CN107240513B - Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料及其制造方法、断路器及电磁接触器 - Google Patents

Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料及其制造方法、断路器及电磁接触器 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种将在耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异的Ag－Ni作为基材的电触点材料。一种Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料，其含有60～80质量％的Ag、13～30质量％的Ni、以及作为金属氧化物的0.1～1质量％的La2O3和5～10质量％的SnO2或ZnO，具有金属氧化物被分散于Ag中的组织。

Description

Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料及其制造方法、断路器及 电磁接触器
技术领域
本发明涉及Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料及其制造方法。详细地说，本发明涉及在空气断路器、开闭器、继电器等中被使用的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料及其制造方法。
背景技术
作为在空气断路器、开闭器、继电器等中被使用的电触点材料，通常使用Ag－Ni类触点材料或Ag－氧化物类电触点材料。由于Ag－Ni类电触点材料的导电性和导热性优异，因此在用于电触点的情况下具有如下优点，即，接触电阻低且稳定、加工性良好、机械耐久性也良好。另一方面，由于耐熔接性及耐电弧消耗性差，因此不适合于额定电流值大于或等于50A的产品的电触点，大多被使用于额定电流值小、开闭次数多的电触点。在额定电流值大的产品中，大多使用Ag－氧化物类电触点材料。Ag－氧化物类电触点材料在电触点的耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异，但其加工性及向铜电极的接合性伴随着氧化物含有量的增加而恶化。
在专利文献1～3中，提出了含有添加剂的Ag－Ni类电触点材料。专利文献1主要利用电镀法而得到含有稀土类氧化物和碳在内的Ag－Ni类电触点用合金。但是，专利文献1在电镀液的制造中使用有害物氰化钾而生成氰化银，在其制造过程中容易引起显著的环境污染，并且还对使用者的健康造成损害。专利文献2以一定的比例将含有微量的添加元素的盐类化合物的溶液和Ag粉/Ni粉混合，在得到复合粉末膏材料后进行干燥、粉碎处理。然后以一定的比例将处理后的复合粉末和Ag粉/Ni粉混合，进而经过静水压冲压成型、烧结及挤出加工的处理，得到Ag－Ni类电触点用合金。专利文献2对现有的粉末冶金技术的一部分进行了改良，但在其制造中也依然存在生产工序长、混合粉末的不均匀性、盐类化合物未分解的问题。专利文献3主要利用通过声化学而形成的涂层的表面处理，通过在Ni粉的表面涂抹一层在Ag和Ni之间引起交联反应的过渡元素，从而得到改良了Ag和Ni之间的结合边界的Ag－Ni类电触点用合金。但是，专利文献3在进行其制造过程中的通过声化学而形成的涂层的表面处理时，依然存在盐类化合物的未分解部分残留的问题。另外，在专利文献1～3中提出的Ag－Ni类触点材料，由于氧化物的含有量均不超过5质量％，因此针对耐熔接性及耐电弧消耗性的改良存在限度。
专利文献1：中国专利第100477044号说明书
专利文献2：中国专利申请公开第103710564号说明书
专利文献3：中国专利申请公开第102800513号说明书
现有的Ag－Ni类电触点材料的制造方法，由于工序复杂，Ag量也较多，因此存在成本高的问题。并且，现有的Ag－Ni类电触点材料由于耐熔接性差，因此存在下述问题，即，难以在额定电流值大于或等于50A的产品中使用。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供将在耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异的Ag－Ni作为基材的电触点材料、以及以低成本制造上述电触点材料的方法。
本发明是一种Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料，该Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的特征在于，含有60～80质量％的Ag、13～30质量％的Ni、以及作为金属氧化物的0.1～1质量％的La2O3和5～10质量％的SnO2或ZnO，具有金属氧化物被分散于Ag中的组织。
另外，本发明是上述Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，
该Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法的特征在于，具有下述工序：
(1)将Ag粉末、Ni粉末、La2O3粉末、以及SnO2或ZnO粉末混合；
(2)将工序(1)中得到的混合粉末在非氧化性气氛中进行加热处理；
(3)对工序(2)中得到的混合粉末进行冷等静压冲压成型而得到生坯；
(4)使工序(3)中得到的生坯在与工序(2)相同的非氧化性气氛中烧结；
(5)对工序(4)中得到的烧结体进行热挤出而得到板材；以及
(6)对工序(5)中得到的板材进行冷轧轧制。
发明的效果
