CN102312146A - 一种CuW70触头材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种CuW70触头材料的制备方法，将一定比例的诱导铜粉加入钨粉中混匀，将混合粉料装入橡胶包套内放入冷等静压机的高压缸内压制成骨架生坯，随后经烧结骨架熔渗铜相制备CuW70触头材料。该方法制备的CuW70触头材料由于富铜区消失和两相分布的均匀性，材料表面的阴极斑点快速移动，电弧得到了有效分散，铜相的飞溅较小，提高了该材料的耐烧蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种CuW70触头材料的制备方法。
背景技术
CuW合金被广泛应用于高压开关中的触头材料。随着高压开关向超特高电压、大容量方向发展，对CuW材料的综合性能提出了更高的要求。需要研制和开发新型的高性能的CuW触头材料。
CuW合金触头在完成开断的工作过程中，在动静弧触头之间会产生高压电弧，在电极表面不断运动的阴极斑点是真空电弧的一个重要特征。真空电弧发生时，在阴极表面收缩成电流密度很高且不断运动的阴极斑点。由于Cu、W两相的逸出功不同，阴极斑点首先在逸出功较低的Cu相上生成。而一般采用普通模压+熔渗法制备的CuW合金往往存在Cu、W两相组织分布不均匀的现象。因此，触头表面在电弧作用下则发生在富铜区域的集中烧蚀，触头表面产生大量Cu液喷溅和流动现象，一方面影响电触头的抗熔焊性，另一方面最终会因局部的严重烧蚀而导致触头材料失效，不能完成正常的开断工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种CuW70触头材料的制备方法，解决了现有方法制备CuW触头材料组织中Cu、W两相分布不均的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种CuW70触头材料的制备方法，该方法按以下步骤进行：
步骤1，按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%～8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中；
步骤2，按钨粉、铜粉总质量的2～3倍加入磨球，加入混料过程控制剂至粉末有湿润感，然后进行混料，混料时间为5～7小时；
步骤3，将步骤2混好的混合粉末填充入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸，填充完成后，在装料口加上端密封，并捆扎橡胶包套的封口和橡胶包套的端塞，然后用针管一端通过端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露；
步骤4，将密封好的包套表面清洗后放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸，将留在高压缸内的空气完全赶出后以20～40 MPa/min的升压速度平稳的升压到170～230MPa，保压5～10分钟后缓慢泄压，至常压后从高压缸内取出包套，清洗包套表面，待包套干燥后打开包套取出钨压坯；
步骤5，将熔渗金属铜块与步骤4压制好的钨压坯呈上下叠置，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，一个石墨坩埚只放一对熔渗金属铜块与钨压坯，然后置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结熔渗，在900℃～980℃烧结1.5～2小时，然后升高炉温对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。
本发明的特点还在于，
其中步骤2中混料过程控制剂为工业乙醇。
其中步骤2中磨球为非等径磨球。
其中非等径磨球由分别为8mm和4mm的两种磨球混合而成，且8mm和4mm的两种磨球的质量比为1：1.4～1.6。
本发明的有益效果是，采用冷等静压及熔渗法制备CuW70材料，由于冷等静压压制过程中W压坯的各个方向受力均匀，烧结后W骨架孔隙的网状结构更为均匀，经熔渗得到的CuW70组织中Cu、W两相分布均匀，CuW触头材料具有较高的电导率、硬度。另外，电弧得到有效分散，电弧燃烧较为稳定，截流值降低，从而提高了CuW触头材料的耐电弧烧蚀性能；同时本发明的方法工艺简单，易于控制。
附图说明
图1是为采用普通模压压制及熔渗法制备的CuW合金与本发明的方法制备的CuW合金的显微组织照片，a为采用普通模压压制及熔渗法制备的CuW合金的显微组织照片，b为采用本发明的方法制备的CuW合金的显微组织照片；
图2是普通模压及熔渗法制备的CuW70合金与本发明的方法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片，a为采用高速摄影拍摄的普通模压及熔渗法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片，b为采用高速摄影拍摄的采用本发明的方法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种CuW70触头材料的制备方法，该方法按以下步骤进行：
步骤1，按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%～8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。诱导铜粉的添加，一方面可以改善脆性粉末的成形性，使钨压坯（生坯）中孔隙分布比较均匀；另一方面，在后续的熔渗过程中，钨压坯多孔骨架中的诱导铜粉先熔化，在骨架内部形成连通孔隙，将待熔渗的金属液“诱”进骨架，这种内外金属液熔合为一体的驱动力将有利于熔渗过程的进行，从而提高材料的致密度。
步骤2，在混料罐中加入易挥发的有机溶剂工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感即可。这样做是为了提高粉末的流动性，降低不同元素粉料之间因密度不同而产生重力分离现象。为了使混和料进一步均匀化，按钨粉、铜粉总质量的2～3倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.4～1.6。混料时间控制在5～7小时，得到混合粉末。
