CN116479278B - 一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法 - Google Patents
一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116479278B CN116479278B CN202310465409.XA CN202310465409A CN116479278B CN 116479278 B CN116479278 B CN 116479278B CN 202310465409 A CN202310465409 A CN 202310465409A CN 116479278 B CN116479278 B CN 116479278B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten
- copper
- powder
- infiltration
- auxiliary agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N copper tungsten Chemical class [Cu].[W] SBYXRAKIOMOBFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 78
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 111
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 62
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 4
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002679 ablation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- UYKQQBUWKSHMIM-UHFFFAOYSA-N silver tungsten Chemical compound [Ag][W][W] UYKQQBUWKSHMIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910021343 molybdenum disilicide Inorganic materials 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/059—Making alloys comprising less than 5% by weight of dispersed reinforcing phases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
- B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
- B22F1/054—Nanosized particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/045—Alloys based on refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0475—Impregnated alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0005—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with at least one oxide and at least one of carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/021—Composite material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
- H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
- H01H11/048—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by powder-metallurgical processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F2003/1032—Sintering only comprising a grain growth inhibitor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Contacts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法，属于电触头制造技术领域。首先将钨粉、陶瓷原料和助剂混匀后，烧结，得钨骨架；然后对钨骨架进行铜的熔渗处理。加入陶瓷原料和助剂，可以得到组织更均匀、晶粒更细小的钨骨架，在进行铜的熔渗操作时，更有利于铜的熔渗；采用本发明的方法得到的铜钨合金电触头材料，具有较高的密度、硬度和抗弯强度，热稳定性良好、抗电烧蚀性能优异，综合性能良好，可满足实际生产需求。
