JPH0474810B2 - - Google Patents

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JPH0474810B2
JPH0474810B2 JP12278683A JP12278683A JPH0474810B2 JP H0474810 B2 JPH0474810 B2 JP H0474810B2 JP 12278683 A JP12278683 A JP 12278683A JP 12278683 A JP12278683 A JP 12278683A JP H0474810 B2 JPH0474810 B2 JP H0474810B2
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iron
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、真空インタラプタの電極材料とその
製造方法に関する。 一般に、真空インタラプタの電極は、 1 大電流をしや断する能力が高いこと、 2 絶縁強度が大きいこと、 3 耐溶着性が良好なこと、及び 4 小電流を良好にしや断できること(さい断電
流値が小さいこと) 等の電極条件を満足することが要求されている。 従来、上記の電極条件を満足すべく、種々の電
極材料が提案されている。が、いずれの電極材料
も、上記の電極条件を十分には満足しないのが現
状である。 例えば、銅に微量の高蒸気圧材料(低融点材
料)を含有せしめた種々の電極、例えば、特公昭
41−12131号公報(米国特許証第3246979号参照)
に示されている、銅に0.5重量%のビスマスを含
有せしめてなるもの(以下、Cu−0.5Bi電極とい
う)、または、特公昭48−36071号公報(米国特許
証第3596027号参照)に示されているもの等が知
られている。 これら高蒸気圧材料を含有してなる電極にあつ
ては、大電流しや断能力、耐溶着性及び導電率に
優れているものの、絶縁強度、特に大電流しや断
後の絶縁強度が著しく低下する欠点があり、しか
も、さい断電流値が10Aと高いために電流しや断
時にさい断サージを発生することがあるので、遅
れ小電流を良好にしや断し得ない欠点があり、し
たがつて、負荷側の電気機器の絶縁破壊を引起す
虞れがあつた。 また、例えば、上記高蒸気圧材料を含有する電
極の上述したような欠点を解消するのを企図した
電極として、銅と低蒸気圧材料(高融点材料)と
の合金からなるもの、例えば、特公昭54−36121
号公報(米国特許証第3811939号参照)に示され
ている、20重量%の銅と80重量%のタングステン
とからなるもの、または、特開昭54−1572843号
公報(英国特許出願公開第2024257号公報参照)
に示されているもの等が知られている。 これら低蒸気圧材料を含有してなる電極にあつ
ては、上記の電極条件から観て、絶縁強度が大き
くなる利点はあるものの、短絡電流のような大電
流をしや断することが困難となる欠点があつた。 本発明は、上述した技術水準に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、耐溶着性を不
都合とならない程度に良好に維持しつつ絶縁強度
を大きくし得るとともに、大電流および小電流の
いずれをも良好にしや断し得るようにした、真空
インタラプタの電極材料とその製造方法を提供す
ることである。 上記の目的を達成するために、本発明は、真空
インタラプタの電極材料の組成と製造方法に関す
るものである。 特定発明は、電極材料を5〜40重量%の鉄と、
5〜40重量%のクロムと、1〜10重量%のモリブ
デンもしくはタングステンと、残り銅との複合金
属で構成した。 また、電極材料に関する他の発明は、5〜40重
量%の鉄粉末と、5〜40重量%のクロム粉末と、
1〜10重量%のモリブデンもしくはタングステン
粉末とを相互に拡散結合した多孔質基材に残り重
量%の銅を溶浸させた複合金属で構成した。 そして上記特定発明にかかる電極材料の製造方
法に関する一の発明は、まず、非酸化性雰囲気中
において、鉄とクロムとモリブデンもしくはタン
グステンとの混合粉末を鉄の融点より低い温度で
加熱して、これらの金属を相互に拡散結合するこ
とにより多孔質基材を形成し、ついで、非酸化性
雰囲気中において、上記基材上に銅材を置くと共
に、多孔質基材および銅材を鉄の融点より低い温
度で、かつ、銅の融点以上の温度で加熱して、銅
材を多孔質基材に溶浸させて複合金属を形成する
方法である。 また、上記特定発明にかかる電極材料の製造方
法に関する他の発明は、まず、鉄とクロムとモリ
ブデンもしくはタングステンとの混合粉末と銅材
とを共に非酸化性雰囲気中に納置し、ついで、銅
の融点より低い温度で加熱して上記混合粉末の各
金属を相互に拡散結合することにより多孔質基材
を形成し、ついで銅の融点以上で、かつ、鉄の融
点より低い温度で上記多孔質基材および銅材を加
熱することにより銅材を基材に溶浸させて複合金
属を形成する方法である。 以下、図面および写真等の図を参照して、本発
明の実施例を詳細に説明する。 第1図は、本発明にかかる電極を備えた真空イ
ンタラプタの縦断面図である。真空インタラプタ
は、円筒状に成形したガラスまたは絶縁セラミツ
クス等の絶縁物からなる複数(本実施例において
は2本)の絶縁筒1,1を、各絶縁筒1の両端に
固着したFe−Ni−Co合金等の金属からなる薄肉
円環状の封着金具2,2,…の一方を介し、同軸
的に接合することにより一体の絶縁筒とするとと
もに、この一体の絶縁筒の両開口部を、他方の封
着金具2,2を介し、ステンレス鋼等からなる円
板状の金属端板3,3により閉塞し、かつ、一体
の絶縁筒と金属端板3,3とから成る容器の内部
を高真空に排気して真空容器4を形成し、この真
空容器4内に、一対の円板状の電極5,5を、各
金属端板3の中央部から、真空容器4の気密性を
保持しつつ、相対的に接近離反自在に導入した対
をなす電極棒6,6を介し、接触離反(接離)自
在に設けて概略構成されている。 なお、第1図において、7は金属ベローズ、8
は各電極5等を同心状に囲繞する中間電位のシー
ルドである。 各電極5は、5〜40重量%の鉄と、5〜40重量
%のクロムと、および1〜10重量%のモリブデン
もしくはタングステンと、残り銅とからなる複合
金属の材料から成る。 この電極材料は、−100メツシユの鉄粉末5〜40
重量%と、−100メツシユのクロム粉末5〜40重量
%と、および−100メツシユのモリブデンもしく
はタングステン粉末1〜10重量%とを相互に造
粒、かつ、拡散結合することにより多孔質基材を
形成し、この基材に残り重量%の銅を溶浸させた
金属組織を有する。 以下、上述した電極材料を製造する方法につい
て説明する。 第1の製造方法 まず、鉄が5〜40重量%、クロムが5〜40重量
%、モリブデンもしくはタングステンが1〜10重
量%の組成比となるように調整され、かつ、粒径
を−100メツシユとした、鉄粉末と、クロム粉末
と、およびモリブデンもしくはタングステン粉末
とを所定量(例えば、後加工の切削しろを加味し
た電極1個分相当)機械的に混合する。 ついで、得られた金属混合粉末を、鉄、クロ
ム、モリブデンもしくはタングステン、および銅
のいずれとも反応しない材料、例えば、アルミナ
から成る円形断面の容器に収納し、この収納物
を、非酸化性雰囲気中(例えば、5×10-5Torr
以下の圧力の真空中、水素ガス中、窒素ガス中ま
たはアルゴンガス中等)において、鉄の融点
(1535℃)より低い温度で加熱保持(例えば、600
〜1000℃で5〜60分間程度)し、これにより、鉄
粉末とクロム粉末とモリブデンもしくはタングス
テン粉末とを相互に拡散結合して、多孔質基材を
製造する。 次に、上記拡散結合工程と同一または異なる非
酸化性雰囲気中において、上記多孔質基材上に銅
ブロツクまたは銅粉末等の銅材を置き、かつ、多
孔質基材と銅材とを銅の融点(1083℃)以上で、
かつ、鉄の融点(1535℃)より低い温度で5〜20
分間程度加熱保持して、溶融した銅材を多孔質基
材に溶浸させる。これにより、鉄、クロム、モリ
ブデンもしくはタングステン、および銅から成る
複合金属材料を製造する。 前述の第1の製造方法は、多孔質基材の形成
(拡散結合)工程と、この多孔質基材への銅材の
溶浸工程とが完全に分離していることに特徴があ
り、容器中で多孔質基材を拡散結合形成している
時には、この容器中に銅材は納置されていない。 したがつて、第1の製造方法では、多孔質基材
の形成を水素ガス、窒素ガス又はアルゴンガス等
のガス中で行い、この多孔質基材への銅材の溶浸
を真空引き下で行うことでもよい。 また、各種非酸化性雰囲気中において電極多数
個分に相当する多孔質の柱状基材を製造し、この
多孔質の柱状基材を所要厚さ、および、形状に切
断して例えば1個の電極用の多孔質基材に加工し
た後に、この多孔質の基材への銅材の溶浸を真空
引き下で行うことでもよい。 第2の製造方法 第2の製造方法は、鉄粉末とクロム粉末とモリ
ブデン粉末もしくはタングステン粉末との混合粉
末と、銅材とを同一容器内に納置し、上記混合粉
末の拡散結合工程および銅材の溶浸工程を、同一
非酸化性雰囲気中での加熱温度の変更のみで一貫
して行う点に特徴がある。 すなわち、第2の製造方法にあつては、まず、
鉄が5〜40重量%、クロムが5〜40重量%、モリ
ブデンもしくはタングステンが1〜10重量%の組
成比となるように調整され、かつ、粒径を−100
メツシユとした、鉄粉末と、クロム粉末と、およ
びモリブデンもしくはタングステン粉末とを所定
量機械的に混合する。 ついで、得られた金属混合粉末を、鉄、クロ
ム、モリブデンもしくはタングステン、および銅
のいずれとも反応しない材料、例えば、アルミナ
から成る円形断面の容器に収納するとともに、金
属混合粉末上に銅材を載置する。 ついで、容器中の収納物を非酸化雰囲気中(例
えば、5×10-5Torr以下の圧力の真空中)にお
いて、まず、銅の融点より低い温度で加熱保持
(例えば、600〜1000℃で5〜60分間程度)し、こ
れにより、鉄粉末とクロム粉末とモリブデンもし
くはタングステン粉末とを相互に拡散結合して、
