CN1019430B - 真空断路器的触点成型材料 - Google Patents

真空断路器的触点成型材料

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Abstract

一种用于真空断续器的触点成型材料包括重量在25%至65%的含有Ag和Cu的高导电成分，以及选自含有Ti，V，Cr，Zr，Mo，W及其碳化物和硼化物以及它们的混合物的物质组的重量为35%到75%的耐电弧成分，其中高导电成分包括(1)由厚度或宽度不超过5微米的第一不连续相和围绕第一不连续相的第一基体组成的第一高导电区和(2)由厚度或宽度至少为5微米的第二不连续相和围绕着第二不连续相的第二基体组成的第二高导电成分区。

Description

本发明涉及用于真空断路器、真空断路器或真空电路断路器的触点成型材料的烧结合金，更具体地涉及一种具有改善的电流斩波特性和接触电阻特性的真空断路器的触点成型材料。
利用真空中电弧扩散特性实现高真空内的电流断路的真空断路器的触点由两个相对的触点组成，即固定触点和可动触点。当诸如电动机负载之类的电感电路中的电流被真空断路器中断时，会产生过量的不正常冲击电压，因而负荷测量仪容易受到损坏。
产生此不正常冲击电压的原因是由于当小电流在真空中遮断时产生的斩波现象（在交变电流的波形到达自然零点之前强制实行断流）以及由于高频灭弧现象。
由于斩波现象产生的不正常冲击电压值可用负载电路的波阻抗Zo与电流斩波值Ic的积表示，Vs＝Zo·Ic。据此，为了降低不正常冲击电压值，必须减小电流斩波值IC。
为了满足上述要求，曾经研究了一种真空开关，其中采用了由碳化钨（WC）-银（Ag）合金组成的触点（日本专利申请号No.68447/1967和美国专利号No.3，683，138）。这种真空开关已投入实用。
由这样的Ag-WC合金组成的触点有如下特征：
（1）WC的存在方便了电子发射;
（2）通过加热电极表面触点成型材料的蒸发由于场致发射电子的碰撞而加快;
（3）通过用电弧分解触点成型材料的碳化物并形成一电荷粒子，来维持电弧。
因此，触点具有低斩波电流性能，这一点是极好的。
另一种具有低斩波电流的触点成型材料是铋（Bi）-铜（Cu）合金。这种材料已投入实用，以制造真空断续器（日本专利公开号No.14974/1960，美国专利号No.2，975，256，日本专利公开号No.12131/1966以及美国专利号No.3，246，979）。这些合金中，那些含有10%重量Bi的合金（此后记wt%为重量百分比）（日本专利公开号No.14974/1960）具有适宜的蒸气压力特性，因此具有低斩波电流特性。那些含有0.5%重量Bi的合金（日本专利公开号No.12131/1966）在晶体边界上偏析Bi，因而这使合金本身易碎。这样，实现了低的焊断力，而合金有优秀的大电流中断性能。
另一种具有低斩波电流特性的触点成型材料是Ag-Cu-WC合金，其中的Ag与Cu重量之比大约为7∶3（日本专利申请号No.39851/1982）。此合金中，采用了一种从未使用的Ag与Cu的比例，据说因此而获得了稳定的斩波电流特性。
另外，日本专利申请号No.216648/1985提出了耐电弧材料的0.2-1微米的晶粒尺寸（比如WC的晶粒尺寸）可有效地改善低的斩波电流特性。
真空断路器需要低冲击性能，因此在已有技术 中需要低斩波电流特性（低斩波特性）。
近几年，越来越多的真空断续器应用到电感电路上，比如电动机、变压器或电抗器。因此，真空断路器必须有更稳定的低斩波电流特性和令人满意的低接触电阻特性。这是因为对仪表的操作性能来说，不希望真空断路器由于大电流通路伴随着先进大容量真空断路器而产生不正常的温度升高。
到现在为止，还没有触点成型材料可同时满足这两种特性。
也就是说，比如在WC-Ag合金组成的触点中，电流斩波值可通过调节WC的数量得到减小。然而，在这种情况下，Ag的数量相应改变。因此，它们的接触电阻特性会改变。据此，有必要试图即使在Ag的数量相同时也能获得低而稳定的接触电阻特性。
在WC-Ag合金组成的触点中（日本专利申请号No.68447/1967和美国专利号No.3，683，138），斩波电流值本身还不够，仍未注意到要改善接触电阻特性。
在重量为10%的Bi-Cu合金中（日本专利公开号No.14974/1960和美国专利号No.2，975，256），当通断数增加时，充入电极之间的空间的金属蒸气的数量减少。发生低斩波电流特性的恶化和耐压的恶化取决于具有高蒸气压力的元件数量。进一步地，接触电阻特性未能完全令人满意。
在重量为0.5%的Bi-Cu合金中（日本专利公开号No.12131/1966和美国专利号No.3，246，979），其低斩波电流特性还不够。
在Ag对Cu的重量比约为7∶3的Ag-Cu-WC合金中（日本专利申请号No.39851/1982）和耐电弧材料的晶粒尺寸为0.2到1微米的合金中（日本专利申请号No.216648/1985）中，其接触电阻特性并未令人完全满意。