根据本发明，能够提供在耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料。另外，根据本发明，能够提供以低成本制造在耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的方法。
附图说明
图1是说明实施方式1所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法的流程图。
图2是说明实施方式2所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法的流程图。
图3是针对La2O3浓度，对每1次开闭的触点的减少量进行绘制而得到的图形。
图4是表示电气试验前的实施例2的触点的剖面的扫描型电子显微镜(SEM)照片(200倍)。
图5是表示电气试验后的实施例2的触点的剖面的扫描型电子显微镜(SEM)照片(200倍)。
图6是表示电气试验前的实施例6的触点的剖面的扫描型电子显微镜(SEM)照片(200倍)。
图7是表示电气试验前的实施例6的触点的剖面的扫描型电子显微镜(SEM)照片(1000倍)。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1
本发明的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的特征在于，含有60～80质量％的Ag、13～30质量％的Ni、以及作为金属氧化物的0.1～1质量％的La2O3和5～10质量％的SnO2或ZnO，具有金属氧化物被分散于Ag中的组织。本发明的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料兼具Ag－Ni类材料的优点和Ag－金属氧化物类材料的优点，能够保证具有较高的导电性及导热性、加工成型的易实现性、以及高耐熔接性及耐电弧消耗性，并且节约Ag量。由本发明的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料构成的触点，由于在耐熔接性及耐电弧消耗性方面优异，因此作为断路器、电磁接触器等的触点是有效的。
如果Ag的含有量小于60质量％，则导电性下降，由发热导致的触点的消耗变大。另一方面，如果Ag的含有量超过80质量％，则由于防止熔接的金属氧化物的浓度变低，因此耐熔接性下降。Ag的含有量优选为65～80质量％。
如果Ni的含有量小于13质量％，则触点的硬度未充分地增大，触点的消耗变大。另一方面，如果Ni的含有量超过30质量％，则导电性下降，由发热导致的触点的消耗变大。Ni的含有量优选为15～20质量％。
如果作为金属氧化物的La2O3的含有量小于0.1质量％，则SnO2或ZnO的分散变得不充分，不能得到充分的耐电弧消耗性。另一方面，如果La2O3的含有量超过1质量％，则在触点间发生电弧时，由于SnO2或ZnO变得难以进行升华，因此触点表面处的SnO2或ZnO的堆积变得显著，导致接触电阻的增加。另外，触点的机械强度下降，变得容易产生裂纹。La2O3的含有量优选为0.5～1质量％。
如果作为金属氧化物的SnO2或ZnO的含有量小于5质量％，则由于防止熔接的金属氧化物的浓度变低，因此耐熔接性下降。另一方面，如果SnO2或ZnO的含有量超过10质量％，则触点的机械强度下降，变得容易产生裂纹。SnO2或ZnO的含有量优选为6～9质量％。
另外，从使SnO2或ZnO容易进行升华、抑制触点表面处的SnO2或ZnO的堆积的角度出发，在Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料中，作为金属氧化物而能够含有0.1～1质量％的CuO。其结果，La2O3作为抑制触点消耗的成分，CuO作为加速触点消耗的成分，通过取得二者的平衡，从而能够制造出即使触点材料的消耗继续，接触电阻也不会上升的触点。
下面，说明本发明的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法。图1是说明实施方式1所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法的流程图。
如图1所示，本发明的实施方式1所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法具有：工序1A，在该工序1A中，将原料粉末，即Ag粉末、Ni粉末、La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及任意的CuO粉末混合；工序2A，在该工序2A中，将工序1A中得到的混合粉末在非氧化性气氛中进行加热处理；工序3A，在该工序3A中，对工序2A中得到的混合粉末进行冷等静压冲压(cold isostatic pressing)成型而得到生坯；工序4A，在该工序4A中，使工序3A中得到的生坯在与工序2相同的非氧化性气氛中烧结；工序5A，在该工序5A中，对工序4A中得到的烧结体进行热挤出而得到板材；以及工序6A，在该工序6A中，对工序5A中得到的板材进行冷轧，根据需要，也可以在工序6A后具有工序7A，在该工序7A中，对冷轧材料进行切断。在本发明中，采用现有的Ag类电触点材料的制造方法之一即“粉末混合－烧结－挤出”工艺，利用粉末混合方式而导入金属氧化物。本发明的制造方法具有工艺简单、加工周期短的优点。另外，本发明的制造方法能够避免在利用化学镀敷、化学涂敷等化学方法对粉末进行处理的情况下的缺点，具体地说，能够避免下述等问题，即，容易发生对环境的污染，或者不能充分地去除所导入的杂质，或者工艺繁杂且成本高。