多孔質基材を製造する。 ついで、得られた多孔質基材と銅材とを銅の融
点(1083℃)以上で、かつ、鉄の融点(1535℃)
より低い温度(例えば1100℃)で、5〜20分間程
度加熱保持し、溶融した銅材を多孔質基材に溶浸
させる。これにより、鉄、クロム、モリブデンも
しくはタングステンおよび銅から成る複合金属の
材料を製造する。 なお、第1、第2の方法いずれの場合にあつて
も、非酸化性雰囲気としては、真空の方が加熱保
持の際に脱ガスが同時に行なえる利点があつて好
適なものである。もちろん真空中以外のガス中に
て製造した場合にあつても真空インタラプタの電
極として実用上問題はないものである。また上記
各金属粉末における各金属粒子の径を−100メツ
シユとした理由は、各金属粒子が電極材料の金属
組織中で均一に分散し且つ相互拡散結合が良好と
なるようにするためである。 また、金属粉末の相互拡散結合に要する、加熱
温度と時間は、炉の条件、形成する多孔質基材の
形状、大きさ、等の条件、及び作業性等を考慮し
て且つ所望の電極材料としての性質を満足するよ
うに加熱保持されるものであり、例えば600℃で
60分間、または1000℃で5分間といつた加熱条件
で作業が行なわれるものである。 次に、前述の第2の製造方法(ただし、非酸化
性雰囲気は、5×10-5Torrの真空中)により製
造した電極材料の実施例にかかる金属組織を第2
図A,B,C,DおよびEならびに第3図A,
B,C,DおよびEに示す。 第2図A,B,C,DおよびEは、実施例−1
にかかる電極材料であつて、鉄が23重量%、クロ
ムが22重量%、モリブデンが5重量%、及び銅が
50重量%の組成比からなる電極材料のX線マイク
ロアナライザによる特性写真である。 第2図Aは、二次電子像を示す特性写真であ
り、また第2図Bは、分散した鉄Feの特性X線
像で、島状に白く存在する部分が鉄である。第2
図Cは、分散したクロムCrの特性X線像で、点
在する白い部分がクロムである。第2図Dは分散
したモリブデンMoの特性X線像で、点在する白
い部分がモリブデンである。また第2図Eは、溶
浸された銅Cuの特性X線像で、白い部分が銅で
ある。 この第2図から判るように、鉄Fe、クロムCr、
モリブデンMoの各粉末(粉体)は、相互拡散結
合して多孔質基材を形成している。 そしてこの多孔質基材の孔(間隙)に銅Cuが
溶浸されることによつて全体として強固な結合体
の複合金属を形成していることが判る。 なお、第2図のBないしEにおいて、白い部分
は各々元素を示すものであるが、白い部分(白
点)が多い部分は、その元素の濃度が高いことを
示している。(後述の第3図においても同様であ
る。) 第3図A,B,C,DおよびEは、実施例−2
にかかる電極材料であつて、鉄が23重量%、クロ
ムが22重量%、タングステンが5重量%及び銅が
50重量%の組成比からなる電極材料のX線マイク
ロアナライザによる特性写真である。 第3図Aは、二次電子像を示す特性写真であ
り、また第3図B,C及びEは、第2図B,C及
びEの場合と同様に分散した白い部分が、鉄Fe、
クロムCr及び銅Cuを各々示すものである。 しかして第3図Dは、分散したタングステンW
の特性X線像で、点在する白い部分がタングステ
ンである。 この第3図から判るように、鉄Fe、クロムCr、
タングステンW、の各粉末(粉体)は、相互拡散
結合して多孔質基材を形成している。そしてこの
多孔質基材の孔(間隙)に銅Cuが溶浸されるこ
とによつて全体として強固な結合体の複合金属を
形成していることが判る。 以上の通り図示し詳述した金属組織を有する実
施例−1及び実施例−2の電極材料を、直径50
mm、厚み6.5mmの円板に形成し、かつ、その周縁
にR=4mmの丸味を付けた電極とし、この電極を
一対第1図に示す構成の真空インタラプタに組込
んで、この真空インタラプタの諸性能を検証し
た。この検証結果は、以下の通りであつた。 なお、実施例−2の第3図に示す、タングステ
ンを含む電極材料から成る電極が、第2図に示す
実施例−1の、モリブデンを含む電極材料から成
る電極と異なる性能を有するときは、その都度特
記する。 1 電極材料の導電率(IACS) 実施例−1の場合は3〜20%、実施−2の場合
は2〜30%であつた。 2 耐溶着性 両電極5,5同士を130Kgfの力で加圧し、こ
れら電極5,5間に25kArmsの電流を3秒間通
電した(IEC短時間電流規格)後に、両電極5,
5は、200Kgfの静的な引外し力で問題なく引外
すことができ、その後の接触抵抗の増加は、2〜
8%に止まつた。 また、両電極5,5同士を1000Kgfの力で加圧
し、これら電極5,5間に50kArmsの電流を3
秒間通電した後に、両電極5,5を、200Kgfの
静的な引外し力で問題なく引外すことができ、そ
の後の接触抵抗の増加は、2〜7%に止まつた。 したがつて、耐溶着性は、実用上不都合となら
ない程度に良好に維持された。 3 さい断電流値 試験電流として30Aを通電して行なつたところ
さい断電流値は平均3.8A(標準偏差σn=1.8、標本
数n=100)であつた。 また、実施例−2のタングステンを含む電極材
料の場合、さい断電流値は、平均3.8A(標準偏差
σn=1.3、n=100)であつた。 4 大電流しや断能力 12kArmsの電流をしや断することができた。 5 絶縁強度 極間ギヤツプを3.0mmに維持し、インパルス耐
電圧試験を行なつたところ、±120kV(バラツキ±
10kV)の耐電圧値を示した。 6 しや断後の絶縁強度 12kA通電して複数回しや断後に極間ギヤツプ
を3.0mmに維持し、インパルス耐電圧試験を行つ
たところ、±110kV(バラツキ10kV)の耐電圧値
を示した。 7 小電流開閉後の絶縁強度 電流80Aで小電流連続開閉試験を10000回行な
つた。耐電圧値は、初期〜10000回の間において、
ほとんど変化しなかつた。 8 進み小電流しや断能力 電圧84×1.25/√3kV、電流80Aの進み小電流しや 断試験(JEC181)を10000回行なつた。両電極
5,5に再点弧は発生しなかつた。 次に本発明に係る組成の電極材料において、
鉄、クロム、モリブデンおよび銅の各組成比、ま
たは鉄、クロム、タングステンおよび銅の各組成
比を変更した場合のさい断電流値(30A通電時に
おける平均値)およびインパルス耐電圧値を、第
1表及び第2表に示す。 Fe,Cr,WおよびCuの組成比と
The present invention relates to an electrode material for a vacuum interrupter and a method for manufacturing the same. In general, the electrodes of a vacuum interrupter have the following characteristics: 1. High ability to cut large currents, 2. High insulation strength, 3. Good welding resistance, and 4. Capable of cutting small currents well (severing). It is required that the electrode conditions such as (low current value) be satisfied. Conventionally, various electrode materials have been proposed to satisfy the above electrode conditions. However, the current situation is that none of the electrode materials fully satisfies the above electrode conditions. For example, various electrodes made of copper containing a trace amount of high vapor pressure material (low melting point material), such as
Publication No. 41-12131 (see U.S. Patent No. 3246979)
(hereinafter referred to as Cu-0.5Bi electrode), or as shown in Japanese Patent Publication No. 1983-36071 (see U.S. Patent No. 3596027). What has been done is known. Although electrodes containing these high vapor pressure materials have excellent large current shear breaking capacity, welding resistance, and electrical conductivity, their insulation strength, especially the insulation strength after large current shedding, is extremely low. Moreover, since the cutting current value is as high as 10A, a cutting surge may occur when the current is cut off, so it has the disadvantage that it cannot be cut off easily with small delayed currents. As a result, there was a risk of dielectric breakdown of the electrical equipment on the load side. In addition, for example, as an electrode intended to eliminate the above-mentioned drawbacks of the electrode containing the above-mentioned high vapor pressure material, an electrode made of an alloy of copper and a low vapor pressure material (high melting point material), for example, a special Kosho 54-36121
