JPH05117720A - 電極材料の製造方法 - Google Patents

電極材料の製造方法

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JPH05117720A
JPH05117720A JP27533891A JP27533891A JPH05117720A JP H05117720 A JPH05117720 A JP H05117720A JP 27533891 A JP27533891 A JP 27533891A JP 27533891 A JP27533891 A JP 27533891A JP H05117720 A JPH05117720 A JP H05117720A
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信行 吉岡
Taiji Noda
泰司 野田
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伸尚 鈴木
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細なクロムが銅マトリックス中に均一に分
散し、かつ酸素含有量の低い銅−クロム合金の電極材料
の製造方法を提供する。 【構成】 水アトマイズ法により得られた不規則形状の
銅−クロム合金粉末を還元性雰囲気で加熱粉砕し、得ら
れた合金粉末を加圧成形し、得られた成形体を不活性雰
囲気で加熱し、焼結体とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水アトマイズ法により
得た銅(Cu)−クロム(Cr)合金の粉末を用いて電
極材料を製造する方法に関し、特に真空インタラプタの
電極の材料の製造に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】真空インタラプタの電極材料として要求
される重要な性能の一つに電流遮断性能の高いことが挙
げられる。
【0003】銅(Cu)−クロム(Cr)合金は、この
電流遮断性能が非常に優れている電極材料として知られ
ており、従来では電解法等により製造された銅の粉末
と、粉砕法等により製造されたクロムの粉体とを混合し
たものを圧縮加圧成形し、これを高温で焼結する粉末冶
金法による製造方法が一般的である。
【0004】この他、圧縮加圧成形した銅の粉体の空隙
部分にクロムを溶浸させる溶浸法や、或いは銅とクロム
との混合粉体を圧縮加圧成形し、これを低温で焼結した
後、その空隙部分に銅を溶浸させるようにした方法、或
いは鋳造による方法等も試みられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この銅−クロム合金
は、銅のマトリックス中にクロムが分散したものである
が、電極材料としての電気的特性に着目した場合、微細
なクロムが銅マトリックス中に均一に分散している方が
好ましい。
【0006】ところが、粉末冶金法により製造される従
来の銅−クロム合金の場合、粉砕法により機械的に粉砕
して得られるクロム粉末の粒度分布の幅が非常に大き
く、しかもその平均粒径が40μm程度にも達するた
め、銅の粉体とクロムの粉体とを混合する際にこれらの
比重差や粉体の粒度、或いは粒度分布の相違により、均
一に混合され難い欠点を有する。この結果、焼結後にお
ける銅マトリックス中のクロムが微細且つ均一に分散せ
ず、その電気的特性が期待できるほど良好ではなかっ
た。
【0007】そこで、クロム粉末を更に機械的に粉砕し
てその粒径を小さくすることが考えられるが、この場合
には粉砕の過程及び保管時にクロム粉体の表面が酸化が
進行し、酸素含有量の増加に伴って焼結性が低下してし
まう問題も生ずる。又、粉砕法により得られるクロム粉
末をふるいで分級し、微細径のクロム粉末のみを使用す
ることも考えられるが、この方法では歩留りが極めて悪
くなってしまい、製造コストが嵩む原因となる。
【0008】一方、溶浸法により製造される従来の銅−
クロム合金の場合、クロム粉体は酸化し易いため、その
品質管理を徹底する必要がある上、表面が酸化したクロ
ムの粉末は銅との濡れ性が悪く、溶浸ができなくなる欠
点を有する。
【0009】又、鋳造法により製造される従来の銅−ク
ロム合金の場合、凝固時の冷却速度が遅いため、銅のマ
トリックス中のクロム粒子が成長してしまい、均一で微
細なクロムの分散が困難となる上、凝固偏析が生じ易い
ことから得られる銅−クロム合金の品質にばらつきが生
じ易い欠点を有する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、微細化が
困難で表面酸化の問題を抱えたクロムの機械的粉砕法を
採用せず、アトマイズ法により銅−クロム合金の微粉末
を得た。
【0011】アトマイズ法は、高圧ガスによるガスアト
マイズ法と加圧水による水アトマイズ法とがあり、両方
