JPH04154018A - 銅―クロム電極材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 八、　産業上の利用分腎 本発明は、銅−クロム電極材料の製造方法に関する。

発明の概要 本発明は銅（以下、Ｃｕと表す）とクロム（以下、Ｃｒ
と表す）からなる電極材料と製造するにあたり、Ｃｕ粉
末とＣｒ粉末との混合粉を容易内に入れ、混合粉を加圧
し水平均一に充填すると共に、混合粉の外周部にエツジ
を形成し、この後焼結してスケルトンを得、このスケル
トンにＣｕを溶浸させるか、廃合粉上にＣｕを置き焼結
を併せてＣｕの溶浸を行ってＣｕ　−Ｃｒ電極材料を得
るもので、溶浸の際にもＣｕが縁からこぼれないように
したものである。

Ｃ 従来の技術 真空インタラプタの電厖材料として要求ざｎる重要な性
能の一つとして、Ｔｉ流遮断性能の高いことがあげらｒ
ろ。

近年、このＳ流速断性能が良好な′：４極材料として、
高融点材としてＣｒ、導電材としてＣｕ−Ｃｒ電極材料
が開発されてし）ろ。

従来、とのＣｕ−Ｃｒ電極材料は、溶浸法あるい：：焼
結法により製作されている。

溶浸法は、Ｃｒ粉末を真空あるいは水素中等の不活性雰
囲気中で１０００℃以上の温度で加熱、脱ガス処理して
Ｃｒのスケルトン（多孔質体）を得、このスケルトン上
にＣｕ％設置し、Ｃｕの融点以上の温度で加熱してＣｕ
とＣｒスケルトンの空隙に溶かし込んでＣｕ−Ｃｒの合
金を得ろ方法である。

また、焼結法（よ、Ｃｒ粉末とＣｕ粉末を所望の割合で
混合してなる混合粉を９８１〜６８６７ＭＰａ（１００
０〜７０００ｋｇｆ／ａ／）の圧力で加圧成形し、その
後、真空あるいは水素中等の不活性能雰囲気中でＣｕの
融へ以下のａ度で加熱して、粉末同士を融ｍさせること
によりＣｕ−Ｃｒ合金を得ろ方法である。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記溶浸法には、 Ｃｒ粉末の粒径、かさ密度、粒度分布等、Ｃｕ粉末の粉
体物性値によりスケルトンの空隙率が決定してしまうた
め、任意のＣｕ−Ｃｒ比率のＴｉ極材料が得にくい、 ■　ＣｒのスケルトンにＣｕを溶浸する際、Ｃｒ表面が
酸化していると、溶浸が不十分になり、電極表面や内部
に巣が発生することがある、 などの問題点がある。

また、焼結法には、 ■　製造に際し、高度な技術を要する、■　製造条件に
よっては電極内部に巣が残ることがある、 ■　プレス成形機等の高価な設備が必要で■ ある、 などの間層点がある。

！！題を解決するための手段 上記事情にかんがみ、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末との混合粉を
得、これを容器に自重充填し、これを焼結させてスケル
トンとした後にＣｕを溶浸すること、あるいは焼結を併
せてＣｕをＷＩ浸することを試みた。このとき、Ｃｕ粉
末の粒度の影響をみるため、Ｃｕ粉末の粒径を変えて電
極材料を作製し、作製過程、作製された電極材料を観察
した。

出発原料として、粒径１００〜６０μｍに８０％が分布
すＣｒ粉末に下記のＣｕ粉末を混合し、Ｃｕの粒径の依
存性を調査した。

Ｃｒ２５ｊｌ量％、Ｃｕ７５１量％となろように上記そ
れぞれの粉体を用量して十分に混合し、この混合粉を内
径８０−のアルミナ容器に２５０ｇ充填し、１０’Ｔｏ
ｒｒの真空中で１１３０℃に１時間加熱した。

加熱中、Ｃｕが溶けるため高含粉体は大ぎく収縮する。

得られたスケルトンの外径は下表の通りとなった。

次に、上記スケルトン上にその空隙を埋めるのに充分な
Ｃｕ塊（前記に３と同じ粒径かつ分布率の焼結体で、直
径３５−１厚さ８ｍ、重量７０ｇ）を設置し、１Ｏ−４
Ｔｏｒｒの真空中で１１３０℃に１時間加熱しＣｕをス
ケルトン中に溶浸させた。

