DE2920014A1

DE2920014A1 - Kontakt fuer einen vakuumunterbrecher

Info

Publication number: DE2920014A1
Application number: DE19792920014
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Horiuchi; Masaru Kato; Hitoshi Takeuchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1979-05-17
Publication date: 1979-11-29
Also published as: JPS54152172A; DE2920014C2; GB2024257B; US4299889A; GB2024257A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontakt für einen Vakuumunterbrecher mit ausgezeichneter Spannungsfestigkeit, ausgezeichneter Stramfestigkeit und geringem ünterbrecherstrom.

Bei einem Kontakt für einen Vakuumunterbrecher sind die folgenden Eigenschaften von Bedeutung:

(1) im Stromunterbrecher müssen gute Hlnterbrechereigenschaften vorliegen;

(2) hohe Spannungsfestigkeit;

(3) geringer Kontaktwiderstand;

(4) niedrige Schmelzbindekraft;

(5) niedrige Kontakterosion; und

(6) geringer Unterbrecherstrom CÄbrelßstroml.

Es ist bisher schwierig gewesen, einen praktisch verwendbaren Kontakt herzustellen, welcher die obigen Eigenschaften allesamt in ausreichendem MaBe aufweist. Han hat demgemäß bisher einen Kontakt verwendet, welcher bestimmter wichtige Eigenschaften zeigt, obgleich andere Eigenschaften unbefriedigend sind« Solche Kontakte hat man je nach der Verwendung in einem Vakuumunterbrecher gewählt. Bei Vakuumunterbrechern verwendet man z.B. in der Hauptsache für den Kontakt eine Kupfer-Wismut-Legierung (Cu-Bi). Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Kontakt aus einer Cu-Bi-Legierung die folgenden Nachteile hat. Ein Kontakt aus einer Cu-Bi-Legierung alt weniger als 0,5 Gew»j6 Bi hat einen großen Unterbrecherstrom* während ein Kontakt aus einer Cu-Bi-Legierung alt mehr als 0,5 Gew.% Bi eine relativ geringe Spannungsfestigkeit hat.Wenn der Ifnterbrecfrerstrom groß ist, so koarat es zu einer unnormalen Spannung zwischen den Kontakten. Wenn die Spannungsfestigkeit gering ist, so kann der Kontakt nicht in Hochspannungsschaltungen verwendet werden.

Andererseits ist es bekannt, daß ein Kontakt aus Wolfram im Vakuum eine hohe Spannungsfestigkeit hat. Wolfram ist jedoch

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ein hitzefestes Metall mit ausgeprägter thermionischer Emission und geringem Metalldampfdruck. Daher können von einem Kontakt aus Wolfram keine guten Unterbrechereigenschaften erwartet werden. Wolfram hat eine geringe Leitfähigkeit, so daß der Kontaktwiderstand zwischen den Kontakten groß ist. Es ist daher schwierig, einen allein aus Wolfram bestehenden Kontakt in einem Stromunterbrecher für hohe Ströme zu verwenden, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Temperaturerhöhung.

Es ist bekannt, Kupfer zuzusetzen, um die genannten Nachteile des Wolframkontakts zu überwinden. Eine Kupfer-Wolfram-Legierung eignet sich als Substrat für einen Kontakt mit einer hohen Spannungsfestigkeit. Nun wird aber der Unterbrecherstrom der Kupfer- Wolfram-Legierung durch die Unterbrechereigenschaften des Kupfers und durch die Unterbrechereigenschaften des Wolframs und durch die Grenzfläche zwischen dem Kupfer und dem Wolfram beeinflußt sowie durch das Verhältnis von Kupfer zu Wolfram. Der Unterbrecherstrom steigt mit steigendem Verhältnis von Kupfer zu Wolfram (Gew.94) im Gemisch aus Kupfer und Wolfram. Andererseits sinkt der Unterbrecherstrom mit Verringerung des Durchmessers der Wolframteilchen bei konstantem Verhältnis von Kupfer zu Wolfram (Gew.96). Das Phänomen hat die folgenden Ursachen:

Die Leitfähigkeit des Kupfers ist wesentlich höher als die Leitfähigkeit des Wolframs /in den kleinen Stromregionen besteht ein offensichtliches Nebenschlußphänomen in der Nähe des Unterbrecherstroms. Demgemäß fließt der Strom hauptsächlich durch die Kupferteile. Wenn das Wolframskelett aus kleineren Teilchen von Wolframpulver gebildet wird, so ist die Kupferkomponente fein und gleichmäßig verteilt, wodurch die zusammenhängenden Bereiche der Kupferkomponente verringert sind. Der Teil der Kupferkomponente, der fein und gleichmäßig verteilt ist, hat eine geringere Wärmekapazität, so daß man bei gleicher Stromstärke eine höhere Temperatur er-

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hält und der Unterbrecherstrom verringert wird, ,und zwar im Vergleich mit der zusammenhängenden Hasse der Kupferkomponente .

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kontakt für einen Vakuumunterbrecher zu schaffen, welcher einen geringen Unterbrecherstrom aufweist, bei dem die Kupferkomponente fein und gleichmäßig verteilt ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Kontakt für einen Vakuumunterbrecher zu schaffen, welcher ausgezeichnete Schmelzbindeeigenschaften aufweist sowie eine große Härte, eine große Kontaktfestigkeit und eine günstige Bogenzeit beim Unterbrechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kontakt gelöst, welcher hergestellt wird durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett aus einem Wolframpulver mit einem Durchmesser von weniger als 1 /um.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung , des Durchmessers des Wolframpulvers und der Unterbrecherströme; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung des Gehalts an Silber (Ag) und der Unbrbrecherströme.

