DE69021505T2

DE69021505T2 - Kontaktmaterial für Vakuumschalter und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: DE69021505T2
Application number: DE69021505T
Authority: DE
Inventors: Eizo Naya; Mitsuhiro Okumura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-11-03
Also published as: KR910010570A; EP0426490A2; US5130068A; DE69021505D1; EP0426490A3; EP0426490B1; JPH03149719A; KR930007118B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Kontaktmaterial für Vakuumschalter mit hervorragendem Unterbrechungsvermögen und hoher Spannungsfestigkeit, kleinem Abreißstrom und Schweißtrennkraft (das heißt einer Kraft, die benötigt wird, um beide Kontakte, die durch den Strom zusammengeschmolzen sind, auseinanderzuziehen), geringen Verschleiß und beständige Leistung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kontaktmaterialien für Vakuumschalter wurden üblicherweise zum Beispiel aus Cu-Cr oder Ag-WC gefertigt. Unter diesen hat beispielsweise Cu-Cr ein hervorragendes Unterbrechungsvermögen und Spannungsfestigkeit, sein Abreißstrom jedoch ist höher als 3 A oder mehr und auch die Schweißtrennkraft ist hoch. Andererseits hat beispielsweise Ag-WC einen hervorragenden Abreißstrom von etwa 1 A, aber sein Unterbrechungsvermögen ist gering und die Spannungsfestigkeit ist niedrig. Cu-Cr Kontaktmaterialien werden daher hauptsächlich in Stromunterbrechern benutzt, während Ag-WC Kontaktmaterialien hauptsächlich in Lastschaltern wie zum Beispiel Motoren benutzt werden.
Die Benutzung von unterschiedlichen Kontaktmaterialien für unterschiedlichen Anwendungen, wie oben beschrieben, macht jedoch die Handhabung so vieler Typen notwendig, was beschwerlich ist. Zusätzlich müssen an Vakuumschaltern und in ähnlicher Weise an den Mechanismus und die Struktur von Vakuumunterbrechern strukturelle Änderungen durchgeführt werden, wenn das Kontaktmaterial gewechselt wird.
Ein bekanntes Kontaktmaterial ist auch Cu-Cr&sub2;O&sub3;, es hat jedoch, wie in Fig. 4, einer schematischen Teilansicht der Struktur dieses Materials, zu sehen ist, zahlreiche geschlossene Poren oder Lücken (7), die sein elektrisches Verhalten unbeständig machen. In Fig. 4 bezeichnet (6) Cr&sub2;O&sub3; und (2) Cu.
Wenn beispielsweise dieses Material verwendet wird, um große Ströme zu unterbrechen, schmelzt der Bogen die Kontaktoberflächen. Der Oberflächenteil des Kontakts nutzt zunehmend ab und es entsteht abwechselnd eine Situation, in der sich Lücke, die Restgase enthält, in der Nähe der Kontaktoberfläche befindet, und eine Situation, in der sich keine derartige Lücke nahe der Kontaktoberfläche befindet. In der erstgenannten Situation mißlingt die Stromunterbrechung, da das Restgas ausgeblasen wird, wenn die Kontaktoberfläche schmilzt und die Stärke des Vakuums in dem Vakuumschalter vermindert wird (der Druck innerhalb des Vakuumschalters steigt an). In der zweitgenannten Situation wird beim Schmelzen der Kontaktoberfläche kein Gas ausgeblasen und die Stromunterbrechung ist daher erfolgreich. Wenn das Bauelement benutzt wird, um große Ströme wiederholt zu unterbrechen, wird es immer dann versagen, wenn neue Lücken durch das Schmelzen des darüberliegenden Oberflächenteils des Kontakts zerstört werden.
Wenn das Bauelement benutzt wird, um kleine Ströme zu unterbrechen, ist der hergestellte Bogen klein und die Kontaktoberflächen schmelzen nicht wie in dem Fall der Unterbrechung großer Ströme. In Gebieten, die der Bogen trifft, tritt jedoch Schmelzen auf und wenn an diesen Stellen Lücken mit Restgas vorhanden sind, wird dieses Gas freigesetzt und beeinträchtigt die Spannungsfestigkeit.
