JP2002327232A - 電気接点用複合材料とその製造方法並びに電気開閉装置 - Google Patents
電気接点用複合材料とその製造方法並びに電気開閉装置Info
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Abstract
接点用複合材料において、カルシウム、マグネシウムお
よびセリウムのそれぞれの酸化物およびホウ化物からな
る群から選ばれた少なくとも1種類の添加化合物(A)
と、チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバルト、ニッ
ケル、ジルコニウム、ニオブおよびモリブデンからなる
群から選ばれた少なくとも1種類の添加金属(B)と、
を含み、体積比で、タングステンを30%以上60%以
下、添加化合物(A)を0.01%以上5%以下、添加
金属(B)を0.01%以上5%以下とし、残りを銅お
よび不純物とし、気孔率を5%未満とする。
Description
材料、特に、タングステンおよび銅を主成分とする電気
接点用複合材料と、その製造方法並びにこれを利用した
電気開閉装置に関する。
うためには開閉機器を必要とするが、これらの開閉機器
には、発電所、変電所の送配電系統を制御するもの、工
場におけるモーター、電熱炉の制御をするもの、またそ
れらの電力を制御するリレーなどがあり、100Vから
数十万Vに至る広範な領域で使用されている。
のようになる。第1は、常時の電流と異常時の短絡電流
を支障なく開閉できるもので、開閉の頻度は一般に少な
く、遮断器(ブレーカー)がこれに属している。遮断器
の種類には、油中遮断器、空気遮断器、ガス遮断器、真
空遮断器、配線用遮断器などがあり、電気回路に漏電が
発生した場合に安全を守る漏電遮断器もこれに含まれ
る。
数回開閉できるもので、真空開閉器、電磁開閉器、タッ
プ切替器などの開閉器がこれに該当する。第3は、比較
的小さな負荷電流を多数回開閉するもので、制御用、電
装用、電子・通信用に使用される電磁継電器(リレ
ー)、スイッチがこれに該当する。なお、このほかに、
回路の接続替えや接続を断つことを目的とし、無電流あ
るいはそれに近い状態での回路開閉に使用される断路器
などがある。
料には、耐アーク性、耐溶着性にすぐれた銅−タングス
テン、銀−タングステン、銀−炭化タングステンなどの
焼結材料の接点が、油中遮断器、ガス遮断器、真空遮断
器に適用されてきた。
点から、電力機器の高電圧・大容量化とコンパクト化は
必須課題であり、継続的な開発が進められている。これ
らの開発では、電力機器を構成する材料にとってはきわ
めて過酷な環境となってきた。つまり、電力機器におけ
る接点材料は、さらに過酷な環境において、(1)消耗
量の少ないこと、(2)耐溶着性のあること、(3)接
触抵抗の低いこと、(4)電気伝導体であることが求め
られている。
は、高融点材料であるタングステンまたはモリブデン、
高電気伝導率および高熱伝導率材料である銅または銀の
複合材料が、接点材料として使用されている。これらの
材料は、現用接点材料の中で最も苛酷な条件の用途に適
合するものとして、各種機器に用いられている。しか
し、高電圧下で遮断を繰り返すと、上記の材料は、2万
℃以上ともいわれるアーク熱による蒸発や、動作時の摩
耗により劣化・消耗する。さらに、電力機器システムの
コンパクト化に伴い、接点径が小さくなると、電流密度
が増大するため、劣化・消耗が大きくなることが予想さ
れる。
ク熱による材料の蒸発、開閉動作における摩耗によるこ
とが報告されている。接点材料の寿命が、遮断器、開閉
器の寿命を決めているといっても過言でないため、機器
の高電圧・大容量化やコンパクト化、保守の低減化を実
現するためには、劣化・消耗の少ない接点材料の開発が
求められている。そこで、この発明の目的は、劣化・消
耗の少ない電気接点材料とその製造方法並びに電気開閉
装置を提供することにある。ここに、電気開閉装置は、
遮断器、開閉器、ガス絶縁開閉装置などを含む。
め、請求項1の発明は、タングステンおよび銅を主成分
とする電気接点用複合材料において、カルシウム、マグ
ネシウムおよびセリウムのそれぞれの酸化物およびホウ
化物からなる群から選ばれた少なくとも1種類の添加化
合物(A)と、チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバ
ルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブおよびモリブデ
ンからなる群から選ばれた少なくとも1種類の添加金属
(B)と、を含み、体積(vol)比で、タングステンを3
0%以上60%以下、前記添加化合物(A)を0.01
%以上5%以下、前記添加金属(B)を0.01%以上
5%以下とし、残りを銅および不純物とし、気孔率を5
%未満とすること、を特徴とする。
と耐溶着性が低下するため好ましくなく、また、60%
を越えると電気伝導度が低下するため好ましくない。ま
た、AまたはBが0.01%未満だと劣化・消耗の低減
効果が発現しない場合があり、5%を越えると電気伝導
度や機械的特性の低下が見られるため好ましくない。さ
らに、気孔率が5%以上であると電気伝導度や機械的特
性の低下が著しいため好ましくない。
るとともに、製造性が改善され、安定して劣化・消耗の
少ない接点材料を提供できる。さらに、接点材料の損耗
は遮断電流の1.2〜2乗に比例するといわれており、
材料の体積比は、遮断電流値により上記の範囲内で選定
される。例えば、遮断電流が大きい場合、タングステン
量を上記範囲内で多くすると有効である。
気接点複合材料の製造方法において、前記電気接点複合
材料のタングステンの体積比は45%以上60%以下で
あって、当該製造方法は、平均粒径0.5μm以上50
μm以下のタングステン粉末と、平均粒径0.01μm
以上50μm以下の前記添加化合物(A)の粉末を用い
