ES2283251T3 - Material compuesto producido de forma pulvimetalurgica y procedimientopara su produccion. - Google Patents
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Abstract
Material compuesto producido de forma pulvimetalúrgica, que comprende una matriz que consiste en al menos uno de los metales Cu, Ag y Al, y un aditivo granular embebido en esta matriz y que consiste en al menos dos componentes refractarios, siendo dichos componentes refractarios metales del grupo Vb o Vlb, o nitruros, carburos, siliciuros o boruros de estos metales, así como mezclas de ellos, que se caracteriza porque los componentes refractarios comprenden cristales mixtos o fases intermetálicas entre ellos, que se obtienen mezclando los componentes refractarios como polvo, fundiendo y homogeneizando la mezcla y enfriando a una velocidad de > 100 K/min.
Description
Material compuesto producido de forma
pulvimetalúrgica y procedimiento para su producción.
La invención se refiere a materiales compuestos
producidos de forma pulvimetalúrgica, incluyendo una matriz, en la
cual está embebido un aditivo granular, que consiste en al menos
dos componentes refractarios que se presentan como cristales mixtos
o fases intermetálicas. Además, la invención se refiere a un
procedimiento para su producción y su uso como materiales de
contacto, preferiblemente en interruptores de vacío eléctricos.
Unos soportes de contacto de vacío forman la
parte principal en las cámaras de los interruptores de vacío
eléctricos y en general, y según el estado de la técnica, consisten
en un componente resistente al arco voltaico y granular (metales
refractarios, como por ejemplo W, Mo o Cr), intercalado en una
matriz metálica de bajo punto de fusión con alta conductibilidad
(por ejemplo Ag, Cu o sus aleaciones). A las características de los
materiales de contacto, se les pone unas exigencias altas y
parcialmente opuestas, como:
- \quad
- - Baja combustibilidad del material
- \quad
- - Suficiente capacidad de ruptura
- \quad
- - Baja tendencia de soldadura
- \quad
- - Baja resistencia eléctrica
- \quad
- - Buena resistencia a descargas disruptivas (rigidez dieléctrica)
- \quad
- - Baja corriente de ruptura
Para los interruptores automáticos de vacío en
la tensión media en el rango de > 12 kV hasta aprox. 30 kV y
más, han resultado como especialmente útiles los materiales
compuestos de CuCr. Los materiales de CuCr poseen muy buenas
características de interrupción de corriente y una buena rigidez
dieléctrica (reconsolidación dieléctrica). Con el número reducido de
10.000 ciclos de arranque requeridos en este rango de potencia, la
resistencia a la combustibilidad de los materiales de CuCr es
suficiente.
En el rango de tensión baja de < 1.000 V, el
uso de contactores de vacío es cada vez más importante. Los
contactores empleados en este rango tienen que resistir a 1.000.000
y más ciclos de arranque, y la corriente de ruptura debe estar en
un nivel bajo, a ser posible. Por consecuencia, se pone unas
exigencias adicionales importantes a los materiales de vacío
empleados aquí.
Los materiales eficaces para este rango son
W/Cu, WC/Ag, WC/Cu en forma pura o con más adiciones. En
particular, es el componente matriz Ag que conlleva un buen
comportamiento de ruptura de corriente, mientras que el componente
de alto punto de fusión W o WC minimiza la combustibilidad bajo el
efecto de los arcos voltaicos.
Para el hueco restante entre los 1.000 y 12.000
V, por causa de las características opuestas de los componentes
refractarios W y Cr, es difícil concebir materiales de contacto que
respondan a las exigencias cada vez más altas que se ponen a las
cámaras de interruptores para contactores de vacío.
- -
- Con el aumento de la tensión, el uso de un componente puro de wolframio encuentra su límite debido a la tendencia aumentada a la emisión de electrones. Ésta ha de atribuirse a la naturaleza refractaria del wolframio (punto de fusión 3.410ºC). Con eso, se atenúa la rigidez dieléctrica en el vacío.
- -
- Al contrario, con las tensiones bajas, el uso de un componente refractario puro de Cr encuentra su límite debido a la falta de resistencia a la combustión, que resulta de la cuota de combustibilidad acumulada, en caso de elevados ciclos de arranque.
