CN106011510B - 铜钨触头材料的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜钨触头材料的制作方法,包括以下步骤:步骤1,向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀;步骤2,将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;步骤3,将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,通入脉冲直流电流并升温至1020‑1055℃,保温1.5‑3.5min后,冷却;步骤4,将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,通入脉冲直流电流并升温至1100‑1200℃,保温1.5‑3.5min;步骤5,将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1200‑1800℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温2‑20小时,得到铜钨触头材料。本发明的生产方法有缩短生产周期的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电触头制备技术领域,具体涉及一种铜钨触头材料的制作方法。
背景技术
高压开关的心脏元件,通过它的分断和接通,达到传递、承受、断开、控制能量的目的。高压电触头在高电压、大电流、高温电弧的共同作用下其动作可靠性、耐久性、稳定性是影响开关寿命、安全可靠及电网的稳定性的关键因素。
铜钨触头由于耐电弧能力较强,尤其是在断路器分合过程中,会产生电弧,大量的能量作用在触头上,因此耐烧的材料是保证断路器电气寿命的重要条件。
公开号为CN104795264A的发明公开了一种铜钨触头材料的制作方法,该方法包括以下步骤:(1)钨粉预处理技术:把4-8μm的钨粉置于不锈钢舟的卧式钼丝炉中,于400-650℃下还原性气氛保护下还原30分钟得到的具有表面活性的钨粉;(2)骨架钨粉造孔技术:将活性钨粉与造孔剂\溶剂油按下列比例钨粉:SBP胶:溶剂油=1000:24:20进行称量后,在70-85℃真空环境下充分搅拌,得到分布均匀干燥的钨胶体粉;(3)金属模单向压制技术:将钨胶体粉在金属钢模中于油压机下通过单向压制得到的骨架粉坯;(4)卧式钼丝炉钨骨架预烧结技术:将步骤(3)中得到的骨架粉坯装入石墨舟中并在骨架坯的四周填充刚玉粉至填满整个石墨舟,将石墨舟置于卧式钼丝炉中在高温还原性气氛条件下将造孔剂除去,得到空隙分布均匀的钨骨架坯;(5)卧式钼丝炉钨合金烧结渗铜技术:将步骤(4)得到的钨骨架坯进行结合面部分精加工与含铜材料组合,以含铜材料完全熔渗满骨架柸中的空隙为准,然后装在石墨舟中在惰性气体保护下于1200-1500℃烧结1-3小时冷却后得到的铜钨合金;(6)电子束焊接技术:将经过固溶时效处理的铬青铜棒与步骤(5)得到的铜钨合金加工后通过电子束焊接形成整体触头。
从上述制备铜钨触头的工艺过程可以看出,其需要先将钨粉预先成型,然后预烧结,最后进行高温渗铜,这样的生产工艺不但周期长、而且耗能大。因此,在高压开关发展速度和使用量大的情况下,制备铜钨触头工艺的缩短以及降低能耗变得十分必要。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种缩短生产周期的铜钨触头材料的制作方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
铜钨触头材料的制作方法,包括以下步骤:
步骤1,混粉:向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀,使用V-混合器或低速球磨机均匀混合;
步骤2,过筛分散:将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;
步骤3,预烧结:将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,在1-3.8吨/cm2的压力下进行模压,模压时温度设置为650-800℃,得到模塑制品,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到35-50MPa后,通入脉冲直流电流并升温至1020-1055℃,保温1.5-3.5min后,随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物;预烧结温度低于铜的熔点,通过预烧结可以得到多孔烧结产物;
步骤4,二次烧结:将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到25-35MPa后,通入脉冲直流电流并升温至1100-1200℃,保温1.5-3.5min后,得到二次烧结的铜钨触头材料;二次烧结过程中的温度高于铜的熔点,将预烧结的铜钨触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理,使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中;
步骤5,热后处理:将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1200-1800℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温2-20小时,得到铜钨触头材料,保持温度高则时间相应较短,保持温度低则保持时间相应较长。
优选地,步骤1中钨粉粒径为5-8μm,铜粉粒径为60-75μm。
优选地,步骤1中钨粉与铜粉的重量比例为3:2。
优选地,粘结剂在加入混合粉之前采用溶剂油进行稀释分散。
优选地,加入溶剂油的比例为钨粉重量的2%-4%。
优选地,步骤1中的粘结剂为SBP胶。
优选地,步骤1中加入粘结剂的比例为钨粉重量的1%-2%。
优选地,所述步骤3中以80-200℃/min的升温速率升温至1020-1055℃。