本发明的目的是提供一种触点成型材料，它兼有优秀的低斩波电流特性和接触电阻特性，符合真空断路器在严峻条件下的使用要求。
我们现在发现，对Ag-Cu-WC触点成型材料来说，如果优选Ag和Cu的含量、比例和状态，如果进一步精炼耐电弧成份WC的晶粒尺寸，如果改善Ag和Cu的状态，则本发明的目的可以有效地实现。
根据本发明的一种用于真空断路器的触点成型材料涉及一种用于真空断续器的Ag-Cu-WC触点成型材料，包括一由Ag和Cu组成的高导电成分和一个由W、WC之类组成的耐电弧成分（为方便起见，耐电弧成分有时用WC代表）。其中：
（1）高导电成分的含量是这样的，即Ag和Cu的总重量（Ag+Cu）占25%到65%;
（2）耐电弧成分的含量的重量百分比为35%到75%，其中的耐电弧成分是从含有W，Mo，Cr，Ti，Zr它们的碳化物、硼化物以及混合物的物质组中选择出来的;
（3）触点成型材料的高导电组成部分包括第一高导电成分区和第二高导电成分区，前者包括一厚度或宽度不超过5微米的第一不连续相和一围绕第一不连续相的第一基体，后者包括一厚度或宽度至少为5微米的第二不连续相和一围绕第二不连续相的第二基体;以及
（4）在所述的第一高导电成分区的第一不连续相在第一基体中精细而均匀地扩散，其间隙不超过5微米，而所述第二高导电成分相对于总高导电成分的百分比，即B/（A+B），是在10%到60%的重量百分比范围内，其中A是第一高导电成分区的数量，B是第二高导电成分区的数量。
在本发明的一个较佳实施例中，所述的耐电弧成分其平均晶粒尺寸不超过5微米（至少0.1微米），并且大部分耐电弧成分处于被第一高导电成分围绕的状态。
在本发明的另一个较佳实施例中，Ag相对于被称为高导电成分的Ag和Cu的总数量的百分比〔Ag/（Ag+Cu）〕可为40%到80%的重量百分比。
在本发明另一个所希望的实施例中，形成第一和/或第二高导电成分区的不连续相和基体既可以是（ⅰ）溶解有Ag的Cu固态溶体和溶解有Cu的Ag固态溶体，也可以是（ⅱ）溶解有Cu的Ag固态溶体和溶解有Ag的Cu固态溶体。
本发明的触点成型材料可通过下述方法获得，此方法包括将耐电弧材料粉末压实成生坯，烧结生坯以获得耐电弧材料的骨架，通过骨架的空隙渗入高导电材料，以及冷却渗入的材料以形成触点成型材料等几个步骤。
图1是应用了本发明真空断路器触点成型材料的真空断续器的剖面图;
图2是图1所示的真空断续器的电极部分的放 大剖视图。
在以下说明书中，WC作为耐电弧材料的代表性例子进行描述。
为了同时改善Ag-Cu-WC触点成型材料的电流斩波特性和接触电阻特性，将合金中Ag+Cu的数量、Ag与Cu的比例、Ag与Cu的状态、WC的晶粒尺寸等等控制在较佳范围内是很重要的。特别地，将电流斩波值本身保持在一个较低值是极为重要的。除此之外，减小其散射宽度也极为重要。还有，将其接触电阻特性限制在规定范围也是极为重要的。进一步的，避免接触电阻特性随着断开和接通而改变（即避免电阻增加）也是极为重要的。可以相信，上述电流斩波现象与触点间的蒸气量（蒸气压力和热传导是材料的物理性能）及从触点成型材料发射的电子数互相有关。根据实验，结果表明前者比后者的影响大。因此，我们发现，如果能促进蒸气的充入或者如果触点是由容易充入蒸汽的材料制成的，则电流斩波现象可以消除。上述的Cu-Bi合金有低斩波值。然而，这样的Cu-Bi合金有一致命缺点，即熔点低（271℃），因此通常在600℃的温度进行烘焙时，或在800℃时对真空断路器进行银焊时，Bi会熔化。熔化的Bi会移动并凝结成块。其结果是，为保持电流斩波特性而存在的Bi变得不均匀。因此，可以观察到一个这样的现象，即电流斩波值的散射宽度和接触电阻值增加了。
另一方面，在Ag和以Ag-WC代表的耐电弧材料型合金中，会产生下列缺点。当Ag蒸气的数量在耐电弧材料（本例中为WC）的沸点处影响斩波电流时，Ag蒸气压力显著地低于Bi在上述Cu-Bi系统里的蒸气压力，从而导致热量短缺，即取决于固定阴极辉点的触点部件（Ag或耐电弧材料）的蒸气缺乏。最终证实了电流斩波值的宽度变得明显。人们认为，利用Ag和耐电弧材料联合组成的合金，很难防止在电流斩波结束时触点表面的温度发生剧烈下降和保持电弧。人们得出结论，认为有必要采用辅助技术以保持较高的工作性能。上述日本专利申请号No.39851/1982中揭示了一种改善的方法。这个日本专利申请提出了通过利用一种Ag-Cu合金作为高导电成分来使晶粒得以精细分布的技术。根据此技术，产品特性得到极大的稳定。大体上固定电弧的位置是耐电弧成分或Ag-Cu合金。在任何情形下，由于充入Ag-Cu蒸气产生的电流斩波现象减轻了（改善了）。然而，当电弧固定于耐电弧成分上时会产生一些散射。
另一方面，通过精炼耐电弧材料可改善散射宽度。因此，这表明耐电弧成分的晶粒尺寸在电流斩波现象中起重要作用，也表明通过考虑显示在触点成形材料可看到偏析时的显著散射的观察结果，必须采用特定范围内的晶粒尺寸（耐电弧成分的尺寸是其初始晶粒尺寸的10至20倍）。