步骤3，将步骤2混好的混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。在密封操作中，要使密封表面保持清洁。然后采用直径2～3mm的细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，避免端塞在压缩变形过程中发生脱落。密封好后可用医用注射针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，注射针管的另一端与抽真空系统相通，实现对包套内粉末的除气。
步骤4，将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以20～40 MPa/min的升压速度平稳的升压到170～230MPa，保压5～10分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。
步骤5，将熔渗金属铜块与步骤4压制好的钨压坯呈上下叠置，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，一个石墨坩埚只放一对熔渗金属铜块与钨压坯，然后置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结和熔渗，在900℃～980℃烧结1.5～2小时，然后升高炉温对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。烧结和熔渗这两个工序一次在烧结炉内完成，在保温工艺上分为两个阶段，烧结W骨架温度为900℃～980℃，这时铜块未熔化（铜的熔点1083℃）,在这个阶段只是完成W压坯烧结成具有一定强度的W骨架，这样在后续的熔渗过程中铜液就不会被冲垮。骨架烧好（1.5～2小时）后，升高炉内温度至1200℃～1400℃进入熔渗阶段，此时炉温高于铜的熔点，铜液可以浸渗到W骨架孔隙中去，犹如“海绵吸水一样”。
本发明的制备方法采用冷等静压及熔渗法制备CuW70材料，由于冷等静压压制过程中W压坯的各个方向受力均匀，烧结后W骨架孔隙的网状结构更为均匀，经熔渗得到的CuW70组织中Cu、W两相分布均匀，CuW触头材料具有较高的电导率、硬度。另外，电弧得到有效分散，电弧燃烧较为稳定，截流值降低，从而提高了CuW触头材料的耐电弧烧蚀性能；同时本发明的方法工艺简单，易于控制。
实施例1
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.5。混料时间控制在7小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以40 MPa/min的升压速度平稳的升压到170MPa，保压5分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为1.5小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃，熔渗1.8小时后即得。
实施例2
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5.5%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.1倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.6。混料时间控制在6.5小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以40 MPa/min的升压速度平稳的升压到175MPa，保压10分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为930℃，烧结时间为1.6小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1250℃，熔渗1.6小时后即得。
实施例3
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为6%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.3倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.4。混料时间控制在6小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以25 MPa/min的升压速度平稳的升压到180MPa，保压8分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为910℃，烧结时间为1.7小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃，熔渗1.8小时后即得。
实施例4
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为7%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.4倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.5。混料时间控制在5.5小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以30MPa/min的升压速度平稳的升压到185MPa，保压6分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为920℃，烧结时间为1.9小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1300℃，熔渗1.7小时后即得。
实施例5
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.5倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.5。混料时间控制在5.8小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以35 MPa/min的升压速度平稳的升压到190MPa，保压7分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为920℃，烧结时间为2小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1350℃，熔渗1.5小时后即得。