て仮焼体を作製する仮焼成工程と、前記仮焼成工程の後
に、銅と前記添加金属(B)との合金を溶浸させる溶浸
工程と、を有することを特徴とする。
きくならない程度の温度で加熱して揮発成分を除去し、
粉末を凝集させることをいう。また、仮焼体とは仮焼成
によってできた粉末の凝集体をいう。
とすると仮焼成工程で局部的に焼結し、均質な組織が得
られにくく、また、50μm超とすると耐アーク性およ
び劣化・消耗のバラツキが大きくなり好ましくない。ま
た、Aの粉末の粒径を0.01μm未満とすると粉末が
凝集しやすく、均一に分散させた組織を得ることが困難
となり、50μmを越えると耐アーク性および劣化・消
耗のバラツキが大きくなるので好ましくない。請求項2
の発明によれば、当該電気接点複合材料のタングステン
の体積比が45%以上60%以下である場合に、優れた
材料を製造することができる。
造方法において、前記仮焼成工程の前に、タングステン
の粉末と前記添加化合物(A)の粉末を混合する混合工
程と、その混合工程の後に、所定の形状および成形体密
度になるよう成形する成形工程と、を有し、前記仮焼成
工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下または減
圧下で、400℃以上溶浸の温度以下の温度で行い、前
記溶浸工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下ま
たは減圧下で、銅と前記添加金属(B)との合金の融点
以上でかつ当該融点より300℃高い温度以下の温度で
行うこと、を特徴とする。
とするとタングステン粉末が仮焼成されないので好まし
くない。また、溶浸工程の温度が添加金属(B)との合
金の融点より300℃高い温度よりも高い温度とする
と、蒸発する銅が増加し、溶浸性が低下するため好まし
くない。
気接点複合材料の製造方法において、前記電気接点複合
材料のタングステンの体積比は40%以上55%以下で
あって、当該製造方法は、平均粒径0.5μm以上50
μm以下のタングステン粉末と、平均粒径0.01μm
以上50μm以下の前記添加化合物(A)の粉末と、平
均粒径0.1μm以上50μm以下の前記添加金属
(B)の粉末とを用いて仮焼体を作製する仮焼成工程
と、前記仮焼成工程の後に、銅を溶浸させる溶浸工程
と、を有することを特徴とする。
とすると十分な特性が発現せず、また、粉末が酸化しや
すく、取り扱いも難しいので好ましくない。また、粒径
が50μmを越えるものは、耐アーク性および劣化・消
耗のバラツキが大きくなるので好ましくない。また、タ
ングステン粉末およびAの粉末の粒径の限定の理由は、
請求項2の場合と同様である。
造方法において、前記仮焼成工程の前に、タングステン
の粉末と前記添加化合物の粉末を混合する混合工程と、
その混合工程の後に、所定の形状および成形体密度にな
るよう成形する成形工程と、を有し、前記仮焼成工程
は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下または減圧下
で、400℃以上1000℃以下の温度で行い、前記溶
浸工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下または
減圧下で、1080℃以上1380℃以下の温度で行う
こと、を特徴とする。
越えると、添加したA、Bの粉末の中で反応するものが
あるので好ましくない。また、1080℃未満とする
と、銅が融けず、溶浸できず、また、1380℃を越え
ると、銅の蒸発分が増加し、溶浸性が低下するので好ま
しくない。仮焼成工程の温度を400℃以上に限定する
理由は請求項3と同様である。溶浸工程の温度を108
0℃以上に限定する理由は請求項5と同様である。
気接点複合材料の製造方法において、前記電気接点複合
材料のタングステンの体積比は30%以上45%以下で
あって、当該製造方法は、平均粒径0.5μm以上50
μm以下のタングステン粉末と、平均粒径0.01μm
以上50μm以下の前記添加化合物(A)の粉末と、平
均粒径0.1μm以上50μm以下の前記添加金属
(B)の粉末と、平均粒径0.1μm以上50μm以下
の銅の粉末とを用いて焼結する焼結工程を有すること、
を特徴とする。ここに、タングステンおよびAの粉末の
粒径を限定する理由は請求項2と同様であり、Bの粉末
の粒径を限定する理由は請求項4と同様である。
造方法において、前記仮焼成工程の前に、タングステン
の粉末と前記添加化合物(A)の粉末を混合する混合工
程と、その混合工程の後に、所定の形状および成形体密
度になるよう成形する成形工程と、を有し、前記仮焼成
工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下または減
圧下で、400℃以上1080℃以下の温度で行うこ
と、を特徴とする。ここに、仮焼成工程の温度を400
℃以上に限定する理由は請求項3と同様であり、108
0℃以下に限定する理由は請求項5と同様である。
電気接点を有する電気開閉装置において、前記複合材料
は、タングステンおよび銅を主成分とし、カルシウム、
マグネシウムおよびセリウムのそれぞれの酸化物および
ホウ化物からなる群から選ばれた少なくとも1種類の添
加化合物(A)と、チタン、バナジウム、クロム、鉄、
コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブおよびモリ
ブデンからなる群から選ばれた少なくとも1種類の添加
金属(B)と、を含み、体積比で、タングステンを30
%以上60%以下、前記添加化合物(A)を0.01%
以上5%以下、前記添加金属(B)を0.01%以上5
%以下とし、残りを銅および不純物とし、気孔率を5%
未満とすること、を特徴とする。
様である。請求項8の発明によれば、電気開閉装置の耐
熱性が向上するとともに、製造性が改善され、安定して
劣化・消耗の少ない電気開閉装置を提供できる。