当通过将Ag和Cu的数量以及WC的晶粒尺寸控制到如日本专利申请号No.39851/1982中所述的特定值以改善斩波电流特性时，其中所描述的技术既不提供较低斩波电流特性，也不保证低而稳定的接触电阻特性。
如上所述，在本发明的触点成型材料中，触点结构的精炼和均匀化通过利用精细的WC粉末及较佳状态的Ag和Cu来实现。据此可获得稳定的电流斩波特性及优良的接触电阻特性。当甚至在多次断续过程后的断续过程时通过电弧加热以蒸发Ag和Cu，从而获得稳定的电流斩波特性时，接触电阻特性会出现更多的变化，并会发生异常高的接触电阻。根据我们的观察，可以相信发生这种现象是由于如下原因。在被电弧过度加热的WC周边上有选择地蒸发Ag和Cu成分，会发生Ag和Cu数量的短缺，以及形成了大致由WC组成的组合体。当这样的组合体相互接触时，接触电阻就增大了。电流斩波特性没有恶化的原因要归因于上述特定状态的Ag和Cu的协合效应，以及由于从内部获得的气态Ag和Cu的添加。事实证明了这一点，即通过分析可以观察到在大致由WC组成的组合体表面存在着极薄的Ag/Cu薄膜。然而，这种极薄的Ag/Cu的薄膜几乎对维持接触电阻特性没有作用。当通过电弧添加Ag和Cu来保证电流斩波特性时，很难保持接触电阻特性。
为了改善这种缺点，本发明中，同时存在Ag和Cu;Ag和Cu处于这样的状态，即它们的晶粒尺寸不超过5微米，并且精细而均匀地扩散;特别地，具有至少为5微米的晶粒尺寸的Ag和Cu池以一定比例存在。这样，即使在多次断续过程后，接触电阻特性仍保持稳定。而且，在电流斩波特性维持在较好水平的同时，可获得优秀的接触电阻特性。
利用由厚度或宽度不超过5微米的第一不连续相组成的第一高导电成分区和利用围绕第一不连续相的第一基体，使电流斩波值稳定在低水平。由厚度或宽度至少为5微米的第二不连续相组成的第二高导电成分区和围绕第二不连续相的第二基体起着这样的作用，即多次断续过程后Ag和Cu有助于补充在由于蒸发造成的不足区域，使接触电阻增加。这样，Ag和Cu适宜的量存在于接触面的整个表面上，并因此同时可获得稳定的电流斩波特性和优秀的接触电阻特性。
为了稳定电流斩波特性，采用了晶粒尺寸不超过3微米的WC粉末，并且高导电成分Ag和Cu得到精细和均匀的扩散。据此，在Ag和Cu被电弧蒸发的微孔部分，损失了Ag和Cu，因而发生短缺。在发生电流斩波现象的小电流开关过程中的一个电弧时，不需要能量使Ag和Cu从较低的内部熔化以及将它们嵌入微孔部分内。添加Ag和Cu只是形成一薄膜。当此添加量是足以缓和电流斩波现象的Ag和Cu的数量时，相对于接触电阻值发生了Ag和Cu的微量短缺。因此，需要提供添加到接触表面上去的Ag和Cu的添加源以使接触电阻特性即使在多次断续过程后也保持稳定。根据我们的实验，发现如果存在晶粒尺寸至少为5微米（第二高导电成分区）的Ag和Cu池，则可达到所希望的效果。然而，根据我们的实验，晶粒尺寸大于100微米的Ag和Cu池增加了Ag/Cu池之间接触的可能性，并在某些情况下具有使它们熔化的趋势。不希望Ag和Cu有太大的晶粒尺寸。不希望在晶粒尺寸至少为5微米的Ag和Cu池中存在WC，因为WC的存在使Ag/Cu不能均匀地添加，这是由于当添加Ag和Cu时离散的WC沉淀在电极表面上，也因为WC的存在降低了耐压。
为了使电流斩波特性和接触电阻特性都改善，在本发明中，首先，高导电成分的Ag和Cu同时存在。基体和不连续相（层状结构或杆状结构）由（1）溶解有Cu的Ag固态溶体和（2）溶解有Ag的Cu固态溶体来形成。不连续相的厚度或宽度不超过5微米，并且不连续相在不超过5微米的间隙中精细而均匀地扩散于基体中，其中高导电成分设计成等于或更好地少于电弧点直径的尺寸。结果是，主要目的是为了保持和维持电弧的Ag和Cu成分（以后称为电弧保持材料）的熔点降低了，同时其蒸气压力升高了。
其次，WC晶粒和平均晶粒尺寸不超过1微米，最好不超过0.8微米，更可取的是不超过0.6微米。这些要求有助于将电弧保持材料的扩散转变成更好的精细扩散状态。即使只有高导电成分（Ag和Cu）及其比例是处于规定范围内，所需要的低斩波特性和所需要的接触电阻特性仍不能同时获得，就象下面将要描述的实例及比较例中所显示的那样。根据本发明，高导电成分（Ag和Cu）的结构通过把规定的WC晶粒的平均晶粒尺寸和高导电成分的规定值相结合而得到高精炼和稳定。而且，WC晶粒和高导电成分执行各自的功能，从而完成目的。这样，Ag和Cu的含量，其比例及状态符合规定，耐电弧成分WC的晶粒尺寸更精炼，而低斩波特性和接触电阻特性可同时得以改善。
本发明将结合附图进行描述。
图1是真空断路器的剖视图，图2是真空断路器电极部分的放大剖视图。
图1中，标号1表示断续室。断续室1采用由绝缘材料制成的大致管状的绝缘容器2来实现真空密封，金属盖4a和4b通过密封金属接头3a和3b固定在室的两端。一对固定在导电棒5和6相反端的电极7和8位于上述的断续室1内。上电极7是静止电极，而下电极8是可动电极。可动电极8的电极棒6配置有绉纹管9，它使电极8轴向移动时仍保持断续室1的真空密封。绉纹管9的上部有一金属弧罩10以防止绉纹管9被电弧和金属蒸气所覆盖。标号11表示位于断续室1的一个金属弧罩，它覆盖了上述的电极7和8。它防止绝缘容器2被电弧和金属蒸气覆盖。如图2中放大所示，电极8通过铜焊部12固定在导电棒6上，或用嵌塞法压入连结。触点13a用在14处的铜焊固定在电极8上。触点13b用铜焊固定在电极7上。