(see U.S. Patent No. 3,811,939) consisting of 20% by weight copper and 80% by weight tungsten; (see publication)
Those shown in are known. Electrodes containing these low vapor pressure materials have the advantage of increased insulation strength in view of the electrode conditions described above, but they have difficulty in cutting off large currents such as short-circuit currents. There was a drawback. The present invention has been made in view of the above-mentioned technical level, and its purpose is to increase insulation strength while maintaining good welding resistance to an extent that does not cause any disadvantages, and to enable high current and low current An object of the present invention is to provide an electrode material for a vacuum interrupter and a method for manufacturing the same, which can be cut with good quality. To achieve the above object, the present invention relates to a composition and manufacturing method of an electrode material for a vacuum interrupter. The specific invention uses 5 to 40% by weight of iron as the electrode material,
It is composed of a composite metal consisting of 5 to 40% by weight of chromium, 1 to 10% by weight of molybdenum or tungsten, and the remainder copper. In addition, other inventions related to electrode materials include 5 to 40% by weight of iron powder, 5 to 40% by weight of chromium powder,
The composite metal is made of a porous base material in which 1 to 10% by weight of molybdenum or tungsten powder is mutually diffusion-bonded and infiltrated with copper in the remaining weight%. One invention related to the method for manufacturing an electrode material according to the above-mentioned specific invention is to first heat a mixed powder of iron, chromium, and molybdenum or tungsten at a temperature lower than the melting point of iron in a non-oxidizing atmosphere. A porous base material is formed by diffusion bonding the metals to each other, and then a copper material is placed on the base material in a non-oxidizing atmosphere, and the porous base material and copper material are heated above the melting point of iron. This is a method of forming a composite metal by infiltrating a porous base material with a copper material by heating at a low temperature and at a temperature higher than the melting point of copper. In addition, another invention related to the method for manufacturing an electrode material according to the above-mentioned specific invention is that first, a mixed powder of iron, chromium, molybdenum or tungsten and a copper material are placed in a non-oxidizing atmosphere, and then the copper material is placed in a non-oxidizing atmosphere. A porous base material is formed by heating at a temperature lower than the melting point of copper to mutually diffuse bond the metals of the mixed powder, and then heated at a temperature higher than the melting point of copper and lower than the melting point of iron to form a porous base material. This method involves heating the base material and the copper material to infiltrate the copper material into the base material to form a composite metal. Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to figures such as drawings and photographs. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vacuum interrupter equipped with electrodes according to the present invention. The vacuum interrupter has a plurality of (two in this example) insulating cylinders 1, 1 made of an insulating material such as glass or insulating ceramics molded into a cylindrical shape, and a Fe-Ni- By coaxially joining thin-walled annular sealing fittings 2, 2, etc. made of metal such as Co alloy, an integral insulating cylinder is formed, and both openings of this integral insulating cylinder are Through the other sealing fittings 2, 2, the inside of the container is closed by disc-shaped metal end plates 3, 3 made of stainless steel or the like, and is composed of an integral insulating tube and metal end plates 3, 3. A vacuum container 4 is formed by evacuating to a high vacuum, and a pair of disc-shaped electrodes 5, 5 are inserted into the vacuum container 4 from the center of each metal end plate 3 to maintain the airtightness of the vacuum container 4. At the same time, it is generally configured such that it can be freely contacted and separated (approached and separated) via a pair of electrode rods 6, 6 which are introduced so as to be able to approach and separate relatively. In addition, in FIG. 1, 7 is a metal bellows, 8
