KR0154988B1 - 진공 회로차단기용 접점재료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공회로차단기용 접점재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이 접점재료는 동성분, 크롬성분 및 비스무스 성분을 포함하고 동성분과 비스무스성분을 포함하는 제 1상과 크롬성분을 포함하고 제 1상간에 개재되는 제 2상을 갖는 금속조직을 갖는다. 이 조직에서 제 1상과 제 2상간의 계면은 경계선위에 있는 10㎛의 직선거리의 임의의 2점에 의해서 경계선의 선분이 한정될 경우에 10㎛의 직선거리에 대한 선분의 길이의 비가 1.0∼1.4정도의 범위내에 있는 실질적으로 평활한 경계선으로서 합금조성물의 조직단면에서 나타난다.

또 경계선에 의해서 한정되는 면적와 같은 면적을 갖는 이상적인 원의 원주길이에 대한 경계선의 길이의 비가 1.0∼1.3정도의 범위에 있는 원형에 경계선이 가까워질 수 있다.

상기 접점재료에서 크롬성분이 20∼60중량% 정도의 함량으로 포함하는 것이 바람직하고 비스무스성분과 동성분과의 합계에 대한 비스무스성분의 비가 0.05∼1.0중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.

Description

진공 회로 차단기용 접점 재료 및 그 제조 방법

제1도는 본 발명에 의한 접점 재료가 적용되는 진공 회로 차단기의 일 예를 나타낸 종단면도.

제2도는 제1도에 나타낸 회로 차단기에 장착되는 접점부를 나타낸 확대 단면도.

제3a도는 본 발명에 의한 접점 재료의 전형적인 금속 조직을 나타내는 도면.

제3b도는 금속 조직의 계면의 연속성을 설명하기 위한 비교예를 나타낸 도면.

본 발명은 진공 회로 차단기용 접점 재료에 관한 것이며, 구체적으로는 내용착 특성 및 내전압 특성이 개량된 접점 재료에 관한 것이다.

진공 회로 차단기용 접점 재료는 접점이 서로 접촉될 때의 내용착성, 내전압성과 회로가 차단될 때의 접점들을 가로질러 누설되는 전류를 완전하게 방지하는 등 우수한 재료 특성이 기본적으로 요구된다. 또한 접촉시의 온도 상승이 적고 접촉 저항이 낮은 레벨로 안정되어 있는 것이 요구되고 있다. 그러나 이들 요건들은 상반되는 것이 있기 때문에 단일 금속을 사용하여 모든 요건을 만족시키기가 어렵다. 각 원소의 결함 물성을 보충하기 위하여 대부분의 접점 재료들은 2종 이상의 원소가 조합되어 있다. 이렇게 해서 재료 특성이 향상되어 이 접점 재료가 특수 조건, 예를 들어 대전류, 고전압 등에 사용할 수 있는 것이다. 따라서 이들 개량된 재료가 단일 원소 재료에 비해서 우수하다. 그러나 현재까지 더욱 대전류화 고전압화에 요구되는 최근의 경향을 취급하는데 충분한 물성을 갖는 접점 재료는 발견되지 않았다.

대전류 용도의 종래 기술의 접점 재료의 일 예가 일본국 특공소 41-12131호 공보에 개시되어 있고, 그것은 내용착성 성분으로서 비스무스 성분을 5중량% 이하로 함유한 동-비스무스(Cu-Bi) 합금이다. 그러나 이 Cu-Bi 합금 재료에서는 Cu 모상에 대한 Bi의 용해도가 극도로 낮아 합금 중의 Bi 성분의 편석이 생겨, 그 결과 이 Cu-Bi 재료는 이 합금으로 제조한 접점들의 접촉면이 용이하게 매우 거칠어져 버리는 문제가 있고, 이 합금물 접점 부품으로 성형 및 가공하기 어려운 문제를 안고 있다.

한편, 대전류용 기타 재료로서 일본국 특공소 44-23751 공보에 동-텔루륨 합금 재료가 사용됨이 개시되어 있다.