ｋｌ、＆２のＣｕｖ！末を使用したインゴット（電極材
１１４）でこま、Ｃｕがスケルトン周囲に（よみ出した
。インゴットを切断し、内部を調べてみると、インゴッ
ト内に巣が存在していた。嵐３のＣｕ粉末を用いたイン
ゴットでは、余剰のＣｕが周囲にはみ出すこなく、内部
に巣の存在も見られなかった。

上記結果は、＆１．Ｎ１２のＣｕ粉末のように、Ｃｕ粉
末の粒径が大きいとスケルトンを得るときの収縮が小さ
いため溶浸工程でＣｕが溶は込んた際、Ｃｕがスケルト
ンの空隙を貫通し、周囲にしみ出すためである。

嵐３のＣｕ粉末について、異なる粒度分布についても同
様の試作、調査を行ったところ、粒度分布が６０％より
少なくなると、粒径の大きさＣｕ粉末が増えることから
、インゴットに巣が発生し、溶浸用銅のはみ出しが生じ
てしまう。

なお、上記のようにスケルトンを作製した後にＣｕを溶
浸させろ場合だけでなく、混合粒の焼結と同時に溶浸を
行った場合にもほぼ同着の結果が擾らｎた、 しかしながら、上記のようにＣｕ粉末の粒径及び分布の
度合を決定しても、容器あるいはスケルトンが多少でも
傾し）ていたす、さらには、スケルトン等が水平であっ
ても載せる溶浸用銅の大きさによっては、溶けたＣｕが
周囲に溢流してしまうことがあった。

したがって、溶浸用銅の溢流に対しても配慮する必要が
ある。

上記より、第一番目の発明に係るＣｕ−Ｃｒ電極材料の
製造方法は、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末との混合粉を容器内に
入れ、混合粉を加圧し水平均一に充填すると共に、混合
粉の外周部にエツジを作製し、この後不活性雰囲気下に
おいてＣｕの融点以上の温度で加熱してＣｕ−Ｃｒイン
ゴットを得、このＣｕ−Ｃｒインゴット上に溶浸用銅を
設置し加熱して溶浸用銅をＣｕ−Ｃｒインゴットの空隙
に溶浸させろことを特徴とするものである。

また、第二番目の発明に係ろＣｕ−Ｃｒ電極材料の製造
方法：よ、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末との混合粉を容器内に入
れ、混合粉を加圧し水平均一に充填すると共に、混合粉
の外周部にエツジを作製し、この混合粉上に溶接用銅を
設置し、不活性雰囲気下においてＣｕの融哉息上の温度
で加熱することを特徴とするものである。

上記Ｃｕ粉末としては、粒径５０μｍ以下のものが６０
％以上存在するものを採用する。

作　　　　月 上記方法においては、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末との混合粉が
密に溶着するため、溶浸用銅が周囲にしみ出すことはな
く、巣のない緊密な組成の電極材料が得られる。また、
インゴット等の外周部にエツジがあるので、溶浸用銅が
あふれ出して不足となることもない。

実施例 真空インタラプタは、その概略構造の一例を表す第３図
に示すようになものであり、相互に一直線状をなす一対
のリード棒１１，１２の対向端面に（よ、それぞれ電＄
１ｉ１３，１４が一体的に設けである。これら電極１３
．１４を囲む筒状のジードル１５の外周中央部は、この
シールド１５を囲む一対の絶縁筒１６゜１７の間に狭ま
れた状態で保持されている。

一方の前記リード棒１１は、一方の絶縁筒１６の一端に
接合された金属端板１８を気密に貫通した状態で、この
金属端板１８に一体的に固定されている。図示しない駆
動装置に連結される他方のり−ド欅１２は、他方の絶縁
筒１７の他端に気密に接合された他方の金属端板１９に
ベローズ２０を介して連結され、駆動方向に住復勤可能
に可動側の電極１４が固定側の電極１３に対して開閉動
作するようになっている。