实施例6
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.2倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.6。混料时间控制在5小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以35 MPa/min的升压速度平稳的升压到195MPa，保压8分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为935℃，烧结时间为1.8小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1400℃，熔渗1.5小时后即得。
实施例7
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5.5%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.6倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.4。混料时间控制在5.4小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以28 MPa/min的升压速度平稳的升压到200MPa，保压9分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为930℃，烧结时间为1.6小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1250℃，熔渗1.6小时后即得。
实施例8
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为6%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.8倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.5。混料时间控制在6.2小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以22MPa/min的升压速度平稳的升压到205MPa，保压5分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为950℃，烧结时间为1.8小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃，熔渗1.7小时后即得。
实施例9
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2.7倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.5。混料时间控制在7小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以27MPa/min的升压速度平稳的升压到210MPa，保压9分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为940℃，烧结时间为1.7小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1300℃，熔渗1.9小时后即得。
实施例10
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的3倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.6。混料时间控制在6.8小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以33 MPa/min的升压速度平稳的升压到215MPa，保压7分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为960℃，烧结时间为1.5小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1350℃，熔渗2.0小时后即得。
实施例11
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的2倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.4。混料时间控制在5小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以34 MPa/min的升压速度平稳的升压到220MPa，保压10分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为980℃，烧结时间为1.5小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃，熔渗1.5小时后即得。
实施例12
按诱导铜粉占钨粉质量百分比为8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工业乙醇作为混料过程控制剂，直至使粉末有湿润感。按钨粉、铜粉总质量的3倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1：1.6。混料时间控制在7小时，得到混合粉末。将混合粉末倒入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸。当包套模具充填完粉末后，在装料口加上端密封。然后采用细铁丝捆扎端塞和橡胶包套的封口，密封好后用针管通过橡胶端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露。然后将装粉的包套外表面清洗后，放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸后将留在缸内的空气完全赶出后，以29MPa/min的升压速度平稳的升压到230MPa，保压8分钟后缓慢泄压至常压，从高压缸内取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打开包套取出压坯。将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结及熔渗。先对钨压坯骨架进行烧结，烧结温度为960℃，烧结时间为2小时；再对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1400℃，熔渗2小时后即得。