is an intermediate potential shield that concentrically surrounds each electrode 5 and the like. Each electrode 5 is made of a composite metal material consisting of 5-40% by weight of iron, 5-40% by weight of chromium, 1-10% by weight of molybdenum or tungsten, and the remainder copper. This electrode material is -100 mesh iron powder 5~40
% by weight, 5 to 40 weight % of -100 mesh chromium powder, and 1 to 10 weight % of -100 mesh molybdenum or tungsten powder are mutually granulated and diffusion bonded to form a porous substrate. The base material has a metal structure in which the remaining weight percent of copper is infiltrated. Hereinafter, a method for manufacturing the above-mentioned electrode material will be explained. First manufacturing method First, the composition ratio is adjusted to be 5 to 40% by weight of iron, 5 to 40% by weight of chromium, and 1 to 10% by weight of molybdenum or tungsten, and the particle size is adjusted to -100 mesh. A predetermined amount of iron powder, chromium powder, and molybdenum or tungsten powder (e.g., equivalent to one electrode including post-processing cutting allowance) is mechanically mixed. The obtained mixed metal powder is then stored in a container with a circular cross section made of a material that does not react with iron, chromium, molybdenum or tungsten, and copper, such as alumina, and the contents are placed in a non-oxidizing atmosphere. (For example, 5×10 -5 Torr
Heat and hold at a temperature lower than the melting point of iron (1535℃) (e.g. 600℃) in a vacuum, hydrogen gas, nitrogen gas, or argon gas at the following pressures:
~1000°C for about 5 to 60 minutes), thereby diffusion bonding the iron powder, chromium powder, and molybdenum or tungsten powder to each other to produce a porous base material. Next, in the same or different non-oxidizing atmosphere as in the above diffusion bonding step, a copper material such as a copper block or copper powder is placed on the porous base material, and the porous base material and the copper material are bonded together. Above the melting point (1083℃),
5 to 20 at a temperature lower than the melting point of iron (1535℃)
The porous base material is infiltrated with the molten copper material by heating and holding for about a minute. This produces a composite metal material consisting of iron, chromium, molybdenum or tungsten, and copper. The first manufacturing method described above is characterized in that the step of forming a porous base material (diffusion bonding) and the step of infiltrating the copper material into this porous base material are completely separated. No copper material is placed in this container when the porous base material is formed by diffusion bonding inside the container. Therefore, in the first manufacturing method, the porous base material is formed in a gas such as hydrogen gas, nitrogen gas, or argon gas, and the copper material is infiltrated into the porous base material under vacuum. It can also be done. In addition, a porous columnar base material equivalent to many electrodes is manufactured in various non-oxidizing atmospheres, and this porous columnar base material is cut into the required thickness and shape to form, for example, one electrode. After the porous base material is processed into a porous base material, the copper material may be infiltrated into the porous base material under vacuum. Second manufacturing method In the second manufacturing method, a mixed powder of iron powder, chromium powder, molybdenum powder or tungsten powder, and a copper material are placed in the same container, and the diffusion bonding process of the mixed powder and the copper material are carried out. The feature is that the material infiltration process is performed consistently by changing the heating temperature in the same non-oxidizing atmosphere. That is, in the second manufacturing method, first,
The composition ratio is adjusted to be 5-40% by weight of iron, 5-40% by weight of chromium, and 1-10% by weight of molybdenum or tungsten, and the particle size is -100%.