上記電極１３．１４を作製する電極材料区よ次のように
して製作されろ。

先ず、粒径１００〜６０μｍに８０％が分布するＣｒ粉
末と粒径５０μｍ以下に８０％が分布するＣｕ粉末とを
、Ｃｒ　２５重量％、Ｃｕ　７５重量％となるようにそ
れぞれ秤量して混合し、その混合粉１を第１図ｒａｔに
示すように、内径８０−のアルミナ容！２内に２５０Ｂ
充填する。

次に、第１図ｆｂｌに示すように、直径７５ｍの円盤状
スタンプ５によりａ金粉１を２０ｋｇで加圧し、粉体の
水平充填を行うと共に、混合粉１の外周部に突状にエツ
ジ６を形成する。

なお、充填加圧力は、１０ｋｇ以上容器耐久強度までで
あるが、好ましくは２０〜５０ｋｇである。

次いで、上記容Ｍ２を真空炉内に入れ、１０−’Ｔｏｒ
ｒの真空中で脱ガスしつつあるいは不活性ガス中で１１
３０℃に１時Ｒ加熱保持する。加熱中Ｃｕが溶けるため
、第１図（ｃ）に示すようにスケルトン１ａは太き（収
縮したものとなる。図中、６ａはスケルトン１ａ外周部
のエツジである。

このユヶルトシｌａ上に第１図（ｄｉに示すように溶浸
用銅３を智く。溶浸用銅３としては、スケルトン１ａの
径の８０％未満の直径の丸棒（あるいは円板）とし、そ
の量は、スケルトン１ａの空隙を埋めるのに十分な量と
する。

ここでは、粒径５０ＡｔｍＪ、を下のものが８０％分布
するＣｕ粉末の焼結体であって、直径が３５！１１１１
、厚さが８腫で重量が７０ｇのものを採用した。

スケルトン作製後に溶浸用銅３を置いた状態で、１０−
’Ｔｏｒｒの真空中においであるいは不活性ガス中にお
いて１１３０℃に１時間加熱保持し、Ｃｕをスケルトン
ａの空隙に溶浸させた。スケルトン１！Ｌの周囲にエツ
ジ６ａがあるので、Ｃｕが周囲にはみ出すことがなく、
内部に巣も存在しない緊密なｔ４極材料が得られた。例
えば、密度比９８％のものが得られる。なお、溶浸１度
は、下限をＣｕの融点以上とし、上限をＣｕの融点＋６
０℃程度とする。溶浸温度が高すぎると、Ｃｕのしみ出
しにより巣が生じてしまうことがあるからである。第１
図（ｄ）は得られたインゴット１ｂを示し、３ｂはイン
ゴットｌｂ上に残った溶浸用銅である。

前述のように、Ｃｕ粉末においては、粒径５０μｍＪＪ
下のものが６０％以上含まれるものとする。前述の＆１
．＆２の如く粒径がそれ以上大きかったり、粒度分布が
６０％未満であると、スケルトン１ａにおける空隙が大
きくなって、Ｃｕを溶浸させたときに空隙を通してＣｕ
がしみ出してしまうという不具合が生じる。

なお、電極材料におけるＣｕの成分割合は、８０〜４０
重量％とする。Ｃｕが８０重量％以上では、スケルトン
１ａを製造する際、Ｃｕがしみ出し、溶浸後円部に巣が
残ることがあり、また、Ｃｕが４０重量％以下では電極
としての性能が維持できないからである。

Ｃｕの成分割合は、６０〜２０重量％とする。

上述のようにして得られた電極材料に機械加工を施し、
電極１３，１４とする。

上記実施例方法は、焼結体であるスケルトン作製後に溶
浸を行うものであるが、焼結と溶浸を同時に行うように
してもよい。その実施例方法を第２図に示す。

出発原料としては、前述の実施例と同様に、粒径１００
〜６０のμｍのものが８０％存在するＣｒ粉末と、粒径
５０μｍ以下のものが８０％存在するＣｕ粉末とを採用
し、Ｃｒ重量２５％、Ｃｕ　７５重量％となるようにそ
れぞれの粉体を秤量し充分に混合する。

この混合粉ｌを第２図ｉａ＋に示すように、内径８０■
のアルミナ容器２内に２５０ｇ充填する。

次に、第２図（ｂｌに示すように、直径７５−の円盤状
スタンプ５により混合粉１を２０ｋｇ加圧し、粉体の水
平充填を行うと共に、混合粉１の外周部に突状上シジ部
６を形成する。

次に、第２図ｆｃ）に示すように、混合粉１の上に溶浸
用銅３を置く。溶浸用銅３としては、粒径５０μｍＪＪ
下のものが８０％分布するＣｕ粉末の焼結体であって、
直径が３５＋ｌ１１、厚さが８ｍで重量が７０ｇのもの
を採用した。

混合粉１上に溶浸用ｗ４３を載せた状態でこれらを真空
炉内にセットし、１０−’Ｔｏｒｒの真空中あるいは不
活性ガス中で１１３０℃に１時間加熱保持した。混合粉
１におけるＣｕとＣｒが融着すると共に、溶浸用銅３が
溶けて、Ｃｕ−Ｃｒの空隙に浸入する。混合粉１の縁に
突状のエツジ６があるので、溶けなＣｕが流れ出すこと
はない。焼結溶浸後の状態を第２図＋ｄ）に示す。３ｂ
は得られたインゴットｌｂ上の残余のＣｕである。

Ｊｕ上のように、本発明方法は、スケルトンを得た後に
Ｃｕを溶浸させる方法、焼結と溶浸を一工程で行う方法
であるが、電極径が７０閣息上のような大きな電極を製
造する場合は、スケルトンを得た後にＣｕＱ溶浸させた
ほうが好適である。粉体上に溶浸用銅を設置した場合に
は、巣ができることがあるからである。

■ 発明の効果 本発明に係るＣｕ−Ｃｒ電極材料の製造方法によればＣ
ｕ粉末における粒径及び粒度分布を規定し、自然流填し
た後、Ｃｕ％溶浸あるいは焼結と溶浸を行うようにした
ので、均一で巣のない緻密なＣｕ−Ｃｒ電極材料が得ら
れる。

混合粉の外周部に突状のエツジを設けるので、溶けた溶
浸用銅の溢流が防止でき、溶浸用銅不足といったことが
生じろことがない。

また、本発明方法によれば、得られる電極材料のＣｕ−
Ｃｒの組成領域が大きく、任意のＣｕ　／　Ｃｒ比率の
電極材料を得ることが可能となる。

さらに、従来の焼結方法に比へ、高圧工程が不要である
ので、製造工程が簡易であり、製造設備の簡素化、低コ
スト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るＣｕ−Ｃｒ電極材料製
造工程の説明図、第２図は他の実施例方法の説明図、第
３図は真空インタラプタの一例の断面図である。 図　面　中、 １は混合粉、 １ａはスケルトン、 １ｂはインゴット１ ２はアルミナ容器、 ３は溶浸用銅、 ６はエツジ、 １３．１４は電極である。 第１図 一実施例の工程図 ／ ｌ混合粉 ↓ 第 図 ↓ 第２図 他の実施例の工程図 第 図 Ｉｂインコ−ント 第３図 真空インタラプタの断面図 Ｂ ＋３．１４：電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅粉末とクロム粉末との混合粉を容器内に入れ、
   混合粉を加圧し水平均一に充填すると共に、混合粉の外
   周部にエッジを作製し、この後不活性雰囲気下において
   銅の融点以上の温度で加熱して銅−クロムインゴットを
   得、この銅−クロムインゴット上に溶浸用銅を設置し加
   熱して溶浸用銅を銅−クロムインゴットの空隙に溶浸さ
   せることを特徴とする銅−クロム電極材料の製造方法。
2. （２）銅粉末とクロム粉末との混合粉を容易に入れ、混
   合粉を加圧し水平均一に充填すると共に、混合粉の外周
   部にエッジを作製し、この混合粉の上に溶浸用銅を設置
   し、不活性雰囲気下において銅の融点以上の温度で加熱
   することを特徴とする銅−クロム電極材料の製造方法。