이 합금은 상기 Cu-Bi 합금 재료에 존재하는 문제는 없으나 Cu-Bi 합금 재료와 비교하면 Cu-Te 합금이 주위 분위기에 더욱 민감하고 접촉 저항의 안정성이 충분치 않다.

또 상술한 Cu-Te 및 Cu-Bi 합금 접점 재료들은 내용착성이 우수하지만 고전압 분야에의 적용에 대해서는 공히 만족스럽지 못하다.

그에 더하여 그들의 내전압 특성이 중간 전압 레벨로 사용하는 데에만 충분하다.

진공 회로 차단기용의 다른 접점 재료로서는 동-크롬 합금이 종래 기술로 알려져 있다. 이 합금 재료에서는 Cr 성분과 Cu 성분의 열특성이 고온에서 접점 재료로서 바람직한 상태를 발휘한다. 따라서 이 합금 재료의 특성들은 고전압과 대전류용으로 적합하다. 따라서 Cu-Cr 합금 재료가 내 고전압 특성과 대 차단 용량을 양립시킬 수 있기 때문에 광범위하게 사용되었다.

그러나 내용착성이 상기 Cu-Cr 합금 재료가 5% 이하의 Bi 성분을 갖는 상술한 Cu-Bi 합금에 비해서 대폭으로 떨어진다.

여기서 용착 현상이라 함은 접점끼리의 접촉면에 발생하는 주울열에 의해서 접점 재료가 용해된 후에 응고되는 제1의 경우와 접점이 개폐될 때에 접점간에 생기는 아크 방전에 의해서 접점 재료가 증발된 후에 응고되는 제2의 경우가 있다. 어느 경우에도 상술한 Cu-Cr 합금 재료 내의 Cu 성분과 Cr 성분은 1㎛ 이하의 크기를 갖는 미립자를 생성하고 서로 임의로 혼합되어 수 ㎛ ∼ 수 100㎛의 두께를 갖는 층을 형성한다.

일반적으로 조직의 초 미세화는 재료의 강도 향상에 기여한다. 상기 Cu-Cr 합금 재료도 예외는 아니므로 미립자층의 강도가 향상된다. 그 결과 초미세 Cu-Cr층의 강도가 Cu-Cr합금 재료의 매트릭스의 강도보다 크고 매트릭스 강도가 설계된 기계력치를 초과하면 용착 현상이 생긴다.

따라서 Cu-Cr 합금 접점 재료를 사용한 회로 차단기에 있어서 그 조작 기구를 Cu-Bi 합금 재료를 사용한 경우보다도 기계적 분리력이 크게 설계되어야 한다.

그러나 소형화와 경제성이라는 점에서 곤란하다.

상기 문제점에 의해서 Cu-Cr-Bi 접점 재료가 일본국 특공소 61-41091에 제안되어 있다. 이 접점 재료는 Cu-Cr 합금의 내용착성을 향상하기 위하여 Bi 성분을 첨가한 것이다.

이 개량된 재료는 더 우수한 내용착성을 갖지만 Bi 성분의 첨가로 인하여 극히 취약하다. 또 내전압성이 감소되고 재점호 발생빈도가 증가된다.

결과적으로 상술한 각종 요건을 만족시킬 수 있는 접점 재료는 종래 기술에 의하여 제공되지 않았다.

이들 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 내용착성을 유지하면서 내전압 특성의 감소없이 재점호 발생 빈도의 증가를 방지할 수 있는 진공 회로 차단기용 접점 재료 및 그 접점 재료의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 진공 회로 차단기용 접점 재료는 동 성분, 크롬 성분 및 비스무스 성분을 포함하고 동 성분과 비스무스 성분을 포함하는 제1상과, 크롬 성분을 포함하는 제2상을 포함하고 제1상중에 개재되어 제1상과 제2상간에 계면을 갖고 이 계면이 합금 조성물의 구성 단면에 경계 선분이 10㎛의 직선 거리로 경계선 위에 위치하는 2개의 임의의 점에 의해서 한정될 때에 직선 거리 10㎛에 대한 선분 길이의 비가 1.0∼1.4 정도의 범위 내에 있도록 실질적으로 원활한 경계선으로 나타나는 금속 조직을 갖는다.

