CN103794385B - 电触点材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够降低电流断路器等过负荷试验或短路试验的遮断试验后的消耗率的电触点材料，以及一种能够防止电流断路器等短路试验的遮断试验后的熔敷的电触点材料。根据本发明一个方面的电触点材料(31)含有大于或等于4质量%而小于或等于7质量%的石墨，剩余部分由银和不可避免的杂质形成，其挠度大于或等于0.5mm，维氏硬度大于或等于55，并且氧含量小于或等于100ppm。该电触点材料(31)优选还含有碳化钨。优选的是，碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于3μm，碳化钨的含量大于或等于2质量%而小于或等于4质量%。根据本发明另一方面的电触点材料(31)含有大于或等于0.5质量%而小于或等于2质量%的石墨，剩余部分由银和不可避免的杂质形成，其挠度大于或等于0.8mm，维氏硬度大于或等于40，并且氧含量小于或等于100ppm。

Description

电触点材料

本申请是申请日为2010年3月3日、申请号为201080013341.2、发明名称为“电触点材料”的申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及电触点材料，特别涉及用于由银-石墨(Ag-Gr)系材料形成的遮断器(断路器)等的电触点材料。

背景技术

一直以来由银-石墨系材料形成的电触点材料是已知的。

例如，在专利文献日本特开平8-239724号公报(以下称作专利文献1)中公开了由含有0.05～7重量%碳的银、银合金或银复合材料形成的用于电触点的材料。该用于电触点的材料中，碳以平均初级粒径小于150nm的碳黑的形式添加在银、银合金或银复合材料的粉末中，通过挤出，该混合物被冷等静压压缩并烧结。

在专利文献日本专利第3138965号公报(以下称作专利文献2)中公开了由银、含银的合金、或含银的复合材料、以及0.5～10重量%的碳所形成的用于电触点的复合材料。该用于电触点的复合材料中，将与碳纤维组合的碳粉与粉末状的金属组合物一起进行粉末冶金处理，以形成这样的材料：碳纤维的平均长度为碳粉末粒子的平均直径的2倍以上。

在专利文献日本特开2007-169701号公报(以下称作专利文献3)中公开了这样的电触点用材料，其为以银粉为主要成分的复合粉末的成形烧结体。该电触点用材料通过以下工序制造：在银粉的内部分散混入碳微粉，将以银粉为主要成分的主材料与碳微粉通过机械合金化而进行混合成为混合粉末的工序；将该复合粉末成形为成形体的工序；以及对该成形体进行烧结的工序。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平8-239724号公报

专利文献2:日本专利第3138965号公报

专利文献3:日本特开2007-169701号公报

发明概述

发明所要解决的问题

当利用由银-石墨系材料形成的电触点材料构成电流断路器时，该电触点材料的导电性高，因此难以发热，几乎没有由发热引起的危害。但是，在利用由银-石墨系材料形成的电触点材料的电流断路器的短路遮断试验中，由于施加于电触点材料上的热冲击或机械冲击，存在着试验后的电触点材料的消耗率大这样的问题。

因此，本发明的目的是提供一种电触点材料，其可降低在利用电流断路器等的过负荷试验或短路试验的遮断试验后的消耗率。

另外，本发明的另一目的是提供一种电触点材料，其可防止在利用电流断路器等的短路试验的遮断试验后的熔敷。

解决问题的手段

本发明人对在利用由银-石墨系材料形成的电触点材料的电流断路器的短路遮断试验后电触点材料的消耗率的原因进行了各种研究。

首先，因为额定电流值为100～3200A左右的大电流用断路器中的遮断电流大，所以在装于该电流断路器内的电触点材料中流过相对大的电流。因此，对该电触点材料来说，比起导电性更要求高耐热性。为了满足该要求，将银-石墨系材料中的银的含量相对较低、石墨的含量相对较高的电触点材料用于大电流用断路器。具体而言，用于大电流用电流断路器的电触点材料含有大于或等于4质量%而小于或等于7质量%的石墨，剩余部分由银和不可避免的杂质形成。

在大电流用电流断路器的遮断试验中，以大的遮断电流进行从打开到关闭动作的短路试验后的触点消耗变得很重要。据认为，在该短路试验中，电触点材料消耗的原因在于在遮断电流大的条件下瞬时进行从打开到关闭动作，因此，在一次短路遮断试验时施加于电触点材料上的热能或机械冲击大。

但是，本发明人对在大电流用电流断路器的短路试验后电触点材料消耗的原因反复进行专心研究，结果发现，通过这样做能够降低短路试验后的消耗量：至少将电接点材料的常温下的硬度相对增大到某特定值以上；另外，将挠度量相对增大到某特定值以上；将氧含量抑制在特定值以下；并且，通过流过大电流以在发热状态(高温下)下不变形的方式构成电触点材料。基于该发现，根据本发明的一个方面的电触点材料，具备如下的特征。

根据本发明的一个方面的电触点材料，含有大于或等于4质量%而小于或等于7质量%的石墨，剩余部分含有银和不可避免的杂质，挠度大于或等于0.5mm，维氏硬度大于或等于55，氧含量小于或等于100ppm。

根据本发明的一个方面的电触点材料中，优选抗弯强度大于或等于210MPa。

另外，根据本发明的一个方面的电触点材料中，优选的是，石墨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于8μm。

另外，为了防止利用短路试验的遮断试验后的熔敷，根据本发明的一个方面的电触点材料，优选还含有碳化钨。

在该情况下，优选的是，碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于3μm、碳化钨的含量大于或等于2质量%而小于或等于4质量%。更优选的是，碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于150nm。