在本发明的制造方法中，从减少导致触点性能的波动的大于或等于100μm的粗颗粒的角度出发，作为Ag粉末、La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及CuO粉末，优选使用将上述粉末分别置于200目(网眼开口宽度为75μm)的筛网并回收筛下物所得到的粉末。另外，由于Ni与Ag相比硬度高且难以变形，因此优选使用更微细的颗粒而提高分散性。因此，作为Ni粉末，优选使用将Ni粉末置于300目(网眼开口宽度为45μm)的筛网并回收筛下物所得到的粉末。
优选工序1A具有工序1A’和工序1A”，在该工序1A’中，将La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及任意的CuO粉末粉碎、混合，得到平均粒径为5～8μm的混合金属氧化物粉末，在该工序1A”中，将所得到的混合金属氧化物粉末与Ag粉末、以及Ni粉末进一步混合。此外，在本发明中，所谓混合金属氧化物粉末的平均粒径，是由激光散射/衍射式的粒度分布计所测定出的值。
工序1A’由球体的材质为碳化钨的高速球磨机进行，该球磨机的条件优选为，球体和粉末的质量比为10～12∶1、转速为1000～2000rpm、处理时间为6～10小时。
工序1A”由球体的材质为不锈钢的行星式球磨机进行，该球磨机的条件优选为，球体和粉末的质量比为10～15∶1、自转转速为200～500rpm、公转转速为100～250rpm、处理时间为6～10小时。
如上所述，通过采用高速球磨机以进行金属氧化物粉末的混合，从而能够一边将金属氧化物粉碎得微细，一边均匀地混合，通过将该粉碎得微细的金属氧化物粉末与金属粉(Ag粉末及Ni粉末)混合，从而能够将原料粉末的混合工艺优化。其结果，能够提高Ag－Ni－金属氧化物的成分的分布均匀性。在现有的粉末混合中，由于材料的比重不同，因此粉末混合中的各材料容易偏析，但如果采用上述工序1A’及工序1A”，则能够避免上述问题。
在工序2A中，使工序1A中得到的混合粉末中所含有的水分蒸发。具体地说，将工序1A中得到的混合粉末在从由N2气氛、Ar气氛、He气氛及N2+H2气氛构成的组中选择出的非氧化性气氛中以400～500℃加热2～3小时即可。
在工序3A中，通过冷等静压冲压机，以100～150MPa的压力将工序2A中得到的混合粉末保持60～120秒而得到生坯。通过以上述方式对混合粉末进行冷等静压冲压，从而能够形成密度均匀的生坯。
在工序4A中，将工序3A中得到的生坯在与工序2A相同的非氧化性气氛的炉内阶段性地进行加热而烧结。具体地说，将工序3A中得到的生坯从室温加热至300～500℃为止并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃为止并保持5～7小时即可。
在工序5A中，通过挤出机，以750～850℃的温度及10～20∶1的挤出比，对工序4A中得到的烧结体进行挤出而得到板材。此外，在本发明中，所谓挤出比，是挤出机的模具内的材料的截面积和挤出后的材料的截面积之比。
在工序6A中，对工序5A中得到的板材进行冷轧轧制。从提高后面工序中的向电极基座的熔接性的角度出发，优选一边将Ag层贴合于板材，一边进行冷轧轧制。作为贴合的Ag层，使用具有在工序5A中得到的板材的1/12～1/10厚度的Ag层，优选使轧制后的Ag层的厚度为50～200μm。
根据需要，在工序7A中，根据用途而对工序6A中得到的冷轧轧制材料适当地进行切断。
实施方式2
说明本发明的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的其他制造方法。图2是说明实施方式2所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法的流程图。
如图2所示，本发明的实施方式2所涉及的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法具有：工序1B，在该工序1B中，将Ag粉末、Ni粉末、La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及任意的CuO粉末混合；工序2B，在该工序2B中，将工序1B中得到的混合粉末在非氧化性气氛中进行加热处理；工序3B，在该工序3B中，对工序2B中得到的混合粉末进行冲压成型而得到生坯；工序4B，在该工序4B中，使工序3B中得到的生坯在与工序2B相同的非氧化性气氛中烧结；工序5B，在该工序5B中，在对工序4B中得到的烧结体再次进行冲压后，在与工序2B相同的非氧化性气氛中再次烧结；以及工序6B，在该工序6B中，对工序5B中得到的烧结体进行冷轧轧制，根据需要，也可以在工序6B后具有工序7B，在该工序7B中，对冷轧轧制材料进行切断。
与实施方式1同样地，从减少导致触点性能的波动的大于或等于100μm的粗颗粒的角度出发，作为Ag粉末、La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及CuO粉末，优选使用将上述粉末分别置于200目(网眼开口宽度为75μm)的筛网并回收筛下物所得到的粉末。另外，由于Ni与Ag相比硬度高且难以变形，因此优选使用更微细的颗粒而提高分散性。因此，作为Ni粉末，优选使用将Ni粉末置于300目(网眼开口宽度为45μm)的筛网并回收筛下物所得到的粉末。
优选工序1B具有工序1B’和工序1B”，在该工序1B’中，将La2O3粉末、SnO2或ZnO粉末、以及任意的CuO粉末粉碎、混合，得到平均粒径为5～8μm的混合金属氧化物粉末，在该工序1B”中，将所得到的混合金属氧化物粉末与Ag粉末、以及Ni粉末进一步混合。
工序1B’由球体的材质为碳化钨的高速球磨机进行，该球磨机的条件优选为，球体和粉末的质量比为10～12∶1、转速为1000～2000rpm、处理时间为6～10小时。