下面将描述生产触点成型材料的方法的一个例子。在生产以前，耐电弧成分和附加成分按所需的晶粒尺寸进行分类。例如，分类操作可用筛选过程并结合沉淀过程来进行，这样可容易地获得具有规定晶粒尺寸的粉末。首先，提供具有规定晶粒尺寸的规定数量的WC和具有规定晶粒尺寸的规定数量的Ag，并加以混合，然后进行模压以获得粉末模制品。
然后将粉末模制品在露点不超过-50℃的氢气氛或在规定温度，如1，150℃，（一小时）下不超过1.3×10-1帕的真空条件下进行煅烧，以获得煅烧体。
然后在1，150℃的温度下，将具有规定比例的规定数量的Ag-Cu渗入煅烧体的残余微孔中一小时，以获得Ag-Cu-WC合金。渗透主要在真空中进行，也可以在氢中进行。
高导电成分中的第一和第二区的生产以及这些区的数量控制按下例方法进行。预先提供的晶粒尺寸不超过3微米的WC粉末按规定比例分类。晶粒尺寸为3微米的WC粉末可以照旧使用，即在烧结过程中会蒸发和可去除的材料，比如石蜡，要包含在晶粒尺寸不超过3微米的WC粉末中以形成混合物。两种材料（仅有晶粒尺寸不超过3微米的WC粉末和混有石蜡的WC粉末）以规定比例混合，产生的混合物进行压缩。当形成WC骨架时，通过烧结过程时的加热使石蜡蒸发并去除，从而在模压过程中由石蜡占据的部分形成了空隙。在其后的渗透过程中浸渗剂（Ag和Cu）渗入上述空隙，获得一池，其尺寸大于渗入晶粒尺寸不超过3微米的WC晶粒之间的Ag和Cu。在此过程中，通过调整仅含WC的粉末与石蜡/WC粉末混合物的重量比，可以调节第一高导电成分区的数量与第二高导电成分区的数量之比值。渗入WC粉末之间的Ag和Cu形成第一高导电成分区，而渗入移去石蜡而成的空隙的Ag和Cu形成了第二高导电成分区。
合金中导电成分的Ag/（Ag+Cu）比值的控制按如下进行：例如，先前具有规定比例Ag/（Ag+Cu）的坯料在真空为1.3×10-2帕和1，200℃下进行真空熔化，切割其产品作为渗透的原料。另一控制导电成分的Ag/（Ag+Cu）比值的方法可以这样进行，即预先将规定数量的一部分Ag或Ag+Cu混入WC，然后渗入留下的Ag或Ag+Cu以制作煅烧体。这样，就可获得具有所需要的组成的触点成型合金。
下面将描述在本发明实施例中获得的数据的估值方法和估值条件。
（1）电流斩波特性
固定每个触点并抽空到不超过10-3帕，以准备一组合型真空断路器。此真空断路器的触点以0.8米/秒的开启速度开启，当断开一低电感电流时测量电流斩波级。断开电流为20安培（有效值），频率为50赫。开启相位随机进行，当相应于各自三个触点进行500次电流断开时测量获得的斩波电流。表1到表3中示出了它们的平均值和最大值。数值是当实施例2中的平均斩波电流值表示为1.0时获得的相对值。
（2）接触电阻
接触电阻特性按如下测量。假设平面电极直径为50毫米、表面粗糙度为5微米，凸电极的曲率半径为100R，其表面粗糙度与相对的平面电极相同。两个电极安装在可拆卸的真空容器上，真空容器具有开关操作机构，并已抽空到不超过10-3帕的真空度。施加1.0千克的负载和100安培的电流。当对两电极施加10安培的交流电时，接触电阻可由获得的电势降来决定。接触电阻值作为一电路常数，包括形成测量电路的导线材料和开关的电极或接触电阻。
接触电阻值包括1.8至2.5μΩ的可装配的真空开关装置本身的轴部分的电阻，还包括5.2至6.0μΩ的产生磁场的线圈部分的电阻，剩下的是触点部分的值（触点成型合金的电阻和接触电阻）。
表1至表3所示的接触电阻值，是以在进行10，000次断续测试时（ⅰ）1和100之间和（ⅱ）9，900和10，000之间获得的散射宽度显示的。
（3）测试中的触点
制造测试中的触点的材料，其相应的规定数据显示于表1至表3。
如表所示，Ag-Cu-WC合金中的Ag+Cu的数量在16.2%至88.3%的重量百分比范围内变化，Ag对Ag加Cu的比值（Ag/Ag+Cu）在0至100%的重量百分比范围内变化，而第二高导电成分区占总高导电成分的百分比则通过许多触点的微观估值选择为5%，10-30%，30-40%，40-60%或60-90%。这些触点通过控制一些因素来获得，如在骨架的烧结过程中溅出的材料的混合量、烧结温度以及上述的模压压力等。
而且，采用的耐电弧成分的晶粒尺寸和类型可以改变，以估计触点特性。
这些条件和相应结果示于表1至表3中。
实施例1至3和比较例1和2。