Der Grund für die Existenz dieser Lücken ist die extrem geringe Benetzbarkeit von Cr&sub2;O&sub3; in Cu, und es ist sehr schwierig, den Anteil an Lücken zu verringern, wenn die Kontakte mit den üblichen Verfahren hergestellt werden.
Die Autoren dieser Erfindung haben schon Versuche durchgeführt mit der Absicht, Kontaktmaterialien zu entwickeln, die alle obigen Erfordernisse erfüllen können. Beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Kokai Veröffentlichung Nr. 1984-215621 wird ein Cu-Cr-Cr&sub2;O&sub3; Kontaktmaterial teilweise offengelegt. Obwohl dieses Kontaktmaterial hervorragende Leistung hinsichtlich der Erfüllung all dieser Erfordernisse zeigt, wurde in späteren Versuchen gefunden, daß seine Stromunterbrechungseigenschaften nicht stabil sind und daß seine Leistung schwankt.
Folglich hatten gewöhnliche Kontaktmaterialien für Vakuumschalter nicht sämtliche erforderlichen Eigenschaften und viele Arten an Materialien mußten für verschiedene Anwendungen benutzt werden, damit minderwertige Eigenschaften die Kontaktleistung nicht beeinträchtigten. Weiterhin fehlten dem Kontaktmaterial, selbst wenn es sämtliche erforderlichen Eigenschaften besaß, Stabilität.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung wurde entwickelt, um die obigen Probleme zu lösen. Sie beabsichtigt, ein Kontaktmaterial für Vakuumschalter, das hervorragendes Unterbrechungsvermögen und Spannungsfestigkeit, niedrigen Abreißstsrom, geringe Schweißtrennkraft und geringen Verschleiß besitzt, und ein Verfahren zur Herstellung des genannten Materials zur Verfügung zu stellen.
Entsprechend der Erfindung wird ein Kontaktmaterial für Vakuumschalter zur Verfügung gestellt, das aus Cu und CrxOy (x = 1 bis 2, y = 0 bis 3) besteht, wobei CrxOy in einem teilchenförmigen Zustand ist, und der mittlere Teil der Teilchen aus Cr&sub2;O&sub3; (x = 2, y = 3) und der Umfangsteil der Teilchen aus Cr (x = 1, y = 0) besteht.
Entsprechend der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterial für Vakuumschalter zur Verfügung gestellt, welches die Schritte aufweist:
i Bilden eines Grünlings aus Cr&sub2;O&sub3;-Pulver;
ii Wärmebehandeln des Grünlings aus Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in Wasserstoffatmosphäre, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren; und
iii Erwärmen des Grünlings und von Cu, damit das Cu in die Poren des Grünlings ein dringt.
Entsprechend der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterial für Vakuumschalter zur Verfügung gestellt, welches die Schritte aufweist:
i Wärmebehandeln von Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre; um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren;
ii Bilden eines Grünlings aus dem in Schritt i erhaltenen Pulver; und
iii Erwärmen des Grünlings und von Cu, damit das Cu in die Poren des Grünlings eindringt.
Entsprechend der Erfindung wird nun weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterial für Vakuumschalter zur Verfügung gestellt, welches die Schritte aufweist:
i Wärmebehandeln von Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren;
ii Mischen des erhaltenen Pulvers und von Cu- Pulver;
iii Bilden eines Grünlings aus der Mischung; und
iv Sintern des Grünlings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine schematische Teilansicht der Struktur des Kontaktmaterials dieser Erfindung.
Fig. 1B ist eine schematische Teilansicht in mehr Einzelheiten eines CrxOy-Teilchens und des umgebenden Gebietes, das in Fig. 1A gezeigt ist.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das das Unterbrechungsvermögen des Kontaktmaterials dieser Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das das Unterbrecherstromverhalten des Kontaktmaterials dieser Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Teilansicht der Struktur eines gewöhnlichen Kontaktmaterials.

GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie in Fig. 1A gezeigt, besteht das Kontaktmaterial für Vakuumschalter dieser Erfindung aus Cu (2) und CrxOy (x = 1 bis 2, y = 0 bis 3) (1). Fig. 1A ist eine schematische Teilansicht der Struktur des Kontaktmaterials.
Das genannte CrxOy ist in einem teilchenförmigen Zustand und der mittlere Teil dieser Teilchen besteht aus Cr&sub2;O&sub3;. Um eine gute Benetzbarkeit mit Cu zu erhalten, besteht die Umfangsfläche der Teilchen aus Cr.
Wie beispielsweise Fig. 1B, die eine schematische Ansicht eines Querschnitts eines Teilchens darstellt, entnommen werden kann, besteht der mittlere Teil aus Cr&sub2;O&sub3; (14) und es gibt außerhalb des mittleren Teils eine Schicht, die aus einer Mischung aus CrO und Cr&sub2;O&sub3; (13) besteht und daraufhin eine Schicht aus Cr (12). Aufgrund des Kontakts mit Cu (2), gibt es weiterhin gewöhnlich zusätzlich eine reaktive Schicht (11) auf der Oberfläche der Cr Schicht (12), die durch Reaktion von Cr mit Cu gebildet wird. In der Praxis gibt es jedoch keine klare Grenze zwischen diesen Schichten sondern einen fließenden Übergang von Cr&sub2;O&sub3; zu Cr.
Es ist daher nicht möglich, die Dicke jeder dieser Schichten zu bestimmen und es gibt keine besonderen Grenzen für ihre Dicke. Die durchschnittliche Größe der CrxOy Teilchen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 3 um.
Der Anteil an CrxOy in dem Kontaktmaterial beträgt vorzugsweise 10 bis 65 Volumen-%, besser jedoch 34 bis 60 Volumen-%. Wenn der genannte Anteil geringer als 10 Volumen-% ist, hat das Unterbrechungsvermögen den Hang abzunehmen und der Abreißstrom hat den Hang zuzunehmen; und wenn der Anteil 60 Volumen-% übersteigt, hat das Unterbrechungsvermögen den Hang abzunehmen.
Wie schon erwähnt, besteht der Umfangsteil der CrxOy- Teilchen in dem Kontaktmaterial dieser Erfindung aus Cr, das eine gute Benetzbarkeit mit Cu besitzt. Für Lücken ist es daher sehr schwierig, in diesen Strukturen zu existieren und der Anteil an Lücken in dem Material ist normalerweise nicht größer als 2 %.
Da in dem Kontaktmaterial dieser Erfindung sehr wenige Lücken vorhanden sind, besitzt es immer ein stabiles Unterbrechungsverhalten bezüglich großer Ströme, eine stabile Spannungsfestigkeit und einen geringen Abreißstrom. Die Schweißtrennkraft ist ebenfalls klein und die Abnutzung ist gering.
Wir werden jetzt vier Verfahren zur Herstellung des Kontaktmaterials dieser Erfindung beschreiben.
Beim ersten Herstellungsverfahren wird ein Grünling aus Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren und es wird Kupfer in die offenen Poren des so erhaltenen Grünlings eingebracht.
Das genannte Cr&sub2;O&sub3;-Pulver sollte vorzugsweise eine Reinheit nicht unter 99 % und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,5 bis 3 um haben.
Der genannte Grünling kann durch jede der üblichen Methoden, wie zum Beispiel eine Gesenkpresse, gebildet werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Cr&sub2;O&sub3;-Reduktion sollte die Atmosphäre bei der genannten Wärmebehandlung vorzugsweise Wasserstoff sein. Das Zuführungsgas sollte vorzugsweise einen Taupunkt nicht über -60º C besitzen und unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitungszeit oder der Erzeugung von H&sub2;O durch Reduktion sollte es vorzugsweise einen Taupunkt nicht höher als -90º C besitzen.
Die Temperatur der genannten Wärmebehandlung sollte vorzugsweise bei 1000º C oder darüber liegen und unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitungszeit sollte sie im Bereich 1200 bis 1300º C liegen. Die Verarbeitungszeit sollte vorzugsweise 0,5 bis 1 Stunde betragen.
Es gibt keine besondere Begrenzung des Verfahrens, das zum Einbringen von Cu in die offenen Poren des genannten Grünlings verwendet wird.