法により得られた銅−クロム合金粉末を調べたところ、
水アトマイズ法による合金粉末は水により冷却するため
酸素含有量が多いという欠点を有する一方、冷却速度が
速いことから形状が不規則となっており、成形性にすぐ
れるという長所を有する。
【0012】本発明は、水アトマイズ法により得られる
銅−クロム合金粉末のこのような特性に着目してなされ
たもので、その構成は、水アトマイズ法により得られた
銅とクロムとの合金粉末を還元性雰囲気で加熱粉砕し、
得られた合金粉末を加圧成形し、得られた成形体を不活
性雰囲気で加熱して焼結させることを特徴とし、また、
水アトマイズ法により得られた銅とクロムとの合金粉末
を還元性雰囲気で加熱粉砕し、得られた合金粉末を加圧
成形し、得られた成形体を不活性雰囲気で加熱して予備
焼結を行い、引き続きさらに高い圧力で加圧した後、予
備焼結時より高い温度下で加熱処理することを特徴とす
る。
【0013】
【作用】水アトマイズ法により得られる銅−クロム合金
粉末は、水により冷却されるためそのままでは酸素含有
量が多いが、還元性雰囲気で加熱粉砕することにより、
合金粉末の微粉化並びに酸素含有量の低減が図れる。
【0014】得られた微細な合金粉体を加圧成形し、焼
結させることにより、微細なクロムが均一に分散した組
織の電極材料が得られる。焼結温度や時間により銅マト
リックス中のクロム粒径を調整することができる。
【0015】
【実施例】まず、本発明に係る方法により得られる電極
材料の適用例の一例である真空インタラプタを図2に示
す。相互に一直線状をなす一対のリード棒11,12の
対向端面には、それぞれ電極13,14が図示しないろ
う材を介して一体的に設けてある。これら電極13,1
4を囲む筒状のシールド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の間に挟まれた
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リー
ド棒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、駆動装置の作動に伴って電極13,14の対向方向
に往復動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。
【0016】電極13,14の電極材料を製造するため
の銅−クロム合金微粉末は水アトマイズ法により得られ
る。図1にその方法を示す。
【0017】21は溶解炉であり、80%銅−20%ク
ロム量の無酸素銅と5〜6mmの大きさのショットクロム
が1750℃で溶解される。溶湯は温度制御される。
【0018】22は水アトマイズ装置であり、ドラム状
の装置本体23の上部には溶湯を受けるタンディシュ2
4が設けてあり、装置本体23内における溶湯の出口に
は水噴射ノズル25が設けてある。装置本体23の下部
には水31が貯めてあり、かつ下部の排出口26には回
収コンテナ27が接続してある。
【0019】回収コンテナ27の出口側にはヒータ2
8、分級器29、秤量器30等が設けられる。
【0020】銅とクロムの混合溶湯はまず水アトマイズ
装置22のタンディシュ24に注入される。溶湯はタン
ディシュ24の下部より重力により落下する。このと
き、水噴射ノズル25より、9.8MPa (100kgf /
cm2 )に加圧された水が溶湯に吹き付けられ、溶湯は粉
化される。粉化された溶湯は装置本体23内の水31に
よって冷却される。冷却された粉体は装置本体23の下
部から回収コンテナ27に回収され、ヒータ28により
乾燥された後、分級器29を経て秤量器30により秤量
される。
【0021】得られた銅−クロム合金微粉末の粒径は1
50μm以下であり、その成分割合も元の銅とクロムと
の混合物の割合と同等(Cu:80〜95重量%、C
r:5〜20重量%)であった。この銅−クロム合金微
粉末を電子顕微鏡にて観察した結果、5μm以下のクロ
ム粒子が銅マトリックス中に均一に分散されていること
を確認できた。また、冷却速度が速いため、粉体自体は
不規則形状となっている。
【0022】上記銅−クロム合金粉末をそのまま使用せ
ず、アルミナ容器に入れ、水素雰囲気で、900℃で2
時間加熱した後、機械的にさらに粉砕し、それを分粒
し、100μm以下の銅−クロム合金アトマイズ粉末を
得た。
【0023】上記熱処理温度は上記の900℃に限られ
ない。例えば、粒径100μm以下、平均粒径60μm
の場合には、500〜1000℃の範囲で適当な温度が
選択される。最高温度は、アトマイズ粉の焼結反応が著
しく進行しない温度である。焼結が進行すると後の粉砕
工程に時間がかかり、かつ不純物の混入のおそれが生じ
るからである。最低温度はガス放出が活発な温度であ
る。なお、粉体の粒径が小さい場合には、焼結が進行し
やすいため熱処理温度を下げる必要がある。なお、熱処
理は、前述の水素あるいは真空等の還元性雰囲気でなさ