Ahora sería imaginable colocar un componente
refractario de forma más o menos sintética, mediante una mezcla de
las dos partes de metal Cr y W con punto de fusión distinto, lo que
resultaría en un perfil óptimo para el punto de fusión (o sea, para
la característica de interrupción y la resistencia a la combustión)
y las emisiones de electrones (o sea la rigidez dieléctrica), según
el rango de tensión deseado. De este modo, en el contacto
interruptor eléctrico debería ser posible neutralizar las
características negativas de los materiales de contacto hasta ahora
usados (con Cr, debido al punto de fusión bajo, la cuota de
combustibilidad alta, y con W, debido al punto de fusión alto, la
emisión de electrones alta y/o la rigidez dieléctrica baja).
Un ensayo en esta dirección está descrito en
EP-A-0 083 245, lo que, entre
otros, manifiesta una aleación CuCrW, que es producida de manera
conocida en vía pulvimetalúrgica mediante el prensado de la mezcla
de polvo metálico así como el sinterizado en la fase sólida o
líquida del Cu. El objetivo de esta publicación es la producción de
un compuesto de grano más fino posible. Esto se quiere conseguir
mediante la formación de una solución completamente sólida de los
metales refractarios uno en otro, debido a los metales W y Cr
cristalizantes en un sistema cúbico.
\newpage
Para controlar la utilidad de esta teoría, se
han producido, según las indicaciones de la publicación, unos
compuestos de CuCrW. Después del sinterizado en la fase Cu líquida,
los granos se encuentran en forma y tamaño originales, revestidos
por Cr. Las partículas W-Cr están intercaladas en la
matriz Cu (figura 1). Un cristal mixto de W y Cr del tipo postulado
en la publicación no ha podido ser demostrado en ningún caso. Esto,
desde el punto de vista metalográfico, no es sorprendente, ya que
con la temperatura de fusión de 1.100 a 1.200ºC que se puede
suponer para este procedimiento (por encima del líquidus de Cu), no
ha de esperarse ninguna conversión de wolframio con cromo.
De los análisis de fluorescencia de rayos X del
material Cu 71%/Cr 24%/W 5% producido conforme a la publicación
resultaron, hasta el límite de determinación, la insolubilidad del
wolframio en la matriz circundante de Cr y Cu. El análisis de sumas
sobre una superficie Cr de 10 x 14 \mum2 muestra Cr puro, o sea
el W está debajo del límite de determinación de <0,1% (figura 2).
Al contrario, tampoco se ha podido determinar una difusión de Cr en
las partículas W: un análisis por puntos muestra W puro, o sea el
Cr está debajo del límite de determinación de <0,1% (figura 3).
Así que una penetración recíproca de los metales refractarios Cr y
W, o sea la formación de cristales mixtos, no parece realizable de
esta manera. En este publicación, no se presenta una teoría de
llegar a unas características de interrupción mejoradas a través de
una mezcla lo más íntima posible de los componentes refractarios Cr
y W y bajo aprovechamiento de las distintas características de los
dos componentes puros.
EP-A-0 669 599
manifiesta de manera parecida un material de contacto de CuCr con
un componente auxiliar adicional del grupo wolframio, molibdeno,
tantalio y niobio, que es producido por difusión de los componentes
refractarios en la fase líquida de cobre y consiguiente
enfriamiento brusco como distribución de grano fino de los
componentes resistentes al arco voltaico en la matriz de Cu. Para
un material CuCrW se describe una difusión recíproca de Cr y W así
como un grano resistente al arco voltaico de Cr y W.
Principalmente, la invención tiene como objetivo una distribución
de grano fino de todos los componentes refractarios en la matriz de
metal. No se describe la formación de cristales mixtos o fases
intermetálicas de los porcentajes refractarios entre ellos.
Así que las exigencias especiales puestas a los
materiales para contactores de vacío para el uso en el rango de
tensión entre los 1.000 y 12.000 V no son solucionadas mediante las
mezclas descritas de Cr y W en la matriz Cu.
Por eso, una tarea de la invención es de poner a
disposición un material compuesto que comprenda una matriz de, por
ejemplo, Cu y Ag, de bajo punto de fusión y portadora de corriente,
y un aditivo granular de componentes refractarios, que cumpla todas
las mencionadas exigencias para los interruptores automáticos de
vacío y contactores de vacío, o sea que presente tanto una alta
rigidez dieléctrica, y con eso, una baja emisión de electrones,
como una excelente resistencia a la combustión, y que por eso se
presta especialmente al uso en el rango de tensión entre los 1.000
y 12.000 V.