Predetermined amounts of meshed iron powder, chromium powder, and molybdenum or tungsten powder are mechanically mixed. Next, the obtained metal mixed powder is stored in a container with a circular cross section made of a material that does not react with iron, chromium, molybdenum or tungsten, and copper, such as alumina, and a copper material is placed on the metal mixed powder. place Next, the contents in the container are heated and held at a temperature lower than the melting point of copper (for example, heated at 600 to 1000°C for 50 minutes) in a non-oxidizing atmosphere (for example, in a vacuum at a pressure of 5 × 10 -5 Torr or less). (about 60 minutes), thereby diffusion bonding the iron powder, chromium powder, and molybdenum or tungsten powder to each other.
Produce a porous substrate. Next, the obtained porous base material and copper material were heated at a temperature higher than the melting point of copper (1083°C) and at the melting point of iron (1535°C).
The porous substrate is heated and maintained at a lower temperature (for example, 1100° C.) for about 5 to 20 minutes to infiltrate the molten copper material into the porous base material. This produces a composite metal material consisting of iron, chromium, molybdenum or tungsten, and copper. Incidentally, in both the first and second methods, a vacuum is preferable as a non-oxidizing atmosphere since it has the advantage that degassing can be performed simultaneously during heating and holding. Of course, even if it is manufactured in a gas other than vacuum, there is no problem in practical use as an electrode for a vacuum interrupter. The reason why the diameter of each metal particle in each of the metal powders is set to -100 mesh is to ensure that each metal particle is uniformly dispersed in the metal structure of the electrode material and that mutual diffusion bonding is good. In addition, the heating temperature and time required for interdiffusion bonding of metal powders should be determined by considering the furnace conditions, the shape and size of the porous substrate to be formed, workability, etc., and the desired electrode material. It is heated and maintained at 600℃ for example.
The work is carried out under heating conditions such as 60 minutes or 5 minutes at 1000°C. Next, the metal structure according to the example of the electrode material manufactured by the above-mentioned second manufacturing method (the non-oxidizing atmosphere was in a vacuum of 5 × 10 -5 Torr) was
Figures A, B, C, D and E and Figure 3 A,
Shown in B, C, D and E. Figure 2 A, B, C, D and E are Example-1
The electrode material contains 23% by weight of iron, 22% by weight of chromium, 5% by weight of molybdenum, and 5% by weight of copper.
This is a characteristic photograph taken by an X-ray microanalyzer of an electrode material having a composition ratio of 50% by weight. FIG. 2A is a characteristic photograph showing a secondary electron image, and FIG. 2B is a characteristic X-ray image of dispersed iron (Fe), in which the island-like white portions are iron. Second
Figure C is a characteristic X-ray image of dispersed chromium Cr, where the scattered white parts are chromium. FIG. 2D is a characteristic X-ray image of dispersed molybdenum Mo, where the scattered white parts are molybdenum. Figure 2E is a characteristic X-ray image of infiltrated copper, with the white portion being copper. As can be seen from this figure 2, iron Fe, chromium Cr,
Each molybdenum Mo powder (powder) is mutually diffusion-bonded to form a porous base material. It can be seen that by infiltrating the pores (gap) of this porous base material with copper, a composite metal with a strong bond is formed as a whole. In addition, in B to E of FIG. 2, each white part indicates an element, and a part with many white parts (white dots) indicates that the concentration of that element is high. (The same applies to Fig. 3, which will be described later.) Fig. 3 A, B, C, D, and E show Example-2.
The electrode material contains 23% by weight of iron, 22% by weight of chromium, 5% by weight of tungsten, and 5% by weight of copper.
This is a characteristic photograph taken by an X-ray microanalyzer of an electrode material having a composition ratio of 50% by weight. FIG. 3A is a characteristic photograph showing a secondary electron image, and FIGS. 3B, C, and E are similar to those in FIG. 2B, C, and E.
Chromium Cr and copper Cu are shown respectively. Therefore, Fig. 3D shows the dispersed tungsten W.