Description
技术领域
本发明属于电触头制造技术领域，具体涉及一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法。
背景技术
铜钨合金电触头广泛用于高压断路器上，起到电流的接通和断开作用，铜钨合金电触头中，铜和钨之间形成了既不互溶又不属于金属间化合物的两相组织，又称为假合金。铜钨合金在燃弧时，熔点较低的铜会首先熔化，并在电弧的高温作用下蒸发并带走大量的热量，促进钨骨架的快速冷却，并使铜钨合金电触头具有优异的开断性能。铜钨合金电触头在开闭的过程中会出现复杂的现象，因此行业内对铜钨合金电触头的物化性能、电学和机械性能等都有着较高的要求。
铜钨合金中，钨的熔点较高，可形成难熔的骨架，低熔点的铜填充于难熔的钨骨架中，钨骨架的孔隙率、孔洞尺寸、以及孔洞分布的均匀性决定了铜是否能够均匀地填充于钨骨架中，得到组织均匀的铜钨合金材料。由组织均匀的铜钨合金材料制得的铜钨合金触头的综合性能优异，更能满足实际的使用需求。
例如中国发明专利CN103526060A(一种铜钨合金的快速制备方法)中，将铜粉和钨粉球磨混匀后压块，然后装入莫来石坩埚内，并在坯块周围布满铜粉，采用微波进行烧结，然后自然冷却，得到铜钨合金。然而该技术手段是将铜粉和钨粉同时进行烧结，在烧结过程中，低熔点的铜会发生熔化变为液体，而高熔点的钨仍为固体，液体铜的流动会影响烧结产物的组织均匀性，进而影响产物的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法，以解决上述背景技术中的技术问题。
为了实现上述目的，本发明公开了一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法，首先将钨粉、陶瓷原料和助剂混匀后，烧结，得钨骨架；然后对钨骨架进行铜的熔渗处理。
进一步的，所述陶瓷原料为导电陶瓷原料，包括碳化硅、氮化钛、氧化锆、二硅化钼中的一种或几种的混合物。
进一步的，所述助剂包括氧化物助剂和/或碳化物助剂；所述氧化物助剂包括氧化铝、氧化镁、氧化钇中的一种或几种的混合物，所述碳化物助剂包括碳化锆、碳化钛中的一种或几种的混合物。
进一步的，按照质量份数计，所述钨粉为50-90份，所述陶瓷原料为0.1-0.7份，所述助剂为0.01-0.3份。
进一步的，所述钨粉包括第一钨粉和第二钨粉，其中第一钨粉的粒径为3-15μm，第二钨粉的粒径为20-80nm，所述第一钨粉和第二钨粉的质量比为1:0.5-1.5。
进一步的，所述烧结过程在真空、氮气、氩气或氢气氛围下进行。
进一步的，所述烧结过程中，烧结温度为1300-1600℃，升温速率为2-10℃/min，烧结时间为1-6h。
进一步的，所述熔渗过程中，将钨骨架、铜分别置于坩埚内，进行熔渗处理；其中铜为铜粉，铜粉的粒径为10-50μm，纯度≧99.8％。
进一步的，所述熔渗过程在真空或氢气氛围下进行。
进一步的，所述熔渗过程中，熔渗温度为1100-1500℃，熔渗时间为2-8h。
与现有技术相比，本发明的陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法具有以下有益效果：
(1)本发明中，在钨粉中加入陶瓷原料，在高温下共同烧结，得到钨骨架，相对于传统的钨骨架，钨骨架的孔隙率更高、孔径更细小，有利于铜的熔渗，并进而得到组织更均匀的铜钨合金电触头材料。
(2)本发明中，在烧结过程中加入助剂，助剂的存在可以阻止烧结过程出现晶型转变，抑制晶粒异常长大，使烧结过程加速，并使钨骨架内的晶粒尺寸更均匀、更细小，可进一步提高钨骨架的组织均匀性。
(3)本发明中，选用粒度不同的两种钨粉作为原料，弥补了单独采用一种较粗或较细钨粉烧结得到的铜钨合金电触头材料抗电弧烧蚀性能差的缺陷，提高了铜钨合金电触头材料的电性能。
(4)本发明中得到的铜钨合金电触头材料中，还含有陶瓷材料成分，因此赋予了最终产品较高的机械强度，以及优异的热稳定性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)烧结：按照质量份数计，将50-90份钨粉、0.1-0.7份陶瓷原料、0.01-0.3份助剂加入混料机中，搅拌混合均匀，压坯，烧结，得钨骨架；
(2)熔渗：对钨骨架进行铜的熔渗处理。
步骤(1)中，钨粉中包括第一钨粉和第二钨粉，其中第一钨粉的粒径为3-15μm，第二钨粉的粒径为20-80nm，且第一钨粉和第二钨粉的质量比为1:0.5-1.5；
陶瓷原料为导电陶瓷原料，包括碳化硅、氮化钛、氧化锆、二硅化钼中的一种或几种的混合物；
助剂包括氧化物助剂和/或碳化物助剂；其中氧化物助剂包括氧化铝、氧化镁、氧化钇中的一种或几种的混合物，所述碳化物助剂包括碳化锆、碳化钛中的一种或几种的混合物；上述助剂的粒径为1-5μm。
步骤(1)的烧结过程在真空、氮气、氩气或氢气氛围下进行。烧结过程中，烧结温度为1300-1600℃，升温速率为2-10℃/min，烧结时间为1-6h。
钨粉是烧结步骤的主要基材，钨粉经过高温烧结后，在其内部形成大量的贯通孔道，尺寸粒径不同的第一钨粉和第二钨粉经过烧结，形成了双尺度晶粒分布的钨骨架；钨粉尺寸不同，因此得到的钨骨架中金属晶粒的尺寸也不同，尺寸较小的细晶分布于尺寸较大的粗晶中，可作为增韧体，提高钨骨架的机械强度和硬度。