工序1B”由球体的材质为不锈钢的行星式球磨机进行，该球磨机的条件优选为，球体和粉末的质量比为10～15∶1、自转转速为200～500rpm、公转转速为100～250rpm、处理时间为6～10小时。
如上所述，通过采用高速球磨机以进行金属氧化物粉末的混合，从而能够一边将金属氧化物粉碎得微细，一边均匀地混合，通过将该粉碎得微细的金属氧化物粉末与金属粉(Ag粉末及Ni粉末)混合，从而能够将原料粉末的混合工艺优化。其结果，能够提高Ag－Ni－金属氧化物的成分的分布均匀性。在现有的粉末混合中，由于材料的比重不同，因此粉末混合中的各材料容易偏析，但如果采用上述工序1B’及工序1B”，则也能够避免上述问题。
在工序2B中，使工序1B中得到的混合粉末中所含有的水分蒸发。具体地说，将工序1B中得到的混合粉末在从由N2气氛、Ar气氛、He气氛及N2+H2气氛构成的组中选择出的非氧化性气氛中以400～500℃加热2～3小时即可。
在工序3B中，通过冲压机(油压式)，以300～400MPa的压力将工序2B中得到的混合粉末保持5～15分钟而得到生坯。
在工序4B中，将工序3B中得到的生坯在与工序2B相同的非氧化性气氛的炉内阶段性地进行加热而烧结。具体地说，将工序3B中得到的生坯从室温加热至300～500℃为止并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃为止并保持2～4小时即可。
在工序5B中，在对工序4B中得到的烧结体再次进行冲压后，在与工序2B相同的非氧化性气氛的炉内阶段性地进行加热而使烧结进行。具体地说，在通过冲压机(油压式)将工序4B中得到的烧结体以600～800MPa的压力保持5～15分钟后，将其在与工序2B相同的非氧化性气氛的炉内从室温加热至300～500℃为止并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃为止并保持2～4小时即可。
在工序6B中，对工序5B中得到的板材进行冷轧轧制。从提高后面工序中的向电极基座的熔接性的角度出发，优选一边将Ag层贴合于板材，一边进行冷轧轧制。作为贴合的Ag层，使用具有在工序5B中得到的板材的1/12～1/10的厚度的Ag层，优选使轧制后的Ag层的厚度为50～200μm。也可以在工序6B中不将Ag层贴合于板材，而在工序3B中，在将Ag粉末铺满模具后，在其之上铺满工序2B中得到的混合粉末，然后进行冲压成型，得到由Ag层和混合粉末层构成的生坯。优选将这里的混合粉末层的厚度设为Ag层的厚度的10～12倍。
根据需要，在工序7B中，根据用途而对工序6B中得到的冷轧轧制材料适当地进行切断。
根据实施方式2，由于能够以通过冷等静压冲压所难以实现的大于或等于400MPa的高压形成生坯，因此能够得到高密度的生坯。
【实施例】
＜实施例1～3＞
作为原料粉末，使用置于200目(网眼开口宽度为75μm)的筛网并回收筛下物所得到的Ag粉末、置于300目(网眼开口宽度为45μm)的筛网并回收筛下物所得到的Ni粉末、置于200目的筛网并回收筛下物所得到的SnO2粉末、置于200目的筛网并回收筛下物所得到的CuO粉末、以及置于200目的筛网并回收筛下物所得到的La2O3粉末。
利用下面的方法制作出表1所示的Ag、Ni、SnO2、CuO及La2O3的质量比例的触点材料。
首先，将作为金属氧化物粉末的SnO2粉末、CuO粉末及La2O3粉末放入高速球磨机内而将金属氧化物粉末混合。在这里，作为高速球磨机，使用以使直径为12mm、8mm及4mm的碳化钨制球体的个数比为1∶1∶1的方式进行组装而得到的高速球磨机。球磨机的条件为，将球体和金属氧化物粉末的质量比设为12∶1，将球磨机的转速设为1200rpm，将球磨机处理时间设为在大气中6小时。
在球磨机处理后，取出混合金属氧化物粉末，在利用激光散射/衍射式的粒度分布计对平均粒径进行测定后，平均粒径为6.5～7.3μm，是微细的。
然后，将混合金属氧化物粉末、Ag粉末及Ni粉末放入行星式球磨机内而将粉末在大气中混合。在这里，作为行星式球磨机，使用以使直径为15mm、10mm及6mm的不锈钢制球体的个数比为1∶2∶1的方式进行组装而得到的行星式球磨机。球磨机的条件为，将球体和粉末的质量比设为10∶1，将行星式球磨机的转速设为公转200rpm、自转400rpm，将球磨机处理时间设为在大气中8小时。
在球磨机处理后，为了使所得到的Ag－Ni－SnO2－CuO－La2O3混合粉末中所含有的水分蒸发，在N2气体气氛中以400℃加热2小时。
使用冷等静压冲压(Cold Isostatic Press)机，对Ag－Ni－SnO2-CuO-La2O3混合粉末进行冷等静压冲压成型而得到圆柱状的生坯。在这里，成型压力设为120MPa，压力保持时间设为100秒。
通过将生坯放入N2气体气氛的炉内，从室温升温至300℃为止并保持2小时，然后继续升温至800℃为止并保持5小时，从而得到Ag-Ni-金属氧化物的烧结体。
利用挤出机，对烧结体进行热挤出而得到板材。在这里，挤出压力设为600MPa，热挤出温度设为800℃，挤出比设为15∶1。
一边将板材的厚度的大约1/10厚度的Ag层贴合于热挤出后的板材，一边以使整体的厚度为1.5mm的方式进行冷轧轧制。在表2中示出对冷轧轧制后的板材表面(无Ag层的表面)的维氏硬度进行测定的结果。另外，在表2中示出对导电率进行测定的结果。
利用切断机进行切断，以使冷轧轧制后的板材成为评价用断路器触点的形状(5mm×5mm)。
<对比例1及2>
除对表1所示的Ag、Ni、SnO2、CuO及La2O3的质量比例进行变更以外，与实施例1～3同样地制作出触点材料。在表2中示出维氏硬度及导电率的测定结果。
<对比例3>
利用内部氧化法制作出由86质量％的Ag及14质量％的CdO(氧化镉)构成的触点材料。在表2中示出维氏硬度及导电率的测定结果。
【表1】
表1.
