JPS603821A - 真空インタラプタの電極材料とその製造方法 - Google Patents

真空インタラプタの電極材料とその製造方法

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JPS603821A
JPS603821A JP58113290A JP11329083A JPS603821A JP S603821 A JPS603821 A JP S603821A JP 58113290 A JP58113290 A JP 58113290A JP 11329083 A JP11329083 A JP 11329083A JP S603821 A JPS603821 A JP S603821A
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electrode
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JP58113290A
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佳行 柏木
泰司 野田
薫 北寄崎
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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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】 本発明は、真空インタラプタの電極材料とその製造方法
に係り、特に所定の組成比で銅、モリブデン、及びクロ
ムを含有する電極材料とその製造方法に関したものであ
る。
一般に、真空インタラプタの電極にあっては、(1)大
電流をしゃ断する能力が高いこと、(2)絶縁耐力が高
いこと、 (3)耐浴冶性が良好なこと、 (4)小電流を良好にしゃ断できること等の条件を満足
することが要求されている。
従来、上述した条件を満たすべく種々の電極材料が提案
されているが、いずれの電極材料にあっても上記の粂件
を十分に満足するもので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
せしめた合金材料からなる電極、たとえば特公昭41−
12131号(米国特許第3,246,979号)に示
されているような鋼に0.5%のビスマス(以下Cu−
0.5B1電極という)を含有してなる電極、または特
公昭48−36071号(米国特許第3,596,02
7号)に示されているものなどが知られている。
しかしながら、上記のようにビスマスの如き高蒸気圧材
料(低融点点材料)を含有してなるCu−0.5B1電
極にあっては、大電流のしゃ断能力、耐溶層性、及び導
電率に優れてはいるものの、絶縁耐力、特にしゃ断段の
絶縁耐力が著しく低下する欠点があり、しかもさい断電
流値が10Aと高いためにしゃ断時にさい断サージを発
生することがあって遅れ小電流を良好にしゃ断し得ず、
負荷の電気機器の絶縁破壊を招来するおそれがある等の
問題があった。
このような高蒸気圧材料(低融点材料)を含有するCu
−0.5B1電極の欠点を解消すべく、銅と低蒸気圧材
料(高融点材料)との合金材料からなる電極、たとえば
、特公昭54−36121号(米国特許第381193
9号)に示されているような80%のタングステンと2
0%の銅とからなる電極(以下20Cu−80W電極と
いう)、または特開昭54−157284号(英国公開
特許第2024257号)に示されているものが知られ
ている。
しかしながら、上記のような20Cu−80W電極等に
あっては、絶縁耐力は高くなる利点はあるものの、事故
電流の如き大電流をしゃ断することが困難となる等の問
題があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電極を2
0〜70重量%の銅、5〜70重量%のモリブデン及び
5〜70重量%のクロムからなる複合金属材料にて形成
することにより、耐溶着性が良好であって、特に絶縁耐
力が優れると共に大電流および小電流を良好にしゃ断し
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を目的としたものである。