导电陶瓷原料经过烧结后形成导电陶瓷，导电陶瓷中存在尺寸相对较大的孔隙，与第一钨粉和第二钨粉烧结形成的钨骨架中的孔隙形成更多层次的孔结构，有利于铜的快速熔渗；同时导电陶瓷具有陶瓷材料自身的高硬度和高强度性能，因此最终得到的铜钨合金电触头材料也具有更高的硬度和强度。
助剂包括氧化物和/或碳化物，氧化物助剂能够与烧结物形成固溶体，可降低烧结温度、加快烧结速度、阻止晶型转变并抑制晶粒长大；碳化物助剂主要可抑制晶粒长大，防止二次结晶导致的异常晶粒长大；优选的，在烧结过程中，同时加入氧化物助剂和碳化物助剂，共同促进烧结的形成，降低烧结的难度，得到晶粒更细小的烧结产物，从而使烧结产物的微观组织更均匀、综合性能更优。
钨粉和导电陶瓷原料在烧结时，在助剂的作用下，烧结得到的钨骨架中孔结构更丰富，更有利于铜的熔渗，同时晶粒更细小，也赋予了铜钨合金电触头材料优异的机械性能。
同时导电陶瓷具有耐高温、高硬度、导电的特点，也可提高铜钨合金电触头材料的热稳定性、机械强度、抗电烧蚀性能，并能够确保铜钨合金具有一定的导电性能，满足使用需求。
烧结过程中，钨粉为主原料，陶瓷原料和助剂仅占很少一部分，不会对钨骨架的整体结构造成过多的影响；烧结在真空、氮气、氩气或氢气氛围下进行，可防止材料被氧化，确保钨骨架的导电性能。
步骤(2)中，将钨骨架、铜按照相应的质量比分别置于坩埚内，进行熔渗处理。熔渗过程在真空或氢气氛围下进行，熔渗温度为1100-1500℃，熔渗时间为2-8h。在一个特定的实施例中，铜可选择铜片，将铜片置于氧化锆舟内，铜片上方放置钨骨架，然后将氧化锆舟置于钼丝炉内加热，进行铜的熔渗处理。
其中，本发明中，熔渗所用的铜优选为铜粉，铜粉的纯度≧99.8％，铜粉的粒径为10-50μm。选择铜粉，相对于铜片，可以加快铜的熔融，促使液态的铜通过毛细作用尽快渗入钨骨架中，提高熔渗速度，进而提高生产效率；熔渗在真空或氢气氛围下进行，可避免金属被氧化，保证最终产物铜钨合金电触头材料具有较高的导电性能。根据国家标准《GB/T8320-2017铜钨及银钨电触头》的规定，按照铜钨电触头产品名称—铜钨系列：铜钨(50)、铜钨(55)、铜钨(60)、铜钨(65)、铜钨(70)、铜钨(75)、铜钨(80)、铜钨(85)、铜钨(90)中铜和钨的质量分数确定铜粉的加入量。
将本发明得到的铜钨合金电触头材料制备成铜钨合金电触头，并按照国家标准《GB/T8320-2017铜钨及银钨电触头》中的规定进行性能测试，所有的铜钨合金电触头性能均符合国家标准。
实施例1
以铜钨(80)为例，制备陶瓷改性的铜钨合金电触头材料，步骤如下：
(1)烧结：按照质量份数计，将80份钨粉(包括40份粒径为3-15μm的第一钨粉，和40份粒径为20-80nm的第二钨粉)、0.2份陶瓷原料(碳化硅，粒径为1-5μm)、0.02份助剂(包括0.01份氧化铝、粒径为2-5μm，和0.01份碳化锆、粒径为1-4μm)加入混料机中，搅拌直至混合均匀，然后采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；
将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内抽真空处理，升温速率为5℃/min，烧结温度为1400℃，烧结时间4h，然后随炉自然冷却，得到钨骨架。
(2)熔渗：将步骤(1)得到的钨骨架置于坩埚内，并在坩埚内钨骨架的周边布满20质量份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，然后将坩埚置于高温烧结炉内，加热至1200℃进行熔渗，高温下铜粉熔融变为液态，通过毛细作用熔渗进入钨骨架内的孔隙中，熔渗3h，然后随炉自然冷却，即得到铜钨合金电触头材料。记为S1。
实施例2
以铜钨(70)为例，制备陶瓷改性的铜钨合金电触头材料，步骤如下：
(1)烧结：按照质量份数计，将70份钨粉(包括30份粒径为3-15μm的第一钨粉，和40份粒径为20-80nm的第二钨粉)、0.3份陶瓷原料(碳化硅，粒径为1-5μm)、0.03份助剂(包括0.02份氧化铝、粒径为2-5μm，和0.01份碳化钛、粒径为1-4μm)加入混料机中，搅拌直至混合均匀，然后采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；
将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内抽真空处理，升温速率为3℃/min，烧结温度为1350℃，烧结时间6h，然后随炉自然冷却，得到钨骨架。
(2)熔渗：将步骤(1)得到的钨骨架置于坩埚内，并在坩埚内钨骨架的周边布满30质量份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，然后将坩埚置于高温烧结炉内，加热至1300℃进行熔渗，高温下铜粉熔融变为液态，通过毛细作用熔渗进入钨骨架内的孔隙中，熔渗2h，然后随炉自然冷却，即得到铜钨合金电触头材料。记为S2。
实施例3
以铜钨(80)为例，制备陶瓷改性的铜钨合金电触头材料，步骤如下：