합금 조성물의 조직 단면에 나타난 계면은 원에 근사하여 경계선에 의해서 한정되는 면적과 동일 면적을 갖는 이상적인 원의 원주 길이에 대한 경계선의 길이의 비가 1.0∼1.3 정도의 범위에 있다.

또 동 성분, 크롬 성분 및 비스무스 성분을 포함하는 합금 재료를 제조하는 방법은, 동 성분, 비스무스 성분 및 크롬 성분을 위한 원 재료로부터 합금 조성물이 동 성분과 비스무스 성분을 포함하는 제1상과, 크롬을 포함하는 제2상을 포함하고 제1상중에 개재되게 금속학적 처리를 거쳐서 합금 조성물을 제조하는 단계(A); 및 크롬 성분이 실질적으로 원활한 계면과 경계를 이루도록 크롬 성분을 처리하는 단계(B)를 포함하고 있다.

접점 재료는 20∼60 중량% 정도의 함량으로 크롬을 포함하는 것이 바람직하다.

또 접점 재료는 비스무스 성분과 동 성분의 합계에 대한 비스무스 성분의 비가 0.05∼1.0 중량% 정도의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해서 내전압 특성과 Cu-Cr-Bi 합금 조성물의 전류 누설을 방지하는 능력을 향상할 수 있는 동시에 현저한 내용착성을 재료에 제공할 수 있는 것이다.

재점호 현상의 발생에 대해서는 아직도 명백하지 않은 많은 요인들이 남아 있다. 미립자설, 전계 방사설 등의 각종 가설이 재점호 기구에 대해서 제안되었다. 구체적으로는 재점호 현상에 응할 수 있는 두 가지 요인은 접촉면의 미시적 요철(凹凸)과 미립자의 존재이다.

Cu-Cr-Bi 접점 재료에 있어서, Bi 성분은 합금에 존재하는 4형태에 의해서 Bi 성분이 분류된다. 즉, Cu 매트릭스 상에 고용된 제1형태, Cr 입자와 Cu 매트릭스간의 계면에 있는 제2형태, Cu 매트릭스의 입자 경계에 있는 제3형태, 및 Cu 매트릭스의 결정 입자내에 응결되어 있는 제4형태이다. 첫째로, 기재(base material)의 강도의 저감을 방지하고 상기 설들에 의해서 재점호 발생 빈도를 감소시키기 위하여 Cu 매트릭스의 결정 입자의 크기의 증대를 시도하였으나 만족스러운 효과를 아직까지 얻지 못했고 단지 한정된 효과를 얻었을 뿐이다.

본 발명의 발명자 등에 의한 연구에 의하면, 국부적으로 요철로 된 접점 면에 약간의 용착이 발생될 경우에 내압성과 접점의 재점호 발생 빈도가 접점 재료 중의 Cr 입자의 금속 조직학적 형태에 의존한다.

즉 Cu 입자들과 Cu 매트릭스 선들간의 게면이 Cu-Cr-Bi 재료의 개량에 있어서 중요한 팩터이다.

상술한 바와 같이, Bi 성분의 일부가 Cr 입자와 Cu 매트릭스간에 위치하므로 Cr 입자가 Cu 매트릭스 밖으로 떨어져 나오려는 경향이 있어 접점 면에 요철을 만들게 된다.

하나의 접점 면 밖으로 떨어져나가 다른 접점 면에 부착하여 전계 방사의 요인이 될 가능성이 높고, 발명자 등의 연구에서 표면의 요철이 심한 Cr 입자는 표면의 요철이 적은 Cr 입자에 비해서 내압치가 저하되고 재점호 발생 빈도가 높다는 것이 나타났다.