本発明にあっては、この目的のために電極桐科及び製造
方法を以下の(1)〜(4)の中段によって達成したも
のである。
(1)20〜70重量%の銅と、5〜70重量%のモリ
ブデンと、5〜70重量%のクロムとからなる複合金属
にて電極材料を形成した。
(2)5〜70重量%のモリブデン粉末と、5〜70重
量%のクロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の基材
に、20〜70重量%の銅を浴浸させて複合金属の電極
材料を形成した。
(3)非酸化性雰囲気中においてモリブデンとクロムの
混合粉末を融点以下の温度で加熱して相互に拡散結合せ
めて多孔質の基材を形成せしめ、ついでこの基材に鋼を
非酸化雰囲気中で溶浸せしめる方法によって横合金属の
電極材料を形成した。
(4)モリブデンとクロムの混合粉末と銅とを非酸化雰
囲気中に納置し、捷ず銅の融点以下の一度で加熱して混
合粉末を相互に拡散結付して多孔質の基材を形成せしめ
、ついで鋼の融点以上の温度で加熱して銅を柚材に溶浸
せしめる方法によって横合金属の電極材料を形成した。
以下、図面等を参照してこの発明の実施例を詳細に説明
する。
第1図は本発明による材料にて形成された電極を備えた
真空インタラプタの縦断面図で、この真空インタラプタ
は、円筒状に成形したガラスまたはセラミックス等の絶
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、それぞれの両側に固着したFe−Ni−Co
金合金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して1本の絶縁筒とする
とともに、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、
この真空容器弘内に、1対の円板状の電極5、5を、各
金属端板3,3の中央部から真空容器4の気密性を保持
して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。
前記各電極5は、20〜70重量%の銅、5〜70重量
%のモリブデンおよび6〜70重量%のクロムの複合金
属材料からなる。すなわち、各電極5は、−100メッ
シュのモリブデンの粉末5〜70重量%と、同様に−1
00メッシュのクロムの粉末5〜70重量%とを、それ
ぞれの融点以下の温度で相互に拡散結合して多孔質の基
材を形成し、この基材に20〜70重量%の銅を溶浸さ
せて形成された材料にて構成している。または5〜70
重量%のモリブデンと5〜70重量%のクロムとの合金
粉末を、その融点以下の温度で相互に結合して多孔質の
基材を形成し、この基材に20〜70重量%の銅を溶浸
させて設けられている。
かかる電極材料を製造する第1の方法は、まず融点以下
の温度で相互に拡散結合すべく粒径を−100メッシュ
としたモリブテンとクロムの粉末を、所定量機械的に混
合する。ついで、モリブデンとクロムの混合粉末を、モ
リブデン、クロムおよび銅のいずれとも反応しないアル
ミナ等からなる円形の容器に収納する。そしてこれを非
酸化性雰囲気中(例えば5×10−5Torr以下の圧
力の真空中、または水素ガス中、窒素ガス中およびアル
ゴンガス中)において、クロムの融点(1875℃)よ
り低い温度で加熱保持(例えば600〜1000℃で6
〜60分間程度)し、これによって相互に拡散結合して
多孔質の基材を形成する。次にこの多孔質の基材ととも
に銅を、非酸化性雰囲気中(例えば5×10−5Tor
r以下の圧力の真空中)で1,100℃または銅の融点
(1,083℃)以上の温度で5〜20分間程度加熱し
、銅を基材に溶浸させて所望の電極材料を形成する。
なお、この第1の方法は、多孔質の基材の形成作業と銅
の溶浸作業とが、工程金分けて行なわれる場合を示した
ものである。上述した実施例に限らず、例えば、水素ガ
ス等のガス中にてまず多孔質基材を形成し、そして真空
引きして鏑を溶浸することでもよい。または予じめモリ
ブデン粉末およびクロム粉末を拡散結合してなる比較的
大形の多孔質基材を形成し、そしてこの多孔質基材を電
極用として所要の小形円板状に切断し、これに銅を非酸
化性雰囲気中にて溶浸してもよい。