(1)烧结：按照质量份数计，将80份钨粉(包括45份粒径为3-15μm的第一钨粉，和35份粒径为20-80nm的第二钨粉)、2份陶瓷原料(1份碳化硅、粒径为1-5μm，和1份氮化钛、粒径为1-5μm)、0.4份助剂(包括0.2份氧化镁、粒径为2-5μm，和0.2份碳化钛、粒径为1-4μm)加入混料机中，搅拌直至混合均匀，然后采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；
将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内抽真空处理，升温速率为2℃/min，烧结温度为1300℃，烧结时间5h，然后随炉自然冷却，得到钨骨架。
(2)熔渗：将步骤(1)得到的钨骨架置于坩埚内，并在坩埚内钨骨架的周边布满20质量份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，然后将坩埚置于高温烧结炉内，加热至1250℃进行熔渗，高温下铜粉熔融变为液态，通过毛细作用熔渗进入钨骨架内的孔隙中，熔渗4h，然后随炉自然冷却，即得到铜钨合金电触头材料。记为S3。
实施例4
以铜钨(80)为例，制备陶瓷改性的铜钨合金电触头材料，步骤如下：
(1)烧结：按照质量份数计，将80份钨粉(包括35份粒径为3-15μm的第一钨粉，和45份粒径为20-80nm的第二钨粉)、0.3份陶瓷原料(碳化硅、粒径为1-5μm)、0.03份助剂(氧化铝、粒径为2-5μm)加入混料机中，搅拌直至混合均匀，然后采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；
将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内通氮气，升温速率为4℃/min，烧结温度为1400℃，烧结时间4h，然后随炉自然冷却，得到钨骨架。
(2)熔渗：将步骤(1)得到的钨骨架置于坩埚内，并在坩埚内钨骨架的周边布满20质量份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，然后将坩埚置于高温烧结炉内，加热至1100℃进行熔渗，高温下铜粉熔融变为液态，通过毛细作用熔渗进入钨骨架内的孔隙中，熔渗4h，然后随炉自然冷却，即得到铜钨合金电触头材料。记为S4。
对比例1
以铜钨(80)为例，制备铜钨合金电触头材料，步骤如下：
(1)烧结：按照质量份数计，将80份粒径为3-15μm的钨粉，采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；
将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内抽真空处理，升温速率为2℃/min，烧结温度为1300℃，烧结时间5h，然后随炉自然冷却，得到钨骨架。
(2)熔渗：将步骤(1)得到的钨骨架置于坩埚内，并在坩埚内钨骨架的周边布满20质量份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，然后将坩埚置于高温烧结炉内，加热至1250℃进行熔渗，高温下铜粉熔融变为液态，通过毛细作用熔渗进入钨骨架内的孔隙中，熔渗4h，然后随炉自然冷却，即得到铜钨合金电触头材料。记为B1。
对比例2
以铜钨(80)为例，制备铜钨合金电触头材料，步骤如下：
按照质量份数计，将80份粒径为3-15μm的钨粉、20份的铜粉(铜粉的纯度≧99.8％、粒径为10-50μm)，加入混料机中，搅拌直至混合均匀，采用粉末冶金的方法进行压坯成型，得到坯料；将坯料置于高温烧结炉内进行烧结，炉内抽真空处理，升温速率为4℃/min，烧结温度为1400℃，烧结时间4h，然后随炉自然冷却，得到铜钨合金电触头材料。记为B2。
按照国家标准《GB/T8320-2017铜钨及银钨电触头》中的规定，对上述实施例和对比例得到的铜钨合金电触头材料进行性能测试，并对其进行型式试验，评价其抗电烧蚀性能，测试结果如表1所示。
表1铜钨合金电触头材料的性能测试结果
由表1可看出，采用本发明的方法得到的陶瓷改性的铜钨合金电触头材料，经过性能测试，相对于采用传统工艺得到的铜钨合金电触头材料，具有较高的密度、硬度和抗弯强度，热稳定性良好、抗电烧蚀性能优异，并且保持了较高的导电率，可见采用本发明的方法，得到了综合性能优异的铜钨合金电触头材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制发明，凡在本发明的设计构思之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法，其特征在于，首先将钨粉、陶瓷原料和助剂混匀后，烧结，得钨骨架；然后对钨骨架进行铜的熔渗处理；
所述陶瓷原料为导电陶瓷原料，所述导电陶瓷原料为碳化硅，所述碳化硅的粒径为1-5μm；
所述助剂包括氧化物助剂和碳化物助剂；所述氧化物助剂包括氧化铝、氧化镁、氧化钇中的一种或几种的混合物，所述碳化物助剂包括碳化锆、碳化钛中的一种或几种的混合物；所述助剂的粒径为1-5μm；
按照质量份数计，所述钨粉为50-90份，所述陶瓷原料为0.1-0.7份，所述助剂为0.01-0.3份；
所述钨粉包括第一钨粉和第二钨粉，其中第一钨粉的粒径为3-15μm，第二钨粉的粒径为20-80nm，所述第一钨粉和第二钨粉的质量比为1:0.5-1.5；
所述烧结过程中，烧结温度为1350-1400℃，升温速率为2-10℃/min，烧结时间为1-6h；
所述铜的熔渗处理过程中，铜为铜粉，铜粉的粒径为10-50μm，纯度≧99.8％；