In the characteristic X-ray image, the scattered white parts are tungsten. As can be seen from this figure 3, iron Fe, chromium Cr,
The tungsten W powders are mutually diffusion-bonded to form a porous base material. It can be seen that by infiltrating the pores (gap) of this porous base material with copper, a composite metal with a strong bond is formed as a whole. The electrode materials of Example-1 and Example-2 having the metal structures illustrated and detailed above were prepared with a diameter of 50 mm.
The electrodes are formed into a circular plate with a thickness of 6.5 mm and a rounded edge of R = 4 mm, and these electrodes are assembled into a pair of vacuum interrupters having the configuration shown in Figure 1. Various performances were verified. The verification results were as follows. In addition, when the electrode made of the electrode material containing tungsten shown in FIG. 3 of Example-2 has different performance from the electrode made of the electrode material containing molybdenum of Example-1 shown in FIG. Special mention will be made each time. 1 Electrical conductivity of electrode material (IACS) In the case of Example-1, it was 3 to 20%, and in the case of Example-2, it was 2 to 30%. 2 Welding resistance After pressurizing both electrodes 5, 5 with a force of 130 Kgf and passing a current of 25 kArms between these electrodes 5, 5 for 3 seconds (IEC short-time current standard), both electrodes 5,
5 can be pulled off without any problem with a static tripping force of 200Kgf, and the subsequent increase in contact resistance is 2~
It remained at 8%. In addition, both electrodes 5 and 5 are pressurized with a force of 1000 Kgf, and a current of 50 kArms is applied between these electrodes 5 and 5.
After being energized for a second, both electrodes 5, 5 could be pulled off without any problem with a static tripping force of 200 Kgf, and the subsequent increase in contact resistance remained at 2-7%. Therefore, the welding resistance was maintained well to the extent that it was not inconvenient for practical use. 3. Cutting current value When a test current of 30 A was applied, the mean cutting current value was 3.8 A (standard deviation σn = 1.8, number of samples n = 100). Further, in the case of the electrode material containing tungsten of Example-2, the average cutting current value was 3.8 A (standard deviation σn = 1.3, n = 100). 4. Large current cutting ability: It was able to cut a current of 12kArms. 5 Insulation strength When the gap between poles was maintained at 3.0 mm and an impulse withstand voltage test was performed, the result was ±120 kV (variation ±
It showed a withstand voltage value of 10kV). 6. Insulation strength after insulation failure An impulse withstand voltage test was conducted by applying a current of 12kA several times and maintaining a gap of 3.0mm after failure, and it showed a withstand voltage value of ±110kV (variation 10kV). 7 Insulation strength after small current switching A small current continuous switching test was conducted 10,000 times at a current of 80A. The withstand voltage value is between the initial period and 10,000 times.
There was almost no change. 8. Leading small current shielding ability The leading small current shielding test (JEC181) with voltage 84×1.25/√3kV and current 80A was conducted 10,000 times. No restrike occurred in both electrodes 5,5. Next, in the electrode material having the composition according to the present invention,
The severing current value (average value when 30A current is applied) and impulse withstand voltage value when changing the composition ratio of iron, chromium, molybdenum, and copper or the composition ratio of iron, chromium, tungsten, and copper are calculated as follows: Shown in Table and Table 2. Composition ratio of Fe, Cr, W and Cu

【表】 Fe,Cr,MoおよびCuの組成比とさ【table】 Composition ratios of Fe, Cr, Mo and Cu

【表】 上述の1)〜8)項から判るように、本発明の
電極材料から成る電極を有する真空インタラプタ
は、優れた諸性能を有するものであり、本発明に
かかる電極と同一形状のCu−0.5Bi電極を有する
真空インタラプタの諸性能と比較したところ、下
記の通りであつた。 a 大電流しや断能力 両者同一である。 b 絶縁強度 一対のCu−0.5Bi電極が極間ギヤツプ10mmにお
いて示すインパルス耐電圧値と、本発明にかかる
一対の電極が極間ギヤツプ3.0mmにおいて示すイ
ンパルス耐電圧値とは同一であつた。したがつ
て、本発明にかかる電極は、Cu−0.5Bi電極の3
倍強の絶縁強度を有する。 c 耐溶着性 本発明にかかる電極の耐溶着性は、Cu−0.5Bi
電極の耐溶着性の70%である。が、実用上ほとん
ど問題なく、必要ならば、電極開離瞬時の引外し
力を若干増加させればよい。 d 進み小電流しや断能力 本発明にかかる電極は、Cu−0.5Bi電極に比較
して2倍のキヤパシタンス容量の負荷をしや断す
ることができる。 e さい断電流値 本発明にかかる電極のさい断電流値は、Cu−
0.5Bi電極のさい断電流値の30%と小さくなつた。 また、第1表および第2表に示す図示以外の組
成の電極も、Cu−0.5Bi電極との比較において、
前述の実施例−1及び実施例−2の組成のものと
ほぼ同様の性能を示した。 しかして、鉄が5重量%未満の場合には、さい
断電流値が急激に大きくなり、他方、40重量%を
超える場合には、大電流しや断能力が急激に低下
した。 また、クロムが5重量%未満の場合には、さい
断電流値が急激に大きくなり、他方、40重量%を
超える場合には、大電流しや断能力が急激に低下
した。 また、モリブデンもしくはタングステンが1重
量%未満の場合には、絶縁強度が急激に低下し、
他方、10重量%を超える場合には、大電流しや断
能力が急激に低下した。 また、銅が10重量%未満の場合には、短時間電
流試験の結果から判るように通電後の接触抵抗が
急激に大きくなり、すなわち、電極の導電率が急
激に低下するので、定格電流通電時のジユール熱
が急激に大きくなり、銅10重量%未満の電極の実
用性が低下した。 他方、銅が89%を超える場合には、絶縁強度が