이상 설명한 바와 같이, 내압성과 접점 재료의 재점호 발생 빈도가 Cr 입자의 형태에 따라서 변화함은 명백하나 그 변화의 원인은 아직도 완전히 알지 못한다.

더 구체적으로는, 구상 또는 Cr 입자 면의 요철이 없고 Cu와 Cr 성분들간의 계면의 연속성 또는 원활성에 의해서 내압성과 Cu-Cr-Bi 접점 재료의 재점호 발생 빈도가 종래의 Cu-Cr 접점 재료에 의해서 제공되는 레벨과 같은 레벨에 도달한다.

도면을 참조하여 본 발명에 의한 접점 재료의 실시예를 설명하겠다.

먼저 본 발명에 의한 접점 재료가 적용될 수 있는 진공 회로 차단기를 제1도 및 제2도를 참조하여 설명하겠다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 차단기실(1)이 절연 케이스(2)와 덮개 부재들(4a, 4b)로 구성되어 있다. 절연 케이스(2)는 절연 재료로 대략 원통형으로 형성되어 있다.

덮개 부재들(4a, 4b)은 절연 케이스(2)의 양단에 밀봉 금속부재들(3a, 3b)을 거쳐서 배치되어 있어 절연 케이스(2)의 내부가 기밀로 유지되어 있다. 차단기실(1) 내에 전기적 도전봉들(5, 6)이 케이스 내의 그들의 각 단부가 서로 대향하게 위치되도록 배치되어 있다.

한 쌍의 전극(7, 8)이 도전봉의 각 배치 단부에 배치되어 있다. 상부 전극(7)은 고정 전극이고, 하부 전극(8)은 가동 전극이다.

가동 전극(80은 밸로스(9)가 장치되어 가동 전극(8)이 차단기실(1) 내의 기밀 상태를 유지하면서 축선 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 밸로스(9)에는 금속 아크 실드(11)가 설비되어 아크 금속 증기로 덮이는 것을 방지하고 있다. 또 금속 아크 실드(11)가 차단기실(1) 내에 설비되어 전극들(7, 8)을 덮고 있다.

이 아크 실드(11)는 절연 케이스(2)에 아크 금속 증기가 덮이는 것을 방지할 수있다. 접점부의 확대도인 제2도에 나타낸 바와 같이, 전극(8)이 도전봉(6)의 납땜부(12)에 땜납에 의해서 고착되어 있다.

다른 방법으로는 전극(8)이 도전봉의 부분(12)에 코킹에 의해서 압착 접속시킬 수 있다.

접점(13a)은 땜납(14)에 의해서 전극(8)에 고착된다. 마찬가지로 접점(13b)이 고정 전극(7)에 부착된다.

본 발명에 의한 접점 재료가 상술한 접점들(12a, 12b) 모두에 적합하다.

다음에 본 발명에 의한 접점 재료를 제조하는 방법을 설명하겠다.

본 발명의 접점 재료는 그 것에 함유된 Cr 입자들의 형태에 의해서 특징지워진다.

따라서 접점 재료를 제조하는데 사용되는 Cr 원료 분말의 입자 형태가 본 발명의 가장 중요한 태양 중의 하나이다. 이 때문에 Cr 원료 분말을 제조하는 일반적 방법을 이하에 설명하겠다.

일반적으로 Cr 원료 분말은 환원법, 전기 분해법 등 반응 공정을 사용하여 거친 Cr 분말 형태로 얻어지고, 그 다음에 바람직한 입자 크기를 갖는 소재 Cr 분말을 만들기 위하여 분쇄한다. 그 결과 입자들은 요철이 심한 각 형태로 된다.