接下来，因为额定电流值1～60A左右的小电流用电流断路器的遮断电流小，所以在装于该电流断路器内的电触点材料中流过相对小的电流。因此，对该电触点材料来说，比起耐热性更要求高导电性。为了满足该要求，将银-石墨系材料中的银含量相对较高、石墨的含量相对较低的电触点材料用于小电流用电流断路器。具体而言，用于小电流用电流断路器的电触点材料含有大于或等于0.5质量%而小于或等于2质量%的石墨，剩余部分由银和不可避免的杂质形成。

在小电流用电流断路器的遮断试验中，以小的遮断电流多次反复进行从打开到关闭的动作的过负荷试验后的触点消耗变得很重要。但是，一直以来认为，在小电流用电流断路器的遮断试验中，在遮断电流小的条件下，瞬时进行从打开到关闭的动作，因此，在一次的过负荷试验时施加于电触点材料上的机械冲击小，机械冲击造成的电触点材料的损伤小。

但是，本发明人对在小电流用电流断路器的过负荷试验后电触点材料消耗的原因反复进行专心研究，结果发现，通过这样做能够降低过负荷试验后的消耗量：至少将电触点材料的挠度量相对增大到某特定值以上；另外，将电触点材料的常温下的硬度相对增大到某特定值以上；将氧含量抑制在特定值以下；并且，以能够耐受多次反复的机械冲击的方式构成电触点材料。基于该发现，根据本发明的另一方面的电触点材料，具备如下的特征。

根据本发明的另一方面的电触点材料，含有大于或等于0.5质量%而小于或等于2质量%的石墨，剩余部分含有银和不可避免的杂质，挠度大于或等于0.8mm，维氏硬度大于或等于40，氧含量小于或等于100ppm。

根据本发明的另一方面的电触点材料，优选抗弯强度大于或等于120MPa。

另外，根据本发明的另一方面的电触点材料，优选石墨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于8μm。

发明效果

如上所述，根据本发明，装于大电流用电流断路器中的电触点材料能够降低短路试验后的消耗率；另外，装于小电流用电流断路器中的电触点材料能够降低过负荷试验后的消耗率。另外，装于大电流用电流断路器中的电触点材料还含有碳化钨，从而能够防止短路试验的遮断试验后的熔敷。

附图简要说明

图1是示出固定侧触点部件和可动侧触点部件的关闭状态中的配置关系的侧面图，其中，所述固定侧触点部件和所述可动侧触点部件构成了其中装有作为本发明一个实施方式的电触点材料的电流断路器；

图2是示出固定侧触点部件和可动侧触点部件的打开状态中的配置关系的侧面图，其中，所述固定侧触点部件和所述可动侧触点部件构成了其中装有作为本发明一个实施方式的电触点材料的电流断路器。

具体实施方式

首先，对装有作为本发明一个实施方式的电触点材料的电流断路器的结构进行说明。

如图1和图2所示，电流断路器10具有固定侧触点部件30和可动侧触点部件20，其中，可动侧触点部件20以能够反复移动的方式进行配置，使得其能够接触到固定侧触点部件30、或者能够远离固定侧触点部件30。固定侧触点部件30由电触点材料31和金属基件32的接合体构成。可动侧触点部件20由电触点材料21和金属基件22的接合体构成。根据本发明实施方式的电触点材料31用于电流断路器10的固定侧触点部件30的一部分。另外，图1和图2所示的电触点材料31为根据本发明的“电触点材料”的一个例子。

固定侧触点部件30中，电触点材料31和金属基件32以接合部32a（其与金属基件32侧形成一体）的上面作为接合面、经由焊接材料4而彼此接合。可动侧触点部件20中，电触点材料21和金属基件22以接合部（其与金属基件22侧形成一体）的上面作为接合面、经由焊接材料4而彼此接合。

因为这样构成了可动侧触点部件20和固定侧触点部件30，所以使得：当超过电流断路器10的容许电流值的电流流过规定时间时，内置的触点解扣装置(图中未示出)工作，由此，将电流断路器10的状态从如图1所示的可动侧触点部件20的电触点材料21接触固定侧触点部件30的电触点材料31的状态(关闭状态)转移到如图2所示的可动侧触点部件20的电触点材料21从固定侧触点部件30的电触点材料31瞬间向箭头Q方向分离的状态，从而遮断电流。另外，如图1和图2所示，固定侧触点部件30中，金属基件32（其中没有设置电触点材料31）的端部侧与电流断路器10的第一侧(电源侧)端子连接，同时，可动侧触点部件20中，金属基件22（其中没有设置电触点材料21）的端部与电流断路器10的第二侧(负荷侧)端子连接。

首先，本发明的一个方面中，装于额定电流值为100～3200A左右的大电流用电流断路器10中的可动侧的电触点材料21由银-碳化钨(Ag-WC)系材料形成，固定侧的电触点材料31由银-石墨(Ag-Gr)系材料形成，含有大于或等于4质量%而小于或等于7质量%的石墨，剩余部分含有银和不可避免的杂质，挠度大于或等于0.5mm，维氏硬度大于或等于55，氧含量小于或等于100ppm。

这样，至少将电触点材料31常温下的硬度相对增大到某特定值以上，另外，将挠度相对增大到某特定值以上，将氧含量抑制在特定值以下，通过流过大电流以在发热状态(高温)下不变形的方式构成电触点材料31，由此能够降低短路试验后的消耗量。

当银-石墨(Ag-Gr)系材料中石墨的含量增加时，微细分散于材料中的石墨粒子起到销栓效果，因此，材料被强化。从而，提高了材料的硬度和抗弯强度。石墨的含量不足4质量%时，不能得到销栓效果。当石墨的含量超过7质量%时，销栓效果过剩，因此挠度量变小。

