KR100351881B1

KR100351881B1 - 진공인터랩터(ＶａｃｕｎｍＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ) 접점의 제조방법

Info

Publication number: KR100351881B1
Application number: KR1019990044718A
Authority: KR
Inventors: 김병욱
Original assignee: 엘지산전 주식회사
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2002-09-12
Also published as: KR20010037293A

Abstract

본 발명은 진공차단기의 진공인터랩터(Vacuum Interrupter) 부품을 이루는 크롬(Cr)-동(Cu)계 합금으로된 접점의 제조시 접점 내부에 산소함량을 억제시켜 내전압 변동을 적게하는 것에 관한 것으로, 이에 따른 구성은 환원처리된 Cr분말 20∼60중량%, 훤원된 Cu분말 , C분말 500∼1000ppm 조성되게 혼합하여 벌크의 85% 이하의 밀도가 되게 성형하고, 진공 분위기에서 소결처리 하여서됨을 특징으로 하는 진공인터랩터(Vacuum Interrupter) 접점의 제조방법으로 이루어진다.

Description

진공인터랩터(ＶａｃｕｎｍＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｒ) 접점의 제조방법{method for fabricating of point of contact in vacuum interrupter}

본 발명은 진공차단기의 진공인터랩터(Vacuum Interrupter) 접점의 제조방법에 관한 것으로, 특히 크롬-동(Cr-Cu)계 분말과 미량의 탄소(C)분말을 적절히 조성하여 소결하므로서 접점 소재 내부에 산소함량을 억제시켜 내전압 변동을 적게하는데 적합한 접점의 제조방법에 관한 것이다.

진공차단기(Vacuum circuit Breaker)의 핵심 부품인 진공인터랩터는 도 1과 같이, 세라믹으로된 절연통(1), 쉴드(Shield)(2), 리테이너(Retainer)(3), 벨로우(Bellows)(4), 씨일컵(Seal Cup)(5), 접점(6)과 전극(7), 부싱가이드(Bushing Gui de)(8)등으로 구성된다.

상기 구조에서 전극(7)과 접점(6)은 도전성 금속(Cu 또는 Ag) 과 이 보다 더 높은 융점을 가지는 내화성 금속(Cr, Co. Ni, Fe, Ta, W, Mo)등으로 구성된 진공차단기용의 Cr-Cu계 합금으로써, 예를 들면 차량용 전환스위치 및 범용의 진공차단기 등에 널리 상용될 수 있다.

이와 같은 합금으로 조성된 전극 및 접점을 제조함에 있어서는 상기 합금 원료를 혼합 용해, 주조 성형하여 응고시키는 용해법이 있으며, 용해시 두가지 성분으로 분리되어 합금으로 되기가 어렵거나 용해도가 낮은 경우, 도 2와 같이 Cr분말과 Cu분말을 혼합하여 성형, 소결, 가공하는 소결법이 있다.

소결법은 일반적으로 산화의 문제점을 안고 있으며, 일본 특개소 50-55870호에서는 산화 방지를 위한 일환으로서 고진공 또는 환원성 분위기에서 소결하는 방법이 지시되고 있으나, 원료 분말이 먼저 탈가스되거나 소결이 진공 또는 환원 분위기에서 행해진다 하여도 내전압의 변동성이 개선되지 않는등 산화된 Cr입자를 환원하거나 접접 내부의 Cr입자의 산소를 감소시키는 것이 충분하지 못하여 제조 후에도 잔존하게 되는 문제점이 있다.