优选地,所述步骤4中以80-200℃/min的升温速率升温至1100-1200℃。
优选地,在石墨模具的表面涂有涂层,该涂层的化学成分为高铝粉25-40重量份,钝化剂为1-3重量份,云母粉4-8重量份,石墨5-10重量份,水1-3重量份,粘结剂20-30重量份。
优选地,其中钝化剂为CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一种;粘结剂为钠玻璃、钾玻璃或钠-钾玻璃三种水玻璃中任一种。
本发明的显著效果是:通过本发明的方法替代了现有技术中制备铜钨触头材料的成型、预烧结及高温渗铜三个环节,制备获得的混粉CuW60触头材料在保证性能的同时,不但有效地缩短了生产周期,减少了耗能,而且加热均匀,升温速度快,烧结温度低,烧结时间短,生产效率高,产品组织细小均匀,能保持原材料的自然状态,可以得到高致密度的铜钨触头材料。
以本发明的方法获得混粉CuW60触头材料为例,其性能检测如下表1:
表1:混粉CuW60触头材料性能检测表
另外,本发明在石墨模具的表面设置了涂层后,由于该涂层可以耐受1500℃以上的温度,因此,不但对烧结的产品和石墨模具起到了隔离作用,而且还有助于对石墨模具和烧结的产品起到保护作用。
具体实施方式
实施例1:
铜钨触头材料的制作方法,包括以下步骤:
步骤1,混粉:将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散,向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂,使用V-混合器或低速球磨机均匀混合;其中钨粉与铜粉的重量比例为3:2,钨粉粒径为5μm,铜粉粒径为60μm,加入溶剂油的比例为钨粉重量的2%,加入粘结剂的比例为钨粉重量的1%;
步骤2,过筛分散:将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;
步骤3,预烧结:将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,在1吨/cm2的压力下进行模压,模压时温度设置为650℃,得到模塑制品,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到35MPa后,通入脉冲直流电流并以80℃/min的升温速率升温至1020℃,保温1.5min后,随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物;预烧结温度低于铜的熔点,通过预烧结可以得到多孔烧结产物;
步骤4,二次烧结:将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到25MPa后,通入脉冲直流电流并以80℃/min的升温速率升温至1100℃,保温1.5min后,得到二次烧结的铜钨触头材料;二次烧结过程中的温度高于铜的熔点,将预烧结的铜钨触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理,使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中;
步骤5,热后处理:将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1200℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温2小时,得到铜钨触头材料,保持温度高则时间相应较短,保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层,该涂层的化学成分为高铝粉25重量份,钝化剂为1重量份,云母粉4重量份,石墨5重量份,水1重量份,粘结剂20重量份。其中钝化剂为CrO3,粘结剂为钠玻璃。
实施例2:
铜钨触头材料的制作方法,包括以下步骤:
步骤1,混粉:将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散,向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂,使用V-混合器或低速球磨机均匀混合;其中钨粉与铜粉的重量比例为3:2,钨粉粒径为6.5μm,铜粉粒径为67.5μm,加入溶剂油的比例为钨粉重量的3%,加入粘结剂的比例为钨粉重量的1.5%;
步骤2,过筛分散:将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;
步骤3,预烧结:将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,在2.4吨/cm2的压力下进行模压,模压时温度设置为725℃,得到模塑制品,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到42.5MPa后,通入脉冲直流电流并以140℃/min的升温速率升温至1037.5℃,保温2.5min后,随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物;预烧结温度低于铜的熔点,通过预烧结可以得到多孔烧结产物;
步骤4,二次烧结:将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到30MPa后,通入脉冲直流电流并以140℃/min的升温速率升温至1150℃,保温2.5min后,得到二次烧结的铜钨触头材料;二次烧结过程中的温度高于铜的熔点,将预烧结的铜钨触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理,使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中;