提供平均晶粒尺寸为0.76微米的WC粉末 和平均晶粒尺寸各为5微米的Ag和Cu粉末。以规定比率混合后，适宜地选择模制压力在每平方分米零至8公吨的范围内进行模制，这样烧结后残存空隙的数量得到调节。在合金中的Ag+Cu的数量较大的情况下（实施例3：Ag+Cu＝65wt%;比较例2：Ag+Cu＝88.3wt%），采取模制压力特别低的方法，或采用事先将一部分Ag+Cu与WC相混形成混合物，再将混合物模制的方法。为了控制第二高导电成分的数量，在模制WC粉末时，将石蜡之类的材料沉积在一部分WC粉末（即总WC粉末的40%）的表面上，处理后的材料与剩下的未沉积石蜡的WC粉末相混合。将产生的混合物进行模压和烧结。在实施例1和比较例1中，混合物在某一温度，如1，100℃至1，300℃，进行烧结，以获得WC烧结体。在实施例2和3以及比较例2中，混合物在温度低于1，100℃时烧结以获得烧结体。这样，空隙的数量得到调节，Ag+Cu的数量得到控制，空隙的尺寸也得到调节以控制第一和第二导电成分区的数量。
Ag和Cu渗入在温度从1，000℃至1，100℃下具有这样不同空隙等级的WC骨架的空隙里（如需要，Cu可先行单独注入，而只渗入Ag），以最终获得在Ag-Cu-WC合金中的Ag+Cu数量为16.2%至88.3%重量百分比的合金（实施例1至3和比较例1和2）。这些触点坯料处理成规定形状，并在上述条件采用上述估值方法进行斩波特性和接触电阻特性的估计。
如上所述，通过比较在电流断开进行500次时获得的特性对斩波特性进行估计。可以从表1所示的比较例1和2及实施例1至3中看到，当实施例2（Ag+Cu＝44.4wt%，Ag/（Ag+Cu）＝71.3%）中的平均斩波值表示为1.0时（平均斩波值的升高表示特性恶化），通过采用Ag+Cu在合金中的数量不超过2来获得平均斩波值。当Ag+Cu＝16.2wt%时（比较例1）和Ag+Cu＝88.3wt%时（比较例2），最大值更高。相反，当Ag+Cu在25至65wt%时（实施例1至3），最大值小于2.0（其特性好）。特别是，观察到进行大量的电流中断时，诸如比较例1（Ag+Cu＝16.2wt%）中具有少量Ag+Cu的触点的斩波特性在约2，000次开关操作后恶化了。
另一方面，估计了接触电阻特性。实施例2的特性作为标准100来检验相对值。当Ag+Cu的数量在25%至65%wt%时（实施例1至3），获得了稳定的特性。当Ag+Cu的数量为16.2wt%（比较例1）和88.3wt%（比较例2）时，上述规定值趋于增大（特性恶化）。可观察到接触电阻特性的恶化。特别地，在比较例1中，在多次断续过程后（在9，900至10，000次断续过程后），由于高导电成分的总数量的缺少，接触电阻趋于增大。进一步测试表明产生了熔接。因此，从斩波特性和接触电阻特性两者的观点看来，在Ag-Cu-WC合金中的Ag+Cu数量最好在25至65wt%的范围内。
实施例4至6和比较例3至6
如上所述，其结果是，即使Ag+Cu的数量在较佳范围，即25至65wt%的范围内，斩波特性和接触电阻特性仍会恶化，除非Ag对Ag-Cu-WC合金中的Ag+Cu的比例合适。也就是，当Ag/（Ag+Cu）的值在40至80wt%时（实施例4至6），可获得较佳的斩波特性（其相对值不超过2.0）和较佳的接触电阻特性（即使在多次断续后，其值也不超过125μΩ）。
我们观察到，当Ag（Ag+Cu）的值在90.1wt%至100wt%时（比较例3和4），可观察到高导热性能。而且还观察到，当Ag/（Ag+Cu）的值在22.2wt%至0时（比较例5和6），其斩波特性主要由于作为蒸气源的Ag的数量缺乏而降低。
实施例7和8及比较例7和8
触点作为样品使用，其中的第二高导电成分区相对于Ag-Cu-WC合金中的高导电成分的数量为5%，10-30%，40-60%，或60-90%（比较例7，实施例7和8，及比较例8），其中的第二高导电成分区通过调节下述一些条件来获得，如再压过程中的压力，用于处理具有规定的空隙尺寸的WC骨架的渗透温度，骨架的Ag加Cu和Ag/（Ag+Cu）的数量分别控制在约45至约48wt%及约71%至约73wt%的范围内，这可以通过调节上述的沉积在WC上的石蜡数量和烧结温度来实现。
如表2所示，上述第二高导电成分区的数量在10-30%或40-60%时（实施例7和8），可获得稳定的斩波特性，在断续初始期（1-100次断续过程）和多次断续过程（9，900-10，000次断续过程）的两种情形下，接触电阻没有大的差别，获得了稳定 而良好的值。比较起来，在高导电成分区较小的比较例7中，斩波特性极佳。然而，多次断续过程后（9，900-10，000次断续过程后）的接触电阻值相当大，并且当观察处于这种状态下的触点表面时，有失去稳定性的趋向，在导电成分Ag、Cu或Ag中可看到有缺陷的部分。当第二高导电成分区的数量较大时（比较例8），在断续初始期的接触电阻低。然而，在多次断续过程后，有低和较佳的值，也有高的值。这样，由于局部表面熔化（第二高导电成分区）和蒸发，发生了散射。因此，具有规定状态的Ag和Cu的第二高导电成分区的数量有必要在10至60wt%的范围内。
实施例9和10及比较例9和10。
在所有的实施例1至8和比较例1至8中，所用的耐电弧成分的晶粒尺寸是0.76微米。耐电弧成分的晶粒尺寸尤其影响斩波特性的最大值。也就是，当WC的晶粒尺寸在0.1至5微米的范围时（实施例9和10），斩波特性的相对值不超过20，这样的晶粒尺寸不存在问题。当WC晶粒尺寸是10和44微米时（比较例9和10），斩波特性恶化了，接触电阻发生散射。特别地，当晶粒尺寸是44微米时（比较例10），阻碍了整个结构的均匀性。