また、電極材料を製造する第2の方法は、非酸化性雰囲
気中において、モリブデン粉末とクロム粉末とを結合し
て多孔質の基材を形成すると共に、この基材に銅を溶浸
して電極材料を形成するものであり、基材の形成と溶浸
とを同じ雰囲気中にて行なうものである。
すなわち、まず融点以下の温度で相互拡散結合すべく−
100メッシュのモリブデンおよびクロムの粉末を、所
定量機械的に混合する。次いで、このモリブデンとクロ
ムの混合粉末を、モリブデン、クロムおよび銅のいずれ
とも反応しないアルミナ等からなる円形の容器に収納し
、かつ容器に収納された混合粉末上に銅ブロックを載置
する。
ついで、混合粉末および銅ブロックを収納した容器を、
非酸化性雰囲気中(例えば5×10−5Torr以下の
圧力の真空中)にて、まず銅の融点(1083℃)以下
の温度にて加熱保持(例えば600℃〜1000℃で5
〜60分間)り、モリブデンとクロムの粉末を相互に拡
散結合せしめ多孔質の基材を形成する。次に、1,10
0℃でま次は銅の融点(1083℃)以上の温度で5〜
20分間程度加熱して銅を多孔質の基材に溶浸させて所
望の電極材料を形成する。
なお、第1.第2の方法いずれにあっても非酸化性雰囲
気としては、真空の方が加熱保持の際に脱ガスが同時に
行なえる利点があっ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っても真空インタ
ラプタの電極として実用上問題はないものである。また
、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、形成する多孔基材の形状大きさ等の条件、
及び作業性等を考慮し、且つ所望の電柱材料としての性
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分間といっ
た加熱条件で作業が行なわれるものである。
次に各種実験結果を示す。なお実験は、材料の組成比が 実施例−1Cu50−Mo40−Cr10(重量%)実
施例−2Cu50−Mo25−Cr25(重量%)実施
例−3Cu50−Mo10−Cr40(重量%)行われ
た。
次に各組成からなる電極材料の実施例の特性写真を説明
する。なお、これらの電極材料は前述の第2の製造方法
により5×10−5Torrの真空中において形成され
たものである。
すなわち、モリブデン、クロムおよび銅の組成割合を変
えた各組成の電極5は、それぞれ第2図(A)、(B)
、(C)、(D)、第3図(A)、(B)、(C)、(
D)および第4図(A)、(B)、(C)、(D)に示
す特性写真のようになった。すなわち、第2図(A)、
(B)、(C)、(D)は、モリブデン、クロムおよび
銅の組成割合を40重量%、10重量%および50重量
%とした第1実施例の組成からなる電極5の特性写真で
、第2図体)の特性写真は、X線マイクロアナライザに
よる二次電子像で、後述の第2図(B)、(C)、(D
)から判るように、モリブデンMoの粉末とクロムCr
の粉末とが相互に拡散結合し均一に分散して一体化され
た島状の粒子となり、かつ各島状の粒子が相互に結合し
て多孔質の基材を形成するとともに、この基材の孔(空
隙)に銅Cuが溶浸されている。また、第2図(B)の
特性写真は、モリブデンMoの分散状態を示すX線マイ
クロアナライザによる特性X線像で島状に点在する白い
部分がモリブデンである。
さらに、第2図(C)の特性写真は、クロムCrの分散
状態を示すX線マイクロアナライザによる特性X線像で
、島状に点在する白い部分がクロムである。また、第2
図(D)の特性写真は、銅Cuの分散状態を示すX線マ
イクロアナライザによる特性X線像で、白い部分が銅で
ある。
また、第3図(A)、(B)、(C)、(D)は、モリ
ブデン、クロムおよび銅の組成割合を25重量%、25
A量%および50重量%とした第2実施例の組成からな
る電極5の特性写真で、第3図(A)の特性写真は、X
線マイクロアナライザによる二次電子像で、後述の第3
図(B)、(C)、(D)から判るようにモリブデンM
oの粉末がクロムCrの粉末中に入り込んだようにクロ
ムがモリブデンリッチの部分を比較的薄く囲繞するが如
くし両者が相互に結合して一体化された島状の粒子と、
モリブデン粉末とクロム粉とが前述した第2図に示すよ
