CN109585235B - 一种三明治结构银铜熔体 - Google Patents

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Abstract

一种三明治结构银铜熔体，银铜熔体包括铜芯和设置在铜芯两侧的银层，银铜熔体为带状，宽度≥20mm，厚度≤0.2mm；制备方法包括以下步骤：称取纯银，无氧铜，分别放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后浇筑制得圆银锭及圆铜锭；将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理；将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应；将反应扩散成型的坯锭放入卧式挤压机等速挤压成带材坯料；利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制、分切，即可制得带状银铜熔体；本发明制备的银铜熔体具有优良导电导热性能，抗氧化、熔点低且易于加工。

Description

一种三明治结构银铜熔体
技术领域
本发明涉及电工领域，具体的说是一种三明治结构银铜熔体。
背景技术
熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加填料等组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。
由于纯银具有诸多优良性能，一直以来是低压快速熔断器的最佳选择，但是一方面纯银的价格昂贵，使电气产品的成本居高不下，另一方面大量使用贵金属银造成了资源的浪费，因此廉贵复合材料替代纯银是目前熔体材料领域的研究热点，其中银/铜贯穿复合材料是目前较为成熟的一个成果产品，但是该熔体材料在使用中发现仍有诸多问题。目前现有熔体材料主要突出问题有三点：（1）银/铜贯穿熔体材料虽然降低原材料成本，但造成后续加工成本大大提高。在快速熔断器设计制造中，熔体一般采用变截面冲孔的狭颈尺寸来决定熔断器电流大小，冲孔的尺寸精度关系到熔断器熔断电流的准确性，由于银/铜贯穿熔体材料条状成型的特殊性，使得其对冲制加工设备要求精度较高，这就大大提高冲制设备送料机构和冲制模具的制作成本；（2）同时熔体材料长期工作在导电及大气的环境下，使得银/铜贯穿熔体材料中铜材部分容易发生氧化，进而导致整个熔体材料失稳，威胁整个电路安全；（3）纯银熔体材料及银/铜贯穿复合材料，狭颈主要加工在纯银区域，纯银熔点较高，电流过载时温升大熔断慢，不能很好地实现电路过负荷保护；基于此开发一种具有优良导电导热性能、抗氧化、熔点低且易于加工的银铜熔体，就成为节银熔体材料的首要问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题的不足，本发明提出一种三明治结构银铜熔体，制备的银铜熔体具有优良导电导热性能，抗氧化、熔点低且易于加工。
本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种三明治结构银铜熔体，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度≥20mm，厚度≤0.2mm；
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯银，无氧铜，分别装入坩埚内放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度≤0.2mm，然后进行分切，使宽度≥20mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体。
进一步的，所述纯银的纯度为99.99%。
进一步的，所述无氧铜的纯度为99.95%。
进一步的，所述步骤（1）中，真空冶炼用的坩埚及浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理。
进一步的，所述步骤（2）中，银圆环的热处理温度为700~720℃，热处理时间为1~2h。
进一步的，所述步骤（4）中，真空烧结炉中的扩散温度为750~800℃，时长3~5h。
进一步的，所述步骤（5）中，卧式挤压机的挤压筒需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压。
本发明的有益效果是：
一、本发明的银铜熔体由三层材料复合组成，呈三明治结构，外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜熔体熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制；
二、在制备方法上具有以下优点：对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；对铜棒、银环热装后，放置在真空扩散焊炉中充分扩散，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固；将挤压筒保温至银铜再结晶温度以上，对装配成形坯料进行大变比热挤压，利用压机镦粗过程使银铜再次扩散结合，银铜具有相近延伸率，利用挤压可获得表层银层均匀的带状坯材；利用恒张力轧机进行小变比多道次轧制可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合带材；熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种三明治结构银铜熔体，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度为35mm，厚度为0.2mm；外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜熔体熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制。
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯度为99.99%的纯银，纯度为99.95%的无氧铜，分别装入由高纯、高强、高致密石墨制得的坩埚内，放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在由高纯、高强、高致密石墨制成的模具内，制得圆银锭及圆铜锭；且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理，热处理温度为700℃，热处理时间为1h；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固，扩散温度为750℃，时长3h；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；将挤压筒保温至银铜再结晶温度以上，对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压，利用压机镦粗过程使银铜再次扩散结合，银铜具有相近延伸率，利用挤压可获得表层银层均匀的带状坯材；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度为0.2mm，然后进行分切，使宽度为35mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体；利用恒张力轧机进行小变比多道次轧制可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合带材，熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。
实施例2
一种三明治结构银铜熔体，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度为30mm，厚度为0.15mm；外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜熔体熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制。