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
Ag[质量％] 73 73 73 73 73 86
Ni[质量％] 20 20 20 20 20 -
SnO<sub>2</sub>[质量％] 6.4 6 5.5 6.5 4.5 -
CuO[质量％] 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 -
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>[质量％] 0.1 0.5 1 - 2 -
CdO[质量％] - - - - - 14
将钎料(50Ag-34Cu-16Zn)的片材夹在实施例1～3及对比例1～3中制作出的各个触点的背面(存在Ag层的面)、和评价用断路器的电极之间，利用电阻熔接机进行焊接。
将完成焊接后的电极组装至断路器，不通电而机械地重复4000次接通/断开，对触点的机械耐久性进行了试验。在表2中示出结果。
从表2可知，在La2O3浓度最高(2质量％)的对比例2的触点处产生了裂纹。
然后，针对实施例1～3、对比例1及3的触点进行了下述试验，即，一边以电压AC200V、电流60A使通电，一边重复4000次开闭。将1个周期设为7秒，通电时间比率将接通时间设为1秒、将断开时间设为6秒。
将试验后的电极从断路器卸下，利用电子天平，进行包含触点在内的质量的测定，根据试验前后的触点的质量的变化，计算出每1次开闭的触点的减少量。在表2中示出其结果。另外，在图3中示出针对La2O3浓度，对每1次开闭的触点的减少量进行绘制而得到的图形。
从表2及图3可知，与未添加La2O3的对比例1相比，在仅添加了0.1质量％的La2O3的实施例1中，触点的消耗量也减少，在添加了0.5质量％的La2O3的实施例2中，触点的消耗量减少了一半。在添加了0.5质量％的La2O3的实施例2、和添加了1质量％的La2O3的实施例3中，触点的消耗量相等，推测为La2O3的添加效果饱和。另外，在添加了0.5质量％的La2O3的实施例2及添加了1质量％的La2O3的实施例3中，与对比例3的Ag－CdO类触点相比，触点的消耗量较少。
另外，在表2中示出在电气试验前后对将断路器接通(通电)的状态下的触点的接触电阻进行测定而得到的结果。从表2可知，在添加了0.5质量％的La2O3的实施例2中，试验前的接触电阻为1.8mΩ，与此相对，4000次开闭后的接触电阻为1.9mΩ，接触电阻稍微增大。另外，与对比例3的Ag－CdO类触点相比，实施例1～3的触点的接触电阻的增大量均较少。
【表2】
表2.