うに均一に拡散績した島状の粒子とからなり、各島状の
粒子が相互に結合して多孔質の基材を形成するとともに
、この基材の孔(空隙)に銅Cuが溶浸されている。
また、第8図(B)の特性写真はモリブデンMoの分散
状態を示すX線マイクロアナライザによる特性X線像で
、島状に点在する白い部分がモリブデンである。さらに
、第8図(0)の特性写真は、クロムCrの分散状態を
示すX線マイクロアナライザによる特性X線像で、白で
縁取られた島状の部分がクロムであり、モリブデンとク
ロムが均一に拡散した灰色の部分と、クロムリッチな白
い部分およびモリブデンリッチな黒い部分からなる。ま
た、第3図(D)の特性写真は、銅Cuの分散状態を示
すX線マイクロアナライザによる特性X線像で、白い部
分が銅である。
さらに、第4図(A)、(B)、(C)、(D)は、モ
リブデン、クロムおよび銅の組成割合を10重量%、4
0重量%および50重量%とした第3実施例の組成から
なる電極5の特性写真で、第4図(A)の特性写真は、
X線マイクロアナライザによる二次電子像で、後述の第
4図(B)、(C)、(D)から判るようにモリブデン
Moの粉末がクロムOrの粉末中に入り込んだようにク
ロムがモリブデンリッチな部分全比較的厚く囲繞するが
如くし、両者が相互に拡散結合した島状の粒子と、クロ
ムのみからなる島状の粒子とからなり、各島状の粒子が
相互に結合して多孔質の基材を形成するとともに、この
基材の孔(空隙)に銅Cuが溶浸されている。また、第
4図(B)の特性写真は、モリブデンMoの分散状態を
示すX線マイクロアナライザによる特性X線像で、島状
の白い部分がモリブデンである。さらに、第4図(C)
の特性写真は、クロムCrの分散状態を示すX線マイク
ロアナライザによる特性X線像で、島状に点在する白い
部分がクロムで、このクロム中の灰色の部分がモリブデ
ンリンチの部分である。
また、第4図(イ))の特性写真は、銅Cuの分散状態
を示すX線マイクロアナライザによる特性X線像で、白
い部分が銅である。
したがって、モリブデンの粉末とクロムの粉末とが、各
図(B)、(C)から判るように、相互に拡散結合して
粒子となり、各粒子がほぼ均一に分散した状態で互いに
結合して多孔質の基材を形成し、この基材に溶浸された
銅が、各図(C)、(D)から判るように、クロムと相
互に拡散結合し、全体として強固力結合体を形成してい
ることが判る。
次に前述の第2の方法で且つ5×10−5Torrの真
空中にて形成した第1実施例の組成(Cu50−Mo4
−Cr10)の材料からなるものを、直径60m/m、
厚さ6.5mmの円板に形成し且つ周縁を4m/mアー
ルの丸味を付けた電極にし、そしてこれを第1図に示す
ような構成の真空インタラプタに1対の電極として組込
んで諸性能の検証を行った。その結果は、下記に示すよ
うになった。 1(i)大電流しゃ断能力 12KA(RMS)の電流をしゃ断することができた。
(ii)絶縁耐力 ギャップを3m/mに保持し、衝撃波耐電圧試験を行な
ったところ、±120KV(バラツキ±1OKV)の絶
縁耐力を示した。また、大電流(12KA)のしゃ断後
に同様の試験を行なったが、絶縁耐力に変化はなかった
。さらに、進み小電流(80A)の開閉後に同様の試験
を行なったが、絶絶縁耐力は殆んど変化しなかった。
なお、第2及び第3実施例の組成の電極Sの絶縁耐力は
、いずれもギャップ3m/mで、+110KV、−12
0KVを示した。
(iii)耐溶着性 130Kgの加圧下で、25KA(RMS)の電流を3
秒間通電(IEO短時間電流規格)した後に、200k
gの静的な引き外し力で問題なく引き外すことができ、
その後の接触抵抗の増加は、2〜3%にとどまった。ま
た、1,000kgの加圧下で、50KA(RMS)の
電流を3秒間通電した後の引き外しも問題なく、その後
の接触抵抗の増加は、0〜5%にとどまり、十分な耐溶
着性を備えていた。
(iv)遅れおよび進み小電流しゃ断能力(1)遅れ小
電流(誘導性の負荷)のしゃ断能力試験電流として30
A通電して行なったところ電流さい断値は、平均3.9
A(σn=0.96.n=100)を示した。
なお、第2実施例の組成のものの電流さい断値は、平均
3.7A(σn=1.26、n=100)を示し、また
、第3実施例の組成のものの電流さい断値は、平均3.