在使用大电流的短路试验中，因为冲击大，所以要求强度相对大的材料，但是为了耐受过负荷试验中的电流断路器反复开闭(反复冲击)，需要挠度量大于或等于0.5mm。挠度量不足0.5mm时，材料的韧性低，因此，上述的反复冲击导致电触点材料31发生裂纹。但是，由于制造上困难，挠度量优选小于或等于2mm。在此，所谓“制造上困难”，是指即使想无论怎样增大挠度量，2mm也是制造上的界限。

在使用大电流的短路试验中，因为冲击大，所以为了耐受该冲击，需要维氏硬度大于或等于55，维氏硬度不足55时，在触点负荷大的短路试验中，材料的硬度不足，因此不能维持触点形状。另外，在过负荷试验中，因为触点负荷小，所以触点形状几乎不受维氏硬度的影响。但是，由于当硬度过大时触点彼此的接触电阻增大，故优选维氏硬度小于或等于150。

当氧含量超过100ppm时，由于短路试验时产生的数千度的高热，在材料中存在的氧变成气体，因此使电触点材料31的基材的一部分飞散。从而，电触点材料31消耗的比例增大。另外，在过负荷试验中，因为触点负荷小，所以电触点材料31消耗的比例几乎不受氧含量的影响。但是，由于制造上困难，优选氧含量大于或等于20ppm。在此，所谓“制造上困难”，是指即使想无论怎样减小氧含量，20ppm也是制造上的界限。

根据本发明的一个方面的电触点材料31中，在使用大电流的短路试验中，因为冲击大，所以为了耐受该冲击，优选抗弯强度大于或等于210MPa。抗弯强度不足210MPa时，在触点负荷大的短路试验中，由于材料的机械强度不足，电触点材料31受到破坏。另外，在过负荷试验中，因为触点负荷小，所以几乎不受抗弯强度的影响。但是，由于制造上困难，优选抗弯强度小于或等于300MPa。在此，所谓“制造上困难”，是指即使想无论怎样增大抗弯强度，300MPa也是制造上的界限。

根据本发明的一个方面的电触点材料31中，优选石墨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于8μm。石墨的平均粒径不足40nm时，因为石墨粒子过细，所以在银粒子间厚厚地塞满石墨粒子。因此，银粒子彼此接触的面积极端减小。本来，银起到保持电触点材料31的强度的作用，但是在银粒子彼此的接触面极小的状态下，即使施加压力，银也不能保持强度，因此难以形成成形体。结果，难以制造电触点材料31。另外，石墨的平均粒径超过8μm时，电触点材料31的硬度或抗弯强度下降。

另外，为了防止短路试验的遮断试验后的熔敷，根据本发明的一个方面的电触点材料31优选还含有碳化钨。由于电触点材料31还含有碳化钨(WC)，故能够进一步提高电触点材料31的硬度或抗弯强度，例如，能够使维氏硬度大于或等于70、抗弯强度大于或等于230MPa。从而，能够更有效地降低短路试验后的消耗量。

银-石墨(Ag-Gr)系材料中，石墨粒子例如以纤维状的形态分散。在短路试验中，当触点彼此接触时，产生数千度的高热，因此银易于熔析。从而，触点彼此熔敷。因此，使用由还含有碳化钨的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料形成的电触点材料31时，能够防止银浮出到电触点材料31的表面，因此，在短路试验中，即使触点彼此接触而产生高热，银也不易熔析。结果，能够防止短路试验的遮断试验后的熔敷。

该情况下，优选碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于3μm，碳化钨的含量大于或等于2质量%而小于或等于4质量%。碳化钨的平均粒径不足40nm时，难以制作碳化钨的粉末。当碳化钨的平均粒径超过3μm时，电触点材料31部位的强度不均匀。当强度低的部位连结起来时，在短路试验后，电触点材料31选择性地被消耗。当碳化钨的含量不足2质量%时，不能抑制银的熔析，因此耐熔敷性差，同时提高电触点材料31的硬度的效果小。当碳化钨的含量超过4质量%时，因为电触点材料31的电导率变差，所以容易发热。因此，短路时电触点材料31的消耗量变多。

更优选碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于150nm。在碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于150nm的情况下，能够使碳化钨粒子均匀分散到银中，因此，能够更有效地抑制银的熔析。从而，能够防止短路试验的遮断试验后的熔敷。即，能够提高电触点材料31的耐熔敷性能。当碳化钨的平均粒径超过150nm时，因为在电触点材料31的表面存在大量碳化钨粒子，所以容易发热。因此，短路时电触点材料31的消耗量变多。

在由还含有碳化钨的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料制作电触点材料31的情况下，更优选石墨的平均粒径大于或等于1μm而小于或等于5μm。在石墨的平均粒径大于或等于1μm而小于或等于5μm的情况下，能够使石墨均匀地分散到电触点材料中，因此能够强化电触点材料。从而，能够提高电触点材料的硬度和抗弯强度。当石墨的平均粒径不足1μm时，在混合原料粉末后，细的石墨粒子和碳化钨粒子厚厚地塞满于银粒子间。因此，银粒子彼此接触的面积极端减小。本来，银起到保持电触点材料31的强度的作用，但是在银粒子彼此的接触面极小的状态下，即使施加压力，银也不能保持强度，因此难以形成成形体。在该情况下，与只含有石墨粒子的银-石墨系材料相比，由于与石墨粒子同样地能够阻止银粒子彼此接触的碳化钨微粒的存在，石墨粒子的容许最小粒径变大。当石墨的平均粒径超过5μm时，作为用于使银粒子和碳化钨粒子接触的润滑剂的石墨粒子的数量变少，因此，在混合原料粉末时，碳化钨粒子不能均匀地分散而是发生凝聚，难以形成碳化钨均匀分散的电触点材料。因此，有可能得不到由添加碳化钨所产生的效果，即，通过更有效地抑制银的熔析而防止短路试验的遮断试验后的熔敷这样的效果。