Beispielsweise kann das Kupfer auf dem genannten Grünling aufgebracht werden, der wärmebehandelt wurde, und diese Kombination wird in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt, um das Cu zu schmelzen, so daß das Cu in die offenen Poren des Grünlings eindringt.
Während dieses Eindringens beträgt die Erwärmungstemperatur im allgemeinen 1200 bis 1300º C und die Erwärmungszeit beträgt vorzugsweise 0,5 bis 1 Stunde.
Bei dem zweiten Herstellungsverfahren wird Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren, aus dem erhaltenen Pulver wird ein Grünling gebildet und in die offenen Poren des Grünlings wird Kupfer eingebracht.
Das genannte Cr&sub2;O&sub3;-Pulver ist dasselbe wie dasjenige, das bei dem ersten Herstellungsverfahren benutzt wird.
Die Bedingungen der genannten Wärmebehandlung können dieselben sein wie diejenigen des ersten Herstellungsverfahrens.
Der genannte Grünling kann durch jedes der üblichen Verfahren, wie beispielsweise eine Gesenkpresse, gebildet werden.
Wenn aus Cr&sub2;O&sub3;-Pulver, dessen Oberfläche reduziert wurde, große Teilchen gebildet werden, so werden diese vorzugsweise in einer Kugelmühle oder einem ähnlichen Gerät vor ihrer Benutzung zerbrochen.
Das Verfahren zum Einbringen von Cu in die offenen Poren des genannten Grünlings kann dasselbe sein wie dasjenige des ersten Herstellungsverfahrens.
Bei dem dritten Herstellungsverfahren wird Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren, es wird aus einer Mischung aus dem erhaltenen Pulver und Cu-Pulver ein Grünling gebildet und der Grünling wird dann gesintert.
Das Cr&sub2;O&sub3;-Pulver und das Verfahren zur Reduktion der Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr kann dasselbe sein wie dasjenige des zweiten Herstellungsverfahrens.
Das Cr&sub2;O&sub3;-Pulver nach der Reduktion der genannten Oberfläche und Cu-Pulver können durch jedes der üblichen Verfahren wie beispielsweise eine Kugelmühle gemischt werden.
Das genannte Cu-Pulver sollte vorzugsweise eine Reinheit nicht unter 99 % und eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 um haben.
Der genannte Grünling kann durch jedes der üblichen Verfahren, wie beispielsweise eine Gesenkpresse, gebildet werden.
Es gibt keine besonderen Einschränkungen für das Verfahren, das benutzt wird, um den genannten Grünling zu sintern, die Sintertemperatur sollte jedoch vorzugsweise im Bereich des Schmelzpunkts von Cu, 1000 bis 1100º C, liegen und die Sinterdauer sollte vorzugsweise 2 bis 3 Stunden betragen.
Die Atmosphäre kann eine Wasserstoffgasatmosphäre oder ein Vakuum sein.
Bei dem vierten Herstellungsverfahren wird Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren, eine Mischung aus dem erhaltenen Pulver und Cu-Pulver wird in ein Gesenk gefüllt und das Produkt wird bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Cu heißgepreßt.
Das Cr&sub2;O&sub3;-Pulver, das Verfahren zur Reduktion der Oberfläche der Teilchen des genannten Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr und das Verfahren zur Mischung des reduzierten Pulvers mit Cu-Pulver können dieselben sein wie bei dem dritten Herstellungsverfahren.
Es gibt keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Gesenks, das als Heißpresse benutzt wird, es kann jedoch beispielsweise ein Kohlenstoffgesenk sein.
Die Temperatur der genannten Heißpresse sollte nicht höher sein als der Schmelzpunkt von Cu, unter dem Gesichtspunkt der Verfahrensdauer sollte sie jedoch vorzugsweise in dem Bereich 950 bis 1050º C liegen. Der Druck der Heißpresse sollte vorzugsweise 100 bis 500 kg/cm² und die Druckdauer 0,5 bis 1 Stunden betragen. Die verwendete Atmosphäre sollte vorzugsweise Wasserstoff oder ein Vakuum sein, und, falls sie ein Vakuum ist, sollte der Druck nicht höher als 10&supmin;³ Torr betragen, um Oxidation zu verhindern.
Wir werden jetzt das Kontaktmaterial und die Herstellungsverfahren dieser Erfindung in mehr Einzelheiten unter Bezug auf besondere Beispiele beschreiben.