9A(σn=1.5、n=100)を示した。
(2)進み小電流(容量性の負荷)のしゃ断能力電圧;
84KV×1.25/√3、80Aの進み小電流試験(
JEC181)を、10,000回行なったが、再点弧
は0回であった。
(v)導電率 導電率は、20−50%(IACS)を示した。
なお、第2.第3実施例の組成のものも同様の値を示し
た。
(vi)硬度 硬度は、106〜182Hv(1kg)を示した。
なお、第2.第3実施例の組成のものも同様の値を示し
た。
さらに、第1実施例の組成の電極を有する真空インタラ
プタと、従来のCu−0.5B1の電極を有する真空イ
ンタラプタとの諸性能を比較したところ、下記に示すよ
うになった。
(i)大電流しゃ断能力 両者同程度である。
(ii)絶縁耐力 Cu−0.5B1電極のものは、10%のギャップで、
第1実施例の組成の電極の真空インタラプタと同じ絶縁
耐力であった。したがって、本発明に係る電極を備えた
真空インタラプタは、Cu−0.5B1電極のものの、
約3倍の絶縁耐力を有する。
(iii)耐溶着性 本発明に係る電極の耐溶着性は、Cu−0.5B1電極
のそれの80%であるが実用上殆んど問題なく、必要な
らば多少電極開離瞬時の引き外し力を増加させればよい
(iv)遅れおよび進み小電流しゃ断能力(1)遅れ小
電流しゃ断能力 本発明に係る電極の電流さい断値は、Cu−0.5B1
電極の電流さい断値の40%と小さいので、しゃ断サー
ジが殆んど問題とならず、かつ開閉後もその値が変化し
ない。
(2)進み小電流しゃ断能力 本発明に係る電極は、Cu−0.5B1電極に比して2
倍のキャパシタンス容量の負荷をしゃ断することができ
る。
なお、前記第2実施例の組成および第3実施例の組成の
電極も、Cu−B1電極との比較において上述した第1
実施例の組成のものとほぼ同様の性能を示した。
しかして、モリブデンが、5重量%未満の場合には、絶
縁耐力が急激に低下し、かつ70重量%を超える場合に
は、大電流しゃ断能力が急激に低下した。
また、クロムが、5重量%未溝の場合には、電流さい断
値が大きくなり、遅れ小電流しゃ断能力が低下し、かつ
70重量%を超える場合には、大電流しゃ断能力が急激
に低下した。
したがって、モリブデンが5重量%未満で、クロムが7
0重量%を超える場合には、上述した結果からも判るよ
うに大電流しゃ断能力および絶縁耐力が急激に低下し、
またクロムが5重量%で、モリブデンが70重量%を超
える場合には、同様に大電流しゃ断能力が急激に低下す
るとともに電流さい断値が高くなる。
さらに、銅が20重量%未満の場合には、導電率の低下
が急激に大きくなり、短時間電流試験後の接触抵抗が急
激に大きくなるとともに、定格電流通電時におけるジュ
ール熱の発生が大きいので実用性が低下した。
また、銅が70重量%を超える場合には。
絶縁耐力が低下するとともに、耐溶着性が急激に悪化し
た。
以上の如く本発明は、20〜70重量%の銅、5〜70
重量%のモリブデンおよび5〜70重量%のクロムの複
合金属からなる真空インタ2プタの電極であるから、従
来のCu−0.5B1電極に比して、真空インタラプタ
の絶縁耐力を飛躍的に高めることができるとともに、真
空インタラプタを大電流のしゃ断能力に優れ、かつ遅れ
および進み小電流のしゃ断能力にも優れたものとするこ
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ゃ断を良
好に行なうことができる。
また、5〜70重量%のクロム粉末とを相互に拡散結合
した多孔質の基材に、20〜70重量%の銅を溶浸させ
て電極材料を形成しているので、機械的強度および導電
率を高めることができる。
さらに、非酸化性雰囲気でモリブデンとクロムの混合粉
末を融点以下の温度で加熱して相互に拡散結合せしめて
多孔質の基材を形成するようにし、この基材に銅を非酸