이 Cr 원료 분말은 적당한 농도의 염산 등의 산에 의한 침식 처리 등 화학적 처리 또는 열처리에 의해서 분말 입자들이 평활하게 변형될 수 있다. 이와 같이 요철을 없앤 Cr 분말이 본 발명에 의한 접점 재료를 제조하는데 사용된다. 이들 사전 처리를 하지 않아도, 용침법을 제조 공정 중에 사용하면, 거친 Cr 원료 분말을 접점 재료를 제조하는 데 사용할 수 있다. 그에 대해서 이하에 상세히 설명하겠다.

본 발명에 의한 Cu-Cr-Bi 접점 재료의 제조 방법은 일반적으로 2형태로 분류된다.

그 중 하나는 용침법(infiltration method)이고, 다른 하나는 고상법(solid sintering method)이다. 각 방법에 의한 실시예를 각각 이하에 설명하겠다.

용침법에서는 바람직한 입자 크기를 갖는 Cr 분말을 가압하여 Cr 압분체를 얻는다.

그런 후에 Cr 압분체를 노점이 -50℃ 이하의 수소 분위기 또는 진공도가 1×10^-3Torr 이하의 감압 하에 소정의 온도, 예를 들어 950℃에서 1시간 가소결하여 가소결체를 얻었다.

그 다음에, 소정의 Bi 성분을 함유하는 Cu-Bi 합금 또는 Cu-Bi 분말의 압분체 중의 하나를 용융시켜 가소결 Cr 체의 잔류 기공(pores) 내로 침입시킨다. 각형의 소재 Cr분말이 제1단계에 사용되면 Cr 분말 입자의 각형이 Cu-Bi 용침 단계에서 Cu 성분이 용융되는 온도에 필요한 기간동안 Cr 압분체를 유지함으로써 평활한 원형으로 만들 수있다. 여기서 이 용침은 수소 분위기 또는 감압 분위기 중의 어느 분위기에서도 행할 수 있음을 주기해 둔다.

고상 소결법에서는 Cr 원료 분말을 Cu 분말 및 Bi 분말과 소정 비율로 혼합하여 이 혼합 분말을 프레스기를 사용하여 가압하여 Cu-Cr-Bi 압분체를 제조한다. 이 압분체를 노점이 -50℃ 이하의 수소 분위기 또는 1×10^-3Torr 이하의 감압 분위기에서 소결한다. 이 소결체를 재가압하고 재소결한다. 이 재가압 및 소결 공정을 소망하는 Cu-Cr-Bi 축소 재료가 얻어질 때까지 수회 반복한다.

여기서 Cr 분말 입자의 평활화 방법은 상술한 방법에 한정되는 것은 아니다.

물론 요철이 심한 Cr 분말 입자는 분말 입자가 Cu-Cr-Bi 압분체의 소결 중에 변형될 수 있게 가열 온도의 조정에 의해서 적합하게 변형시킬 수 있다.

최종 접점 재료는 거의 구형의 Cr 입자를 함유하고 이 재료가 실제로 접점으로 사용되는 경우에 Bi 성분을 포함하지 않는 Cu-Cr 접점 재료와 같은 레벨로 내압 특성을 유지할 수 있다.

이제 본 발명에 의한 접점 재료의 금속 조직과 물성간의 관계를 표 1 및 표 2에 나타낸 실시예들과 비교예에 의해서 상세히 설명하겠다. 각 물성의 시험 방법 및 시험 조건은 다음과 같다.

(1) 내용착성

25㎜ψ의 직경을 갖는 원판상 시료 위에, 25㎜ψ의 직경을 갖고 구면이 상기 시료의 원형 표면에 대향된 채 구면의 팁 표면이 100R의 곡률 반경으로 휘어져있는 가압 로드를 10^-5㎜Hg의 감압하에서 100㎏의 하중을 가한다. 이 상태에서 50Hz, 20kA의 전류를 20밀리초간 통전하여 그 때의 시료-로드간의 필요한 기계적인 용착 분리력을 측정하여 비교예 1의 시료의 용착 분리력을 1로 하였을 때의 상대치로 나타냈다. 비교예 1에서는, 상대치를 1로 하여 후술하는 고상 소결법을 사용하여 시료를 제조하였다.