気開閉装置において、前記複合材料を、アーク接触子に
適用することを特徴とする。請求項8の発明によれば、
特にアーク接触子を有する電気開閉装置の耐熱性が向上
するとともに、製造性が改善され、安定して劣化・消耗
の少ない電気開閉装置を提供できる。
て、図1を参照して説明する。図1は、本発明の電気接
点用複合材料の種々の試験体の実施例および比較例につ
いて、各成分の体積比、製造方法、製造された複合材料
の特性等を一覧表で示す。
5μmのタングステン粉末と、平均粒径5μmのチタン酸
カルシウム(A)粉末を、55:2の体積比になるよう
混合し、成形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量
%になるよう添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用い
て、成形体密度が10.6g/cm3になるように成形
圧力を調整して、縦100mm×横100mm×高さ3
0mmに成形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で
600〜1000℃に加熱して2時間保持し、成形助剤
の除去および仮焼成を行って仮焼体を作った。
1になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボに入
れて、水素ガス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間
保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試
験体を作製した。図1の製造方法の欄の「溶浸法a」と
は、この実施例1のように、タングステンとAの粉末か
ら作成した仮焼体に、Bと銅を溶浸する方法を意味す
る。
テン粉末と、平均粒径5μmのジルコン酸カルシウム
(A)粉末を、45:2の体積比になるよう混合し、成
形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよ
う添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体
密度が8.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。銅とジルコニウム(B)の体積比が5
2:1になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボ
に入れて、水素ガス雰囲気で、1080℃に加熱して5
時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工によ
り試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径30μmの銅粉末と、平均粒径5
μmのホウ化カルシウム粉末と、平均粒径30μmのバナ
ジウム粉末を、35:62:2:1の体積比になるよう
混合し、成形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量
%になるよう添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用い
て、成形体密度が11.9g/cm3になるように成形
圧力を調整して、縦100mm×横100mm×高さ3
0mmに成形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で
600℃に加熱して2時間保持した後、1000℃に加
熱して2時間保持して、成形助剤の除去および焼成を行
った。焼成後、機械加工により試験体を作製した。図1
の製造方法の欄の「焼結法」とは、この実施例3のよう
に、仮焼成、溶浸の工程を伴わずに焼結を行う方法を意
味する。
5μmのタングステン粉末に、成形助剤であるパラフィ
ンを混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末を調整
し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が8.6g/c
m3になるように成形圧力を調整して、縦100mm×
横100mm×高さ30mmに成形した。そして、成形
体を水素ガス雰囲気で600〜1000℃に加熱して2
時間保持し、成形助剤の除去および仮焼成を行った。仮
焼体と銅をルツボに入れて、水素ガス雰囲気で、118
0℃に加熱して5時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸
後、機械加工により試験体を作製した。
テン粉末に成形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質
量%になるよう添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用
いて、成形体密度が10.6g/cm3になるように成
形圧力を調整して、縦100mm×横100mm×高さ
30mmに成形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気
で600〜1000℃に加熱して2時間保持し、成形助
剤の除去および仮焼成を行った。銅とチタン(B)の体
積比が54:1になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金
をルツボに入れて、水素ガス雰囲気で、1080℃に加
熱して5時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械
加工により試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径30μmの銅粉末と、平均粒径5
μmのホウ化カルシウム(A)粉末を、35:63:2