化性雰囲気中で溶浸せしめるようにしたから、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、優れた電気的特性と機械的
特性を得ることができる。
また、モリブデンとクロンの混合粉末ならびに銅を所定
の容器に納置し、混合粉末の相互拡散結合および銅の溶
浸を同じ非酸化性雰囲気中で行うようにすれば、上述し
た製造方法に加えてその作業工程の一部を省略できる等
の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る電極を備えた真空インタラプタの
縦断面図、第2図(A)、(B)、(C)、(D)はモ
リブデン40重量%、クロム10重量%および銅6゜重
量%の組成割合の電極の特性写真で、同図(A)はX線
マイクロアナライザによる二次電子像、同図(B)、(
C)、(D)はそれぞれモリブデン、クロム、銅の分散
状態を示すX線マイクロアナライザによる特性X線像、
第3図(A)、(B)、(C)、(D)はモリブデン2
5重量%、クロム25重量%および銅60重量%の組成
割合の電極の特性写真で、同図(A)はX線マイクロア
ナライザによる二次電子像、同図(B)、(C)。 (D)はそれぞれモリブデン、クロム、銅の分散状態を
示すX線マイクロアナライザによる特性X線像。 第4図(A)、(B)、(C)、(D)はモリブデン1
0重量%、クロム40重量%および銅50重量%の組成
割合の電極の特性写真で、同図(A)はX線マイクロア
ナライザによる二次電子像、同図(B)、(C)、(D
)はそれぞれモリブデン、クロム、銅の分散状態を示す
X線マイクロアナライザによる特性X線像である。 1・・・絶縁筒、2・・・封着金具、3・・・金属端板
、4・・・真空容器、3・・・電極、6・・・電極棒、
7・・・金属べローズ、8・・・シールド。 」 第3図 第4図 (A) (B) 手続補正書(内光) 昭和58年6月22日付特許頼(1) 2、発明の名称 真空インタラプタの電液材料とその製造方法3、 補止
をする者 事件との関係 出願人 ((310)株式会社 明 電 舎 4、代理人〒104 東京都中央区明石町1番29号 液済会ビル1 書 a補正の内容

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)20〜70重量%の銅、5〜70重量%のモリブ
    デンおよび5〜70重量%のクロムとの複合金属からな
    ることを特徴とする真空インタラプタの電極材料。
  2. (2)5〜70重量%のモリブデン粉末と5〜70重量
    %のクロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の基材に
    、20〜70重量%の銅を浴浸させた設合金属からなる
    ことを特徴とする真空インタラブタの電極材料。
  3. (3)非酸化性雰囲気中においてモリブデンとクロムの
    混合粉木を一点以下の温度で加熱して相互に拡散結合せ
    しめて多孔質の基材を形成せしめ、ついでこの基材に銅
    を非酸化性雰囲気中で浴浸せしめて複合金属としたこと
    を特徴とする真空インタラプタの電極材料の製造方法。
  4. (4)モリブデンとクロムの混合粉末を銅を共に非酸化
    性雰囲気中に納置し、まず銅の融点以下の温度で加熱し
    て前記混合粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材を形
    成せしめ、ついで銅の融点以上の温度で加熱して銅を基
    材に浴浸せしめて複合金属としたことを特徴とする真空
    インタラプタの電極材料の製造方法。
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