각 예에 대해서 3개의 시료를 측정에 사용하였다. 이 3개의 상대치의 분포 범위를 시료의 내용착성을 평가하기 위하여 표 1 및 표 2의 내용착성란에 나타냈다.

(2) 내전압 특성

각 접점 합금에 대해서 비프 연마에 의해서 거울면 마무리 작업을 한 Ni침을 양극으로 하고 마찬가지로 거울면 마무리 작업을 한 각 시료를 음극침으로 하였다.

양극과 음극침은 서로 대향 배치하고 0.5㎜의 거리로 세트하고 10^-6㎜Hg의 감압 하에 서서히 전압을 증가시켜 그들간에 스파크가 발생한 순간에 가해진 전압을 측정하여 내 정전압치로 구했다.

비교예 1의 내 정전압치를 1로 하였을 때의 상대치를 나타냈다.

측정은 각 예에 대해서 3회 계속했다. 시험한 시료의 내전압 특성을 평가하기 위하여, 3개의 상대치의 평균치를 표 1 및 표 2의 내 정전압란에 나타냈다.

(3) 재점호 발생 빈도

직경이 30㎜, 두께가 5㎜를 갖는 한 쌍의 원판상 시료 접점면을 분리 가능한 진공 회로 차단기의 전극들에 450℃의 온도로 30분간 베이킹하여 부착시켰다. 여기서 시료의 설치를 땜납을 사용하거나 납땜을 위한 가열없이 하였다. 그런 후에 이 회로 차단기를 6kV×500A의 회로에 연결했다.

이 상태로 접점을 2000회 반복 분리시키고 이 동안에 재점호 발생 빈도를 재점호 발생 회수를 계수하여 구했다.

2대의 진공 회로 차단기를 사용하여, 6쌍의 시료들을 각 예들을 위한 분리 시험을 하였다.

재점호 발생 빈도의 6개의 값의 분포 범위를 표 1 및 표 2의 재점호 발생 빈도란에 나타냈다.

(4) Cu/Cr 계면의 비 둘레(specific circumference) 및 연속성(평활성)

각 예를 위한 접점 재료의 단면 조직에서 Cr 입자의 실제 둘레를 측정하여 Cr 입자가 갖는 동일 표면적을 갖는 이상적인 원들과 비교한다. 이상적인 원들의 둘레에 대한 실제 둘레의 비의 평균치를 비 둘레로 하고 표 1 및 표 2에 나타냈다.

여기서 실제 둘레의 비 둘레의 값이 1에 가까워질수록 원에 가까운 모양이고 1 보다도 커질수록 실제 둘레는 원형을 상실한다.

Cr 입자와 Cu 매트릭스상간의 계면의 연속성 또는 평활성을 제3a도 및 제3b도를 참조하여 설명할 수 있다. Cu/Cr 계면이 연속으로 간주되는 단면 조직의 설명예를 제3a도에 나타냈고, 불연속 계면을 갖는 조직의 설명예를 제3b도에 나타냈다.

도면에서 알수 있는 바와 같이, 제3a도의 Cr 입자와 Cu 매트릭스상의 경계선은 거의 평활하거나 또는 연속적 커브에 의해서 둘러싸여 있다. 그리고 실질적으로 현저히 각지거나 예리한 부분이 없다.

그 상태에서 10㎛의 직선 거리에 대한, 10㎛의 직선 거리에 있는 경계선에 위치한 임의의 2점간의 경계 선분의 길이의 비가, 거의 1.0∼1.4의 범위 내에 있음을 측정할 수 있었다.

따라서 본 발명에서는 계면이 실질적으로 약 200배율로 확대된 금속 조직의 확대도에 각진 부분이 없는 경우 또는 직선 거리에 대한 경계 선분의 길이의 비가 상기 범위 내에 있을 경우에 그와 같은 계면을 실질적으로 연속적으로 원활한 것으로 간주할 수 있다. 이에 대해서 제3b도의 Cr 입자와 Cu 매트릭스상간의 경계선은 많은 각진 부분과 예리한 부분을 갖고 있다. 그런 경우에 계면은 불연속으로 간주된다.