步骤5,热后处理:将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1500℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温11小时,得到铜钨触头材料,保持温度高则时间相应较短,保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层,该涂层的化学成分为高铝粉32.7重量份,钝化剂为2重量份,云母粉6重量份,石墨7.5重量份,水2重量份,粘结剂25重量份。其中钝化剂为KMnO4,粘结剂为钾玻璃。
实施例3:
铜钨触头材料的制作方法,包括以下步骤:
步骤1,混粉:将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散,向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂,使用V-混合器或低速球磨机均匀混合;其中钨粉与铜粉的重量比例为3:2,钨粉粒径为8μm,铜粉粒径为75μm,加入溶剂油的比例为钨粉重量的4%,加入粘结剂的比例为钨粉重量的2%;
步骤2,过筛分散:将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;
步骤3,预烧结:将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,在3.8吨/cm2的压力下进行模压,模压时温度设置为800℃,得到模塑制品,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到50MPa后,通入脉冲直流电流并以200℃/min的升温速率升温至1055℃,保温3.5min后,随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物;预烧结温度低于铜的熔点,通过预烧结可以得到多孔烧结产物;
步骤4,二次烧结:将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到35MPa后,通入脉冲直流电流并以200℃/min的升温速率升温至1200℃,保温3.5min后,得到二次烧结的铜钨触头材料;二次烧结过程中的温度高于铜的熔点,将预烧结的铜钨触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理,使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中;
步骤5,热后处理:将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1800℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温20小时,得到铜钨触头材料,保持温度高则时间相应较短,保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层,该涂层的化学成分为高铝粉40重量份,钝化剂为3重量份,云母粉8重量份,石墨10重量份,水3重量份,粘结剂30重量份。其中钝化剂为K2Cr2O7,粘结剂为钠-钾玻璃。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,混粉:向钨粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀;所述钨粉和铜粉的重量比例为3:2;
步骤2,过筛分散:将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒;
步骤3,预烧结:将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具,在1-3.8吨/cm2的压力下进行模压,模压时温度设置为650-800℃,得到模塑制品,放置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到35-50MPa后,通入脉冲直流电流并升温至1020-1055℃,保温1.5-3.5min后,随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物;
步骤4,二次烧结:将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压,当压强达到25-35MPa后,通入脉冲直流电流并升温至1100-1200℃,保温1.5-3.5min后,得到二次烧结的铜钨触头材料;
步骤5,热后处理:将步骤4得到的二次烧结的铜钨触头材料置于1200-1800℃的温度范围内,在真空或惰性气体保护中进行保温2-20小时,得到铜钨触头材料。
2.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,步骤1中钨粉粒径为5-8μm,铜粉粒径为60-75μm。
3.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,粘结剂在加入混合粉之前采用溶剂油进行稀释分散。
4.根据权利要求3所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,加入溶剂油的比例为钨粉重量的2%-4%。
5.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,步骤1中的粘结剂为SBP胶。
6.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,步骤1中加入粘结剂的比例为钨粉重量的1%-2%。
7.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,所述步骤3中以80-200℃/min的升温速率升温至1020-1055℃。
8.根据权利要求1所述的铜钨触头材料的制作方法,其特征在于,所述步骤4中以80-200℃/min的升温速率升温至1100-1200℃。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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