CN103949741B - 一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法。用化学纯酒精做冷却液，加工铜钨碳化钨电触头，用酒精清洗铜钨碳化钨电触头，将清洗后的铜钨碳化钨电触头立即存放在真空环境中；在铜钨碳化钨电触头与导电杆之间放入银铜焊料片，在氢气和真空环境下加热到所述银铜焊料的熔点，焊料熔化使铜钨碳化钨电触头与导电杆焊接在一起。本发明的焊接强度要达高于电镀触头的焊接，而与覆铜触头的焊接强度相当。工序简单、省时省力、性能可靠。

Description

一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法

技术领域

本发明属于真空电子器件，涉及真空开关管的制造，具体涉及一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法。

背景技术

真空开关管又称真空灭弧室，现已经广泛用于煤碳，化工，电力，治金以及自动化领域，具有防爆，免维护，使用寿命长，安全可靠等优点。真空开关管的基本原理是将电触头与无氧铜材料制造的导电杆焊接起来并通过伸缩元件波纹管封闭在绝缘体（玻璃或者陶瓷）内的真空中，管内的真空度一般要求在10^-3Pa～10^-5Pa左右。在制造真空开关管过程中钎焊尤其重要，真空开关管核心的部件是电触头。真空开关管的触头主要是由高熔点的钨和高导电率的铜等元素组成，具体应用主要有两类。一种是碳化钨铜，另一种是铜钨碳化钨触头。真空开关管使用的电触头的过程是，通过粉末冶金工艺烧结成毛胚，利用车床精加工成需要的圆片状，然后与圆柱状的导电杆焊接在一起。两者通过银铜焊料片在电触头焊接表面的过渡层的帮助下实现过渡焊接。其中的过渡层也就是在触头的表面电镀一层镍层，其中镍层厚度为8～10μm。通过在氢气中或者真空中加热，加热到焊料的熔点以上，利用焊料熔化而使触头与导电杆焊接在一起。要实现触头的表面牢固、可靠的电镀层镍层，首先，对触头先进行清洗，包括碱洗、酸洗，达到去油污和氧化层的目的，保证对后面进行的电镀镍层结合紧密的作用，然后进行镀镍，再对触头进行高温烧氢处理，目的是使在触头表面的镀镍层与触头结合的更紧密，同时利用氢气的分解、还原作用使在电镀过程中进入触头内部的酸以及其他液体物质分解挥发掉，以免装入真空管时产生放气源，在工作时放出大量的气体，导致开断大电流时，真空开关管开断失败。该工艺方法操作复杂，对设备、工艺要求很高，并且在后续的使用过程时还要用车床再加工触头的另一表面，去除镀镍层，露出需要的工作面。其中镀镍层的附着力，是其中的关键问题，如果酸洗的时候腐蚀过重，镀镍后附着力降低，真空管中就经常发生触头由于镍层与材料附着力差而导致触及头在开关时脱落的现象。随着科技的发展，采用在触头毛坯上面再熔化一层无氧铜的方法，在触头表面形成1mm左右的无氧铜层的复合触头，从而跨过了电镀这个工艺环节。该工艺方法虽然可以避开触头的电镀工艺但是成本高，而且铜容易渗入铜钨碳化钨材料的内部，会降低触头的硬度且容易造成内部成分不均匀。

发明内容

本发明为了解决钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆时工序复杂、成本高的问题，提供了一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法，具体包括以下步骤：

a)用化学纯酒精做冷却液加工铜钨碳化钨电触头，用酒精清洗铜钨碳化钨电触头，将清洗后的铜钨碳化钨电触头立即存放在真空环境中，备用；

b)在步骤a所述的铜钨碳化钨电触头与导电杆之间放入银基焊料片，在氢气和真空环境下加热到所述银铜焊料的熔点，焊料熔化使铜钨碳化钨电触头与导电杆焊接在一起。

所述的步骤b中的银铜焊料片是与导电杆直径相同，厚度为0.1mm银铜焊料片。

所述的步骤b中的银铜焊料片中各组分的质量百分比为：铜量为28%，银为72%。

本发明的有益效果是：本发明实现电触头与导电杆的无过渡钎焊工艺，直接不用酸洗，可减少铜原子在触头表面的流失。在车床加工触头时，用化学纯酒精做冷却液，达到无油化加工，同时用酒精清洗后的触头立即存放在真空环境中，避免触头的氧化，从而也就减去了在钎焊时的酸洗工艺步骤，省时省力。对铜钨碳化钨电触头在开关管中进行无电镀钎焊试验，无需在电触头表面电镀过渡层镍层，且省去了在后续的使用过程时还要用车床再加工触头的另一表面，去除镀镍层，露出需要的工作面，节约成本、工序简单、节约能耗。铜钨碳化钨电触头成功地实现可靠地钎焊，经过与相同材料的电镀触头、覆铜触头对此，焊接强度要高于电镀触头的焊接，而与覆铜触头的焊接强度相当，性能可靠。对碳化钨电触头（其中铜质量百分比是40%±3%，钨60%±3%，碳为0.9%±0.1%）也做同样的对比实验，实验结果表明碳化钨电触头与导电杆的焊接不是很可靠，通过分析可知在碳化钨电触头中，碳元素的比例含量过高，阻挡了铜原子与铜原子的焊接，其次是碳化钨电触材料的骨架结构是碳化钨晶体，铜原子很容易被碳化钨晶格中的碳原子共价键吸附，进而只有少量的铜原子参与到焊接中。而铜钨碳化钨电触头中碳元素的比例含量比较低，也就是碳化钨的比例要相对比碳化钨电触头中的碳化钨比例低，它的骨架是碳化钨晶体与铜钨晶体的混合结构，并且铜钨晶体占主要地位，钨对铜原子的吸附就没有碳对铜原子吸附强，所以就有更多的铜原子参与到焊接中，满足了银铜焊料对焊接金属浸润性的要求，形成牢固可靠的焊接。经实践，该工艺用在ZKTJ250/1.14型真空开关管中、ZKTJ450/3.6型真空开关管中，安全可靠。

具体实施方式

铜钨碳化钨中铜是30%±2%，钨70%±2%，碳为0.5%±0.1%，是碳化钨粉、铜钨粉混合，采用粉末冶金工艺在真空炉中烧结而成的。用化学纯酒精做冷却液加工铜钨碳化钨电触头，达到无油化加工，用酒精清洗铜钨碳化钨电触头，将清洗后的铜钨碳化钨电触头立即存放在真空环境中，备用。将铜钨碳化钨电触头放在真空开关管中，在铜钨碳化钨电触头与导电杆之间放入与导电杆直径相同的厚0.1毫米的银铜焊料片，银铜焊料片中铜质量百分比为28%、银为72%，在氢气和真空环境中加热到银铜焊料的熔点779℃，将焊料熔化使触头与导电杆焊接在一起实现无电镀钎焊。

Claims (1)

1.一种钎焊铜钨碳化钨电触头与导电杆的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

a)用化学纯酒精做冷却液加工铜钨碳化钨电触头，用酒精清洗铜钨碳化钨电触头，将清洗后的铜钨碳化钨电触头立即存放在真空环境中，备用；

b)在步骤a所述的铜钨碳化钨电触头与导电杆之间放入银基焊料片，在氢气和真空环境下加热到所述银基焊料片的熔点，焊料熔化使铜钨碳化钨电触头与导电杆焊接在一起；所述银基焊料片是含铜量质量百分比为28%，含银质量百分比为72% 厚度为0.1mm，且与导电杆直径相同的银铜焊料片。