JPS60211717A - 真空しや断器用電極の製造法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規な真空しゃ断器用電極の製造法に係り、特
に大容量しゃ断に好適な真空しゃ断器用電極の製造法に
関する。

〔発明の背景〕

従来から真空しゃ断器用電極としては、導電性が良く、
製造方法が簡単で比較的安価な材料としてＣｕをベース
とした合金、例えばｃｕ−ｐｂ系。

Ｃｕ−Ｂ１系、あるいは高耐電圧性をもたせたＣｕ−Ｃ
ｏ−Ｂ１．Ｐｂ系の溶製合金などが用いられている。

上記材料において、Ｂ　ｉ、Ｐｂ等の低融点金属の添加
の目的は、一般的には電接面の溶着を防ぐことにある。

従来の多くの電極材にはこうした添加元素が加えられ九
〇ｕベース合金が多く用いられている。しかし、Ｂｉｔ
　Ｐｂなどを添加しない電極材料もいくつかある。例え
ば、特開昭５４−７３２８４に示されている電極接点Ｗ
ｃ−ｈｇ、あるいは特公昭４５−３５１０１に示されて
いるＣｒ−Ｃｕ系の火花ギャップ用の電極などは、低融
点金属を含有せずともかなシの耐溶着特性を有し、最近
になって真空しゃ断器用として用いられつつある。ｗｃ
−Ａｇ系は、マトリックスとなるＷｅが高い融点を有す
るため比較的溶着しにくいと言われる。一方、Ｃｒ−Ｃ
ｕ系はｃｒが高い融点を有することの他に、マトリック
スとしてｃｒ焼結体自体が非常に脆弱であるため、しゃ
断面が容易に引き剥がれるという特徴を持っている。し
かしながら、上記材料においてはそれぞれに欠点もある
。例えば、Ｗｃ−Ａｇ系においては、アークしゃ断時に
電極面の一部が高温にさらされると、非常に多くの熱電
子を放射しゃすく、このため、絶縁回復特性ならびにし
ゃ断能力が良くない。したがって、あまシ大容量用には
適用できないという欠点がある。一方、ｃｒ−Ｃｕ系に
おいては、Ｃｒ自体が酸素との親和力が非常に大きく、
このため、Ｃｒの圧粉体は通常、還元性雰囲気中の高い
温度で焼結、溶浸などが行なわれる。それでも、Ｃｒ粉
末を焼結した場合には酸化物残渣が存在しやすい。この
結果、電極として、さらに高温のアークにさらされると
、上記酸化物が分解され、酸素を放出し、このためにし
ゃ断不能する場合がある。これらの酸化物残渣をできる
だけなくすために種々の方策がとられる。例えば特開昭
５０−５５８７０に示されているように、Ｃｒ焼結体の
粒子間に残シやすいＣｒ酸化物を、あらかじめＣｕ粉末
を混合、圧粉しておき、それをＣｕの融点以上、その融
点を１００Ｃより高く超えない温度で液相焼結し、その
後熱間鍛造によシ緻密化する方法、あるいは酸化物がし
ゃ断時に分解した場合にその分解ガスを吸着するための
ゲッター用の第３元素（Ｔｉ、Ｚｒなど）を添加する方
法などが挙げられている。前者の液相焼結による方法で
酸化物を除去する方法としては、更に別にドイツ連邦共
和国特許出願公開第１６４００３９号公報にも開示され
ているように、Ｃｒ焼結マトリックスをＣｕの溶透を浸
透させる溶浸工程によって酸化物を分解、除去する方法
が述べられている。以上のような従来技術において、と
りわけＣｕを溶浸する方法は酸化物を分解、除去するこ
とに効果がある。

しかしながら、完全に除去することは困難で、部分的に
は酸化物スラグが焼結マ）　ＩＪソックス空孔をふさぐ
ことがあｌ）、Ｃｕの浸透さえもさまたげることとなシ
、未溶浸の欠陥空孔が形成されることがある。この欠陥
空孔にはガスが吸蔵されやすく、電極とした場合、しゃ
断操作のくり返しによシ著しいガスの放出源となシ、シ
ゃ断能力を下げてしまうことが多い。なお、放出ガスを
、上記したようなゲッタ作用を有する７、ｒやＴｉを添
加することで吸着する方法はある程度の効果は得られる
ものの、Ｃｒ−Ｃｕ溶浸合金においてＣｕ中にそれらの
元素がある程度固溶されることによって導電性の低下は
まぬがれない。この導電性の低下は通電容量やしゃ断能
力を下げてしまうという点では好ましくない傾向にある
。そこで、上記したようにＣｒ焼結マトリックスをいか
に清浄化し、Ｃｕを高密度に溶浸してやるかが非常に重
要な課題であｐ、Ｃｒ−Ｃｕ溶浸合金電極による真空し
ゃ断器の大容量化を左右するものであると考えら　。