の体積比になるよう混合し、成形助剤であるパラフィン
を混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末を調整し、
一軸プレス機を用いて、成形体密度が11.9g/cm
3になるように成形圧力を調整して、縦100mm×横
100mm×高さ30mmに成形した。そして、成形体
を水素ガス雰囲気で600℃に加熱して2時間保持した
後、1000℃に加熱して2時間保持して、成形助剤の
除去および焼成を行った。焼成後、機械加工により試験
体を作製した。
テン粉末と、平均粒径5μmのチタン酸カルシウム
(A)粉末を、70:2の体積比になるよう混合し、成
形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよ
う添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体
密度が13.4g/cm3になるように成形圧力を調整
して、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成
形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1
000℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去およ
び仮焼成を行った。銅とチタン(B)の体積比が27:
1になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボに入
れて、水素ガス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間
保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試
験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径30μmの銅粉末と、平均粒径5
μmのホウ化カルシウム(A)粉末と、平均粒径30μm
のバナジウム(B)粉末を、20:77:2:1の体積
比になるよう混合し、成形助剤であるパラフィンを混合
粉末の1質量%になるよう添加、粉末を調整し、一軸プ
レス機を用いて、成形体密度が10.2g/cm3にな
るように成形圧力を調整して、縦100mm×横100
mm×高さ30mmに成形した。そして、成形体を水素
ガス雰囲気で600℃に加熱して2時間保持した後、1
000℃に加熱して2時間保持して、成形助剤の除去お
よび焼成を行った。焼成後、機械加工により試験体を作
製した。
1μmのタングステン粉末と、平均粒径5μmのセリア
(A)粉末と、平均粒径30μmのクロム(B)粉末
を、55:2:1の体積比になるよう混合し、成形助剤
であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添
加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度
が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガ
ス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の
溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体を作製し
た。図1の製造方法の欄の「溶浸法b」とは、この実施
例4のように、タングステンとAとBの粉末から作成し
た仮焼体に、銅のみを溶浸する方法を意味する。
ステン粉末と、平均粒径5μmのホウ化セリウム(A)
粉末と、平均粒径30μmの鉄(B)粉末を、55:
2:1の体積比になるよう混合し、成形助剤であるパラ
フィンを混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末を調
整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が10.6g
/cm3になるように成形圧力を調整して、縦100m
m×横100mm×高さ30mmに成形した。そして、
成形体を水素ガス雰囲気で600〜1000℃に加熱し
て2時間保持し、成形助剤の除去および仮焼成を行っ
た。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガス雰囲気で、
1080℃に加熱して5時間保持し、銅の溶浸を行っ
た。溶浸後、機械加工により試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径5μmのマグネシア(A)粉末
を、55:0.5の体積比になるよう混合し、成形助剤
であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添
加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度
が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。銅とコバルト(B)の体積比が44:
0.5になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボ
に入れて、水素ガス雰囲気で、1180℃に加熱して5
時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工によ
り試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径5μmのホウ化マグネシウム
(A)粉末を、55:4の体積比になるよう混合し、成
形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよ
う添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体