急激に低下するとともに、耐溶着性が急激に低下
した。 以上の如く、特定発明は、5〜40重量%の鉄
と、5〜40重量%のクロムと、1〜10重量%のモ
リブデンもしくはタングステンと、および残りの
銅との複合金属を材料とする真空インタラプタの
電極であるから、この電極は、Cu−0.5Bi電極の
ように高蒸気圧材料を含有して成る従来の電極に
比して、真空インタラプタの絶縁強度を飛躍的に
大きくし、かつ、さい断電流値を飛躍的に小さく
することができる。また従来の20Cu−80W等の
如き低蒸気圧材料を含有してなる電極に比べて大
電流しや断を良好に行なうことができる。したが
つて、特定発明にかかる電極材料は、大電流しや
断、進み小電流しや断および遅れ小電流しや断を
良好に行うことができる。 また、電極材料に関する5〜40重量%の鉄粉末
と、5〜40重量%のクロム粉末と、1〜10重量%
のモリブデンもしくはタングステン粉末とを相互
に拡散結合した多孔質基材に残重量%の銅材を溶
浸させてなる、真空インタラプタの電極材料であ
るから、上述した種々の効果に加えて、電極の機
械的強度の向上を図ることができる。 また、特定発明にかかる電極材料の製造方法に
関する一の発明は、鉄とクロムとモリブデンもし
くはタングステンとの混合粉末を非酸化性雰囲気
中で、かつ、所定温度で所定時間保持し、相互に
拡散結合させて多孔質基材とし、この基材上に銅
材を置き、この銅材を非酸化性雰囲気中で多孔質
基材に溶浸させて電極材料を製造するようにして
いるので、各金属間の結合が良好に行われ、その
分散状態を均一にでき、電極材料の電気的特性お
よび機械的特性を優れたものとすることができ
る。 また、特定発明にかかる電極材料の製造方法に
関する他の発明は、鉄とクロムとモリブデンもし
くはタングステンとの混合粉末と銅材とを共に所
定の容器中に納置し、その後に、同一非酸化性雰
囲気中で混合粉末の相互拡散結合および銅材の溶
浸を温度調節のみで一貫して行うようにしている
ので、上記一の発明に伴う効果に加えて、作業工
程の一部を省略できる効果を奏する。
[Table] As can be seen from items 1) to 8) above, the vacuum interrupter having the electrode made of the electrode material of the present invention has excellent performance, and the vacuum interrupter having the electrode made of the electrode material of the present invention has excellent performance. A comparison of the various performances of a vacuum interrupter with a −0.5Bi electrode revealed the following. a Large current breaking capacity Both are the same. b. Insulating Strength The impulse withstand voltage value exhibited by the pair of Cu-0.5Bi electrodes at an electrode gap of 10 mm was the same as the impulse withstand voltage value exhibited by the pair of electrodes according to the present invention at an electrode gap of 3.0 mm. Therefore, the electrode according to the present invention has three types of Cu-0.5Bi electrodes.
It has twice the insulation strength. c Welding resistance The welding resistance of the electrode according to the present invention is Cu-0.5Bi
70% of the electrode's welding resistance. However, there is almost no problem in practical use, and if necessary, the tripping force at the instant of electrode separation may be slightly increased. d Leading Small Current Breaking Capacity The electrode according to the present invention can cut twice as much capacitance load as the Cu-0.5Bi electrode. e Cutting current value The cutting current value of the electrode according to the present invention is Cu-
The cutting current value was 30% smaller than that of the 0.5Bi electrode. In addition, electrodes with compositions other than those shown in Tables 1 and 2 have also been compared with Cu-0.5Bi electrodes.
It exhibited almost the same performance as the compositions of Example-1 and Example-2 described above. However, when the iron content was less than 5% by weight, the cutting current value suddenly increased, and on the other hand, when the iron content exceeded 40% by weight, the large current cutting ability suddenly decreased. Furthermore, when the content of chromium was less than 5% by weight, the cutting current value suddenly increased, while when it exceeded 40% by weight, the ability to cut large currents suddenly decreased. In addition, if molybdenum or tungsten is less than 1% by weight, the insulation strength will decrease rapidly.
On the other hand, when the content exceeded 10% by weight, the ability to withstand large currents suddenly decreased. Furthermore, if the copper content is less than 10% by weight, the contact resistance after energization increases rapidly, as seen from the short-time current test results, and in other words, the conductivity of the electrode decreases rapidly. During this period, the Joule heat increased rapidly, reducing the practicality of electrodes containing less than 10% copper. On the other hand, when the copper content exceeded 89%, the insulation strength and welding resistance rapidly decreased. As mentioned above, the specified invention provides a vacuum cleaner made of a composite metal of 5 to 40% by weight of iron, 5 to 40% by weight of chromium, 1 to 10% by weight of molybdenum or tungsten, and the remainder copper. Since this electrode is an interrupter electrode, it dramatically increases the insulation strength of the vacuum interrupter compared to conventional electrodes containing high vapor pressure materials such as Cu-0.5Bi electrodes, and The cutting current value can be dramatically reduced. Furthermore, compared to conventional electrodes containing low vapor pressure materials such as 20Cu-80W, large currents can be cut and interrupted more effectively. Therefore, the electrode material according to the specific invention can effectively perform large current shedding, leading small current shedding, and delayed small current shedding. In addition, 5 to 40% by weight of iron powder, 5 to 40% by weight of chromium powder, and 1 to 10% by weight of electrode material.