Una ulterior tarea de la invención es la puesta
a disposición de un procedimiento para la producción de tales
materiales compuestos, que se pueda llevar a cabo de forma
económica.
Finalmente, es la tarea de la invención de poner
a disposición un material compuesto para el uso como material de
contacto, preferiblemente como contacto de conmutación para
interruptores de vacío de entre los 1.000 y 12.000 V.
Estas tareas han sido solucionadas por el
resultado sorprendente de que se consigue un material con
características favorables, si la porción refractaria ya no
consiste en partículas de uno o más componentes refractarios, sino
si los cristales mixtos o las fases intermetálicas consisten de al
menos dos componentes refractarios, presentando éstos, en una forma
de ejecución preferida, unos puntos de fusión claramente
diferentes. Desde el punto de vista metalográfico, en ciertas
relaciones de peso, no se puede evitar siempre la formación de una
fase \alpha, que consiste en el componente refractario puro o de
alta concentración. Sin embargo, lo decisivo es que en todo caso
tenga lugar la formación de cristales mixtos y/o fases
intermetálicas de los componentes refractarios empleados, lo que
lleva a características claramente mejoradas (por ejemplo, baja
emisión de electrones) del material compuesto. Preferiblemente se
deberían escoger composiciones que excluyan la formación de fases
\alpha.
Según la invención, las características deseadas
del material no son conseguidas, como de costumbre en el estado de
la técnica, mediante el sinterizado común, la inserción de
componentes adicionales en la matriz de bajo punto de fusión, o
mediante la mezcla de diferentes componentes de polvo de alto punto
de fusión, sino que se modifican los componentes refractarios
prealeados (que se presentan en forma de cristales mixtos o fases
intermetálicas).
Así que el objeto de la invención es un material
compuesto producido de forma pulvimetalúrgica, que comprende una
matriz de al menos uno de los metales Cu, Ag y Al, y un aditivo
granular embebido en esta matriz de al menos dos componentes
refractarios, siendo los componentes refractarios metales del grupo
Vb o VIb, o nitruros, carburos, siliciuros o boruros de estos
metales, así como mezclas de ellos, que se caracteriza en que los
componentes refractarios se presentan en forma de cristales mixtos
o fases intermetálicas, que se obtienen mezclando los componentes
refractarios como polvo, y luego por fusión y homogeneizado de la
mezcla y enfriamiento con una velocidad de > 100 K/min.
Las formas de ejecución preferidas del material
compuesto de la invención son objeto de las reivindicaciones 2 a 7.
Entre ellas, se prefiere especialmente un material compuesto en el
que un componente refractario y/o un primer grupo de ellos presente
un punto de fusión de 1.500 a 2.400ºC, y un segundo componente
refractario y/o grupo de ellos presente un punto de fusión de más
de 2.400ºC.
Además, se pone a disposición un procedimiento
para la producción del mencionado material compuesto que se
caracteriza en que se convierte una mezcla pulveriforme de al menos
dos componentes refractarios mediante fusión, homogeneizado y
enfriamiento a una velocidad de > 100 K/min en un cristal mixto
o en una fase intermetálica, y el polvo obtenido mediante
trituración de lo anterior se combina con un metal matriz con un
punto de fusión de no más de 1.200ºC.
Las formas de ejecución preferidas del
procedimiento son objeto de las reivindicaciones 9 a 10.