密度が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整
して、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成
形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1
000℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去およ
び仮焼成を行った。銅とニッケル(B)の体積比が3
7:4になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボ
に入れて、水素ガス雰囲気で、1280℃に加熱して5
時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工によ
り試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径1μmのホウ化カルシウム(A)
粉末と、平均粒径45μmのニオブ(B)粉末を、5
5:2:1の体積比になるよう混合し、成形助剤である
パラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末
を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が10.
6g/cm3になるように成形圧力を調整して、縦10
0mm×横100mm×高さ30mmに成形した。そし
て、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1000℃に加
熱して2時間保持し、成形助剤の除去および仮焼成を行
った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガス雰囲気
で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の溶浸を行
った。溶浸後、機械加工により試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径30μmのホウ化マグネシウム
(A)粉末と、平均粒径45μmのモリブデン(B)粉
末を、55:2:1の体積比になるよう混合し、成形助
剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添
加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度
が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガ
ス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の
溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体を作製し
た。
径100μmのタングステン粉末と、平均粒径5μmのセ
リア(A)粉末と、平均粒径1μmのクロム(B)粉末
を、55:2:1の体積比になるよう混合し、成形助剤
であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添
加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度
が10.6g/cm 3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガ
ス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の
溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体を作製し
た。
グステン粉末と、平均粒径5μmのホウ化セリウム
(A)粉末と、平均粒径30μmの鉄(B)粉末を、5
5:2:1の体積比になるよう混合し、成形助剤である
パラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末
を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が10.
6g/cm3になるように成形圧力を調整して、縦10
0mm×横100mm×高さ30mmに成形した。そし
て、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1000℃に加
熱して2時間保持し、成形助剤の除去および仮焼成を行
った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガス雰囲気
で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の溶浸を行
った。溶浸後、機械加工により試験体を作製した。
テン粉末と、平均粒径5μmのマグネシア(A)粉末
を、55:10の体積比になるよう混合し、成形助剤で
あるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添加、
粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が1
0.6g/cm3になるように成形圧力を調整して、縦
100mm×横100mm×高さ30mmに成形した。
そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1000℃
に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および仮焼成
を行った。銅とコバルト(B)の体積比が34:1にな
る銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボに入れて、