れる。
【0024】上記銅−クロム合金アトマイズ粉末による
真空インタラプタ用の電極材料の製造方法は次のように
してなされる。
【0025】まず、銅−クロム合金粉末を直径42mmの
金型に入れ、490MPa (5000kgf /cm2 )の圧力
で加圧成形し、成形体(圧粉体)を得る。このとき、水
アトマイズ法により得られ、さらに機械的に粉砕された
銅−クロム合金粉末は不規則な形状をなしているので、
強固な成形体を得ることができる。
【0026】次に、得られた成形体を真空炉(真空圧:
5×10-5Torr)中において1050℃で30分間加熱
し、焼結させた。銅−クロム合金粉末が不規則形状をな
し、表面積が大きくなっているので、銅の融点より低い
温度での焼結ができる。
【0027】このようにして得られた焼結体の充填率
(理論密度に対する比)は95%であり、導電率は50
%IACS、酸素含有量は0.07%であった。つま
り、酸素含有量は、水アトマイズ粉をそのまま使う場合
に比べ減少する。
【0028】焼結体を直径40mmの電極形状に機械加工
し、図2に示す真空インタラプタの電極13,14と
し、しゃ断性能を測定した結果、7.2KV−12.5KA
の性能を満足することが確認できた。
【0029】水アトマイズ法により得られた銅−クロム
合金粉末を、水素等の還元性雰囲気で加熱し、粉砕して
得られる銅−クロム合金粉末による他の電極製造方法を
以下に記す。
【0030】上記銅−クロム合金粉末を直径42mmの金
型に入れ、343MPa(3500kgf/cm2 )の圧力で加
圧成形し、成形体(圧粉体)を得た。
【0031】得られた成形体を真空炉(真空圧:5×1
-5Torr)中において900℃で60分間加熱し、焼結
(予備焼結)させた。
【0032】予備焼結により得られた焼結体を再び49
0MPa (5000kgf /cm2 )の圧力で加圧した後、真
空炉(真空圧:5×10-5Torr)中において、1050
℃で30分間加熱し、焼結(本焼結)を行った。
【0033】得られた焼結体の充填率(理論密度に対す
る比)は98%、導電率は55%IACS、酸素含有量
は0.05%であった。つまり、焼結を二段階で行うこ
とにより、焼結後の密度、導電率の向上が図れると共
に、酸素含有率をさらに低減させることができるのであ
る。
【0034】焼結体を直径40mmの電極形状に機械加工
し、図2に示す真空インタラプタの電極13,14と
し、しゃ断性能を測定した結果、7.2KV−12.5KA
の性能を満足することが確認できた。
【0035】なお、上記以外にも、成形体の焼結温度と
しては1000〜1080℃が採用され、また、成形圧
力としては196〜588MPa (2000〜6000kg
f /cm2 )が採用され、焼結雰囲気としても真空以外
に、Ar、H2 等の雰囲気が採用される。
【0036】
【発明の効果】本発明による電極材料の製造方法によれ
ば、水アトマイズ法により得られた銅とクロムとの合金
粉末を還元性雰囲気で加熱粉砕し、得られた合金粉末を
加圧成形し、得られた成形体を不活性雰囲気で加熱して
焼結させるようにしたので酸素含有量がきわめて少な
く、かつ銅マトリックス中に微細な粒径のクロムが均一
に分散した電極材料を得ることができ、また、合金粉末
が不規則な形状をなしているので、強固なプレス成形が
容易であり、さらに表面積の拡大により従来に比べ低い
温度での焼結ができる。また、焼結を二段階で行うこと
により、焼結後の密度、導電率を向上させることができ
ると共に、酸素含有量をさらに減少させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】水アトマイズ法による銅−クロム合金粉末の製
造の概略工程図である。
【図2】真空インタラプタの一例を表す断面図である。
【符号の説明】
11,12 リード棒 13,14 電極 22 水アトマイズ装置 24 タンディシュ 25 水噴射ノズル 27 回収コンテナ 28 ヒータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水アトマイズ法により得られた銅とクロ
    ムとの合金粉末を還元性雰囲気で加熱粉砕し、得られた
    合金粉末を加圧成形し、得られた成形体を不活性雰囲気
    で加熱して焼結させることを特徴とする電極材料の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 水アトマイズ法により得られた銅とクロ
    ムとの合金粉末を還元性雰囲気で加熱粉砕し、得られた
    合金粉末を加圧成形し、得られた成形体を不活性雰囲気
    で加熱して予備焼結を行い、引き続きさらに高い圧力で
    加圧した後、予備焼結時より高い温度下で加熱処理する
    ことを特徴とする電極材料の製造方法。
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