实施例11至27
实施例1至10显示了在以WC作为耐电弧成分而占主要部分的系统里，第二高导电成分区相对于上述系统里的高导电成分的数量对斩波特性和接触电阻特性的影响，人们发现，在其它耐电弧成分的情形下（实施例11至27）也可得到第二高导电成分区对斩波特性和接触电阻的影响。
大部分耐电弧成分被第一高导电区包围。如果在第二高电感成分中存在大量的耐电弧成分，对维持低值接触电阻起一定作用的第二高导电成分的硬度将升高，这样在第二高导电成分中大量耐电弧成分的存在对接触电阻不利。另外，在从第二导电成分的Ag/Cu添加过程中残余的耐电弧成分将会脱落和溅出，使耐压能力下降。因此，必须使在第二高导电成分区中耐电弧成分的存在减到最少。
从上述实施例中可见，通过将含有Ag和Cu的高导电材料的总数量（Ag+Cu）和Ag对Ag+Cu的比值〔Ag/（Ag+Cu）〕控制到规定值，通过使用平均晶粒尺寸的耐电弧材料，如从0.5至1微米的WC，及通过将高导电成分中的第二高导电成分区的数量控制到规定值，可以将电流斩波特性维持在低水平，减少散射，同时将接触电阻特性保持在足够低的水平。在本合金中加入少于1%的Co（钴）将提高可烧结性。
如前所述，根据本发明，可以达到以下优点和效果。即，可以维持电流斩波特性在一低的水平，可以减少散射。进一步地，可同时将接触电阻特性维持在低水平。
因此，使用本发明的触点成型材料时，可获得具有良好的电流斩波特性和接触电阻特性的真空断路器，并提供了具有稳定性更高的电流斩波特性的真空断路器。
表1
被测试的触点成形材料
高导电成分    耐电弧成分
Ag Cu [Ag+Cu] (Ag)/(（Ag+Cu）) (y)/(（x+y）) ×100 耐电弧成分的晶
（wt%）    （wt%）    （wt%）    ×100    x…第一高导电成    粒尺寸和类型
分区数量
y…第二高导电成
分区数量
比较例1    11.5    4.7    16.2    70.9    30-40%    0.76μm    WC
实施例1    18.2    6.8    25.0    72.7    30-40%    0.76μm    WC
实施例2    31.7    12.7    44.4    71.3    30-40%    0.76μm    WC
实施例3    46.9    18.1    65.0    72.1    30-40%    0.76μm    WC
比较例2    63.2    25.1    88.3    71.6    30-40%    0.76μm    WC
表1（续）-2
被测试的触点成形材料
高导电成分    耐电弧成分
Ag Cu [Ag+Cu] (Ag)/(（Ag+Cu）) (y)/(（x+y）) ×100 耐电弧成分的晶
（wt%）    （wt%）    （wt%）    ×100    x…第一高导电成    粒尺寸和类型
分区数量
y…第二高导电成
分区数量
比较例3    50.7    0    50.7    100    30-40%    0.76μm    WC
比较例4    42.2    4.6    46.8    90.1    30-40%    0.76μm    WC
实施例4    37.8    9.5    47.3    80.0    30-40%    0.76μm    WC
实施例5    26.4    16.5    42.9    61.6    30-40%    0.76μm    WC
实施例6    18.3    27.5    45.8    40.0    30-40%    0.76μm    WC
比较例5    9.7    34.2    43.9    22.2    30-40%    0.76μm    WC
比较例6    0    46.2    46.2    0    30-40%    0.76μm    WC
表1（续）-3
估值结果
电流斩波特性    接触电阻特性    备注
当实施例2的平均    在1-100断续    在9，900-1，000
值表为1.00时获得    过程时的值    断续过程时的值
得的相对值（含量数目：3）
平均值    最大值    （μΩ）
比较例1    1.4    2.2    60-125    145-235    产生熔接载流
能力缺乏
实施例1    1.2    1.6    35-75    60-85
实施例2    （1.0）    1.2    30-65    55-85
实施例3    1.3    1.8    30-70    70-95
比较例2    1.6    3.2    35-70    105-115
表1（续）-4
估值结果