Otro objeto de la invención es el uso del
mencionado material compuesto como material de contacto eléctrico,
preferiblemente como contacto de conmutación para interruptores de
vacío, especialmente en el rango de tensión de entre los 1.000 y
12.000 V.
Esto es lo que muestran las figuras en el dibujo
anexo:
Figura 1: una observación metalográfica de un
compuesto CuCrW según EP-A-0 083
245;
Figura 2: un análisis de sumas de fluorescencia
de rayos X de Cr del compuesto Cu Cr W según
EP-A-0 083 245;
Figura 3: un análisis por puntos de
fluorescencia de rayos X de W del compuesto Cu Cr W según
EP-A-0 083 245;
Figura 4: una observación metalográfica de
cristales mixtos Cr W 70/30 del ejemplo 1;
Figura 5: una observación metalográfica de
cristales mixtos Cr W 70/30 con subestructura dendrítica del
ejemplo 1;
Figura 6: un análisis de sumas de fluorescencia
de rayos X de Cr y W de cristales mixtos Cr W 70/30 del ejemplo
1;
Figura 7: un análisis de distribución para W de
cristales mixtos Cr W 70/30 del ejemplo 1; los puntos blancos
indican el W, las manchas negras grandes son poros en la masa de
fusión;
Figura 8: un análisis de sumas de fluorescencia
de rayos X de Cr y W de cristales mixtos Cr W 70/30 con
subestructura rica en cromo del ejemplo 1;
Figura 9: una observación metalográfica de
cristales mixtos Cr W en la matriz Cu del ejemplo 2;
Figura 10: un análisis de sumas de fluorescencia
de rayos X de una fase intermetálica de granos Cr2Ta en la matriz
Cr del ejemplo 3;
Figura 11: una observación por MEB de granos
Cr2Ta en la matriz Cr del ejemplo 3;
Figura 12: una observación metalográfica de
carburo mixto Cr W C 70/28.2/1.8 con subestructura dendrítica del
ejemplo 4;
Figura 13: una observación metalográfica de
carburo mixto Cr W C 61/28/11 del ejemplo 4;
A continuación, se explica la invención en
detalle:
El material compuesto producido de forma
pulvimetalúrgica de la presente invención incluye una matriz de un
metal con un punto de fusión de no más de 1.200ºC, en el que está
embebido un aditivo granular de al menos dos componentes
refractarios, comprendiendo los componentes refractarios cristales
mixtos o fases intermetálicas entre ellos.
Como matriz del material compuesto, son
adecuados los metales con punto de fusión relativamente bajo y con
buena conductibilidad eléctrica, como se suelen usar para los
soportes de contacto de vacío, o sea Cu, Ag o Al. También se pueden
emplear aleaciones de estos metales, sin que las proporciones de
los ingredientes sean críticas.
Los componentes refractarios que son adecuados
para el uso en el material compuesto de la invención son los
metales de los grupos V b, o sea Cr, Mo y W. Además de los metales
en forma elementar, también se pueden emplear nitruros, carburos,
siliciuros o boruros de estos metales (a continuación llamadas
"materias duras") así como mezclas de ellos o mezclas de las
materias duras con los metales. El uso de las mencionadas materias
duras puede influir positivamente en las características del
material compuesto, como por ejemplo su peso. Los componentes
refractarios preferidos son los metales Cr y W.
La proporción de ingredientes de los metales
refractarios usados no es crítica en tanto que esté garantizado que
por el calentamiento de estos componentes se obtenga un cristal
mixto o una fase intermetálica. Dentro de los límites así
establecidos, las proporciones de ingredientes de los metales o
materias duras pueden oscilar en rangos largos. También está dentro
del rango de la invención, si la proporción de ingredientes hace
que sólo en parte se forman cristales mixtos o fases
intermetálicas, mientras que queda un componente de metal
excedente, en parte como materia pura.
Preferiblemente, el porcentaje refractario
consiste en cristales mixtos y fases intermetálicas al menos en el
1, preferiblemente al menos en el 5, y más preferiblemente en el
10, y especialmente al menos en el 50% del peso. Se prefiere
especialmente, si el porcentaje refractario es más del 90%, y en
particular del 100% de cristales mixtos y/o fases
intermetálicas.
Bajo el concepto de "cristales mixtos" han
de entenderse unas soluciones sólidas homogéneas de los metales
refractarios y/o materias duras, cuyos sitios en la red cristalina
son ocupados por los átomos de los diferentes metales. Las materias
duras forman átomos con radio pequeño y pueden ser depositadas en
sitios intermedios de la red de huésped metálica; cf. Römpp Lexikon
Chemie, 10. Ausgabe 1998, pág. 2705.
Las "fases intermetálicas" son compuestos
químicos de dos o más elementos metálicos, cuya estructura se
diferencia claramente de la de los metales. Además de las fases de
composición estequiométrica según las valencias existentes, también
hay aquellas, en las cuales esta composición exacta sólo representa
un caso especial en un rango largo de homogeneidad. Ejemplos
especiales de las fases intermetálicas son las fases Laves, las
fases Hume-Rothery y las fases Zintl; cf. Römpp
Lexikon Chemie, 10. Edición 1998, pág. 1943.