[비교예 1]

화학 처리를 하지 않은 각형 Cr 원료 분말을 사용하여 종래의 Cu-Cr 접점 재료의 고상 소결법에 의해서 제조했다. 생성 Cu-Cr의 상술한 재료 특성들을 측정했다.

표 1에 나타낸 내용착성에 대한 측정치와 내 정전압치를 다음 실시예들의 데이터 평가를 위한 표준치로서 사용했다.

[비교예 2, 비교예 3 및 실시예 1∼4]

비교예 2, 3 및 실시예 1을 위한 Cu-Cr-Bi 접점 재료를 Cr 원료 분말의 형태에 대한 파라미터를 변화시켜 비교예 1에 설명한 바와 동일 방법으로 제조하였다. 생성 Cr 입자 단면 조직의 비 둘레치들과 형태들, Cu/Cr 계면의 연속성 및 재료 특성의 측정 결과를 표 1에 나타냈다.

비교예 2 및 3의 결과에 나타낸 바와 같이, 접점 재료에 함유된 Cr 입자들이 각진 모양을 갖고 Cu/Cr 계면이 불연속일 경우에는 비 둘레치에 상관없이 내 정전압치는 감소되는 경향이고 재점호 발생 빈도는 증가되는 경향이다.

제1 실시예에 나타낸 바와 같이, 구형의 소재 Cr 분말을 사용하여 접점 조직도 원형의 Cr 입자인 경우에는 개량된 내 정전압치와 재점호 발생 빈도를 달성한다.

실시예 2∼4의 시료들로서 용침법에 의해서 Cu-Cr-Bi 접점 재료를 제조하였다. 실시예 2의 결과에 나타낸 바와 같이 현저하게 큰 비 둘레치를 갖는 Cr 분말이 소재로 사용되어 큰 비 둘레치를 갖는 Cr 입자를 포함하는 접점 재료를 얻을 경우에 내 정전압치는 감소되고 재점호 발생 빈도는 증가한다.

이와 반대로 Cr 입자의 비 둘레치가 1.1∼1.2 정도이고 원에 더 가까운 형태일 경우에 또 Cu/Cr 계면이 실시예 1, 3 및 4에 나타낸 바와 같이 연속적인 경우에는 제조법에 상관없이 만족스러운 결과를 내 정전압치와 재점호 발생 빈도에 대해서 얻을 수 있다.

결과적으로 Cu-Cr-Bi 접점 재료들의 전기적 재료 특성을 평가할 경우에, 소재 Cr 분말의 형태, 제조법, 접점 재료 조직 중의 Cr 입자의 형태, Cr 입자들의 비 둘레치들 및 Cu/Cr 계면의 연속성 등을 고려하는 것이 상책이다.

이와 같은 접근 방법을 사용하여 평활하고 연속적 계면을 제공하면서 Cr 입자들의 비 둘레치가 1.3 이하의 범위 이내로 제한하는 방식으로 생성 접점 재료의 조직 중의 Cr 입자들을 제어함으로써 더 유익한 결과를 달성할 수 있다는 것을 발견했다.

[실시예 5∼8]

실시예 5∼8 및 이전의 실시예 3에 있어서의 Cr 성분의 바람직한 양을 알기 위하여 접점 재료 중의 Cr 함량을 Bi/(Bi+Cu)의 비를 대략 일정 레벨로 조정하여 파라미터화 하였다. 구체적으로는 실시예 5∼8 및 실시예 3에서 제조된 접점 재료에 10.3 중량%, 21.0 중량%, 59.0 중량%, 70.1 중량% 및 48.1 중량%의 Cr 성분을 각각 첨가했다.