电流斩波特性    接触电阻特性    备注
当实施例2的平均    在1-100断续    在9，900-1，000
值表为1.00时获得    过程时的值    断续过程时的值
得的相对值（含量数目：3）
平均值    最大值    （μΩ）
比较例3    1.3    2.3    30-60    60-80
比较例4    1.4    2.2    35-65    65-85
实施例4    1.2    1.7    45-80    70-90
实施例5    1.3    1.8    45-90    70-100
实施例6    1.4    1.9    50-90    85-125
比较例5    2.3    3.6    60-100    105-240
比较例6    3.3    4.5    65-115    120-370
表2
被测试的触点成形材料
高导电成分    耐电弧成分
Ag Cu [Ag+Cu] (Ag)/(（Ag+Cu）) (y)/(（x+y）) ×100 耐电弧成分的晶
（wt%）    （wt%）    （wt%）    ×100    x…第一高导电成    粒尺寸和类型
分区数量
y…第二高导电成
分区数量
比较例7    35.1    13.1    48.2    73.2    5%    0.76μm    WC
实施例7    32.5    12.8    45.3    71.7    10-30%    0.76μm    WC
实施例8    34.1    13.1    47.2    72.6    40-60%    0.76μm    WC
比较例8    33.5    12.9    46.4    72.1    60-90%    0.76μm    WC
实施例9    34.5    12.0    46.5    74.2    30-40%    0.1μm    WC
实施例10    33.8    13.4    47.2    71.6    30-40%    5μm    WC
比较例9    35.0    13.3    48.3    72.5    30-40%    10μm    WC
比较例10    33.3    11.9    45.2    73.6    30-40%    44μm    WC
表2（续）-2
估值结果
电流斩波特性    接触电阻特性    备注
当实施例2的平均    在1-100断续    在9，900-1，000
值表为1.00时获得    过程时的值    断续过程时的值
得的相对值（含量数目：3）
平均值    最大值    （μΩ）
比较例7    0.9    1.2    90-110    120-575
实施例7    1.0    1.2    50-75    60-100
实施例8    1.2    1.4    30-65    55-85
比较例8    1.6    2.7    30-50    30-180
实施例9    0.8    1.0    30-65    50-85
实施例10    1.3    1.6    50-90    70-95
比较例9    2.0    3.5    40-120    90-165
比较例10    3.2    5.1    40-100    70-345    阻止了Ag/
Cu的高度
均匀扩散
表3
被测试的触点成形材料
高导电成分    耐电弧成分
Ag Cu [Ag+Cu] (Ag)/(（Ag+Cu）) (y)/(（x+y）) ×100 耐电弧成分的晶
（wt%）    （wt%）    （wt%）    ×100    x…第一高导电成    粒尺寸和类型
分区数量
y…第二高导电成
分区数量
实施例11    33.8    12.8    46.6    72.5    30-40%    3μm    TiC
实施例12    36.5    12.6    49.1    74.3    30-40%    3μm    VC
实施例13 34.7 13.6 48.3 71.8 30-40% 3μm Cr3C2
实施例14    33.5    11.1    44.6    75.1    30-40%    3μm    ZrC
实施例15 33.3 13.9 47.2 70.6 30-40% 3μm Mo2C
实施例16 32.5 13.0 45.5 71.4 30-40% 3μm TiB2
实施例17 35.6 13.2 48.8 72.9 30-40% 3μm VB2
实施例18 31.1 11.3 42.4 73.3 30-40% 3μm CrB2
表3（续）-2
被测试的触点成形材料
高导电成分    耐电弧成分
Ag Cu [Ag+Cu] (Ag)/(（Ag+Cu）) (y)/(（x+y）) ×100 耐电弧成分的晶