El porcentaje de los componentes refractarios en
la masa total del material compuesto no es particularmente crítico,
pero normalmente su porcentaje en peso es del 15 al 80,
preferiblemente del 25 al 50. Análogamente, el porcentaje en peso
de los metales matriz normalmente es del 20 al 85, preferiblemente
del 50 al 75.
En una forma de ejecución preferida, el material
compuesto de la invención contiene al menos un componente
refractario con un punto de fusión en el rango relativamente bajo
de 1.500 a 2.400ºC, y al menos un segundo componente refractario
con un punto de fusión relativamente alto en el rango de más de
2.400ºC. Unos ejemplos de componentes refractarios con un punto de
fusión en el rango mencionado antes son Cr y Nb, mientras que unos
ejemplos de componentes refractarios que se pueden usar con un punto
de fusión de más de 2400ºC son los metales Ta, Mo y W. El metal
preferido con un punto de fusión bajo es Cr, y el metal preferido
con un punto de fusión más alto es W. También en esta forma de
ejecución, la proporción de ingredientes de los componentes
refractarios es preferiblemente de tal manera, que al calentarlos
se forma un cristal mixto o una fase intermetálica, por lo menos en
gran
parte.
parte.
Bajo puntos de vistas prácticos, es deseable
elegir las respectivas cantidades de los componentes refractarios
de manera que puedan ser fundidos con un aparato técnico
justificable. Análogamente, son adecuadas las mezclas con un
porcentaje en peso del 10 a 90, preferiblemente del 30 a 70 del
componente refractario de bajo punto de fusión, por ejemplo cromo, y
del 10 a 90, preferiblemente del 30 a 70 del componente refractario
de punto de fusión más alto, por ejemplo el wolframio. En
particular, es adecuada una mezcla aproximada del 70% en peso de Cr
y del 30% en peso de W. Las cantidades de los componentes
refractarios son elegidas de manera que el componente refractario
de punto de fusión más alto en conexión con el componente
refractario de punto de fusión más bajo se disuelva completamente
formando cristales mixtos o fases intermetálicas.
Como primer paso para la producción del material
compuesto según la invención se producen cristales mixtos o fases
intermetálicas casi completamente homogéneos de tal manera que al
menos dos componentes refractarios son mezclados de forma íntima
como polvo, y con un procedimiento adecuado, que puede producir una
alta densidad de energía en el volumen de fusión, son rápidamente
fundidos, homogeneizados, y vuelven a enfriarse rápidamente sin
muchas segregaciones. La velocidad de enfriamiento debería ser
mayor que 100 K/min, ya que de no ser así, la estructura poligonal
tiende a la segregación.
Luego, la masa de fusión se enfría y es
triturada de manera adecuada, y un polvo de cristal mixto según el
tamaño granular necesitado es tamizado.
El polvo de cristal mixto obtenido es
transformado en el material compuesto deseado, de forma
pulvimetalúrgica según una de las siguientes posibilidades junto
con un metal matriz de bajo punto de fusión y de buena
conductibilidad eléctrica:
- Sinterizado en fase sólida:
- \quad
- Un polvo de metal de la matriz de bajo punto de fusión y el polvo de cristal mixto obtenido son mezclados, prensados y sinterizados debajo del punto de fusión del metal matriz, preferiblemente al alto vacío.
- Sinterizado en fase líquida:
- \quad
- El polvo de cristal mixto obtenido es prensado e infiltrado con el del metal matriz fundido, preferiblemente al alto vacío.
Los cuerpos de moldeo obtenidos de la
sinterización, comparados con las partes sinterizado
convencionalmente bajo gas inerte, son pobres en gas, debido al
tratamiento preferente de alto vacío, o sea contienen reducidos
porcentajes de gas residual de O2, N2 o H2. Estas piezas brutas son
transformadas en piezas de contacto adecuadas en forma de discos,
anillos o similares, que son usados en interruptores de vacío.
El material compuesto de la presente invención
es usado, por ejemplo, como material de contacto en los
interruptores de vacío. En particular, los materiales compuestos de
la invención son adecuados para su uso en el rango de tensión de
1.000 a 12.000 V, y aquí, a su vez, son los materiales compuestos
de al menos un componente refractario con un punto de fusión en el
rango de 1.500 a 2.400ºC y al menos un componente refractario con
un punto de fusión de más de 2.400ºC, que presentan cristales
mixtos o fases intermetálicas de estos componentes refractarios con
unos puntos de fusión en cada uno de los rangos mencionados.