Beispiel 1

Cr&sub2;O&sub3;-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße 1 um, Reinheit 99 %; im folgenden gleich) wurde in einer Gesenkpresse unter einem Druck von 1000 kg/cm² geformt, um einen Grünling mit 50 %iger Porosität zu erhalten. Dieser Grünling wurde in Wasserstoffatmosphäre bei 1300º C für 0,5 Stunden wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu reduzieren, aus der der Grünling besteht, und der Grünling wurde poliert. Bei der Analyse des Grünlings mit einem Röntgenstrahlenmikroanalysator (XMA) wurde gefunden, daß die Oberfläche der Partikel des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers sauerstofffrei sind und in dem mittleren Teil der Teilchen wurde Sauerstoff gefunden.
Als nächstes wurde zu 99,8 % reines Cu auf dem wärmebehandelten Grünling aufgebracht und die Temperatur wurde in Wasserstoffatmosphäre für 1 Stunde bei 1250º C gehalten, um das Cu zu schmelzen und in die offenen Poren des Grünlings einzubringen. Dies ergab ein Kontaktmaterial.
Der Anteil an Cr&sub2;O&sub3; in dem erhaltenen Kontaktmaterial (Wert im unreduzierten Zustand; im folgenden gleich) betrug 60 Volumen-%. Als die Dichte (Verhältnis des tatsächlichen spezifischen Gewichts zum theoretischen spezifischen Gewicht, d.h. spezifisches Gewicht, das sich ergeben würde, wenn es keine Poren gäbe) des erhaltenen Grünlings gemessen wurde, wurde sie zu 98,3 % bestimmt und der Anteil der Lücken war nicht höher als 2 %.

Beispiel 2

Cr&sub2;O&sub3;-Pulver wurde in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1300º C für 0,5 Stunden wärmebehandelt, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu reduzieren.
Nach dieser Wärmebehandlung wurde das erhaltene Pulver in einer Kugelmühle zermahlen und teilchenförmiges Material wurde zerbrochen. Dieses Pulver wurde daraufhin in einer Gesenkpresse unter einem Druck von 1000 kg/cm² geformt und es wurde ein Grünling mit 50 % Porosität erhalten. Daraufhin wurde 99,8 % reines Cu auf den wärmebehandelten Grünling aufgebracht und die Temperatur wurde in einer Wasserstoffatmosphäre für eine Stunde bei 1250º C gehalten, um das Cu zu schmelzen und in die offenen Poren des Grünlings einzubringen. Dies ergab ein Kontaktmaterial.
Der Anteil an Cr&sub2;O&sub3; in dem erhaltenen Kontaktmaterial betrug 60 Volumen-% und der Anteil an Lücken war nicht höher als 2 %.

Beispiel 3

Es wurde Cr&sub2;O&sub3;-Pulver hergestellt, dessen Teilchenoberfläche wie in Beispiel 2 reduziert wurde. Daraufhin wurde das genannte Cr&sub2;O&sub3;-Pulver mit Cu-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße 1 um, Reinheit 99 %; im folgenden gleich) in einer Kugelmühle gemischt und die Mischung wurde in einer Gesenkpresse unter einem Druck von 3000 kg/cm² geformt, um einen Grünling mit 25 % Porosität zu bilden. Dieser Grünling wurde in einer Wasserstoffatmosphäre im Bereich von 1083º C für 3 Stunden gesintert, um ein Kontaktmaterial zu erhalten.
Der Anteil an Cr&sub2;O&sub3; in dem erhaltenen Kontaktmaterial betrug 25 Volumen-% und der Anteil an Lücken war nicht höher als 2 %.