Fig. 1 zeigt die Unterbrecherströme für einen Kontakt aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung (CU-W), welche hergestellt wird durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett, welches aus Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 3/um hergestellt wurde. Ferner zeigt Fig. 1 die Unterbrecherströme für einen Kontakt aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung (Cu-W), welche hergestellt wurde durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett, das aus einem

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Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 1/um gebildet wurde. Ferner zeigt Fig. 1 die Unterbrecherströme für einen Kontakt aus einer weiteren Kupfer-Wolfram-Legierung (Cu-W). Diese wurde hergestellt durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett, das aus einem Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 0,5/um gebildet wurde. Der Unterbrecherstrom des Kontakts aus Kupfer- Wolfram ist klein. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Wolframteilchen unterhalb 1 /um liegt, so ist der Unterbrecherstrom eines daraus hergestellten Kontakts bemerkenswert gering. Erfindungsgemäß wird der Kontakt für einen Vakuumunterbrecher hergestellt durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett, das aus einem Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1 /um gebildet wurde.

Erfindungsgemäß beträgt der Kupfergehalt 14 bis 4,5 Gew.%. Das Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte des Skeletts aus Wolfram liegt im Bereich von 70 bis 90%. Wie oben erläutert, wird die Spannungsfestigkeit erhöht und der Unterbrecherstrom wird gesenkt, wenn der Kupfergehalt (Gew.#) bei dem Vakuumunterbrecher gesenkt wird (bei den ' Versuchen gemäß Fig. 1 ist der Kupfergehalt stets gleich. Wenn der Kupfergehalt unterhalb 14 Gew.s6 liegt, so ist der Unterbrecherstrom äußerst gering. Diese Tatsache wurde durch Versuche belegt.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den Unterbrecherströmen und dem Silbergehalt (Gew.%) des herkömmlichen Kontakts für einen Vakuumunterbrecher aus Silber-Wolframcarbid (Ag-WC). Bei dieser Ausführungsform beträgt der durchschnittliche Durchmesser der Wolframcarbidteilchen etwa 4 >um. Man erkennt aus Fig. 2, daß der Unterbrecherstrom stark verringert ist, wenn der Gehalt an Silber unter 30 Gew.# liegt. Man er-

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kennt aus diesen Tatsachen, daß der Unterbrecher.strom gering ist, wenn der Gehalt an Kupfer in einem Kupfer-Wolfram-Kontakt oder der Gehalt an Silber in einem Silber-Wölframcarbid-Kontakt unterhalb eines spezifischen Grenzwerts (Gew.Ji) liegt. Somit kann die erfindungsgemäße Kupfer-Wolframlegierung hergestellt werden durch Infiltrieren von Kupfer in das Wolframskelett.

Das Wolframskelett mit einem hohen Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte kann hergestellt werden durch Sinterung bei hoher Temperatur, z.B. bei etwa 200O⁰C. Es ist bevorzugt, einen Vakuumofen zu verwenden, und zwar im Hinblick auf die maximale Temperatur bei der Sinterung im Vergleich zu einem Ofen mit einer Atmosphäre. Ein Skelett aus Wolfram mit einem Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte von mehr als 70% wird hergestellt durch Takuumsinterung nach einem Pulvermetallurgieverfahren und das Kupfer wird in das Wolframskelett infiltriert, wobei man den Kontakt aus der Kupfer-Wolfram-Legierung erhält. Wenn man Kupferpulver und Wolframpulver zu einer Vormischung mischt und diese Mischung sodann in eine« pulvermetallurgischen Vakuumsinterverfahren sintert, so kann man dennoch ' die gewünschte, gesinterte Legierung nicht erhalten, da das Verfahren im Vakuum durchgeführt wird und da die Sinterungstemperatur wesentlich über dem Schmelzpunkt bzw. Verdampfungspunkt des Kupfers liegt, so daß das Kupfer in den Siedezustand gerät.

Der erfindungsgemäße Kontakt hat eine hohe Spannungsfestigkeit, da ein starkes Wolframskelett vorhanden ist und da der Kupfergehalt gering ist (Gew.96). Der Verbrauch des Kontakts bei hoher Strombelastung ist aus den gleichen Gründen ebenfalls gering.

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Der größte Vorteil besteht jedoch in dem geringen Unterbrechungsstrom (chopping current), da das Kupfer gleichmäßig und fein verteilt ist. Der erfindungsgemäße Kontakt für einen Vakuumunterbrecher hat darüberhinaus weitere vorteilhafte Eigenschaften. Diese zeigen sich insbesondere bei der Prüfung der Schmelzbindekraft, der Härte, des Kontaktwiderstandes und der Lichtbogenzeit beim Unterbrechen.

Diese Tatsachen belegen den Fortschritt, welcher mit der erfindungsgemäßen Kupfer-Wolfram-Legierung erzielt wird, nämlich mit einer Legierung, welche hergestellt wird durch Infiltrieren von Kupfer in ein Skelett, das aus einem Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1/um hergestellt wurde. Dieser Kontakt eignet sich hervorragend für Vakuumunterbrecher, da er eine hohe Spannungsfestigkeit, eine große Stromfestigkeit und einen sehr geringen Unterbrechungsstrom aufweist.

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Claims

Patentansprüche

1.J Kontakt für einen Vakuumunterbrecher* hergestellt furch Infiltrieren von Kupfer In ein Skelett» welches herge stellt wurde unter Verwendung eines Wolframpulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1/um.

2. Kontakt nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte des Skeletts aus Wolfram im Bereich vom 70 bis

3- Kontakt nach einem der Ansprüche 1 oder 2„ dadurch gekennzeichnet» daß er hergestellt wurde durch Infiltrieren von Kupfer in das Wolframskelett unter einer Wasserstoffatmo sphäre oder im Vakuum.

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ORIGINAL INSPECTED