Los siguientes ejemplos no limitadores explican
algunas de las formas de ejecución preferidas de la invención:
Un porcentaje en peso del 70 de polvo de metal
de Cr (Cr: \geq 99,8% en peso) así como del 30 de polvo de metal
de W (W: \geq 99,8% en peso) han sido mezclados, prensado y
fundidos en vacío o gas inerte. La masa fundida es enfriada
bruscamente y llevada lo más rápido posible a la solidificación
(Velocidad de enfriamiento > 100 K/min). Los cristales mixtos
obtenidos de W y Cr son casi homogéneos en su composición y sólo
muestran leves inhomogeneidades respecto a la distribución
recíproca de los componentes individuales. La masa fundida
solidificada muestra una estructura de grano poligonal de forma
homogénea (figura 4). Las granulaciones de metal empleadas
originalmente se han disuelto completamente en la masa fundida y ya
no pueden ser detectadas en la masa de fusión.
En caso de enfriamiento lento (velocidad de
enfriamiento < 100 K/min), la estructura poligonal unitaria
tiende a segregaciones, y se forma una subestructura dendrítica
(figura 5).
Mediante microscopios electrónicos de barrido se
pueden confirmar estos resultados como sigue:
- \quad
- La análisis de sumas sobre una superficie bastante grande de 0,5 x 0,7 mm2 define la relación de pesos Cr/W como 70/30 según la pesada (figura 6). Un análisis de distribución de W en Cr muestra una distribución principalmente homogénea de W en Cr (figura 7). Esta superficie corresponde a la de una estructura poligonal homogénea como en la figura 4.
La análisis de sumas sobre un rango pequeño de
20 x 28 \mum2 muestra una derivación máxima constatada de esta
composición ideal, en una subestructura formada como dendrita con
Cr = 54 y W = 46% en peso (figura 8). Esta superficie corresponde a
un sector de cristal mixto con subestructura como en la figura
5.
En seguida, la masa de fusión es
pre-triturada y molida. El polvo de cristal mixto
contenido es tamizado a \leq 160 \mum y sinterizado en fase
sólida. Además, un porcentaje en peso del 75 de polvo metálico de
Cu y uno del 25 de polvo de cristal mixto de CrW contenido son
mezclados, prensados y sinterizados debajo del punto de fusión del
cobre en alto vacío.
Un polvo de cristal mixto de CrW como en el
ejemplo 1 es producido, tamizado a \leq 160 \mum y sinterizado
en fase líquida. Además, el polvo de cristal mixto de CrW obtenido
es prensado e infiltrado con cobre líquido en alto vacío de manera
que se obtiene una pieza moldeada en la composición Cu 60% en peso
y Cr/W 40% en peso (figura 9).
Un porcentaje en peso del 65 de polvo de metal
de Cr (Cr: \geq 99,8% en peso) así como uno del 35 de polvo de
metal de tantalio (Ta: \geq 99,9% en peso) son prensados y
fundidos en vacío o gas inerte.
El análisis de la masa de fusión obtenida
muestra granos poligonales, precipitados de forma primaria de la
fase intermetálica Cr2Ta en la composición CrTa 37/63% en peso
(correspondientes al 67% en átomos de Cr y 33% en átomos de Ta)
(cf. figura 10). Éstos son rodeados por una matriz de metal Cr
(figura 11). Este resultado del ensayo se deduce de la composición
preelegida de la pieza en verde de los componentes de metal Cr y Ta
cerca de la composición eutéctica con \approx 34% en peso de
tantalio (cf. Massalski et al., Binary Alloy Phase Diagrams,
Second Edition Vol. 2, pág 1339).
Una composición inicial más rica en Ta hasta
llegar a una composición del 63 a 66% en peso de Ta aumenta el
porcentaje de la fase Cr2Ta en detrimento de la fase Cr hasta
llegar a Cr2-Ta puro.
La masa de fusión, como expuesto en el ejemplo 1
o 2, es triturada y transformada con Cu o Ag en un compuesto de
metal en vía pulvimetalúrgica.