然后，将电极从断路器卸下，利用扫描型电子显微镜(SEM)实施了剖面观察。图4是表示电气试验前的实施例2的触点的表面附近的剖面的SEM照片。在图4中，白色可见的部位为Ag，深灰色的部位为金属氧化物。可知金属氧化物均匀地分散。触点内部也是同样的分布状态。
图5是表示电气试验后的实施例2的触点的表面附近的剖面的SEM照片。由于开闭时在触点间发生的电弧，使得发生触点材料的熔融、再结晶，最表面成为Ag的浓度高的部分。另外，在Ag浓度高的部分和其之下的触点部分的边界面存在裂纹。并且，裂纹还朝向触点内部伸展。
<实施例4>
使用与实施例1～3相同的原料粉末，利用以下的方法制作出80质量％的Ag、10质量％的Ni、9质量％的SnO2、0.5质量％的CuO及0.5质量％的La2O3的触点材料。
首先，将作为金属氧化物粉末的SnO2粉末、CuO粉末及La2O3粉末放入高速球磨机内而将金属氧化物粉末混合。在这里，作为高速球磨机，使用以使直径为12mm、8mm及4mm的碳化钨制球体的个数比为1∶1∶1的方式进行组装而得到的高速球磨机。球磨机的条件为，将球体和金属氧化物粉末的质量比设为12∶1，将球磨机的转速设为1200rpm，将球磨机处理时间设为在大气中10小时。
在球磨机处理后，取出混合金属氧化物粉末，在利用激光散射/衍射式的粒度分布计而对平均粒径进行测定后，平均粒径为7.1μm，是微细的。
然后，将混合金属氧化物粉末、Ag粉末及Ni粉末放入行星式球磨机内而将粉末在大气中混合。在这里，作为行星式球磨机，使用以使直径为15mm、10mm及6mm的不锈钢制球体的个数比为1∶2∶1的方式进行组装而得到的行星式球磨机。球磨机的条件为，将球体和粉末的质量比设为12∶1，将行星式球磨机的转速设为公转200rpm、自转400rpm，将球磨机处理时间设为在大气中6小时。
在球磨机处理后，为了使所得到的Ag－Ni－SnO2－CuO－La2O3混合粉末中所含有的水分蒸发，在Ar气体气氛中以400℃加热2小时。
使用冷等静压冲压(Cold Isostatic Press)机，对Ag－Ni－SnO2－CuO－La2O3混合粉末进行冷等静压冲压成型而得到圆柱状的生坯。在这里，成型压力设为100MPa，压力保持时间设为60秒。
通过将生坯放入Ar气体气氛的炉内，从室温升温至300℃为止并保持2小时，然后继续升温至800℃为止并保持5小时，从而得到Ag－Ni－金属氧化物的烧结体。
利用挤出机，对烧结体进行热挤出而得到板材。在这里，挤出压力设为600MPa，热挤出温度设为750℃，挤出比设为15∶1。
一边将板材的厚度的大约1/10厚度的Ag层贴合于热挤出后的板材，一边以使整体的厚度为1.5mm的方式进行冷轧轧制。
利用切断机进行切断，以使冷轧轧制后的板材成为评价用断路器触点的形状(5mm×5mm)。
与实施例1～3同样地进行了触点的评价。在表3中示出结果。从表3可知，在实施例4中，试验前的接触电阻为1.5mΩ，与此相对，4000次开闭后的接触电阻为1.8mΩ，接触电阻仅稍微增大。
【表3】
表3.
实施例4
Ag[质量％] 80
Ni[质量％] 10
SnO<sub>2</sub>[质量％] 9
CuO[质量％] 0.5
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>[质量％] 0.5
硬度[Hv] 104.7
导电率[％IACS] 60.3
耐久性试验 无裂纹
触点消耗量[μg] 0.26
通电试验前接触电阻[mΩ] 1.5
通电试验后接触电阻[mΩ] 1.8
<实施例5>
作为原料粉末，使用置于200目(网眼开口宽度为75μm)的筛网并回收筛下物所得到的Ag粉末、置于300目(网眼开口宽度为45μm)的筛网并回收筛下物所得到的Ni粉末、置于200目的筛网并回收筛下物所得到的ZnO粉末、以及置于200目的筛网并回收筛下物所得到的La2O3粉末，利用以下方法制作出64质量％的Ag、29质量％的Ni、6.5质量％的ZnO及0.5质量％的La2O3的触点材料。
首先，将作为金属氧化物粉末的ZnO粉末及La2O3粉末放入高速球磨机内而将金属氧化物粉末混合。在这里，作为高速球磨机，使用以使直径为12mm、8mm及4mm的碳化钨制球体的个数比为1∶1∶1的方式进行组装而得到的高速球磨机。球磨机的条件为，将球体和金属氧化物粉末的质量比设为12∶1，将球磨机的转速设为1200rpm，将球磨机处理时间设为在大气中8小时。
在球磨机处理后，取出混合金属氧化物粉末，在利用激光散射/衍射式的粒度分布计而对平均粒径进行测定后，平均粒径为5.3μm，是微细的。
然后，将混合金属氧化物粉末、Ag粉末及Ni粉末放入行星式球磨机内而将粉末在大气中混合。在这里，作为行星式球磨机，使用以使直径为15mm、10mm及6mm的不锈钢制球体的个数比为1∶2∶1的方式进行组装而得到的行星式球磨机。球磨机的条件为，将球体和粉末的质量比设为10∶1，将行星式球磨机的转速设为公转200rpm、自转400rpm，将球磨机处理时间设为在大气中8小时。
在球磨机处理后，为了使所得到的Ag-Ni-ZnO-La2O3混合粉末中所含有的水分蒸发，在N2气体的气氛中以450℃加热2小时。
使用冷等静压冲压(Cold Isostatic Press)机，对Ag-Ni-ZnO-La2O3混合粉末进行冷等静压冲压成型而得到圆柱状的生坯。在这里，成型压力设为150MPa，压力保持时间设为120秒。
通过将生坯放入N2气体气氛的炉内，从室温升温至400℃为止并保持2小时，然后继续升温至800℃为止并保持5小时，从而得到Ag-Ni-金属氧化物的烧结体。
利用挤出机，对烧结体进行热挤出而得到板材。在这里，挤出压力设为600MPa，热挤出温度设为800℃，挤出比设为10∶1。
一边将板材的厚度的大约1/10厚度的Ag层贴合于热挤出后的板材，一边以使整体的厚度为1.5mm的方式进行冷轧轧制。
利用切断机进行切断，以使冷轧后的板材成为评价用断路器触点的形状(5mm×5mm)。
与实施例1～3同样地进行了触点的评价。在表4中示出结果。从表4可知，在实施例5中，试验前的接触电阻为1.9mΩ，与此相对，4000次开闭后的接触电阻为2.0mΩ，接触电阻仅稍微增大。
【表4】
表4.
