大的偏差。
截?cái)嗵匦耘c作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例4比較，當(dāng)進(jìn)行相同的評價(jià)時(shí)，在1～100次開閉的范圍內(nèi)，出現(xiàn)了1.2～1.45倍程度的增加，但是，在19,900～20,000次開閉中的截?cái)嚯娏髦瞪?，見到?倍以上的增加(特性惡化)。
實(shí)施例25～26，比較例12在上述實(shí)施例1～24，比較例1～11中，表示出了使試驗(yàn)觸點(diǎn)的合金層的厚度恒定保持為3mm時(shí)的本發(fā)明的效果，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于此。即，觸點(diǎn)的厚度為0.3mm也能發(fā)揮良好的特性(實(shí)施例25)。而且，其厚度在更厚的6mm的情況下，也相同的(實(shí)施例26)。
但是，在合金層的厚度為0.1mm(比較例12)時(shí)，在截?cái)嗵匦栽u價(jià)后的觸點(diǎn)面的一部分中出現(xiàn)了作為底材的純Ag層的露出，以及在合金層中出現(xiàn)了龜裂、破斷。這成為一個(gè)因素，而中止了再起弧特性、耐弧消耗特性的評價(jià)。這樣，希望合金層的厚度在0.3mm以上?？梢允笰g量向著g-WC觸點(diǎn)的內(nèi)部方向(垂直的方向)增加，或者通過在該合金層的下部提供Cu層來改善作為觸點(diǎn)材料的導(dǎo)電率。
實(shí)施例27～29，比較例13在上述實(shí)施例1～26，比較例1～12中，表示出了把觸點(diǎn)表面的平均表面修整的粗糙度恒定保持為0.3μm時(shí)的本發(fā)明的效果，但是，本發(fā)明效果的發(fā)揮并不僅限于此。即，使觸點(diǎn)表面的平均表面修整的粗糙度為0.05μm、1μm、10μm時(shí)，也能發(fā)揮良好的特性(實(shí)施例27～29)。
反之，當(dāng)使觸點(diǎn)表面的平均表面修整的粗糙度極端平滑時(shí)，通過修整加工的條件，來在加工的過程中僅除去Ag，WC僅流在表面上，而易于成為Ag相的存在較少的接觸表面。其結(jié)果，在接觸電阻特性、溫度上升特性上發(fā)生問題。
另一方面，當(dāng)使觸點(diǎn)表面的平均表面修整的粗糙度為25μm(比較例13)時(shí)，再起弧發(fā)生頻率顯著增大并且偏差幅度變大。即，當(dāng)把作為比較對象的實(shí)施例4的1000次斷路時(shí)的再起弧發(fā)生頻率作為基本值，來比較比較例13的再起弧發(fā)生頻率時(shí)，在比較例13中，在1000次斷路時(shí)，增加到4～20倍(特性降低)，在20,000次斷路時(shí)，增加到3.5～27.5倍(特性降低)。消耗量增加到4.4～19.6倍。這樣，希望使觸點(diǎn)表面的平均表面修整的粗糙度為0.05～10μm。對于把接觸表面的平均表面粗糙度修整為上述0.05～10μm的接觸表面，在施加電壓10kV的狀態(tài)下，來切斷電流1～10mA，通過追加修整表面，來提供再起弧特性的更穩(wěn)定化。
象從上述實(shí)施例的結(jié)果所理解的那樣，本發(fā)明的真空斷路器用觸點(diǎn)材料，通過優(yōu)化Ag-WC合金中的C量和存在狀態(tài)，同時(shí)，作為輔助成分來對Co、Fe、Bi、Sb、Te等進(jìn)行合金化，來提高特性的穩(wěn)定性。
即，謀求優(yōu)化處于非固熔狀態(tài)或化合物非形成狀態(tài)下的C量和間隙。其結(jié)果，不僅控制為在受到電弧時(shí)進(jìn)行選擇以使蒸發(fā)、飛散的Ag變少，而且，通過受到電弧時(shí)的熱沖擊而在觸點(diǎn)表面上，抑制對再起弧發(fā)生有害的顯著的龜裂發(fā)生，來減輕WC粒子的飛散脫落。
由于這樣來謀求合金組織的均勻化等的改良，即使在受到電弧后，觸點(diǎn)表面的熔融、飛散損傷變少，減少對抑制再起弧有重要影響的觸點(diǎn)表面粗糙度，而有益于耐弧消耗特性的提高，而能夠提供具有優(yōu)良特性的真空斷路器用觸點(diǎn)材料。
通過本發(fā)明，能夠提高觸點(diǎn)材料的可靠性。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了表示和說明，但是，應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進(jìn)行變化和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種觸點(diǎn)材料，由含有55～70重量％的平均粒徑為0.1～6μm的碳化鎢WC的銀-碳化鎢合金構(gòu)成，其特征在于，存在0.005～0.2重量％的等價(jià)直徑為0.01～5μm并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
2.一種觸點(diǎn)材料，由含有5重量％以下的鈷Co、55～70重量％的平均粒徑為0.1～6μm的碳化鎢WC的Ag-WC-Co合金構(gòu)成，其特征在于，存在0.005～0.2重量％的等價(jià)直徑為0.01～5μm并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸點(diǎn)材料，其特征在于，在由含有0.01～0.5重量％的鐵Fe的上述銀-碳化鎢合金或上述銀-碳化鎢-鈷合金構(gòu)成的觸點(diǎn)材料中，存在0.005～0.2重量％的等價(jià)直徑為0.01～5μm并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的觸點(diǎn)材料，其特征在于，在由含有0.05～0.5重量％的鉍Bi、銻Sb和碲Te中的至少一個(gè)的上述銀-碳化鎢合金或上述銀-碳化鎢-鈷合金組成的觸點(diǎn)材料中，存在0.005～0.2重量％的等價(jià)直徑為0.01～5μm并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的觸點(diǎn)材料，其特征在于，上述處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C高度分散分布在上述銀-碳化鎢類合金中，這些碳粒子間的間隙大于最鄰近的碳粒子的大小而進(jìn)行充分隔離。
全文摘要
本發(fā)明的觸點(diǎn)材料,由含有55～70重量%的平均粒徑為0.1～6μm的碳化鎢(WC)的銀－碳化鎢合金構(gòu)成,包含0.005～0.2重量%的其等價(jià)直徑為0.01～5μm并且處于非固溶狀態(tài)或非化合物形成狀態(tài)下的碳C。通過本發(fā)明,能夠提高觸點(diǎn)材料的斷路特性。
文檔編號(hào)C22C29/06GK1197990SQ9810783
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月7日
發(fā)明者奧富功, 關(guān)口薰旦, 吳經(jīng)世, 山本敦史 申請人:株式會(huì)社東芝