水素ガス雰囲気で、1280℃に加熱して5時間保持
し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体
を作製した。
テン粉末と、平均粒径75μmのホウ化マグネシウム
(A)粉末を、55:2の体積比になるよう混合し、成
形助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよ
う添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体
密度が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整
して、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成
形した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜1
000℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去およ
び仮焼成を行った。銅とニッケル(B)の体積比が4
2:1になる銅合金を準備し、仮焼体と銅合金をルツボ
に入れて、水素ガス雰囲気で、1180℃に加熱して5
時間保持し、銅の溶浸を行った。溶浸後、機械加工によ
り試験体を作製した。
ステン粉末と、平均粒径5μmのホウ化カルシウム
(A)粉末と、平均粒径30μmのニオブ(B)粉末
を、55:2:10の体積比になるよう混合し、成形助
剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう添
加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密度
が10.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガ
ス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の
溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体を作製し
た。
ステン粉末と、平均粒径5μmのホウ化マグネシウム
(A)粉末と、平均粒径100μmのモリブデン(B)
粉末を、45:2:1の体積比になるよう混合し、成形
助剤であるパラフィンを混合粉末の1質量%になるよう
添加、粉末を調整し、一軸プレス機を用いて、成形体密
度が8.6g/cm3になるように成形圧力を調整し
て、縦100mm×横100mm×高さ30mmに成形
した。そして、成形体を水素ガス雰囲気で600〜10
00℃に加熱して2時間保持し、成形助剤の除去および
仮焼成を行った。仮焼体と銅をルツボに入れて、水素ガ
ス雰囲気で、1080℃に加熱して5時間保持し、銅の
溶浸を行った。溶浸後、機械加工により試験体を作製し
た。
ステン粉末と、平均粒径100μmの銅粉末と、平均粒
径5μmのホウ化マグネシウム(A)粉末と、平均粒径
30μmのモリブデン(B)粉末を、35:62:2:
1の体積比になるよう混合し、成形助剤であるパラフィ
ンを混合粉末の1質量%になるよう添加、粉末を調整
し、一軸プレス機を用いて、成形体密度が11.9g/
cm3になるように成形圧力を調整して、縦100mm
×横100mm×高さ30mmに成形した。そして、成
形体を水素ガス雰囲気で600℃に加熱して2時間保持
した後、1000℃に加熱して2時間保持して、成形助
剤の除去および焼成を行った。焼成後、機械加工により
試験体を作製した。
作成後、その試験体について、気孔率、導電率、硬度の
測定および、アーク試験を実施した。気孔率は、20m
m×20mm×10mmの試験体を切り出し、水銀圧入
法を用いて測定し、5%未満であるかどうか調べた。導
電率は、同様に20mm×20mm×10mmの試験体
を切り出し、ASTM B 342(ELECTRICAL CONDUCT
IVITY BY USE OF EDDY CURRENTS)に準拠して、渦電流
を応用したシグマテスト(商品名:SIGMA-TEST)を用い
て測定し、20%IACS(International Annealed C
opper Standard)以上であるかどうか調べた。硬度は、
同様に20mm×20mm×10mmの試験体を切り出
し、ビッカース硬度試験機を用いて測定し(荷重1〜1
0kg)、Hv(ビッカース硬度)170以上であるか
どうか調べた。
mの試験体を切り出し、減圧プラズマ溶射装置を用い、
熱源としてプラズマアークを用いた試験体のエロージョ
ン試験を行った。2kPa以下のアルゴンガス雰囲気
で、試験体を陰極とし、水冷した銅陽極との間に電圧を
かけることにより移行アークを発生させている。電源電
圧60V、アーク電流60A、銅陽極と試験体の距離を
150mmとし、ガス遮断器に用いる絶縁ガス(六フッ
化硫黄ガス)を0.1/sの流量で導入し、60秒間試
験を実施した。試験前後の重量変化を測定し、損耗量1
g以下であるかどうか調べた。
〜3は、AおよびBともに含有していない比較例1、B
のみを含有している比較例2、Aのみを含有している比
較例3と比較して、気孔率、導電率、硬度、アーク損耗
量ともに要求される材料特性を満足できる材料が得られ
た。このとき、Aのみでは気孔率が15%と高くなるこ
と、Bのみでは十分な効果が得られないことが予想され
る。
い比較例4、反対にタングステンの体積比が20%と低
い比較例5と比較して、タングステンの体積比は30〜
60%、AおよびBともに0.01〜5%、残りが銅の
材料構成において、気孔率、導電率、硬度、アーク損耗
量ともに要求される材料特性を満足できる材料を満たす
ことが実験により明らかになった。タングステンが多い
場合、導電率が低下し、また絶縁ガスのアーク分解ガス