实施例5
Ag[质量％] 64
Ni[质量％] 29
ZnO[质量％] 6.5
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>[质量％] 0.5
硬度[Hv] 118.8
导电率[％IACS] 40.8
耐久性试验 无裂纹
触点消耗量[μg] 0.7
通电试验前接触电阻[mΩ] 1.9
通电试验后接触电阻[mΩ] 2.0
＜实施例6＞
使用与实施例1～3相同的原料粉末，利用以下方法制作出80质量％的Ag、13质量％的Ni、6质量％的SnO2、0.5质量％CuO及0.5质量％的La2O3的触点材料。
首先，将作为金属氧化物粉末的SnO2粉末、CuO粉末及La2O3粉末放入高速球磨机内而将金属氧化物粉末混合。在这里，作为高速球磨机，使用以使直径为12mm、8mm及4mm的碳化钨制球体的个数比为1∶1∶1的方式进行组装而得到的高速球磨机。球磨机的条件为，将球体和金属氧化物粉末的质量比设为10∶1，将球磨机的转速设为1200rpm，将球磨机处理时间设为在大气中4小时。
在球磨机处理后，取出混合金属氧化物粉末，在利用激光散射/衍射式的粒度分布计而对平均粒径进行测定后，平均粒径为7.2μm，是微细的。
然后，将混合金属氧化物粉末、Ag粉末及Ni粉末放入行星式球磨机内而将粉末在大气中混合。在这里，作为行星式球磨机，使用以使直径为15mm、10mm及6mm的不锈钢制球体的个数比为1∶2∶1的方式进行组装而得到的行星式球磨机。关于球磨机的条件，将球体和粉末的质量比设为10∶1，将行星式球磨机的转速设为公转200rpm、自转400rpm，将球磨机处理时间设为在大气中2小时。
在球磨机处理后，为了使所得到的Ag－Ni－SnO2－CuO－La2O3混合粉末中所含有的水分蒸发，在N2气体气氛中以450℃加热2小时。
然后，在仅将Ag粉末铺满冲压机的模具后，在其之上以成为Ag粉末厚度的大约10倍厚度的方式铺满Ag－Ni－SnO2－CuO－La2O3混合粉末。然后，在盖上模具后，以压力为400MPa、压力保持时间为5分钟的条件进行冲压成型而得到生坯。
通过将生坯放入N2气体气氛的炉内，从室温升温至400℃为止并保持2小时，然后继续升温至820℃为止并保持4小时，从而得到Ag－Ni－金属氧化物的烧结体。
将烧结体再次放入模具，在盖上模具后，以压力为650MPa、压力保持时间为15分钟的条件再次进行冲压。
将烧结体放入N2气体气氛的炉内，从室温升温至400℃为止并保持2小时，然后继续升温至800℃为止并保持4小时。
然后，以使厚度为1.5mm的方式对烧结体进行冷轧轧制而得到板材。
利用切断机进行切断，以使进行冷轧轧制而得到的板材成为评价用断路器触点的形状(5mm×5mm)。
与实施例1～3同样地进行了触点的评价。在表5中示出结果。从表5可知，在实施例6中，试验前的接触电阻为1.5mΩ，与此相对，4000次开闭后的接触电阻为1.6mΩ，接触电阻仅稍微增大。
【表5】
表5.