Beispiel 4

Es wurde Cr&sub2;O&sub3;-Pulver, dessen Teilchenoberfläche wie in Beispiel reduziert wurde, mit Cu-Pulver gemischt, in ein Kohlenstoffgesenk gefüllt und in einem Vakuum mit 10&supmin;³ Torr bei 1050º C unter einem Druck von 200 kg/cm² für 3 Stunden gehalten.
Der Anteil an Cr&sub2;O&sub3; in dem erhaltenen Kontaktmaterial betrug 40 Volumen-% und der Anteil an Lücken war nicht höher als 1 %.

Vergleichendes Beispiel 1

Cr&sub2;O&sub3;-Pulver wurde in einer Gesenkpresse unter einem Druck von 1000 kg/cm² geformt, um einen Grünling mit 50 % Porosität zu ergeben.
99,8 % reines Cu wurde auf diesen Grünling unter Wasserstoffatmosphäre aufgebracht und die Temperatur bei 1250º C für 1 Stunde gehalten, um das Cu zu schmelzen und in die offenen Poren des Grünlings einzubringen. Obwohl das Cu schmolz, blieb das geschmolzene Cu jedoch im Randbereich des Grünlings und wurde nicht in das Innere eingebracht.

Vergleichendes Beispiel 2

In einer Kugelmühle wurden 25 g Cr&sub2;O&sub3;-Pulver und 75 g Cu-Pulver gemischt und dann in einer Gesenkpresse unter einem Druck von 3000 kg/cm² geformt, um einen Grünling mit 25 % Porosität zu ergeben. Dieser Grünling wurde unter Wasserstoffatmosphäre bei 1050º C für 3 Stunden gesintert, um ein Kontaktmaterial zu erhalten.
Der Anteil an Lücken in diesem Kontaktmaterial betrug 12 %.

Vergleichendes Beispiel 3

Ein Grünling wurde durch dasselbe Verfahren wie in dem vergleichenden Beispiel 2 hergestellt und unter Wasserstoffatmosphäre bei 1100º C für 3 Stunden gesintert. Das Kupfer in dem Grünling schmolz, es brach jedoch aus dem Grünling hervor und das Cu und das Cr&sub2;O&sub3; trennten sich.

Vergleichendes Beispiel 4

Nach der Herstellung eines gemischten Pulvers, wie in dem vergleichenden Beispiel, 2 wurde es in ein Kohlenstoffgesenk gefüllt und bei einem Vakuum von 10&supmin;³ Torr bei 1050º C unter einem Druck von 200 kg/cm² für 3 Stunden gehalten.
Das sich ergebende Kontaktmaterial enthielt 7 % Lükken.
Aus den Beispielen 1 bis 4 und den vergleichenden Beispielen 1 bis 4 ist ersichtlich, daß nach dem Verfahren dieser Erfindung ein Kontaktmaterial mit einem niedrigen Anteil an Lücken unterhalb 2 % hergestellt werden kann, während bei den üblichen Verfahren der Anteil an Lücken nicht niedrig gehalten werden kann.
Eine Ursache dafür, daß bei Verwendung üblicher Verfahren der Anteil der Lücken nicht klein gemacht werden kann, besteht darin, daß die Benetzbarkeit von Cu in Cr&sub2;O&sub3; sehr niedrig ist. Wenn das Cu geschmolzen wird, bricht es daher aus dem Cr&sub2;O&sub3;-Grünling aus und wenn das Cu nicht geschmolzen wird, erfolgt die Sinterung nicht zufriedenstellend.
Es wurde schon gesagt, daß das Kontaktmaterial dieser Erfindung stabile elektrische Eigenschaften besitzt und wir werden dies jetzt im einzelnen darstellen.