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯度为99.99%的纯银，纯度为99.95%的无氧铜，分别装入由高纯、高强、高致密石墨制得的坩埚内，放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在由高纯、高强、高致密石墨制成的模具内，制得圆银锭及圆铜锭；且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理，热处理温度为710℃，热处理时间为1.5h；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固，扩散温度为760℃，时长3.5h；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；将挤压筒保温至银铜再结晶温度以上，对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压，利用压机镦粗过程使银铜再次扩散结合，银铜具有相近延伸率，利用挤压可获得表层银层均匀的带状坯材；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度为0.15mm，然后进行分切，使宽度为30mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体；利用恒张力轧机进行小变比多道次轧制可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合带材，熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。
实施例3
一种三明治结构银铜熔体，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度为25mm，厚度为0.07mm；外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜熔体熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制。
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯度为99.99%的纯银，纯度为99.95%的无氧铜，分别装入由高纯、高强、高致密石墨制得的坩埚内，放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在由高纯、高强、高致密石墨制成的模具内，制得圆银锭及圆铜锭；且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理，热处理温度为720℃，热处理时间为2h；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固，扩散温度为800℃，时长5h；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；将挤压筒保温至银铜再结晶温度以上，对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压，利用压机镦粗过程使银铜再次扩散结合，银铜具有相近延伸率，利用挤压可获得表层银层均匀的带状坯材；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度为0.07mm，然后进行分切，使宽度为25mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体；利用恒张力轧机进行小变比多道次轧制可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合带材，熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。
实施例4
一种三明治结构银铜熔体，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度为40mm，厚度为0.12mm；外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜熔体熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制。
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯度为99.99%的纯银，纯度为99.95%的无氧铜，分别装入由高纯、高强、高致密石墨制得的坩埚内，放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在由高纯、高强、高致密石墨制成的模具内，制得圆银锭及圆铜锭；且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理，热处理温度为720℃，热处理时间为2h；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固，扩散温度为800℃，时长5h；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；将挤压筒保温至银铜再结晶温度以上，对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压，利用压机镦粗过程使银铜再次扩散结合，银铜具有相近延伸率，利用挤压可获得表层银层均匀的带状坯材；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度为0.12mm，然后进行分切，使宽度为40mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体；利用恒张力轧机进行小变比多道次轧制可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合带材，熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。
表1 不同尺寸的三明治结构银铜熔体电阻率测试结果
由表1的实验结果可以看出，本发明制备的三明治结构银铜熔体具有较低的电阻率，外纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节银降成本。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述银铜熔体包括铜芯和设置在所述铜芯两侧的银层，所述银铜熔体为带状，宽度≥20mm，厚度≤0.2mm；
所述银铜熔体的制备方法包括以下步骤：
（1）称取纯银，无氧铜，分别装入坩埚内放入真空烧结炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；
（2）将圆银锭精加工为中空银圆环，并进行热处理；
（3）将圆铜锭加工为铜棒，然后与中空银圆环热装装配，使铜棒、中空银圆环过盈配合；
（4）将装配成型坯料，并放入真空烧结炉中扩散反应；
（5）将反应扩散成型的坯锭放入1000t卧式挤压机，使用等速挤压将圆锭挤压成带材坯料；
（6）利用恒张力轧机将带材坯料多道次小变比轧制至厚度≤0.2mm，然后进行分切，使宽度≥20mm，即可制得带状的三明治结构银铜熔体。
2.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述纯银的纯度为99.99%。
3.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述无氧铜的纯度为99.95%。
4.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述步骤（1）中，真空冶炼用的坩埚及浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理。
5.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述步骤（2）中，银圆环的热处理温度为700~720℃，热处理时间为1~2h。
6.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述步骤（4）中，真空烧结炉中的扩散温度为750~800℃，时长3~5h。
7.如权利要求1所述的一种三明治结构银铜熔体，其特征在于，所述步骤（5）中，卧式挤压机的挤压筒需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对反应扩散成型的坯料进行大变比热挤压。
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