实施例6
Ag[质量％] 80
Ni[质量％] 13
SnO<sub>2</sub>[质量％] 6
CuO[质量％] 0.5
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>[质量％] 0.5
硬度[Hv] 107.3
导电率[％IACS] 65.1
耐久性试验 无裂纹
触点消耗量[μg] 0.4
通电试验前接触电阻[mΩ] 1.5
通电试验后接触电阻[mΩ] 1.6
图6是表示电气试验前的实施例6的触点的剖面的SEM照片，图7是表示将触点进一步放大而得到的剖面的SEM照片。在图6及7中，白色可见的部位为Ag，深灰色的部位为金属氧化物。

Claims (19)

1.一种Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料，其特征在于，
含有60～80质量％的Ag、13～30质量％的Ni、以及作为金属氧化物的0.1～1质量％的La2O3和5～10质量％的SnO2或ZnO，具有金属氧化物被分散于Ag中的组织。
2.根据权利要求1所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料，其特征在于，
作为金属氧化物，还含有0.1～1质量％的CuO。
3.一种Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其是权利要求1所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
(1)将Ag粉末、Ni粉末、La2O3粉末、以及SnO2或ZnO粉末混合；
(2)将工序(1)中得到的混合粉末在非氧化性气氛中进行加热处理；
(3)对工序(2)中得到的混合粉末进行冷等静压冲压成型而得到生坯；
(4)使工序(3)中得到的生坯在与工序(2)相同的非氧化性气氛中烧结；
(5)对工序(4)中得到的烧结体进行热挤出而得到板材；以及
(6)对工序(5)中得到的板材进行冷轧轧制。
4.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
作为所述Ag粉末、所述La2O3粉末、以及所述SnO2或ZnO粉末，使用将上述粉末分别置于200目的筛网并回收筛下物所得到的粉末，并且作为所述Ni粉末，使用将所述Ni粉末置于300目的筛网并回收筛下物所得到的粉末。
5.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
所述工序(1)具有下述工序：将所述La2O3粉末、以及所述SnO2或ZnO粉末粉碎、混合，得到平均粒径为5～8μm的混合金属氧化物粉末；以及将所得到的混合金属氧化物粉末与Ag粉末、以及Ni粉末进一步混合。
6.根据权利要求5所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
将所述La2O3粉末、以及所述SnO2或ZnO粉末粉碎、混合的工序，由球体的材质为碳化钨的球磨机进行，该球磨机的条件为，球体和粉末的质量比为10～12：1，转速为1000～2000rpm，处理时间为6～10小时，并且，与所述Ag粉末、以及所述Ni粉末进一步混合的工序，由球体的材质为不锈钢的行星式球磨机进行，该行星式球磨机的条件为，球体和粉末的质量比为10～15：1，自转转速为200～500rpm，公转转速为100～250rpm，处理时间为6～10小时。
7.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
所述工序(2)将所述混合粉末在从由N2气氛、Ar气氛、He气氛以及N2+H2气氛构成的组中选择出的非氧化性气氛中以400～500℃加热2～3小时。
8.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(3)中，通过冷等静压冲压机，以100～150MPa的压力将工序(2)中得到的所述混合粉末保持60～120秒。
9.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其中，
在所述工序(4)中，将所述生坯在与所述工序(2)相同的非氧化性气氛的炉内从室温加热至300～500℃并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃并保持5～7小时。
10.根据权利要求3所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(5)中，通过挤出机，以750～850℃的温度及10～20：1的挤出比，对所述烧结体进行热挤出。
11.一种Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其是权利要求1中记载的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
(1)将Ag粉末、Ni粉末、La2O3粉末、以及SnO2或ZnO粉末混合；
(2)将工序(1)中得到的混合粉末在非氧化性气氛中进行加热处理；
(3)对工序(2)中得到的混合粉末进行冲压成型而得到生坯；
(4)使工序(3)中得到的生坯在与工序(2)相同的非氧化性气氛中烧结；
(5)在对工序(4)中得到的烧结体再次进行冲压后，在与工序(2)相同的非氧化性气氛中再次烧结；以及
(6)对工序(5)中得到的烧结体进行冷轧轧制。
12.根据权利要求11所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
所述工序(1)具有下述工序：将所述La2O3粉末、以及所述SnO2或ZnO粉末粉碎、混合，得到平均粒径为5～8μm的混合金属氧化物粉末；以及将所得到的混合金属氧化物粉末与Ag粉末、以及Ni粉末进一步混合。
13.根据权利要求12所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
将所述La2O3粉末、以及所述SnO2或ZnO粉末粉碎、混合的工序，由球体的材质为碳化钨的球磨机进行，该球磨机的条件为，球体和粉末的质量比为10～12：1，转速为1000～2000rpm，处理时间为6～10小时，并且，与所述Ag粉末、以及所述Ni粉末进一步混合的工序，由球体的材质为不锈钢的行星式球磨机进行，该行星式球磨机的条件为，球体和粉末的质量比为10～15：1，自转转速为200～500rpm，公转转速为100～250rpm，处理时间为6～10小时。
14.根据权利要求11所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(2)中，将所述混合粉末在从由N2气氛、Ar气氛、He气氛以及N2+H2气氛构成的组中选择出的非氧化性气氛中以400～500℃加热2～3小时。
15.根据权利要求11所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(3)中，通过冲压机，以300～400MPa的压力将工序(2)中得到的所述混合粉末保持5～15分钟。
16.根据权利要求11所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(4)中，将所述生坯在与所述工序(2)相同的非氧化性气氛的炉内从室温加热至300～500℃并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃并保持2～4小时。
17.根据权利要求11所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料的制造方法，其特征在于，
在所述工序(5)中，在通过冲压机将所述烧结体以600～800MPa的压力保持5～15分钟后，将其在与所述工序(2)相同的非氧化性气氛的炉内从室温加热至300～500℃并保持1～2小时，然后继续加热至760～900℃并保持2～4小时。
18.一种断路器，其特征在于，
具有由权利要求1或2所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料构成的触点。
19.一种电磁接触器，其特征在于，
具有由权利要求1或2所述的Ag－Ni－金属氧化物类电触点材料构成的触点。
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