により、アーク損耗量が増加するものと思われる。反対
に、タングステンが少ない場合、硬度が低下し、アーク
熱による材料の蒸発が顕著になるため、アーク損耗量が
増加するものと思われる。
AおよびBの添加量およびそれらの粉末粒径に関するも
ので、タングステン粉末粒径の大きい比較例6、反対に
タングステン粒径の小さい比較例7、Aの添加量の多い
比較例8、A粉末粒径の大きい比較例9、B粉末の添加
量が多い比較例10、B粉末の粒径が大きい比較例1
1、銅の平均粒径の大きい比較例12と比較して、気孔
率、導電率、硬度、アーク損耗量ともに要求される材料
特性を満足できる材料が得られた。AおよびBの添加量
および、タングステン、銅、AおよびBの各粉末粒径
は、適切な範囲があることが実験により明らかになっ
た。このとき、銅合金溶浸法では、銅とBは溶融した状
態で含浸するため、これらの粒径の規定はないことがわ
かる。同様に、銅溶浸法では、銅は溶融した状態で含浸
するため、この粒径の規定はないことがわかる。
は、製造方法およびプロセス条件が重要である。適正範
囲の組成において緻密な複合材を作製するためには、銅
合金溶浸法、銅溶浸法、焼結法を使い分けることが重要
であることがわかった。また、所定のプロセス条件で作
製することによって、気孔率、導電率、硬度、アーク損
耗量ともに要求される材料特性を満足できる材料が提供
できる。また、部品の大型、複雑形状においても、安定
して製造できる製造プロセスである。
銅−タングステン材料の耐アーク特性を改良し、耐熱性
および硬度の向上、分解ガスと反応して耐食皮膜を形成
することにより、アーク熱による蒸発、開閉動作におけ
る摩耗、アークにより分解した絶縁ガスによる損耗を抑
制して、耐アーク性にすぐれた電気接点材料とその製造
方法を提供する。そして、この電気接点材料を適用する
ことによって、特に、高電圧に好適な、高信頼性で、長
寿命化が可能なガス遮断器、ガス絶縁開閉装置、空気絶
縁開閉装置等の電気開閉装置を提供することができる。
造方法の実施例および比較例を示す一覧表。
Claims (9)
- 【請求項1】 タングステンおよび銅を主成分とする電
気接点用複合材料において、 カルシウム、マグネシウムおよびセリウムのそれぞれの
酸化物およびホウ化物からなる群から選ばれた少なくと
も1種類の添加化合物と、 チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、ジルコニウム、ニオブおよびモリブデンからなる群
から選ばれた少なくとも1種類の添加金属と、 を含み、 体積比で、タングステンを30%以上60%以下、前記
添加化合物を0.01%以上5%以下、前記添加金属を
0.01%以上5%以下とし、残りを銅および不純物と
し、気孔率を5%未満とすること、を特徴とする電気接
点用複合材料。 - 【請求項2】 請求項1記載の電気接点複合材料の製造
方法において、 前記電気接点複合材料のタングステンの体積比は45%
以上60%以下であって、 当該製造方法は、 平均粒径0.5μm以上50μm以下のタングステン粉
末と、平均粒径0.01μm以上50μm以下の前記添
加化合物の粉末を用いて仮焼体を作製する仮焼成工程
と、 前記仮焼成工程の後に、銅と前記添加金属との合金を溶
浸させる溶浸工程と、 を有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の製造方法において、 前記仮焼成工程の前に、タングステンの粉末と前記添加
化合物の粉末を混合する混合工程と、その混合工程の後
に、所定の形状および成形体密度になるよう成形する成
形工程と、を有し、 前記仮焼成工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気
下または減圧下で、400℃以上溶浸の温度以下の温度
で行い、 前記溶浸工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下
または減圧下で、銅と前記添加金属との合金の融点以上
でかつ当該融点より300℃高い温度以下の温度で行う
こと、 を特徴とする製造方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の電気接点複合材料の製造
方法において、 前記電気接点複合材料のタングステンの体積比は40%
以上55%以下であって、 当該製造方法は、 平均粒径0.5μm以上50μm以下のタングステン粉
末と、平均粒径0.01μm以上50μm以下の前記添
加化合物の粉末と、平均粒径0.1μm以上50μm以
下の前記添加金属の粉末とを用いて仮焼体を作製する仮
焼成工程と、 前記仮焼成工程の後に、銅を溶浸させる溶浸工程と、 を有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の製造方法において、 前記仮焼成工程の前に、タングステンの粉末と前記添加
化合物の粉末を混合する混合工程と、その混合工程の後
に、所定の形状および成形体密度になるよう成形する成
形工程と、を有し、 前記仮焼成工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気
下または減圧下で、400℃以上1000℃以下の温度
で行い、 前記溶浸工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気下
または減圧下で、1080℃以上1380℃以下の温度
で行うこと、 を特徴とする製造方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の電気接点複合材料の製造
方法において、 前記電気接点複合材料のタングステンの体積比は30%
以上45%以下であって、 当該製造方法は、平均粒径0.5μm以上50μm以下
のタングステン粉末と、平均粒径0.01μm以上50
μm以下の前記添加化合物の粉末と、平均粒径0.1μ