\newpage
El 70% en peso de polvo de metal de Cr (Cr:
\geq 99,8% en peso) así como el 30% en peso de polvo de metal de
W (W: \geq 99,8% en peso) son mezclados, prensados y fundidos en
vacío o gas inerte. Durante este proceso, el WC con alto punto de
fusión se disuelve completamente en la masa fundida Cr que se forma
primero. La masa de fusión se solidifica formando un carburo mixto
de CrW con la composición nominal Cr 70/W 28,2/C 1,8% en peso El
análisis metalográfico muestra, según el proceso de solidificación y
enfriamiento, inhomogeneidades locales en forma de pequeñas o
grandes dendritas (figura 12). El componente refractario con el
punto de fusión más alto WC se ha disuelto completamente en el
nuevo carburo mixto.
El porcentaje de carbono en el carburo mixto
puede ser aumentado, si el metal Cr puro es sustituido por el Cr3C2
(punto de fusión. 1.850ºC) con un punto de fusión relativamente
alto. Esto corresponde a la condición de la reivindicación 3.
Luego, la masa de fusión se solidifica con una composición nominal
del 61% en peso de Cr, 28% en peso de W y 11% en peso de C (figura
13). Aquí también los carburos originales se han disuelto
completamente a favor de un nuevo carburo mixto.
La masa de fusión, como expuesto en el ejemplo 1
o 2, es triturada y transformada con Cu o Ag en un compuesto de
metal en vía pulvimetalúrgica.
De manera parecida, pero no limitativa, en lugar
de los componentes refractarios usados aquí pueden ser empleados
carburos como VC, NbC, TaC, TiC, nitruros como TiN y TaN,
siliciuros como Ta2Si y V3Si así como boruros como TiB2.
Como expuesto en el ejemplo 4, más masas de
fusión en las composiciones CrNb 50/50% en peso así como CrMo
70/30% en peso son mezcladas, prensadas, fundidas, y en seguida
trituradas, tamizadas y transformadas a los respectivos compuestos
con Cu y/o Ag.
Claims (12)
1. Material compuesto producido de forma
pulvimetalúrgica, que comprende una matriz que consiste en al menos
uno de los metales Cu, Ag y Al, y un aditivo granular embebido en
esta matriz y que consiste en al menos dos componentes
refractarios, siendo dichos componentes refractarios metales del
grupo Vb o Vlb, o nitruros, carburos, siliciuros o boruros de estos
metales, así como mezclas de ellos, que se caracteriza
porque los componentes refractarios comprenden cristales mixtos o
fases intermetálicas entre ellos, que se obtienen mezclando los
componentes refractarios como polvo, fundiendo y homogeneizando la
mezcla y enfriando a una velocidad de > 100 K/min.
2. Material compuesto según reivindicación 1,
caracterizado porque la proporción de los componentes
refractarios es 15 a 80, preferiblemente del 25 al 50% en peso, y
el porcentaje de la matriz es 20 a 85, preferiblemente del 50 al
75% en peso, referido a la masa total del material compuesto.
3. Material compuesto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque un componente
refractario o un primer grupo de componentes refractarios presenta
un punto de fusión en el rango de 1.500 a 2.400ºC, y un segundo
componente refractario o grupo de componentes refractarios presenta
un punto de fusión de más de 2.400ºC.
4. Material compuesto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el componente
refractario de punto de fusión más alto se disuelve completamente
en combinación con el componente refractario de punto de fusión más
bajo formando cristales mixtos o fases intermetálicas.
5. Material compuesto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el componente
refractario de punto de fusión más bajo está presente en una
cantidad de 10 a 90, preferiblemente del 30 al 70% en peso,
referido a la totalidad de componentes refractarios.
6. Material compuesto según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un componente
refractario con el punto de fusión más bajo es Cr y un componente
refractario con el punto de fusión más alto es W.
7. Procedimiento para la producción de un
material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque se convierte una mezcla pulveriforme de
al menos dos componentes refractarios mediante fusión,
homogeneizado y enfriamiento a una velocidad de > 100 K/min en un
cristal mixto o en una fase intermetálica, y el polvo obtenido
mediante trituración de lo anterior se combina con un metal matriz
con un punto de fusión de no más de 1.200ºC por medio de metalurgia
de polvos.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se emplea una mezcla de un componente
refractario o un primer grupo de componentes refractarios con un
punto de fusión en el rango de 1.500 a 2.400ºC, y un segundo
componente refractario o grupo de componentes refractarios con un
punto de fusión de más de 2.400ºC.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque la producción se hace bajo gas inerte o
en alto vacío.