Beispiel 5

Es wurden Kontaktmaterialien mit unterschiedlichem Cr&sub2;O&sub3;-Gehalt auf die gleiche Weise, wie in den Beispielen 1 bis 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Anteile von Cu und Cr&sub2;O&sub3;-Pulver verändert wurden. Da die Verfahren 1 und 2, die in den Beispielen 1 und 2 beschrieben wurden, Eindringverfahren sind, sind sie für die Herstellung von Kontaktmaterialien geeignet, wenn die Menge an Cu 60 Volumen-% nicht überschreitet. Andererseits sind die Verfahren 3 und 4, die in den Beispielen 3 und 4 beschrieben wurden, zur Herstellung von Kontaktmaterialien geeignet, wenn die Menge an Cu größer als 60 Volumen-% ist. Materialien, die weniger 60 Volumen-% Cu besitzen, wurden daher mit den Verfahren 1 und 2 hergestellt (mit beiden Verfahren wurden Materialien mit ähnlichen Eigenschaften erhalten); Materialien, die 60 Volumen-% Cu enthalten, wurden mit den Verfahren 1 bis 4 hergestellt (mit jedem dieser Verfahren wurden Materialien mit ähnlichen Eigenschaften erhalten); und Materialien, die mehr als 60 Volumen-% Cu enthalten, wurden mit den Verfahren 3 und 4 hergestellt (mit beiden Verfahren wurden Materialien mit ähnlichen Eigenschaften erhalten).
Nachdem diese Kontaktmaterialien in die Form von Elektroden gebracht wurden, wurden sie in eine Vakuumschalterröhre eingebaut und diese Vakuumschalterröhre wurde an einem Schaltmechanismus angebracht, um einen Vakuumunterbrecher herzustellen. Verschiedene elektrische Eigenschaften wurden durch die unten beschriebenen Verfahren untersucht, wobei dieser Unterbrecher benutzt wurde. Das Unterbrechungsvermögen ist in Fig. 2 gezeigt und das Abreißstromverhalten ist in Fig. 3 gezeigt.
In Fig. 2 zeigt die vertikale Achse den Wert des Unterbrechungsstroms, der bezüglich des Stroms erhalten wird, der mit einem gewöhnlichen Cu - 25 Gewichts-% Cr-Kontaktmaterial erhalten wird, das als Stromunterbrecher benutzt wird, und die horizontale Achse zeigt den Anteil an Cr&sub2;O&sub3; im Kontaktmaterial.
In Fig. 3 zeigt die vertikale Achse den Abreißstrom und die horizontale Achse zeigt den Anteil an Cr&sub2;O&sub3;.

(Unterbrechungsvermögen)

Der Endstrom, bei welchem in einem einphasigen künstlichen Unterbrechungstest die Unterbrechung erfolgreich war, wobei die Spannung 7,2 kV betrug und der Strom in Schritten von 2,5 kA erhöht wurde, wurde als die kritische Unterbrechungskapazität genommen.

(Verhalten des Abreißstroms)

Es wurde ein Strom von 20 A ein- und ausgeschaltet und es wurde der Wert des Stroms bei dem Wechsel gemessen, bei dem der Abriß auftrat.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Unterbrechungsvermögen des Kontaktmaterials dieser Erfindung dasjenige eines gewöhnlichen Cu - 25 Gewichts-% Cr- Kontaktmaterials übersteigt, wenn der Cr&sub2;O&sub3;-Gehalt innerhalb des Bereichs 10 bis 60 Volumen-% liegt und daß es eine Spitze in dem Bereich von 40 Volumen-% besitzt.
Weiterhin ist aus Fig. 3 zu erkennen, daß der Wert des Abreißstroms des Kontaktmaterials dieser Erfindung weit geringer als derjenige eines gewöhnlichen Cu - 25 Gewichts-% Cr-Kontaktmaterials ist und daß, selbst verglichen mit einem üblichen Ag-WC-Kontaktmaterial, seine Leistung besser ist, wenn der Cr&sub2;O&sub3;-Gehalt 33 Volumen-% oder darüber beträgt.
Hinsichtlich anderer elektrischer Eigenschaften wurde gefunden, daß die Spannungsfestigkeit gleich derjenigen eines gewöhnlichen Cr-Kontaktmaterials ist, das 25 Gewichts-% Cu enthält, daß die Schweißtrennkraft so war, daß das Material bei nur 1/4 der Kraft zerstört werden konnte, die für ein übliches Cu - 25 Gewichts-% Cr-Kontaktmaterial benötigt wird und daß der Verschleiß selbst nach 10 000 Schaltprozessen nur 0,1 mm betrug.
Wie oben beschrieben, besteht das Kontaktmaterial für Vakuumschalter dieser Erfindung aus Cu und CrxOy (x = 1 bis 2 und y = 0 bis 3), wobei das CrxOy in der Mitte des Cu&sub2;O&sub3;-Teilchens aus Cr&sub2;O&sub3; und in dem Umfangsteil aus Cr besteht. Das Material besitzt daher ein hervorragendes Unterbrechungsvermögen, einen niedrigen Abreißstromwert und Schweißtrennkraft, geringen Verschleiß und beständige Eigenschaften. Weiterhin ist entsprechend dem Herstellungsverfahren dieser Erfindung der Anteil an Lücken gering und es kann daher ein Kontaktmaterial mit hervorragenden Eigenschaften wie oben beschrieben hergestellt werden.

