CN106222476A - 一种新型电触头材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电工技术材料领域，具体涉及一种新型电触头材料，其组分和百分含量如下：银：74‑94%；二硼化锆：2‑24%；石墨：0.5‑4%。本发明提出的新型电触头材料，利用二硼化锆抗氧化能力强、硬度高、耐磨损及导电导热性能好等优点，代替常规电触头材料中的碳化钨或镍，既起到抗电弧侵蚀作用，又提高了触头的抗氧化能力；利用石墨高熔点、氧化后形成还原性气体且在工作面无残留的特点，在触头中起到抗熔焊作用。两者含量合理搭配，既能保证触头的抗电弧侵蚀能力，又能保证触头具有足够的抗熔焊能力，从而达到提高触头寿命、降低触头间接触电阻、降低温升的效果。

Description

一种新型电触头材料
技术领域
本发明涉及电工技术材料领域，具体涉及一种新型电触头材料。
背景技术
当前在断路器所用的电触头材料中，静触头绝大部分采用导电导热性能良好的银作为基体材料，采用高硬度或高熔点的材料作为增强项，如碳化钨、石墨等，采用粉末冶金烧结复压工艺制成假合金。其中以AgWCC、AgC及AgNiC为代表的触头材料，因其良好的抗熔焊性能等特点被广泛应用于各种塑壳断路器及框架式万能断路器上。该种触头材料的抗熔焊性能主要是因其组织内部的石墨增强项，而高熔点高硬度的碳化钨颗粒则主要是提高触头抗电弧烧损的能力。
不过此类触头中用到的WC和Ni，其抗氧化能力弱，被氧化后的触头其表面接触电阻高，不仅可能导致断路器不导通，还可能造成断路器温升过高。像WC，在空气中500℃ 以上即开始活性氧化，抗氧化能力弱；像Ni，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜。
近来也有用氮化钛或碳化钛等化合物直接代替碳化钨+石墨或镍+石墨从而制成银氮化钛或银碳化钛电触头的。该类电触头利用氮化钛或碳化钛等化合物硬度高、熔点高等特点，使其既抗电弧侵蚀又抗熔焊。不过该类触头材料由于不含有石墨，当化合物体积含量低于15%时，触头抗电弧侵蚀和抗熔焊能力不足；当化合物体积含量不低于15%时，由于没有石墨保护，化合物在电弧高温作用下，与空气反应生成导电性能差的氧化物，且残留在工作层表面，使断路器的温升过高，甚至造成断路器不能导通。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种新型电触头材料。
本发明所采取的技术方案如下：一种新型电触头材料，其组分和百分含量如下：银：74-94%；二硼化锆：2-24%；石墨：0.5-4%。
一种制备上述的新型电触头材料的方法，包括以下步骤：
1）将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2）将混合均匀的粉末模压成型；
3）将压制成型的压坯高温烧结；
4）对烧结后的压坯施加压力。
步骤2）中，模压成型后的压坯孔隙率为5—40%。
步骤3）中，高温烧结在氢气或氨分解气保护下。
步骤3）中，在880—940℃的温度下保温2小时以上。
步骤4）中，复压压力6—12tf/cm2。
本发明的有益效果如下：本发明提出的新型电触头材料，利用二硼化锆抗氧化能力强、硬度高、耐磨损及导电导热性能好等优点，代替常规电触头材料中的碳化钨或镍，既起到抗电弧侵蚀作用，又提高了触头的抗氧化能力；利用石墨高熔点、氧化后形成还原性气体且在工作面无残留的特点，在触头中起到抗熔焊作用。两者含量合理搭配，既能保证触头的抗电弧侵蚀能力，又能保证触头具有足够的抗熔焊能力，从而达到提高触头寿命、降低触头间接触电阻、降低温升的效果。
附图说明
图1为制备新型电触头材料的流程图。
具体实施方式
实施例1
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银 94%，二硼化锆 2%，石墨 4%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力12tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约12%，温升下降约10%。
实施例2
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银92%，二硼化锆5%，石墨3%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约15%，温升下降约8%。
实施例3
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银 90%，二硼化锆 9.5%，石墨 0.5%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约15%，温升下降约12%。
实施例4
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银 87%，二硼化锆 12%，石墨 1%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约8%，温升下降约8%。
实施例5
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银 85%，二硼化锆 12%，石墨 3%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约6%，温升下降约5%。
实施例6
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银79%，二硼化锆 19%，石墨 2%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约6%，温升下降约5%。
实施例7
电触头材料的成分配比为（重量百分比）：银 74%，二硼化锆 24%，石墨 2%。
制造工艺：
1.混粉—将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2.初压成型—将混合均匀的粉末模压成型，压坯孔隙率10%；
3.烧结—将压制成型的压坯在氢气或氨分解气保护下高温烧结，在920℃的温度下保温4小时以上；
4.复压—对烧结后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，复压压力6tf/cm2；
5.退火—将复压后的产品在氢气或氨分解气保护下退火处理，在880℃的温度下保温2小时以上；
6.再复压—对退火后的压坯施加压力以提高其物理和力学性能，再复压压力12tf/cm2；
该触头在塑壳断路器中经机械寿命、电寿命、短路分断能力（Ics和Icu）及验证温升等测试，与银石墨触头（银的体积分数相当）相比，电寿命提高约5%，温升下降约5%。
以上所述仅为本发明的一些实施例，并非用来限制本发明的保护范围；本发明的保护范围由权利要求书中的权利要求限定，并且凡是依发明所作的等效变化与修改，都在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型电触头材料，其特征在于，其组分和百分含量如下：银：74-94%；二硼化锆：2-24%；石墨：0.5-4%。
2.一种制备权利要求1所述的新型电触头材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将各种原料粉末按要求的成分配比混合均匀；
2）将混合均匀的粉末模压成型；
3）将压制成型的压坯高温烧结；
4）对烧结后的压坯施加压力复压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）中，模压成型后的压坯孔隙率为5—40%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3）中，高温烧结在氢气或氨分解气保护下。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3）中，在880—940℃的温度下保温2小时以上。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4）中，复压压力6—12tf/cm2。
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