그들 재료 특성은 표 2에 나타낸 바와 같이 이들 재료 모두가 내용착성은 현저하게 좋아졌다. 반면에 10.3 중량%의 Cr 성분을 함유한 실시예 5의 접점 재료는 재점호 발생 빈도는 충분하였으나 내압치는 Cu 성분의 과도한 함량 때문에 떨어졌다.

70.1 중량%의 Cr 성분을 함유하는 실시예 8에서는 접점 재료는 Cr 성분의 과도한 함량 때문에 더 취약했고 내압성과 재점호 발생 빈도에 관한 결과는 특별히 좋은 것은 아니었다. 반면에 실시예 3, 6 및 실시예 7의 다른 접점들로부터는 내전압성, 재점호 발생 빈도 모두 다 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.

결과적으로, 바람직한 Cr 성분의 함량은 대략 20∼60 중량% 범위 이내로 결정되었다.

[실시예 9∼12]

실시예 9, 12 및 이전의 실시예 3에 있어서 표 2에 나타낸 바와 같이 Bi/(Bi+Cu)비를 파라미터로 하여 변화시켜 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.98 중량%, 5.3 중량% 및 0.45 중량%의 Bi/(Bi+Cu)비로 각각 Bi 성분을 함유하는 접점 재료를 제조하였다. 한편 Cr 함량은 50 중량% 정도의 일정 레벨로 조정하였다. 실시예 9와 같이 더 적은 양의 Bi 성분을 함유하는 재료들은 내 전압성 및 재점호 발생빈도가 양호하였으나 Bi 성분을 포함하지 않는 비교예 1의 재료에 비해서 내용착성은 향상되지 않았다.

한편 실시예 12와 같이 더 많은 양의 Bi 성분을 함유하는 재료에 있어서는 내 전압성이 현저히 떨어지고 재점호 발생 빈도가 극적으로 증가되었다. 그러나 Bi/(Bi+Cu)비가 0.05 중량%, 0.98 중량% 및 0.45 중량%로 각각 Bi 성분을 함유한 실시예 10, 11 및 실시예 3의 접점들은 내 용착성, 내 전압성 및 재점호 발생 빈도에 대해서 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.

따라서 바람직한 Bi/(Bi+Cu)비는 대략 0.05∼1.0 중량% 범위이내로 결정되었다.

상기 실시예들에서는 접점 재료를 고상 소결법 또는 용침법을 사용하여 제조하였으나 본 발명에 의한 것과 같은 접점 재료는 다른 제조법을 사용하여 얻을 수 있고 실질적으로 동일 결과를 달성할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고 특히 청구범위에 의해서 한정되는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 많은 개변을 할 수 있다.

Claims (2)

1. 동(Cu) 성분, 크롬(Cr) 성분 및 비스무스(Bi) 성분을 포함하고, 금속학적 조직을 갖는 합금 조성물에 있어서, 상기 동 성분 및 상기 비스무스 성분을 포함하는 제1상; 및 상기 크롬 성분을 포함하고 상기 제1상중에 개재되어 상기 제1상과의 사이에 계면을 갖는 제2상을 구비하며, 경계 선분이 직선 거리 10㎛를 두고 경계선 상에 위치하는 임의의 2점으로 한정될 때, 직선 거리 10㎛에 대한 상기 경계 선분의 길이의 비가 1.0∼1.4의 범위 이내가 되어, 상기 계면이 상기 합금 조성물의 조직 단면에 실질적으로 평활한 경계선으로 나타나고, 상기 크롬 성분은 20∼60 중량%의 함량이 포함되고, 상기 비스무스 성분과 상기 동 성분의 합에 대한 상기 비스무스 성분의 비는 0.05∼1.0 중량%의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 진공 회로 차단기용 접점 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 평활한 경계선은, 경계선에 의해서 한정되는 면적과 동일 면적을 갖는 이상적 원의 원주 길이에 대한 경계선의 길이의 비가 1.0∼1.3의 범위 이내가 되어, 더욱 원에 근접하게 되는 것을 특징으로 하는 진공 회로 차단기용 접점 재료.