对本发明的方法制备得到的CuW70合金表面经抛光成镜面后装入真空室内作为阴极，用直径为φ3的针尖状纯W棒作为阳极，两极间施加电压8kV的直流电压，使阴极试样以0.2 mm / min的速度缓慢地接近阳极，直至两极间发生电击穿。用高速摄影拍摄真空击穿瞬间的阴极斑点运动情况，最后用扫描电镜观察材料表面的电弧烧蚀形貌，试验证明，实施例的试样全部实现了电弧的有效分散，材料表现出较好的耐烧蚀性能。
下面仅通过实施例5所制备的CuW70合金与现有的采用普通模压压制烧结熔渗制备的CuW70合金的有关性能与组织照片进行对比，说明本发明方法制备出CuW70合金抗电弧烧蚀方面的优势。
图1为采用普通模压压制及熔渗法制备的CuW合金与采用冷等静压压制及熔渗法，即本发明的方法制备的CuW合金的显微组织照片。
图1a为采用普通模压压制及熔渗法制备的CuW合金的显微组织照片，其中亮灰色的为W相，深灰色的连续相为铜相，普通模压混合粉料在刚性模具内单向轴向受压，压制过程压坯受力不均匀导致所压制的W坯密度分布不均匀，使得烧结的W骨架孔隙分布不均匀，熔渗后得到的CuW合金的显微组织中出现了较大面积的富铜区域。
图1b为采用冷等静压压制及熔渗法，即本发明的方法制备的CuW合金的显微组织照片，由于采用冷等静压压制W坯时粉末在各个方向受力，压制力比较均匀，因此烧结后W骨架孔隙分布较为均匀，所以在熔渗后获得的CuW合金显微组织中铜钨两相分布比较均匀，没有大的富铜区。铜钨两相的分布情况直接影响CuW合金的电导率跟硬度，由于冷等静压压制+熔渗法制备的CuW合金的显微组织中铜钨两相均匀分布，形成连续的铜网格，有利于提高CuW合金的导电性，而且硬度分布比较均匀。
图2为普通模压及熔渗法制备的CuW70合金与采用高速摄影拍摄的采用冷等静压压制及熔渗法，即本发明的方法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片，每幅图从上至下由7幅小图片组成，这7幅小图分别对应着0μs，64μs，246μs，287μs，328μs，369μs，410μs时刻阴极斑点的运动图像，这些图片描述了不同材料在首击穿时阴极表面从燃弧，分散到灭弧这三个阶段阴极斑点的运动情况。
图2中a为采用高速摄影拍摄的普通模压及熔渗法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片，可以看出采用普通模压及熔渗法制备的CuW合金阴极斑点始终为一个亮点，且在水平方向几乎没有移动，几乎在原点处反复击穿。
图2中b为采用高速摄影拍摄的采用冷等静压压制及熔渗法，即本发明的方法制备的CuW70合金发生首击穿时的阴极斑点运动图片。可以看出，采用冷等静压制备CuW70合金在0μs时阴极表面开始燃弧，随着时间的推移，弧点在原点附近摆动，直到在287μs时分散为两个阴极斑点，328μs时分散为四个阴极点，随后进入灭弧阶段，弧点逐渐变少直至消失。
通过图2中b与图2中a阴极斑点运动的比较可以看出，改变压制方式可达到分散电烧蚀以及斑点的效果，使集中电弧转变为分散电弧，有利于提高CuW70合金的耐烧蚀性能。这主要由于采用冷等静压提高了W骨架孔隙的均匀性，使熔渗后CuW70合金两相分布更为均匀，减少了富铜区的产生。而击穿往往容易发生在Cu相上，形成阴极斑点，若阴极表面铜相富集则易造成电弧集中烧蚀，阴极斑点不易发生分裂和移动，从而在触头表面造成较为严重的集中烧蚀坑，这将严重影响电触头材料的使用寿命。而采用冷等静压压制及熔渗法制备CuW70合金的显微组织中两相分布均匀，电击穿时产生的阴极斑点很容易在材料表面移动，电弧得到有效分散，有利于提高电触头材料的耐电弧烧蚀性能。
Claims (4)
1.一种CuW70触头材料的制备方法，该方法按以下步骤进行：
步骤1，按诱导铜粉占钨粉质量百分比为5%～8%分别称取诱导铜粉和钨粉，并放入混料罐中；
步骤2，按钨粉、铜粉总质量的2～3倍加入磨球，加入混料过程控制剂至粉末有湿润感，然后进行混料，混料时间为5～7小时；
步骤3，将步骤2混好的混合粉末填充入橡胶包套内，在粉末料面与橡胶包套的橡胶端塞之间放置起过滤作用的棉毡垫或过滤纸，填充完成后，在装料口加上端密封，并捆扎橡胶包套的封口和橡胶包套的端塞，然后用针管一端通过端塞插至棉毡垫处，针管的另一端外露；
步骤4，将密封好的包套表面清洗后放入冷等静压机的高压缸内，关闭高压缸，将留在高压缸内的空气完全赶出后以20～40 MPa/min的升压速度平稳的升压到170～230MPa，保压5～10分钟后缓慢泄压，至常压后从高压缸内取出包套，清洗包套表面，待包套干燥后打开包套取出钨压坯；
步骤5，将熔渗金属铜块与步骤4压制好的钨压坯呈上下叠置，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，一个石墨坩埚只放一对熔渗金属铜块与钨压坯，然后置于高温H2气氛烧结炉内进行烧结熔渗，在900℃～980℃烧结1.5～2小时，然后升高炉温对钨压坯骨架进行熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中混料过程控制剂为工业乙醇。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中磨球为非等径磨球。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述非等径磨球由分别为8mm和4mm的两种磨球混合而成，且8mm和4mm的两种磨球的质量比为1：1.4～1.6。
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