所述熔渗温度为1200-1300℃，熔渗时间为2-8h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结过程在真空、氮气、氩气或氢气氛围下进行。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熔渗过程中，将钨骨架、铜分别置于坩埚内，进行熔渗处理。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熔渗过程在真空或氢气氛围下进行。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2023100679596 | 2023-02-06 | ||
| CN202310067959 | 2023-02-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116479278A CN116479278A (zh) | 2023-07-25 |
| CN116479278B true CN116479278B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=87213491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310465409.XA Active CN116479278B (zh) | 2023-02-06 | 2023-04-27 | 一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116479278B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101515513A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 西安理工大学 | 一种制备TiC/CuW合金触头材料的方法 |
| CN101515512A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 西安理工大学 | 一种制备CuW/Y2O3复相触头材料的方法 |
| CN106270499A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-01-04 | 佳木斯大学 | 一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法 |
| CN110791674A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-02-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种难熔碳化物颗粒增强钨渗铜复合材料的制备方法 |
| CN110976889A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-10 | 西安理工大学 | 一种高W量W-Cu复合材料的制备方法 |
| CN112658243A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-04-16 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种CuW/CuCr整体触头的制备方法 |
| CN114160787A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-11 | 沈阳金昌蓝宇新材料股份有限公司 | 一种不收缩钨骨架的制造方法 |
| CN114525438A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-24 | 西安宝德九土新材料有限公司 | 钨铜复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030217828A1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-11-27 | Mark Opoku-Adusei | Metal matrix composite having improved microstructure and the process for making the same |
| US7063815B2 (en) * | 2003-12-05 | 2006-06-20 | Agency For Science, Technology And Research | Production of composite materials by powder injection molding and infiltration |
-
2023
- 2023-04-27 CN CN202310465409.XA patent/CN116479278B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101515513A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 西安理工大学 | 一种制备TiC/CuW合金触头材料的方法 |