接下来，在本发明的另一方面中，装于额定电流值为1～60A左右的小电流用电流断流器10中的可动侧的电触点材料21由银-碳化钨(Ag-WC)系材料形成，固定侧的电触点材料31由银-石墨(Ag-Gr)系材料形成，含有大于或等于0.5质量%而小于或等于2质量%的石墨，剩余部分由银和不可避免的杂质形成，挠度大于或等于0.8mm，维氏硬度大于或等于40，氧含量小于或等于100ppm。

这样，至少将电触点材料31的挠度量相对增大到某特定值以上，另外，将电触点材料的常温下的硬度相对增大到某特定值以上，将氧含量抑制在特定值以下，以能够耐受多次反复的机械冲击的方式构成电触点材料31，从而能够降低过负荷试验后的消耗量。

在银-石墨(Ag-Gr)系材料中，当石墨的含量增加时，微细分散于材料中的石墨粒子起到销栓效果，因此材料被强化。从而，提高材料的硬度和抗弯强度。石墨的含量不足0.5质量%时，不能得到销栓效果。当石墨的含量超过2质量%时，销栓效果过剩，挠度量变小。

与使用大电流相比，在使用小电流的短路试验中的冲击较小，为了耐受该冲击，要求强度相对小的材料，因此，为了耐受过负荷试验中的电流断路器的反复开闭(重复载荷)，需要挠度量大于或等于0.8mm。挠度量不足0.8mm时，因为材料的韧性低，由于上述的重复载荷，电触点材料31产生裂纹。但是，由于制造上困难，优选挠度量为2.5mm以下。在此，所谓“制造上困难”，是指即使想无论怎样增大挠度量，2.5mm也是制造上的界限。

与使用大电流相比，在使用小电流的短路试验中的冲击较小，因此，为了耐受该冲击，维氏硬度必须大于或等于40，维氏硬度不足40时，触点负荷大的短路试验中，由于材料硬度不足，不能维持触点形状。另外，在过负荷试验中，因为触点负荷小，所以触点形状几乎不受维氏硬度的影响。但是，当硬度过大时，由于触点彼此的接触电阻变大，优选维氏硬度小于或等于100。

当氧含量超过100ppm时，由于短路试验时产生的数千度的高热，在材料中存在的氧变成气体，因此，使电触点材料31的基材的一部分飞散。从而，电触点材料31消耗的比例增大。另外，在过负荷试验中，因为触点负荷小，所以电触点材料31的消耗比例几乎不受氧含量的影响。但是，由于制造上困难，优选氧含量大于或等于30ppm。在此，所谓“制造上困难”，是指即使想无论怎样减小氧含量，30ppm也是制造上的界限。

根据本发明的另一个方面的电触点材料31中，与使用大电流相比，在使用小电流的短路试验中的冲击较小，因此，为了耐受该冲击，优选抗弯强度大于或等于120MPa。抗弯强度不足120MPa时，触点负荷大的短路试验中，由于材料的机械强度不足，电触点材料31受到破坏。另外，在过负荷试验中，触点负荷小，因此几乎不受抗弯强度的影响。但是，由于制造上困难，优选抗弯强度小于或等于280MPa。在此，所谓“制造上困难”，是指即使无论怎样增大抗弯强度，280MPa也是制造上的界限。

另外，根据本发明的另一方面的电触点材料31中，优选石墨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于8μm。石墨的平均粒径不足40nm时，因为石墨粒子过细，所以石墨粒子厚厚地塞满银粒子间。因此，银粒子彼此接触的面积极端变小。本来，银起到保持电触点材料31的强度的作用，但是在银粒子彼此的接触面极小的状态下，即使施加压力，银也不能够保持强度，因此难以形成成形体。结果，难以制造电触点材料31。另外，当石墨的平均粒径超过8μm时，电触点材料31的硬度或抗弯强度下降。

另外，如下制造本发明的由银-石墨(Ag-Gr)系材料所形成的电触点材料31。

首先，按照规定的组成将银粉末和石墨粉末在（例如）80～150Pa的真空中混合（例如）30～60分钟。然后，对混合粉末施加（例如）250～350MPa的压力，从而形成压缩成形体。将该压缩成形体在（例如）850～950℃温度的（例如）氢气等还原性气体气氛中，保持（例如）1～2小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在（例如）1000～1200MPa的加压下进行压印加工，以使得真密度达到（例如）97%以上。将压印加工后的部分烧结体在（例如）750～850℃温度的、氮气等惰性气体气氛或者氢气等还原性气体气氛或者这些混合气体气氛中，保持（例如）1～2小时，从而进行预加热，然后，施加100～200GPa的挤出压力，从而进行挤出加工，以形成规定的形状。

另外，如下制造含有碳化钨的本发明的由银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料所形成的电触点材料31。

首先，按照规定的组成，将银粉末、石墨粉末和碳化钨粉末在（例如）80～150Pa的真空中混合（例如）30～60分钟。然后，对混合粉末施加（例如）250～350MPa的压力，从而形成压缩成形体。将该压缩成形体在（例如）850～950℃温度的（例如）氢气等还原性气体气氛中保持（例如）1～2小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在（例如）1000～1200MPa的加压下进行压印加工，以使得真密度达到（例如）97%以上。将压印加工后的部分烧结体在（例如）750～850℃温度的、氮气等惰性气体气氛或者氢气等还原性气体气氛或者这些混合气体气氛中，保持（例如）1～2小时，从而进行预加热，然后，施加100～200GPa的挤出压力从而进行挤出加工，以形成规定的形状。

如上所述，为了制造本发明的由银-石墨(Ag-Gr)系或银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料所形成的电触点材料31，采用了挤出加工法。当利用挤出加工法制造电触点材料31时，原材料粉末中的旧粉末晶界被扯断，由此，挤出加工体中粉末冶金学上最脆弱的粉末晶界得到强化。从而，能够提高材料的抗弯强度或挠度。另外，通过挤出加工法，材料被致密化，因此能够提高材料的硬度。与此相对，当采用烧结法时，原材料粉末中的旧粉末晶界仍然残存于烧结体中，因此，与挤出加工体相比，得到了机械强度低的烧结体。