れる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、欠陥及び酸化物量の少ない合金からな
る真空しゃ断器用電極の製造法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、金属マトリックス中に該金属マトリックスの
融点よシ低い融点を有する溶浸金属又は溶浸合金からな
る溶浸物質を浸透させる電極の製造法において、前記金
属マトリックスを構成する粉末と前記溶浸物質を構成す
る粉末とからなる多孔質体を、前記溶浸物質の融点以上
で前記金属マトリックスの融点よシ低い温度で且つ真空
中で加熱し、前記多孔質体中の前記溶浸物質を除去した
後、その多孔質体中に前記溶浸物質を浸透させることを
特徴とする真空しゃ断器用電極の製造法にある。

金属マトリックスは融点が１４９０Ｃ以上を有するＦｅ
ｔ　Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ＋Ｍｏｓ’ｉ’ａ、又はこれらの炭
化物から選ばれた１種以上が好ましい。特＜、ｃｒが好
ましい。

溶浸物質は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂ　ｉ、Ｐｂ、Ｔｅ及びＳｅ
を含むＣｕ合金、Ａｇ合金又はＣｕ　−Ａ　ｇ合金から
選ばれた１種が好ましい。Ｃｕ　−Ａ　ｇ合金では５〜
３０重量％重量％台む合金又はこれに銅に対して固溶量
以上で３重量−以下のＢｉ。

Ｐｂ、Ｔｅ及びＳｅの１種以上の低融点高蒸気圧元素を
含む合金が好ましい。これらの低融点高蒸気圧元素はＣ
ｕ又はＡｇにも同様に含むＣｕ合金又はＡｇ合金が好ま
しい。ｃｕに対しＡｇの添加は溶湯の流動性を増し、更
に融点を低めるので溶浸物質として溶浸性を向上させる
。低融点高蒸気圧元素の添加は耐溶着性を向上させるも
ので、溶浸物質としてそのマトリックスの固溶量以上が
好ましい。Ｃｕの場合には耐圧苛性及びしゃ断性能の点
から３重量−以下が好ましい。

金属マトリックスを構成する粉末と溶浸物質を構成する
粉末とからなる多孔質体は、加圧成形などによって所定
の成形体としたままのもの又はこれを非酸化性雰囲気中
で仮焼結したもののいずれでもよい。特に、還元性雰囲
気中で加熱する仮焼結体が好ましい。この多孔質体の溶
浸物質は１０〜２０重量％が好ましい。

多孔質体はこの後、真空中で、溶浸物質の融点以上で金
属マ）　ＩＪラックス融点よシ低い温度で加熱し、多孔
質体中の溶浸物質を除去する（以下脱銅処理という）。

脱銅処理は溶浸物質の一部を除去することによって脱ガ
ス及び金属マトリックス中の酸化物を除去することがで
きる。脱銅処理は溶浸物質として銅の場合には真空中で
、Ｃｕの蒸気圧平衡温度よシ高（，１４７０Ｃ以下が好
ましい。

真空度は１０−’ｍ以上の高真空下で行なうのが好まし
い。

溶浸は真空中で行なうのが好ましい。この場合の真空度
は１０−’ｍＨｇ以上の高真空下で行なうのが好ましい
。

本発明者らは、Ｃｒ焼結マトリックスの酸化物残渣をい
かにして除去してやるかについて次のような方法を試み
た。まず、第１図に示すようにＣｒ粉末とＣｕ粉末を均
一に混合し、それらをプレス成形で圧粉体とする。仁の
後、露点を一６０度以下におさえた高純度水素中で仮焼
結する。仮焼結は、溶浸物質の融点より低い温度が好ま
しい。

溶浸物質としてＣｕの場合には８００〜１０５０Ｃが好
ましい。この仮焼結では、Ｃｕ粉末あるいはＣｒ粉末の
酸化物を完全に除去することは不可能であシ、いわば前
処理としての１工程にすぎない。