| CN101515512A (zh) * | 2009-03-30 | 2009-08-26 | 西安理工大学 | 一种制备CuW/Y2O3复相触头材料的方法 |
| CN106270499A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-01-04 | 佳木斯大学 | 一种电子封装用SiCp(Cu)/Cu复合材料的制造方法 |
| CN110791674A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-02-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种难熔碳化物颗粒增强钨渗铜复合材料的制备方法 |
| CN110976889A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-10 | 西安理工大学 | 一种高W量W-Cu复合材料的制备方法 |
| CN112658243A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-04-16 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种CuW/CuCr整体触头的制备方法 |
| CN114160787A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-11 | 沈阳金昌蓝宇新材料股份有限公司 | 一种不收缩钨骨架的制造方法 |
| CN114525438A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-24 | 西安宝德九土新材料有限公司 | 钨铜复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116479278A (zh) | 2023-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3926994B2 (ja) | 真空開閉器用銅−クロム系接点素材の組織制御方法及びその方法により製造された接点素材 | |
| US4032301A (en) | Composite metal as a contact material for vacuum switches | |
| CN112126838B (zh) | 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用 | |
| Biyik | Effect of cubic and hexagonal boron nitride additions on the synthesis of Ag–SnO2 electrical contact material | |
| CN106756376B (zh) | 钨铜合金及其加工方法和应用 | |
| CN111489899B (zh) | 一种银碳化钨电接触材料制备方法 | |
| CN101135011A (zh) | AgSnO2电接触材料制备新方法 | |
| CN112391565A (zh) | 一种ZrC弥散强化钨铜复合材料的制备方法 | |
| CN102044347B (zh) | 银铜镍陶瓷高抗熔焊合金触头材料的制备方法及其产品 | |
| CN103045895A (zh) | 一种电接触材料及其制备方法 | |
| CN116479278B (zh) | 一种陶瓷改性的铜钨合金电触头材料的制备方法 | |
| CN110106419A (zh) | 一种制备钼铜复合材料的装置及方法 | |
| JP4620071B2 (ja) | 真空遮断器用接点材料 | |
| CN112430104A (zh) | 一种用于制备陶瓷的复合添加剂及其制备方法和应用 | |
| CN114058884B (zh) | 一种银镍电接触材料及其制备方法 | |
| CN104588672A (zh) | 原位掺杂含铜氧化锡粉末的制备方法及银氧化锡材料 | |
| CN114515829A (zh) | 层状梯度W-Cu复合材料的制备方法 | |
| KR970001558B1 (ko) | 극초미립의 복합분말물질의 제조방법 | |
| CN103060656B (zh) | 含有二硼化钛陶瓷相的铜铬触头复合材料及其制备方法 | |
| JP2017008381A (ja) | 電極材料の製造方法 | |
| CN111360274A (zh) | 一种银钨电接触材料及其制备方法 | |
| CN112735866B (zh) | 一种低压电器用Cu-VB2-La触头材料及其制备方法 | |
| CN114093687B (zh) | 一种组织均匀银镁镍合金电接触材料及其制备方法 | |
| CN114160787B (zh) | 一种不收缩钨骨架的制造方法 | |
| CN115740465B (zh) | 一种银氧化锡触头材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |