JPH04505985A - 真空スイツチ用ＣｕＣｒ接触片の製法並びに付属接触片 - 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】 真空スィッチ用ＣｕＣｒ接触片の製法並びに付属接触片本発明は、各出発成分か らなる粉末プレス加工品を残気孔率〈１％にまで圧縮した、真空スイッチ管に使 用する銅及びクロムをベースとする接触片を製造する方法並びにこうして製造さ れる接触片に関する。

真空スイッチ管用接触材としては、導電性成分と少なくとも１種の高融点成分と からなりまた必要な場合には更に溶融力を低下させるか又は遮断電流を低下させ る添加物を含む複合材料が有効であることが判明している。これに関して広く普 及されているＣ　ｕ　Ｃｒ材は１つの代表的な例である。

クロムのような高融点成分は銅のような導電性主成分にごく僅かな可溶性を有す るに過ぎないことから、ＣｕＣｒ接触材を製造するに当たっては特に粉末冶金法 が考慮される。

この種の接触材の製造にしばしば使用される方法ばＣｒ骨格の焼結及びそれに続 く焼結体骸晶へのＣｕの浸潤処理である（これに間しては例えばドイツ連邦共和 国特許出願公開第２５２１５０４号明細書又はドイツ連邦共和国特許出願公告第 ２５３６１５３号明細書に記載されている）、その結果良好な開閉特性を有する 高品質の材料を得ることができる。しかしこの方法は失敗し易（また品質保証の ために著しい経費を必要とする。液相を使用することから、明らかに大きな寸法 の未完成品が生じ、これは最終形状を得るため相応して切削加工をしなければな らない、更に自立性の骨材が必要とされることから高融点成分の使用可能な濃度 範囲は制限される。最後に記載した欠点はもう１つの広く使用されている他の方 法、すなわち各成分の粉末混合物をプレス加工又は焼結し、更に冷間又は熱間後 プレス加工することにより回避することができる（これに関しては例えばドイツ 連邦共和国特許出願公開第２９１４１８６号、＠第３４０６５３５号明細書及び 欧州特許出国公開第０１８４８５４号明細書に記載されている）、この方法の場 合、各成分の濃度は広範囲にわたって選択可能であり、未完成品の輪郭はほぼ最 終形状にすることができる。なぜなら不良含浸材の場合に生し得るような吻賓中 の膨張空隙系は生じないからである。いずれにせよこの種の材料は通常４％〜８ ％の残気孔率を有し、真空スイッチ管用接触片の接触材としてこれを使用する場 合悪影響を及ぼす、これは、気孔率の増加に伴い後の絶縁破壊の危険性が増し、 また開閉能力が低下し、その際更に融解傾向が高まる原因となる。

欧州特許出暉公開第０１８４８５４号明細書から、粉体を固相焼結によってでは なく、熱間プレスによって圧縮することはすでに公知であり、これによって上記 の欠点が回避される−視し得る程度の僅かな残気孔率を育する材料が生じる。

しかしながら真空下にか又は高純度の保護ガス中で行わなければならないこの製 法はコストがかさみ、従って極めて不硅済である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２９０３３号明細書からＣｕＣｒ接触材の 別の製法が公知であるが、この方法では固相−焼結工程が熱間アイソスタチンク 液相プレスエ［（ＨＩ　Ｐ）と組合わされている。この場合比較的圧縮度の僅か な焼結体から出発しく理論密度の８０％ですでに十分であるとされる）、導電性 成分である銅の融点を約２００℃上回る温度でアイソスタチック法で熱間プレス する。空気又はガスが材料の気孔中に封入されまたガス圧下で残留酸素置により クロムが酸化されるのを阻止するために、焼結体を真空下にカプセル化する必要 がある。更にカプセル化は、流出する液相によってプレス装置の内部装備品が汚 染されるのを阻止することができる。

車軸熱間プレスの場合と同様アイソスタチック熱間プレス（ＨＩＰ）の場合もま た、！視し得る僅かな残気孔率が生じるに過ぎない、しかし大量の加工片を工業 的に製造するには上記のＨ１法は不経済である。真空下における焼結体のカプセ ル化はコストのかさむ仕上げ工程である。すなわちドイツ連邦共和国特許出願公 開第３７２９０３３号明細書に特に有利なものとして示されているような液相で の熱間プレス処理は、接触面を製造するために高価な切削加工処理を必要とする 。

更にドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４３４８６号明細書には、渭及びクロ ムをベースとする接触材を製造するためにカプセル化プレス加工品を部間アイソ スタチックプレスする方法が記載されている。しかしこの刊行物では、この方法 を推奨に値する仕上げ法であるとは見なさず、残気孔の少ない比較験体を製造す る方法として、すなわち単に相当な出費を特徴とする特殊なケースに関するもの として記載している。

従って本発明の課題は、ＣｕＣｒ材からなる真空スィッチ用ＣｕＣｒ１触片の製 法において残気孔率〈１％の良好な材質を橿供し、同時にこの材料から接堆片を ｔｌ造する際にコスト的に好ましくまた経済的に加工することのできる方法を得 ることにある。特にこの方法では最終形状に近い輪郭を有する成形技術を使用で きまた真空カプセル化のような高価な手段を省くことができるようにするべきで ある。

この課題は本発明によれば、粉末プレス加工品の圧縮を２段階で行い、その際− 第１段階は焼結体を真の気孔率にまで圧縮する焼結処理であり、−第２段階は、 加工片をカプセル化することな（少な（とも９９％の空間内を率を育する最終密 度にする熱間アイソスタチックプレス処理（ＨＩＰ）であることによって解決さ れる。

十分な確実性を有する本発明により製造されたＣ　ｕ　Ｃｒ材の場合真の気孔率 は約９５％以上の空間占有率を有する。この真の気孔率はカプセル化されていな い加工片の場合ＨＩＦ処理に際して絶対必要であり、これにより本発明に示され たほぼ完全な圧縮が達成される。

本発明方法の場合有利にはＣｕ及びＣｒ粉末からなる混合物を、可能な限り所望 の接触片又は必要とされる接触面に近い形状が選択される未完成品にプレス加工 することができる。この未完成品を真空下及び／又は還元雰囲気下に上記の２段 階工程により固体のＣｕ相で焼結し、最後にアイソスタチック法で固体のＣｕ相 で熱間プレス加工する。この処理順序で、静間アイソスタチックプレス法が従来 の見解とは興なりＣｕＣｒ加工片をカプセル化することな〈実施し得たことは重 要である。実験の結果、ＣｕＣｒプレス加工品をカプセル化しない場合にも本発 明による処理法によって、材料内部に付加的なガスが封入されることもまたクロ ムが酸化することもないことが指摘された。圧縮ガス中での０．残含臂量による クロムの酸化は加工片の表面のみに生しることが判明した。しかしこの外面は接 触片の完成時にはいずれにせよ除去される。未完成品を真空又は還元雰囲気下に 焼結することによりすでに熱間プレス以前にガス含有量を減少させることができ る。しかしこのことはカプセル化された粉末混合物を熱間アイソスタチックプレ スするか又は冷間アイソスタチック法でプレスし、引続きカプセル化された未完 成品の場合には該当しない。

本発明方法によりｍａされた接触片は各成分の均一な分布、その高い田ｍ度及び 極めて低い気孔率によって高い材料品質を有する。このことから及び熱間アイソ スタチックプレス法により達成された材料の圧縮度及び硬度によって高い遮断姥 力、絶縁耐力及び焼損耐性のような所望の良好な接触特性が生じる。

本発明方法の価格面での利点は、特に真空カプセルを省略したことによりまた更 には固相での焼結及び熱間プレスによってプレス加工品の輪郭をすでに所望の最 終形状に極めて近いものに選択可能であることから、ご（僅かな表面後加工が必 要とされるに過ぎないことにより得られる。従ってまた材料の使用量の削減が保 証される。

本発明方法は有利には、銅及びクロムからなる粉末プレス体をまず真空中でか又 はＨ２下に気孔を少なく焼結し、引続き同し作業工程中でアイソスタチック熱間 プレスすることよりなる、焼結−ｆ（ｌの組み合せ処理を実施することもできる 。

本発明方法により有利に複合材を製造することもできる０例えば二層又は三領域 部材としてＣｕＣｒからなる接触面とＣｕからなる接触片ベースとを同時に１処 理工程でＷ造することができる。これにより接合（通常真空中での硬質ろう付け のような）仕上げ工程を省くことができる。これは詩に塊状Ｃｕからなるベース を使用する場合極めて重要な利点である。それというのもこのベースは焼結工程 のみによっては粉末プレス体と十分には結合し得ないからである。

本発明方法の他の詳細な説明及び利点を図面との関連に基づき次の各実施例の記 載から明らかにする。

図１は’１１接触片の断面図、 図２は第２接触片の透視図、 図３は接触片を接触片ベースと共に示した透視図、図４は熱間アイソスタチック プレス前の材料の組織図及び図５ばか間アイソスタチンクプレス後の材料の組織 図を表す。

電解法でＩＩ造された粒径分布く６３μｍのＣｒ粉末を粒径分布＜ＡＯｕｍのＣ Ｕ粉末と４ｏ：ｓｏの割合で乾燥下に混合し、外径φ、６００／内径φ、３５× ６ｍｍの寸法のリングに重輪的にプレス圧８００ＭＰａでプレス加工する。プレ ス加工品を１０３０°Ｃで露点７０’Ｃの水素下に１時間また引続き圧力ρ＜１ ０−’ｍバールの高真空下に７時間焼結する。引続き焼結体を９５０℃で３時間 １２００バールでアルゴン下に熱間アイソスタチック法でプレス加工する。未完 成品を軽く切削することによって所望の接触リングを得ることができる。

倒−」− 粒径分布く６３μｍのＣＩＪ粉末のベースとに、テルミット法で製造された粒径 分布４５〜１２５μｍのＣｒ粉末２５ｍ％と粒径分布＜４０ａｍのＣｕ粉末７５ ｍ％とからなる粉末混合物を圧力６００ＭＰａでプレス加工する。これにより円 盤状のＣｕ層２と接触面４を有する円錐台形状のＣｕＣｒベース３とを有する図 １に示した二層プレス体ｌが生じる。このプレス体１を１０５０℃で６時間高真 空下に圧力＜１０−’ｍバールで焼結し、引続き９８０℃及び１０００バールで アルゴン下に約３時間−間アイソスタチック法でプレス加工する。

この例の１変法では粉末プレス加工品は銅及びクロムの他に更に鉄（Ｆｅ）、チ タン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）　、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、 モリブデン（Ｍｏ）又はその合金のような高融点成分を含んでいてもよい、付加 的にセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモア（Ｓｂ） 又はその化合物のような易気化性添加物を含んでいてもよい。

五−主 例］に相応する粉末混合物を圧力６００ＭＰａで円盤にプレス加工し、高真空下 に圧力＜１０−’ｍバールで約１０６０°Ｃで予めＨＩＰ装置内で約４時間焼結 する。引続き直接５００バールでアルゴン下に１０３０°Ｃで約２時間熱間アイ ソスタチック法でプレス加工する。

桝−工 粒径分布く６３μｍのＣｕ粉末６０ｍ％及び粒径分布＜１５０μｍのＣｒ粉末４ ０ｍ％からなる粉末混合物を’７５０ＭＰａで、接触面６ををする図２に示した 円錐台形に傾斜された接触円盤５にプレス加工する。プレス加工時に同時にプレ ス方向に対して垂直にスリット輪郭７が打ち抜かれる。焼結及びＨＩＰ工程は例 ２におけるのと同様に行う。

例２に記載したように、変法として接触面用Ｃｕ　Ｃｒ粉末混合物を有する層状 の構造物及び良好にろう付けすることのできるベースを形成するためのＣｕ粉末 １を使用することもできる。

烈−エ 例４に相応する粉末混合物を８００ＭＰａで、図３に示した平坦な円筒状接触面 ８にプレス加工し、焼結する前に酸素の少ない又は酸素を含まない（ＯＦＨＣ） 銅からなる円盤状のベース９上に＠せる。【０６０℃で約５時間実施される焼結 処理中にプレス体８及びＣｕ円盤９を焼結ブリッジを介して結合する。例１に相 応して引続きアイソスタチンク法で熱間プレス処理する工程で、プレス体８及び 銅円盤９は素材的に結合され、これにより境界層は十分な強度を有する。銅ペー スは接触片の定められた使用法で接触片ベースとして又は直接電流供給ボルト１ ０として構成することもできる。

接触片に関する上記の製造方法では高い材質を保証するには焼結及び熱間プレス 工程を組み合わせることが重要である。焼結後の真の気孔率によって）ＩＩＰ工 程に際して、次表に基づく泗定確により確認することができるように材料中への 際立った空気の封入は全く生じない。

Ｏｔ　／ｐｐｍ　Ｎｔ　／ｐｐｍ ＣｕＣｒ４０　焼結状ｍ　５３４　１４ＣｕＣｒ４０　熱間プレス状ｕ５３２１ ９すなわち酸素及び窒素含有量はカプセル化されていない加工片を熱間アイソス タチックプレスする以前と以後ではほぼ同しである。

添付の組ｗ８図からそれぞれ銅マトリツクス１１中にクロム粒子１２が埋め込ま れていることは明白であるが、この場合図４巾には焼結状態で時折なお空隙箇所 １３が見られる。これらはもちろん真の気孔率のために外部からは遮断されてい る。これに対して図５では更にアイソスタチック圧縮処理によりＣｕ　Ｃｒ材中 の空隙箇所１３は完全に除去されていることが確認される。従ってここでは９９ ％を上回る空間占有率を有するほぼ緊密な材料が生じ、これは比較的簡単な方法 で製造された。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．粉末プレス加工品を残気孔率＜１％にまで圧縮した真空スイッチ管に使用す る銅及びクロムをベースとする接触片を製造する方法において、粉末プレス加工 品の圧縮を２段階で行い、その際 −第１段階は焼結体を真の気孔率にまで圧縮する焼結処理であり、−第２段階は 、加工片をカプセル化することなく少なくとも９９％の空間占有率を有する最終 密度にする熱間アイソスタチックプレス処理（ＨＩＰ）であることを特徴とする 接触片の製法。
2. ２．熱間アイソスタチックプレス処理（ＨＩＰ）を銅の融点（１０８３℃）未満 の温度で行うことを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
3. ３．熱間アイソスタチックプレス処理（ＨＩＰ）に際して圧力媒体として不活性 ガス、例えばアルゴン又はヘリウムを使用することを特徴とする請求の範囲１又 は２記載の方法。
4. ４．熱間アイソスタチックプレス処理（ＨＩＰ）を２００バール〜２０００バー ルの圧力で行うことを特徴とする請求の範囲１ないし３の１つに記載の方法。
5. ５．焼結を１０００℃〜１０７０℃の範囲の温度で行うことを特徴とする請求の 範囲１記載の方法。
6. ６．焼結を≦１０−４ｍバールの圧力範囲の高真空中で行うことを特徴とする請 求の範囲５記載の方法。
7. ７．焼結を真空中で行う以外に暫定的に＜６０℃の露点を有する純水素中でも行 うことを特徴とする請求の範囲５又は６記載の方法。
8. ８．焼結工程及びＨＩＰ工程を直接交互に中間冷却することなく熱間アイソスタ チックプレス用装置内で行うことを特徴とする請求の範囲１ないし７の１つに記 載の方法。
9. ９．２５〜４０ｍ％のＣｒを含む銅及びクロムの均質な混合物からなる粉末プレ ス加工品を使用することを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
10. １０．局部的に、Ｃｒを２５〜４０ｍ％含む銅及びクロムの均質な混合物からな る粉末プレス加工品を使用することを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
11. １１．プレス加工品がＣｕＣｒ混合物を含む範囲の他に純粋なＣｕ粉末からなる 範囲をも含むことを特徴とする請求の範囲１０記載の方法。
12. １２．銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）及び１種又は数種の他の高融点成分例えば鉄 （Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル （Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）又はそれらの合金からなる粉末混合物を少なくと も局部的に含む粉末プレス加工品を使用することを特徴とする請求の範囲１又は １０記載の方法。
13. １３．銅、クロム及び他の易気化性添加物例えばセレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）又はその化合物からなる粉末混合物 を少なくとも局部的に含む粉末プレス加工品を使用することを特徴とする請求の 範囲１又は１０記載の方法。
14. １４．例えば環、円盤又は円錐台（１、５）のような放射対称形状を有する粉末 加工品を完成接触片の最終形状に近いものに製造することを特徴とする請求の範 囲１ないし１３の１つに記載の方法。
15. １５．裂け目又はスリット（７）を有する粉末プレス加工品を圧縮方向に対して 平行に製造することを特徴とする請求の範囲１ないし１４の１つに記載の方法。
16. １６．粉末プレス加工品を第１段階で塊状ベース（９）上で焼結し、第２段階で 最終気孔率に圧縮すると同時に焼結体（８）と塊状ベース（９）との間に素材に 適した結合を生じさせることを特徴とする請求の範囲１又は２ないし１５の１つ に記載の方法。
17. １７．塊状ベースとして酸素の少ない又は酸素を含まない（ＯＦＨＣ）銅からな る接触ボルト（１０）を使用することを特徴とする請求の範囲１６記載の方法。
18. １８．接触片（１、５、８）の所望形状に近い形か又はその構成成分としての接 触面の形が選択される未完成品として粉末プレス加工品から、有利には請求の範 囲１ないし１７の１つに基づき製造され、この未完成品が空隙を有さないほぼ完 全な圧縮率を有することを特徴とする銅及びクロムをベースとする接触片。
19. １９．円錐台（１、５）として形成されていることを特徴とする請求の範囲１８ 記載の接触片。
20. ２０．二層体（２、３）として形成されていることを特徴とする請求の範囲１８ 又は１９記載の接触片。
21. ２１．円錐台（５）の周囲から始まるスリット（７）を有することを特徴とする 請求の範囲１９又は２０記載の接触片。
22. ２２．接触片（８）が素材的にベース（９）例えば接触ボルト（１０）と結合さ れていることを特徴とする請求の範囲１８ないし２２の１つに記載の接触片。