在本发明的制造方法中，如上所述，将原材料粉末在真空中进行混合。作为原材料粉末的银粉末的比重为石墨粉末比重的大约4.8倍，所以难以将银粉末和石墨粉末在大气中均匀地分散混合。因此，利用在大气中混合得到的混合粉末制成的电触点材料31不能获得由粒子均匀分散强化所产生的效果，所以硬度和抗弯强度下降。与此相对，使用在真空中混合得到的混合粉末制成的电触点材料31，能够获得由粒子均匀分散强化所产生的效果。

另外，本发明的制造方法中，如上所述，将压缩成形体在还原性气体气氛中进行部分烧结，所以能够除去附着在原材料粉末表面上的氧。结果，能够使所得到的电触点材料31的过负荷试验或者短路试验的遮断试验后的消耗量得到降低。与此相对，当将压缩成形体在惰性气体气氛中进行部分烧结时，虽然不存在烧结时混入的氧，但是因为不能除去附着在原材料粉末表面上的氧，所以电触点材料的遮断试验后的消耗量增大。

另外，本发明的制造方法中，如上所述，将部分烧结体进行压印加工后再进行挤出加工，因此，预加热时的材料的密度达到98%以上。因此，能够减少预加热时从加热炉内进入到材料中的氧的量。因而，例如，能够将最终得到的电触点材料31中的氧含量控制在大于或等于20ppm而小于或等于100ppm。与此相对，在不对部分烧结体进行压印加工的情况下，材料的密度为90%左右，所以，预加热时从加热炉内进入到材料中的氧的量增多。因此，发生银的氧化，所以最终得到的电触点材料31中的氧含量增加。

实施例

下面，对为了确认上述实施方式的效果而进行的实施例和比较例的比较实验进行说明。

[实施例A]

在本实施例中，作为与上述实施方式对应的实施例，制作了以下实施例A1～A9的固定侧的电触点材料31。另外，采用与本发明的实施例相同的方法，制作了石墨含量、挠度、维氏硬度及氧含量在本发明范围以外的比较例A1～A8的固定侧的电触点材料31。另外，作为与传统例子对应的比较例，制作了以下的比较例A11～A16、A21～A26、A31～A36、A41～A46的固定侧的电触点材料31。分别使用分别装有这些电触点材料31而构成的额定电流值为100A的大电流用电流断路器，进行了过负荷试验和短路试验的遮断试验。另外，可动侧的电触点材料21使用了含有50质量%的银、剩余部分为碳化钨的材料。

下表1中示出了为了制作本发明的实施例和比较例中的电触点材料31而使用的石墨(Gr)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31中的石墨(Gr)含量、电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度。另外，表1中也示出了有关过负荷试验后的电触点材料31的消耗率、短路试验后的电触点材料31的消耗率的评价结果。另外，表1中，画下划线的数值表示本发明范围以外的数值。

另外，后面描述了有关电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度的测定方法、大电流用电流断路器的过负荷试验和短路试验的遮断试验的方法、这些遮断试验后的消耗率的评价。

(实施例A1～A9)、(比较例A1～A8)

实施例A1～A9和比较例A1～A8中，以表1所示的含量按照如下方式制作含有石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31。

利用球磨机将表1所示平均粒径的石墨(Gr)粉末和平均粒径为3μm的银(Ag)粉末在真空中(100Pa)混合30分钟，使得具有表1所示的石墨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成厚度为300mm、外径为80mm的圆盘状压缩成形体。将该压缩成形体在温度为950℃的氢气（其为还原性气体气氛）中保持1小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在1100MPa的加压下进行压印加工，以使真密度达到97%以上。将压印加工后的部分烧结体在800℃温度的氮气（其为惰性气体气氛）中保持2小时，从而进行预加热，之后施加100GPa的挤出压力，从而挤出加工成截面为10mm见方的棒状体。将所得到的棒状体切成1mm的厚度，从而制作电触点材料31。另外，虽然尝试使用平均粒径为10nm的石墨粉末、并采用上述方法来制作电触点材料，但是无法制造。

(比较例A11～A16)

比较例A11～A16中，按照与上述实施例A1～A9相同的工序，以表1所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于不进行对部分烧结体压印加工的工序。

(比较例A21～A26)

比较例A21～A26中，按照与上述实施例A1～A9相同的工序，以表1所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于将银粉末和石墨粉末在大气中混合。

(比较例A31～A36)

比较例A31～A36中，按照与上述实施例A1～A9相同的工序，以表1所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于将压缩成形体在温度为950℃的氮气（其为保护气体气氛）中保持1小时以进行部分烧结。

(比较例A41～A46)

比较例A41～A46中，以表1所示的含量，按照如下方式制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31。

将表1所示平均粒径的石墨(Gr)粉末和平均粒径为3μm的银(Ag)粉末在大气中手工作业混合30分钟，使得具有表1所示的石墨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成平面形状为10mm见方、厚度为1mm的板状压缩成形体。将该压缩成形体在温度900℃的真空中保持1小时以进行部分烧结。将该部分烧结体在500MPa的压力下进行压印加工，以使得真密度达到97%以上。这样，得到了电触点材料31。

(挠度)

所制作的电触点材料的挠度[mm]依据JISH5501进行测定。

(抗弯强度)

采用与所制作的电触点材料相同的原料来制作5mm×2mm×30mm大小的抗弯试验用的试样。使用该试样，在支点间距离15mm、压头速度1mm/min的条件下测定抗弯强度(MPa)。

(硬度)