（wt%）    （wt%）    （wt%）    ×100    x…第一高导电成    粒尺寸和类型
分区数量
y…第二高导电成
分区数量
实施例19 30.8 12.31 43.2 71.4 5% 3μm ZrB2
实施例20 33.9 11.8 45.7 74.1 10-30% 3μM MoB2
实施例21 31.6 11.3 42.9 73.6 40-60% 3μm W2B5
实施例22    35.5    13.3    48.3    72.5    60-90%    3μm    Ti
实施例23    32.4    13.7    46.1    70.2    30-40%    3μm    V
实施例24    30.9    12.1    43.0    71.9    30-40%    3μm    Cr
实施例25    34.2    11.5    45.7    74.8    30-40%    3μm    Zr
实施例26    30.6    11.6    42.2    72.4    30-40%    3μm    Mo
实施例27    34.2    12.4    46.6    73.3    30-40%    3μm    W
表3（续）-3
估值结果
电流斩波特性    接触电阻特性    备注
当实施例2的平均    在1-100断续    在9，900-1，000
值表为1.00时获得    过程时的值    断续过程时的值
得的相对值（含量数目：3）
平均值    最大值    （μΩ）
实施例11    1.3    1.7    95-110    75-110
实施例12    1.2    1.5    90-100    80-100
实施例13    1.0    1.5    30-105    85-115
实施例14    1.3    1.7    80-105    85-110
实施例15    1.2    1.4    50-90    70-100
实施例16    1.7    1.9    80-105    70-120
实施例17    1.3    1.7    75-95    80-115
实施例18    1.3    1.6    75-100    90-130
表3（续）-4
估值结果
电流斩波特性    接触电阻特性    备注
当实施例2的平均    在1-100断续    在9，900-1，000
值有为1.00时获得    过程时的值    断续过程时的值
得的相对值（含量数目：3）
平均值    最大值    （μΩ）
比较例19    1.7    2.0    80-105    80-130
实施例20    1.3    1.7    65-90    75-95
实施例21    1.4    1.9    70-95    75-95
实施例22    1.7    2.0    90-95    75-100
实施例23    1.5    1.9    70-90    75-95
实施例24    1.4    1.7    70-90    70-100
实施例25    1.6    2.0    75-85    80-100
实施例26    1.5    1.8    55-80    60-80
实施例27    1.7    2.0    50-80    55-85

Claims (3)

1、一种用于真空断路器的触点成型材料，具有一包括Cu的高导电成分和一耐电弧成分，其特征在于：重量在25%至65%的含有Ag和Cu的高导电成分；以及选自含有Ti，V，Cr，Zr，Mo，W及它们的碳化物和硼化物以及它们的混合物的物质组的重量在35%至75%的所述耐电弧成分；
所述的高导电成分包括(1)由厚度或宽度不超过5微米和第一不连续相和围绕第一不连续相的第一基体组成的第一高导电成分区，和(2)由厚度或宽度至少为5微米的第二不连续相和围绕第二不连续相的第二基体组成的第二高导电成分区，其中所述的在第一高导电成分区的第一不连续相以不超过5微米的间隙在所述的第一基体中精细而均匀地扩散，其中的相对于总高导电成分的第二高导电成分区的数量在10%至60%的重量百分比范围内；
2、如权利要求1所述的用于真空断路器的触点成型材料，其特征在于，Ag相对于所述高导电成分Ag和Cu的总数量的百分比，〔Ag/（Ag+Cu）〕，为40%至80%的重量百分比。
3、如权利要求1所述的用于真空断路器的触点成型材料，其特征在于，形成第一和/或第二高导电成分区的不连续相和基体的组成为（1）如高导电成分的基体是溶解有Cu的Ag的固态溶体，则不连续相为含有溶解有Ag的Cu固态溶体，或（2）如高导电成分的基体是溶解有Ag的Cu固态液体，则不连续相为含有溶解Cu的Ag固态溶体。
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