しかし、この後で行なう酸化物除去工程に入る前には必
要である。すなわち、上記仮焼結後、本発明で述べる６
脱Ｃｕ処理”という酸化物除去工程に入るが、この工程
の前に大ざっばに還元・脱ガス処理しておくということ
は、最終的にガスフリーな電極材料とする上での前処理
として必要である。この６脱Ｃｕ処理”とは、上記の（
Ｕｒ＋Ｃｕ）焼結体を更に、高い温度で真空加熱するこ
とによｐＣｕのみを大量に蒸発させる加熱処理をｄう。

すなわち、Ｃｕの融点（１０８３Ｃ）以上の高温にし、
（Ｃｒ＋Ｃｕ）仮焼結体中のＣｕを完全に液相状態にし
、長時間にわたって真空排気してやることによシＣｕを
蒸発させることである。実質的にはＣｕの融点よシも高
い温度（ｉ２００〜１３００Ｃが好ましい）であること
が望ましい。この脱Ｃｕ処理の結果、仮焼結体中のＣｕ
量が減少し、内部の気孔は増し、この際にＣｒ焼結粒子
間に残留している酸化物も同時に除去されてしまう。は
じめ、（Ｏｒ＋Ｃｕ）焼結体中のＣｕが溶は出し、Ｃｒ
粒子の周囲をわずかに浸食していく。この浸食作用によ
ってもある程度酸化物が除去されるが、更に高温で真空
排気を続けていくと、この溶けたＣｕは次第に蒸発しは
じめる。この際、酸化物。

不純物、吸着ガス等も大量に押し出され、真空排気され
る。この脱Ｃｕ処理は、単に前に述べた水素中の還元処
理よりもはるかに脱ガス効果及び不純物除去効果がある
ことが判明した。又、第２図の人に示すように、仮焼結
のままでは、ＣｒＩＣｕのそれぞれの粒子は互いに隣接
し、粒形状もはじめの成形時とあまシ変らない。ところ
が、Ｂ図に示すように、本発明の脱Ｃｕ処理を施すと、
Ｃｕ成分が溶けて多量蒸発するが、その他に残留するＣ
ｕは図の如くＣｒ粒子のまわりに耐着する。

この結果、Ｃｒ粒子はＣｕの保護膜におおわれたような
形となる。この脱銅処理によ′る保護膜はＣｒの再酸化
を防止するという別の効果もある。

なぜなら、Ｃｒ粒子は、一般に還元性雰囲気にて高温に
さらされると、酸化被膜自体は容易に分解される。しか
し、反面、冷却していく段階にて非常に再酸化しやすい
という性質があるからである。

この点で脱Ｃｕ処理したものは、Ｃｕ保護膜付きのＣｒ
焼結体ということもできる。以上のように、脱Ｃｕ処理
した（ｃｒ＋ｃｕ）焼結体は、Ｂ図に示すように非常に
気孔が増えたものとなるが、この気孔は連続している。

したがってこの気孔部にＣｕを溶浸させてやると、従来
の脱Ｃｕ処理なしの場合に比べて非常に溶浸性が良い。

その結果、ガス吸蔵が少なく、高密度で欠陥の少ないＣ
ｒ−Ｃｕ溶浸合金が得られる。なお、Ｃ図は、このよう
にして得られたＣ　ｒ　−Ｃｕ溶浸合金であり、仮焼結
、脱Ｃｕ処理、溶浸の各種処理工程を経ることによって
、Ｃｒ粒子相互の結びつきが解かれ、その周囲はＣｕが
高密度に充てんされていることを示す。

以上のような方法で得られたＣｒ−Ｃｕ溶浸合金は、十
分ガスフリー化され、他の欠陥も少ないので、真空しゃ
断器用電極に適用した場合、従来法によって製造された
ものよシも大容量しゃ断が可能となる。