使用维氏硬度计，依据JISZ2244，测定了所制作的电触点材料的维氏硬度[HV]。

(氧含量)

测定残留在所制作的电触点材料中的氧含量时，使用株式会社堀场制作所制的氧分析仪器(型号BMGA520)、通过红外线吸收法来进行。

(密度)

通过用电触点材料的重量除以电触点材料的体积(长度×宽度×厚度尺寸的乘积所得到的计算值)而算出的密度除以各材质的理论密度来算出所制作的电触点材料的密度(相对密度)。

(大电流用电流断路器的遮断试验(过负荷试验))

过负荷试验中，在220V的负荷电压下设定了600A的遮断电流。作为试验方法，进行了50次CO任务(在负荷电压220V下600A的遮断电流流过的回路中放置电流断路器，并且在开关呈OFF的状态下，将开关强行切换到ON状态以瞬时遮断电流的试验)。而且，通过下式算出过负荷试验后电触点材料31的消耗率。表1中，作为消耗率的评价，所算出的消耗率为5%以下时用“◎”表示，为10%以下时用“○”表示，超过10%时用“×”表示。

(电触点材料的消耗率)=[{(试验前电触点材料的厚度)-(试验后电触点材料的厚度)}/(试验前电触点材料的厚度)]×100%…(式1)

(大电流用电流断路器的遮断试验(短路试验))

短路试验中，在220V负荷电压下设定了5000A的遮断电流。作为试验方法，依次进行了O任务(在电流断路器的开关呈ON状态下使遮断电流流过，并且使电流遮断的试验)和CO任务(在负荷电压220V下5000A的遮断电流流过的回路中放置电流断路器，并且在开关呈OFF的状态下，将开关强行切换到ON状态以瞬时遮断电流的试验)。即，在该短路试验中，作为操作任务，依次进行了一次O任务和三次CO任务。而且，通过上述(式1)算出短路试验后的电触点材料31的消耗率。表1中，作为消耗率的评价，所算出的消耗率为10%以下时用“◎”表示，为40%以下时用“○”表示，超过40%时用“×”表示。

表1

从表1可知，额定电流值为100A的大电流用电流断路器中，至少将电触点材料的常温下的维氏硬度相对增大到大于或等于55，另外，将挠度量相对增大到大于或等于0.5mm，并且将氧含量抑制在小于或等于100ppm，以在大电流流过而发热的状态(高温下)下不发生变形的方式构成电触点材料，从而不仅能够降低过负荷试验后的消耗率，而且也能够降低短路试验后的消耗量。

[实施例B]

在本实施例中，作为与上述实施方式对应的实施例，制作了以下的实施例B1～B9的固定侧的电触点材料31。另外，采用与本发明的实施例同样的方法，制作了石墨含量、挠度、维氏硬度及氧含量在本发明范围之外的比较例B1～B8的固定侧的电触点材料31。另外，作为与传统例子对应的比较例，制作了以下的比较例B11～B16、B21～B26、B31～B36、B41～B46的固定侧的电触点材料31。分别使用分别装有这些电触点材料31而构成的额定电流值30A的小电流用电流断路器，来进行过负荷试验和短路试验的遮断试验。另外，可动侧的电触点材料21使用了含有50质量%的银、剩余部分为碳化钨的材料。

下表2示出了为了制作本发明的实施例和比较例的电触点材料31而使用的石墨(Gr)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31中的石墨(Gr)的含量、电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度。另外，表2也示出了有关过负荷试验后的电触点材料31的消耗率、短路试验后的电触点材料31的消耗率的评价结果。另外，表2中画下划线的数值表示本发明范围以外的数值。

另外，电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度的测定方法与上述实施例A相同。后面描述了小电流用电流断路器的过负荷试验和短路试验的遮断试验方法、这些遮断试验后的消耗率的评价。

(实施例B1～B9)、(比较例B1～B8)

实施例B1～B9和比较例B1～B8中，以表2所示的含量，按照如下方式制作了含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31。

利用球磨机将表2所示平均粒径的石墨(Gr)粉末和平均粒径为3μm的银(Ag)粉末在真空中(100Pa)混合30分钟，使得具有表2所示的石墨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成厚度300mm、外径80mm的圆盘状压缩成形体。将该压缩成形体在温度为950℃的氢气（其为还原性气体气氛）中保持1小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在1100MPa的加压下进行压印加工，以使真密度达到97%以上。将压印加工后的部分烧结体在800℃温度的氮气（其为惰性气体气氛）中保持2小时，从而进行预加热，之后施加100GPa的挤出压力，从而挤出加工成截面为10mm见方的棒状体。将所得到的棒状体切成1mm的厚度，从而制作电触点材料31。另外，虽然尝试使用平均粒径为10nm的石墨粉末、并采用上述方法来制作电触点材料，但无法制造。

(比较例B11～B16)

比较例B11～B16中，按照与上述实施例B1～B9相同的工序，以表2所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于不进行对部分烧结体压印加工的工序。

(比较例B21～B26)

比较例B21～B26中，按照与上述实施例B1～B9相同的工序，以表2所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于将银粉末和石墨粉末在大气中混合。

(比较例B31～B36)

比较例B31～B36中，按照与上述实施例B1～B9相同的工序，以表2所示的含量制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31，不同之处在于将压缩成形体在温度为950℃的氮气（其为保护气体气氛）中保持1小时以进行部分烧结。

(比较例B41～B46)

比较例B41～B46中，以表2所示的含量按照如下方式制作含石墨(Gr)的银-石墨(Ag-Gr)系材料的电触点材料31。

将表2所示平均粒径的石墨(Gr)粉末和平均粒径为3μm的银(Ag)粉末在大气中手工作业混合30分钟，使得具有表2所示的石墨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成平面形状为10mm见方、厚度为1mm的板状压缩成形体。将该压缩成形体在温度为900℃的真空中保持1小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在500MPa的压力下进行压印加工，以使真密度达到97%以上。这样，得到了电触点材料31。