10. Uso de un material compuesto según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como material de contacto
eléctrico.
11. Uso de un material compuesto según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como contacto de
conmutación para interruptores de vacío.
12. Uso de un material compuesto según la
reivindicación 11 en el rango de tensión de 1.000 a 12.000 V.
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DE10318890B4 (de) * | 2003-04-17 | 2014-05-08 | Ami Doduco Gmbh | Elektrische Steckkontakte und ein Halbzeug für deren Herstellung |
DE102005003812A1 (de) * | 2005-01-27 | 2006-10-05 | Abb Technology Ag | Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstückes, sowie Kontaktstück für eine Vakuumschaltkammer selbst |
EP1934995B1 (en) | 2005-07-15 | 2014-04-02 | Impact Coatings AB (Publ.) | A contact element and a contact arrangement |
SE528908C2 (sv) * | 2005-07-15 | 2007-03-13 | Abb Research Ltd | Kontaktelement och kontaktanordning |
DE102006027821A1 (de) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Siemens Ag | Elektrischer Schaltkontakt |
DE102008015464A1 (de) * | 2008-03-18 | 2009-09-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauteil mit einer elektrischen Kontaktfläche für ein elektrisches Kontaktelement, insbesondere Stromschiene |
CN102618773B (zh) * | 2012-04-05 | 2013-06-19 | 浙江大学 | Ag/La1-xSrxCoO3电接触复合材料的制备方法 |
WO2014208419A1 (ja) * | 2013-06-24 | 2014-12-31 | 三菱電機株式会社 | 電気接点材料及びその製造方法 |
JP5904308B2 (ja) * | 2014-03-04 | 2016-04-13 | 株式会社明電舎 | 電極材料の製造方法 |
WO2015133263A1 (ja) * | 2014-03-04 | 2015-09-11 | 株式会社明電舎 | 電極材料の製造方法 |
US9719155B2 (en) * | 2014-03-04 | 2017-08-01 | Meidensha Corporation | Alloy |
US10153098B2 (en) * | 2015-05-01 | 2018-12-11 | Meidensha Corporation | Method for producing electrode material and electrode material |
KR101782107B1 (ko) * | 2015-08-28 | 2017-09-26 | 부경대학교 산학협력단 | 에너지변환 경사기능복합체 및 그의 제조방법 |
WO2017039200A1 (ko) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | 부경대학교 산학협력단 | 에너지변환 경사기능복합체 및 그의 제조방법 및 이를 이용한 센서 |
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Family Cites Families (12)
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US4066451A (en) * | 1976-02-17 | 1978-01-03 | Erwin Rudy | Carbide compositions for wear-resistant facings and method of fabrication |
JPS58115728A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | 三菱電機株式会社 | 真空しや断器用接点 |
US4517033A (en) * | 1982-11-01 | 1985-05-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Contact material for vacuum circuit breaker |
DE3428276A1 (de) * | 1984-08-01 | 1986-02-06 | Doduco KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim | Werkstoff fuer elektrische kontakte auf der basis von silber mit wolframkarbid und verfahren zu seiner herstellung |
US4915902A (en) * | 1984-10-19 | 1990-04-10 | Martin Marietta Corporation | Complex ceramic whisker formation in metal-ceramic composites |
US4626282A (en) * | 1984-10-30 | 1986-12-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Contact material for vacuum circuit breaker |
US4677264A (en) * | 1984-12-24 | 1987-06-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Contact material for vacuum circuit breaker |
US4784829A (en) | 1985-04-30 | 1988-11-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Contact material for vacuum circuit breaker |
DE58904983D1 (de) * | 1988-04-20 | 1993-08-26 | Siemens Ag | Sinterkontaktwerkstoff auf silberbasis zur verwendung in schaltgeraeten der energietechnik, insbesondere fuer kontaktstuecke in niederspannungsschaltern. |
DE3829250A1 (de) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Siemens Ag | Verfahren zur herstellung eines kontaktwerkstoffes fuer vakuumschalter |
DE4205763A1 (de) * | 1992-02-25 | 1993-08-26 | Siemens Ag | Sinterkontaktwerkstoff auf silberbasis zur verwendung in schaltgeraeten der energietechnik |
US5698008A (en) * | 1994-02-21 | 1997-12-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Contact material for vacuum valve and method of manufacturing the same |
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