〔発明の実施例〕

（実施例１） １００メツシユ以下のＣｒ粉末と、２００メツシユ以下
のＣｕ粉末を用い、Ｃｕ量が１５重量％となるように混
合し、この混合粉末を３トン／ｃｍ　”の加圧力でプレ
ス成形し、直径５０叫、厚さ１０■の成形体とした。こ
の成形体の気孔率は約２５体積チである。この成形体を
露点が一６０度以下にコントロールされた高純度水素中
にて１０００ｔ：’で１時間の仮焼結を行なった。更に
この仮焼結体を真空炉にて１０−６鵡Ｈｇの真空度で、
１２００Ｃで１時間の加熱すなわち、脱銅処理を施した
。この後、最終工程として、この脱銅処理焼結体を用い
、第３図に示ｔような方法によりＣｕを１０−’ｗｍＨ
ｇの真空中で溶浸した。上記焼結体２１を底に穴を設け
たアルミナ製の円筒状ボルダ２３の中に入れ、アルミナ
製円板スペーサ２４を介しモリブデン族のウエート２５
をのせ、これを吊具２６で吊下げ、昇降できるようにし
た。溶浸用のｃｕはアルミナ製るつぼ２７中に加熱炉２
８によって溶かされている。溶浸け、このＣｕ溶湯２２
の中に上記ホルダ２３を下降させ、約５分間浸漬させた
後、引き上げることにより行なった。このようにして得
た本発明の電極材はＣｕ量が４０重量％であった。な２
、比較の電極材は前述のＣｒ粉末だけを用いて同様に仮
焼結され、次いで本発明の電　□極材と同様にＣｕを真
空溶浸させたもの（真空中溶浸材）及びＣｒ粉末とＣｕ
粉末との混合粉末を５）７／ｃｍ”テ圧粉成形体とし、
１，０００ｃＸ１ｈの露点−６０Ｃの水素中で焼結した
もの（Ｈ２中焼結材）で、いずれも４０重量％のｃｕを
含む合金である。

これらの電極材について顕微鏡観察を行なった。

この中で、欠陥の空孔や酸化物残渣等はｃｕＯ地よシも
更に黒く観察されるので、それぞれの材料の組織を光学
的画像解析装置を用い、白黒のコントラストの差によっ
て欠陥量を測定した。第１表はこれらの欠陥量を比較し
たものである。表に示すように、脱銅処理を加えた本発
明材は欠陥が非常に少ない材料であることが分る。

第１表 （実施例２） 本発明になる電極を内蔵する真空しゃ断器用真空バルブ
の一例として第４図にその断面構造を示す。真空パルプ
はセラミックスもしくは結晶化ガ９ラスなどの絶縁筒１
１を有し、その両端を金属製の端子板１２．１２’によ
って封じ、その内部は高真空に保たれている。その中に
、一対の電極、すなわち、固定電極１３と、ベローズ６
を介し開閉できるようにした可動側電極１４とから成っ
ている。端子板の一方には排気管１５を設は真空ポンプ
によって排気し、後にこれはチップオフされるものであ
る。電極部をとシ囲むように配置された円筒状のシール
ド１７は電極構成物質がしゃ断時に蒸発し、それらが絶
縁を劣化させないように設けられたじゃへい筒である。

電極１３．１４は補助電極板ｉｓ、ｉｓ’上にろう付さ
れ、さらにそれらは銅製のホルダ１９゜１９′にろう付
されている。電極ｉａ、１４は以下のようにして製造し
たものである。

実施例１と同様に、Ｃｒ粉末とＣｕ粉末とを用い、実施
例１と同様に圧粉成形、仮焼結、脱銅処理及びＣｕの真
空含浸を行ない、Ｃｕ溶浸量を種種に変えた各種Ｃｒ−
Ｃｕ電極を機械加工によって所望の形状に製造した。Ｃ
ｕ量の変化はＡ１及び２が圧粉成形時に１０重量％とし
、加圧力を変えることによシ行ない、Ａ３が実施例１と
同じであ、９、Ａ４及び５が圧粉成形時のＣｕ量を各々
２５重量％及び３５重量％とし、加圧力を一定として行
なった。これらの電極は第４図に示すように真空バルブ
にろう付され組立てられる。このようにして製造した真
空パルプを用いて各種電極のしゃ断試験を実施した。な
お、比較材は本発明における脱銅処理を実施しないもの
であシ、他の製造工程は本発明の製造工程と全く同じで
ある。

第２表は、比較材のしゃ断性能及び耐電圧特性を１００
％とした場合の本発明材のそれぞれの性能比較値である
。Ｃｕ溶浸量が２０〜６０重量％のいずれの材料とも従
来の溶浸のみＣｒ−４０重量％Ｃｕよシも優れた特性を
示す。なお、電流しゃ断試験は周波数的５０Ｈ２で高電
圧（６０００〜７０００Ｖ）をかけ、しゃ断電流を約５
０ＯＡステツプで増加させながらしゃ断し、このしゃ断
連上においてしゃ断不能となる電流の限界値をめ、比較
材のそれらの値と比較したものである。表に示すように
、本発明の製造法によるものは、しゃ断性能及び耐電圧
特性ともに優れていることが明らかである。