(小电流用电流断路器的遮断试验(过负荷试验))

耐久试验中，在220V的负荷电压下设定了180A的遮断电流。作为试验方法，进行了50次CO任务(在负荷电压220V下180A的遮断电流流过的回路中放置电流断路器，在开关呈OFF状态下，将开关强行转换到ON状态以瞬时遮断电流的试验)。而且，通过上述的(式1)算出过负荷试验后的电触点材料31的消耗率。表2中，作为消耗率的评价，所算出的消耗率为5%以下时用“◎”表示，为10%以下时用“○”表示，超过10%时用“×”表示。

(小电流用电流断路器的遮断试验(短路试验))

短路试验中，在220V的负荷电压下设定了300A的遮断电流。作为试验方法，依次进行了O任务(在电流断路器的开关呈ON状态下使遮断电流流过，并使电流遮断的试验)和CO任务(在负荷电压220V下300A的遮断电流流过的回路中放置电流断路器，在开关呈OFF状态下，将开关强行转换到ON状态以瞬时遮断电流的试验)。即，在该短路试验中，作为操作任务，依次进行了一次O任务和三次CO任务。而且，通过上述(式1)算出短路试验后的电触点材料31的消耗率。表2中，作为消耗率的评价，所算出的消耗率为10%以下时用“◎”表示，为40%以下时用“○”表示，超过40%时用“×”表示。

表2

从表2可知，在额定电流值为30A的小电流用电流断路器中，至少将电触点材料的挠度量相对增大到大于或等于0.8mm，另外，将电触点材料的常温下的维氏硬度相对增大到大于或等于40，将氧含量抑制在小于或等于100ppm，以能够耐受多次反复的机械冲击的方式构成电触点材料，从而不仅能够降低短路试验后的消耗率，而且也能够降低过负荷试验后的消耗量。

[实施例C]

在本实施例中，作为与上述实施方式对应的实施例，制作了以下的实施例C1～C20的固定侧的电触点材料31。另外，作为与传统例子对应的比较例，制作了以下的比较例C107、C207、C307、C407的固定侧的电触点材料31。分别使用分别装有这些电触点材料31而构成的额定电流值100A的大电流用电流断路器，进行了过负荷试验和短路试验的遮断试验。另外，可动侧的电触点材料21使用了含有50质量%的银、剩余部分为碳化钨的材料。

下表3示出了为了制作本发明的实施例和比较例的电触点材料31而使用的石墨(Gr)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31的石墨(Gr)含量、碳化钨(WC)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31中碳化钨(WC)的含量、电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度。另外，表3也示出了有关过负荷试验后的电触点材料31的消耗率、短路试验后的电触点材料31的消耗率的评价结果。另外，表3中画下划线的数值表示本发明范围以外的数值。

另外，电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量以及密度的测定方法与上述实施例A相同。大电流用电流断路器的过负荷试验和短路试验的遮断试验方法、这些遮断试验后的消耗率评价也与上述实施例A相同。

(实施例C1～C20)

实施例C1～C20中，以表3所示的含量按照如下方式制作含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31。

利用球磨机将表3所示平均粒径的石墨(Gr)粉末和碳化钨(WC)粉末、以及平均粒径3μm的银(Ag)粉末在真空中(100Pa)混合30分钟，使得具有表3所示的石墨含量和碳化钨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成厚度300mm、外径80mm的圆盘状压缩成形体。将该压缩成形体在温度为950℃的氢气（其为还原性气体气氛）中保持1小时，从而进行部分烧结。将该部分烧结体在1100MPa的加压下进行压印加工，以使得真密度达到97%以上。将压印加工后的部分烧结体在800℃温度的氮气（其为惰性气体气氛）中保持2小时，从而进行预加热，之后施加100GPa的挤出压力，从而挤出加工成截面为10mm见方的棒状体。将所得到的棒状体切成1mm的厚度，从而制作电触点材料31。

(比较例C107)

比较例C107中，按照与上述实施例C1～C20相同的工序，如表3所示，以与实施例C7相同的平均粒径和含量，制作含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31，不同之处在于不进行对部分烧结体压印加工的工序。

(比较例C207)

比较例C207中，按照与上述实施例C1～C20相同的工序，如表3所示，以与实施例C7相同的平均粒径和含量，制作含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31，不同之处在于将银粉末、石墨粉末和碳化钨粉末在大气中混合。

(比较例C307)

比较例C307中，按照与上述实施例C1～C20相同的工序，如表3所示，以与实施例C7相同的平均粒径和含量，制作含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31，不同之处在于将压缩成形体在温度为950℃的氮气（其为保护气体气氛）中保持1小时以进行部分烧结。

(比较例C407)

比较例C407中，以表3所示的含量，按照如下方式制作含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31。

将表3所示平均粒径的石墨(Gr)粉末、碳化钨(WC)粉末以及平均粒径3μm的银(Ag)粉末在大气中手工作业混合30分钟，使得具有表3所示的石墨含量。用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成平面形状为10mm见方、厚度为1mm的板状压缩成形体。将该压缩成形体在温度900℃的真空中保持1小时以进行部分烧结。将该部分烧结体在500MPa的压力下进行压印加工，以使得真密度达到97%以上。这样，得到了电触点材料31。

从表3可知，即使在使用了银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31的额定电流值为100A的大电流用电流断路器中，至少将电触点材料的常温下的维氏硬度相对增大到大于或等于55，另外，将挠度量相对增大到大于或等于0.5mm，并且将氧含量抑制在小于或等于100ppm，以在大电流流过而发热的状态(高温)下不发生变形的方式构成电触点材料，从而不仅能够降低过负荷试验后的消耗率，而且也能够降低短路试验后的消耗量。