m以上50μm以下の前記添加金属の粉末と、平均粒径
0.1μm以上50μm以下の銅の粉末とを用いて焼結
する焼結工程を有すること、を特徴とする製造方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の製造方法において、 前記仮焼成工程の前に、タングステンの粉末と前記添加
化合物の粉末を混合する混合工程と、その混合工程の後
に、所定の形状および成形体密度になるよう成形する成
形工程と、を有し、 前記仮焼成工程は、不活性ガスまたは還元ガスの雰囲気
下または減圧下で、400℃以上1080℃以下の温度
で行うこと、 を特徴とする製造方法。 - 【請求項8】 複合材料を用いた電気接点を有する電気
開閉装置において、 前記複合材料は、 タングステンおよび銅を主成分とし、 カルシウム、マグネシウムおよびセリウムのそれぞれの
酸化物およびホウ化物からなる群から選ばれた少なくと
も1種類の添加化合物と、 チタン、バナジウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、ジルコニウム、ニオブおよびモリブデンからなる群
から選ばれた少なくとも1種類の添加金属と、 を含み、 体積比で、タングステンを30%以上60%以下、前記
添加化合物を0.01%以上5%以下、前記添加金属を
0.01%以上5%以下とし、残りを銅および不純物と
し、気孔率を5%未満とすること、 を特徴とする電気開閉装置。 - 【請求項9】 請求項8記載の電気開閉装置において、
前記複合材料をアーク接触子に適用することを特徴とす
る電気開閉装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001130667A JP2002327232A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 電気接点用複合材料とその製造方法並びに電気開閉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001130667A JP2002327232A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 電気接点用複合材料とその製造方法並びに電気開閉装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002327232A true JP2002327232A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=18978993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001130667A Pending JP2002327232A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 電気接点用複合材料とその製造方法並びに電気開閉装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002327232A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102162043A (zh) * | 2010-02-17 | 2011-08-24 | 株式会社日立制作所 | 电气接点以及使用了该电气接点的电力开闭器 |
JP2014192007A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Nippon Tungsten Co Ltd | 電気接点材料 |
KR20210157268A (ko) * | 2020-06-19 | 2021-12-28 | 부산대학교 산학협력단 | Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치 |
JP2022091435A (ja) * | 2020-12-09 | 2022-06-21 | アドバンスコンポジット株式会社 | 易切削性金属基複合材料及び易切削性金属基複合材料の製造方法 |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001130667A patent/JP2002327232A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102162043A (zh) * | 2010-02-17 | 2011-08-24 | 株式会社日立制作所 | 电气接点以及使用了该电气接点的电力开闭器 |
JP2011171023A (ja) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Hitachi Ltd | 電気接点およびそれを用いた電力開閉器 |
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KR20210157268A (ko) * | 2020-06-19 | 2021-12-28 | 부산대학교 산학협력단 | Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치 |
KR102355840B1 (ko) | 2020-06-19 | 2022-02-07 | 부산대학교 산학협력단 | Cu-Cr계 전기 접점소재와 그 제조방법 및 Cu-Cr계 전기 접점소재를 적용한 전자 장치 |
JP2022091435A (ja) * | 2020-12-09 | 2022-06-21 | アドバンスコンポジット株式会社 | 易切削性金属基複合材料及び易切削性金属基複合材料の製造方法 |
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