Claims

1. Vakuumschalter-Kontaktmaterial enthaltend Cu und CrxOy (x = 1 bis 2, y = 0 bis 3), worin CrxOy in einem teilchenförmigen Zustand ist, wobei der Mittelteil der Teilchen aus Cr&sub2;O&sub3; (x = 2, y = 3) und der Umfangsteil der Teilchen aus Cr (x = 1, y = 0) bestehen.

2. Kontaktmaterial nach Anspruch 1, worin in der Mischung aus Cu und CrxOy die CrxOy-Teilchen in Cu dispergiert sind.

3. Kontaktmaterial nach Anspruch 1, worin die durchschnittliche Größe der Teilchen von CrxOy- Pulver von 0,5 bis 3 um ist.

4. Kontaktmaterial nach Anspruch 1, worin der Anteil von CrxOy in der Mischung 10 bis 65 Volumenprozent, vorzugsweise 34 bis 60 Volumenprozent beträgt.

5. Verfahren zum Herstellen eines Vakuumschalter- Kontaktmaterials, welches die Schritte aufweist:

i Bilden eines Grünlings aus Cr&sub2;O&sub3;-Pulver;

ii Wärmebehandeln des Grünlings aus Cr&sub2;O&sub3;- Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren; und

iii Erwärmen des Grünlings und von Cu, damit das Cu in die Poren des Grünlings eindringt.

6. Verfahren zum Herstellen eines Vakuumschalter- Kontaktmaterials, welches die Schritte aufweist:

i Wärmebehandeln von Cr&sub2;O&sub3;-Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre, um die Oberfläche der Teilchen des Cr&sub2;O&sub3;-Pulvers zu Cr zu reduzieren;

ii Bilden eines Grünlings aus dem in Schritt i erhaltenen Pulver; und

7. Verfahren zum Herstellen eines Vakuumschalter- Kontaktmaterials, welches die Schritte aufweist:

ii Mischen des erhaltenen Pulvers und von Cu-Pulver;

iii Bilden eines Grünlings aus der Mischung; und

iv Sintern des Grünlings.

8. Verfahren zum Herstellen eines Vakuumschalter- Kontaktmaterials nach Anspruch 7, worin der Grünling in ein Gesenk eingefüllt und bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Cu heißgepreßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin CrxOy-Pulver eine Reinheit von nicht weniger als 99 % hat.

10. verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin die durchschnittliche Größe der Teilchen des CrxOy-Pulvers 0,5 bis 3 um beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin das bei der Wärmebehandlung für die Reduktion verwendete Zuführungsgas einen Taupunkt hat, der nicht höher als -60º C, vorzugsweise nicht höher als -90º C ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin die bei der Wärmebehandlung für die Reduktion verwendete Temperatur 1000º C oder mehr, vorzugsweise 1200º C bis 1300º C beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, worin die Wärmebehandlung 0,5 bis 1 Stunde durchgeführt wird.