[实施例D]

在本实施例中，作为与上述实施方式对应的实施例，制作了以下的实施例D1～D9的固定侧的电触点材料31。采用与本发明实施例相同的方法，制作了碳化钨粉末的平均粒径和碳化钨的含量在本发明的优选范围之外的比较例D1～D4的固定侧的电触点材料31。分别使用分别装有这些电触点材料31而构成的额定电流值为100A的大电流用电流断路器，以进行熔敷试验。另外，可动侧的电触点材料21使用了含有50质量%的银、剩余部分为碳化钨的材料。

下表4示出了为了制作本发明的实施例和比较例的电触点材料31而使用的石墨(Gr)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31中石墨(Gr)的含量、碳化钨(WC)粉末的平均粒径、所制作的电触点材料31中碳化钨(WC)的含量。另外，表4中也示出了有关熔敷试验的评价结果。另外，表4中画下划线的数值表示本发明优选范围之外的数值。

另外，电触点材料31的挠度、抗弯强度、硬度、氧含量及密度的测定方法与上述实施例A相同。后面描述大电流用电流断路器的熔敷试验的方法、熔敷试验的评价。

(实施例D1～D9)、(比较例D1～D4)

实施例D1～D9和比较例D1～D4中，以表4所示的含量按照如下方式制作了含石墨(Gr)和碳化钨(WC)的银-石墨-碳化钨(Ag-Gr-WC)系材料的电触点材料31。

利用球磨机将表4所示平均粒径的石墨(Gr)粉末、碳化钨(WC)粉末和平均粒径3μm的银(Ag)粉末在真空中(100Pa)混合30分钟，使得具有表4所示的石墨含量和碳化钨含量。使用压力机对所得到的混合粉末施加300MPa的压力，从而形成了厚度300mm、外径80mm的圆盘状压缩成形体。将该压缩成形体在温度950℃的氢气（其为还原性气体气氛）中保持1小时以进行部分烧结。将该部分烧结体在1100MPa的加压下进行压印加工，以使真密度达到97%以上。将压印加工后的部分烧结体在800℃温度的氮气（其为惰性气体气氛）中保持2小时，以进行预加热，之后施加100GPa的挤出压力，从而挤出加工成截面为10mm见方的棒状体。将所得到的棒状体切成1mm的厚度，从而制作电触点材料31。

(大电流用电流断路器的熔敷试验)

熔敷试验中，在265V负荷电压下设定了5000A的遮断电流。作为试验方法，依次进行O任务(在电流断路器的开关呈ON状态下使遮断电流流过，并使电流遮断的试验)和CO任务(在负荷电压265V下5000A的遮断电流流过的回路中放置电流断路器，在开关呈OFF状态下，将开关强行转换到ON状态以瞬时遮断电流的试验)。即，在该熔敷试验中，作为操作任务，依次进行了一次O任务和五次CO任务。而且，对熔敷试验中或熔敷试验后电触点材料31的熔敷情况进行了评价。表4中，作为熔敷情况的评价，触点完全没有熔敷时用“◎”表示，通过电流断路器的ON/OFF可简单地脱去熔敷的情况(轻熔敷)用“○”表示，通过电流断路器的ON/OFF不能简单地脱去熔敷的情况(重熔敷)用“×”表示。

表4

从表4可知，额定电流值100A的大电流用电流断路器中，通过用碳化钨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于150nm、碳化钨的含量大于或等于2质量%而小于或等于4质量%的银-石墨-碳化钨系材料来构成电触点材料，能够防止短路试验的遮断试验后的熔敷。

本次公开的实施方式和实施例在各方面都应认为是示例性、而不是限制性的。本发明的范围并不限定于以上的实施方式和实施例，而是由权利要求书表示，并且意图包括与权利要求书等同的意思及范围内的所有修改和变形。

例如，在上述实施方式和实施例中，示出了电流断路器10的固定侧触点部件30中应用了本发明的电触点材料31的例子，但是本发明并不局限于该例子，电流断路器10的可动侧触点部件20或固定侧触点部件30中的任意一个也可以使用本发明的电触点材料。

另外，在上述实施方式和实施例中，示出了作为开闭器的一个例子的电流断路器10中使用了本发明的电触点材料31的例子，但是本发明并不局限于该例子，例如，电磁开闭器等电流断路器之外的开闭器(开关设备)中也可以使用本发明的电触点材料。

工业实用性

本发明的电触点材料可装入到额定电流值为100～3200A的大电流用电流断路器、或者额定电流值为1～60A的小电流用电流断路器中而使用。

符号说明

10电流断路器

21、31电触点材料

Claims (4)

1.一种电触点材料，含有大于或等于0.5质量％而小于或等于2质量％的石墨，剩余部分为银和不可避免的杂质，其挠度大于或等于0.8mm，维氏硬度大于或等于40，并且氧含量小于或等于100ppm。

2.权利要求1所述的电触点材料，其中抗弯强度大于或等于120MPa。

3.权利要求1所述的电触点材料，其中，所述石墨的平均粒径大于或等于40nm而小于或等于8μm。

4.一种电触点材料的制备方法，其为权利要求1所述的电触点材料的制备方法，包括以下步骤：

通过将银粉末和石墨粉末在真空中混合而获得混合粉末的步骤；

通过对所述混合粉末施加压力而形成压缩成形体的步骤；

通过将所述压缩成形体保持在还原性气体气氛中以进行部分烧结的步骤；

将所述部分烧结体在加压下进行压印加工的步骤；以及

通过将所述压印加工后的部分烧结体保持在惰性气体气氛中、或者还原性气体气氛中、或者惰性气体与还原性气体的混合气体气氛中以进行预加热，然后施加挤出压力以进行挤出加工的步骤。