第２表 「 第５図は、Ｃｕ量としゃ断性能及び耐電圧特性との関係
を示す線図である。図に示す如く、本発明によるものは
いずれの特性も優れておシ、特にＣｕ量が４０〜６０チ
でしゃ断性能が高く、３０〜５０％で耐電圧特性が顕著
に優れていることが明白である。

（実施例３） 実施例１と同様にＣｒ粉末とＣｕ粉末を用い、Ｃｕ粉末
を１５重量％とするＣｒ−Ｃｕ混合粉末を、実施例１と
同様に圧粉成形、仮焼結、脱銅処理及びＣｕの真空含浸
を行ない、Ｃｒ−４１重量％Ｃｕ電極材を製造した。こ
れを機械加工によって所望形状の電極とし、第４図に示
す真空パルプにろう付によって組込み、しゃ断試験を実
施例２と同様に行なった結果実施例２に示す本発明材屋
３と同様に優れたしゃ断性能及び耐電圧特性が得られた
。

第６図は、本発明の方法によって得られた電極材料の顕
微鏡組織を示すものであり、灰白色に見える大小の粒子
がＣｒ１地の黒色に見えるのがＣｕでアシ、図に示すよ
うにＣｒとＣｕの構成物以外の欠陥部（空孔や酸化物残
渣）は非常に少ないことが分かった。写真は１２５倍で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス量及び欠陥の少ない電極が得られ
るので、優れたしゃ断性能及び耐電圧特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空しゃ断器用電極の製造工程を
示すブロック図、第２図は電極製造過程における組織の
モデル図、第３図は真空溶浸させる装置の断面図、第４
図は本発明に係る真空パルプの一例を示す断面構成図、
第５図は耐電圧特性及びしゃ断性能とＣｕ量との関係を
示す線図、第６図は脱銅処理を加えた本発明のＣｒ−Ｃ
ｕ溶浸合金の金属組織を示す顕微鏡写真である。 １３．１４・・・電極。 第１図 旬仁時

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属マトリックス中に該金属マトリックスの融点よ
   シ低い融点を有する溶浸金属又は溶浸合金からなる溶浸
   物質を浸透させる電極の製造法において、前記金属マト
   リックスを構成する粉末と前記溶浸物質を構成する粉末
   とからなる多孔質体を、前記溶浸物質の融点以上で前記
   金属マ）　ＩＪラックス融点よシ低い温度で且つ真空中
   で加熱し、前記多孔質体中の前記溶浸物質を除去した後
   、その多孔質体中に前記溶浸物質を浸透させることを特
   徴とする真空しゃ断器用電極の製造法。 ２、前記金属マトリックスは融点が１４９０ｔ以上であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の真空しゃ断器用電極の
   製造法。 ３、前記溶浸物質は銅、銀、銅合金、銀合金及び銅と銀
   との合金のいずれかである特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の真空しゃ断器用電極の製造法。 ４、前記多孔質体は圧粉成形体を還元性雰囲気中で仮焼
   結したものである特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
   れかに記載の真空しゃ断器用電極の製造法。 ５、Ｃｒ粉末にＣｕ粉末を５〜５０重量パーセント混合
   し所定の圧粉体とし、該圧粉体を還元性雰囲気中８００
   〜１０５０　Ｃで仮焼結し、更に真空中でＣｕの蒸気圧
   平衡温度よりも高く、１４７０Ｃを越えない温度範囲に
   て加熱処理し、次いでこれを溶浸合金用焼結マ）　ＩＪ
   ラックスして真空中でＣｕの融点よりも高（，１３００
   ｔ：’を越えない温度範囲でＣｕを溶浸させる特許請求
   の範囲第１項に記載の真空しゃ断器用電極の製造法。 ６、前記溶浸物質は、５〜３０重量％Ａｇを含み、残部
   Ｃｕからなる特許請求の範囲第５項に記載の真空しゃ断
   器用電極の製造法。 ７、前記溶浸物質は、５〜３０重量％Ａｇと、３重量％
   以下のＢ　ｔ　ｒ　Ｐ　ｂ　、　Ｔ　ｅ及びＳｅの１種
   以上とを含み、残部Ｃｕからなる特許請求の範囲第５項
   に記載の真空しゃ断器用電極の製造法。