This electrode material for vacuum interrupters is made by infiltrating a porous base material in which molybdenum or tungsten powder is mutually diffusion-bonded and infiltrated with the remaining weight percent of copper material.In addition to the various effects mentioned above, the electrode material Mechanical strength can be improved. In addition, one invention related to the manufacturing method of an electrode material according to the specified invention is that a mixed powder of iron, chromium, and molybdenum or tungsten is held in a non-oxidizing atmosphere at a predetermined temperature for a predetermined period of time to form a diffusion bond with each other. The electrode material is manufactured by placing the copper material on the porous base material and infiltrating the copper material into the porous base material in a non-oxidizing atmosphere. Good bonding can be achieved between the electrode materials, the dispersion state can be made uniform, and the electrical and mechanical properties of the electrode material can be made excellent. In addition, another invention related to the manufacturing method of an electrode material according to the specified invention is that a mixed powder of iron, chromium, molybdenum or tungsten and a copper material are placed together in a predetermined container, and then the same non-oxidizing Since the interdiffusion bonding of the mixed powder and the infiltration of the copper material are performed consistently in an atmosphere by simply controlling the temperature, in addition to the effects associated with the invention 1 above, there is also the effect of omitting part of the work process. play.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明にかかる電極材料により成る
電極を有する真空インタラプタの縦断面図、第2
図A,B,C,DおよびEは、鉄23重量%、クロ
ム22重量%、モリブデン5重量%および銅50重量
%の組成を有する複合金属から成る電極材料のX
線マイクロアナライザによる特性写真で、第2図
Aは、電極材料の二次電子像を示し、第2図B,
C,DおよびEは、分散状態にある、鉄、クロ
ム、モリブデンおよび溶浸銅の特性X線像を示
す。第3図A,B,C,DおよびEは、鉄23重量
%、クロム22重量%、タングステン5重量%およ
び銅50重量%の組成を有する電極材料のX線マイ
クロアナライザによる特性写真で、第3図Aは、
電極材料の二次電子像を示し、第3図B,C,D
およびEは、分散状態にある、鉄、クロム、タン
グステンおよび溶浸銅の特性X線像を示す。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vacuum interrupter having electrodes made of the electrode material according to the present invention, and FIG.
Figures A, B, C, D and E show electrode materials made of composite metals with a composition of 23% by weight iron, 22% by weight chromium, 5% by weight molybdenum and 50% by weight copper.
Characteristic photographs taken with a line microanalyzer, Figure 2A shows a secondary electron image of the electrode material, Figure 2B,
C, D and E show characteristic X-ray images of iron, chromium, molybdenum and infiltrated copper in a dispersed state. Figures A, B, C, D, and E are characteristic photographs taken by an X-ray microanalyzer of an electrode material having a composition of 23% by weight of iron, 22% by weight of chromium, 5% by weight of tungsten, and 50% by weight of copper. Figure 3A is
Secondary electron images of the electrode material are shown in Figure 3 B, C, and D.
and E shows characteristic X-ray images of iron, chromium, tungsten and infiltrated copper in a dispersed state.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 5〜40重量%の鉄と、5〜40重量%のクロム
と、1〜10重量%のモリブデンもしくはタングス
テンと、残り銅との複合金属から成る、真空イン
タラプタの電極材料。 2 5〜40重量%の鉄粉末と、5〜40重量%のク
ロム粉末と、1〜10重量%のモリブデンもしくは
タングステン粉末とを相互に拡散結合した多孔質
基材に残り重量%の銅を溶浸させた複合金属から
成る真空インタラプタの電極材料。 3 まず、非酸化性雰囲気中において、鉄と、ク
ロムと、モリブデンもしくはタングステンとの混
合粉末を鉄の融点より低い温度で加熱してこれら
の混合粉末の各金属を相互に拡散結合することに
より多孔質基材を形成し、ついで、非酸化性雰囲
気中において、上記多孔質基材上に銅材を置くと
共に、多孔質基材および銅材を鉄の融点より低い
温度で、かつ、銅の融点以上の温度で加熱して銅
材を多孔質基材に溶浸させて複合金属とした真空
インタラプタの電極材料の製造方法。 4 まず、鉄と、クロムと、モリブデンもしくは
タングステンとの混合粉末と銅材とを共に非酸化
性雰囲気中に納置し、ついで、銅の融点より低い
温度で加熱して上記混合粉末の各金属を相互に拡
散結合することにより多孔質基材を形成し、つい
で銅の融点以上で、かつ、鉄の融点より低い温度
で上記多孔質基材及び銅材を加熱することにより
銅材を多孔質基材に溶浸させて複合金属とした真
空インタラプタの電極材料の製造方法。
[Claims] 1. Electrode material for a vacuum interrupter made of a composite metal of 5 to 40% by weight of iron, 5 to 40% by weight of chromium, 1 to 10% by weight of molybdenum or tungsten, and the remainder copper. . 2 The remaining weight percent of copper is melted into a porous base material in which 5 to 40 weight percent of iron powder, 5 to 40 weight percent of chromium powder, and 1 to 10 weight percent of molybdenum or tungsten powder are mutually diffusion-bonded. Vacuum interrupter electrode material made of immersed composite metal. 3. First, in a non-oxidizing atmosphere, a mixed powder of iron, chromium, and molybdenum or tungsten is heated at a temperature lower than the melting point of iron to diffusely bond the metals in the mixed powder to each other, thereby creating a porous structure. Next, a copper material is placed on the porous base material in a non-oxidizing atmosphere, and the porous base material and the copper material are heated at a temperature lower than the melting point of iron and at a temperature lower than the melting point of copper. A method for producing an electrode material for a vacuum interrupter by heating at a temperature above to infiltrate a porous base material with a copper material to make a composite metal. 4. First, a mixed powder of iron, chromium, and molybdenum or tungsten and a copper material are placed together in a non-oxidizing atmosphere, and then heated at a temperature lower than the melting point of copper to separate each metal in the mixed powder. A porous base material is formed by diffusion bonding them to each other, and then the porous base material and the copper material are heated at a temperature higher than the melting point of copper and lower than the melting point of iron to make the copper material porous. A method for manufacturing an electrode material for a vacuum interrupter made into a composite metal by infiltrating it into a base material.
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