이러한 Cr표면의 산화층을 없애기 위하여 국내 특허공보 92-3464호에서는 Cr분말 60∼90중량%, Cu분말 10∼40중량% 조성되게 혼합한 성형체를 고순도의 수소 분위기에서 예비 소결한 후 이어서 열간등압 압축성형 처리(HIP)하고, 소결처리 하는 방법이 제안되고 있다. 그러나 이와 같은 방법에서는 예비소결이 행해지는 수소분위기의 노점(dew point)을 저노점(-70℃ 이하)으로 유지하는 것이 상당히 어렵고 , 열간등압 압축성형처리를 위한 설비를 필요로 하는 등 작업의 복잡성 및 설비의 증대로 제조원가의 상승 요인이 되고 있으며, 일반적으로 산화가 적게된 Cr분말을 사용하여 접점을 제조하고 있으며 , 이렇게 접점 제조후에도 산소가 잔존하게 됨에 따라 Cr 표면이 산화가 많이 되었을 경우는 접점 제조후에 접점 내부에 산소가 많이 함유하게 되며 부하개폐 및 단락전후 이 산소가 진공인터랩터 내부에 방출하여 내전압 변동이 있을 수 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 환원된 Cu분말과 Cr분말에 미량의 탄소(C)분말을 적절히 조성하여 진공 소결함으로서 Cr과 결합되고 있는 산소량을 제어하여 접점 단락전후 및 부하개폐 전후의 내전압 변동을 적게하는등 고 내전압 특성을 갖는 진공인터랩터의 접점을 제조하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 진공인터랩터의 구조도

도 2는 도 1의 접점 소재에 대한 종래의 제조공정도

도 3은 본 발명의 접점 소재에 대한 제조공정도

도 4는 Cr-O-C 시스템 다이어그램을 나타낸 상태도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6 : 접점 7 : 전극

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 환원처리된 Cu분말, Cr분말, C분말을 혼합하여 성형하고, 진공 분위기에서 소결처리 하여서된 진공인터랩터의 접점을 제조하는 방법으로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 제조 공정도를 나타낸 것으로, Cr분말 20∼60중량%, 환원된 Cu분말 40∼80중량%(예로서 수소로 환원된 Cu를 들수 있다), C분말 500∼1000ppm 조성되게 혼합하여 성형한다. 상기 혼합물을 성형함에 있어서는벌크(Bulk)의 85% 이하의 밀도로 성형한다. 이어서 진공로에서 1050∼1300℃온도 및 진공도 10^-3Torr 이상의 진공분위기에서 소결처리한다.

상기한 본 발명에서 Cr과 Cu의 조성은 서로 상관 관계에 있는 것으로, Cr함량이 너무 적으면 내용착성이 낮으며, 아아크(Arc)에 잘견디기 위하여 고융점인 내화물이 필요하다. 또한 그 양이 너무 많으면 전기전도도 및 열전도도 등이 떨어진다. 따라서 Cr함량을 20∼60중량% 범위로 하였다.

그리고 Cu의 경우는 특히 전기전도도 및 열전도도와 관련하여 첨가한 것으로 , 그 양이 너무 적으면 상기 특성을 얻을 수 없으며, 그 양이 너무 많으면 반대로 Cr량이 적게되는 결과에 따른 문제가 발생한다.

그리고 C의 경우, V.I용 접점은 주로 Cr환원의 미처리시 300∼1500ppm 정도의 산소가 함유한다. 이 산소량에 맞추어 산소를 저감시키기 위하여 500∼1000ppm이 적당하다. 따라서 너무 적으면 환원의 효과가 없으며, 너무 많으면 접점 소결 과정에서 소결 상태가 좋지 않으며 또한 차단 특성도 떨어진다.

상기한 혼합분말을 성형함에 있어서는 Power 상태가 일반적으로 20∼40% 이론밀도이므로 성형밀도는 40% 이상 부터이며, 소결시 가스 배출을 위해서 85% 이상은 좋지 않아 이론밀도는 40∼85%가 적당하다.

그리고 소결시 온도가 1050℃ 이하면 소결 수축량이 너무 적어 접점 내부에 기공 등이 많고, 1300℃ 이상이면 소결후 접점이 형상을 유지하기 어렵고 제조비용도 높다.

상기와 같은 본 발명은 소결처리함에 따라 C 분말에 의하여 Cr 입자에 존재하는 산화크롬(Cr₂O₃)을 아래 반응식에 의해 크롬내의 산소를 줄이게 된다.

Cr₂O₃+ C = Cr₃C₂+ CO

Cr₂O₃+ Cr₃C₂= Cr₇C₃+ CO

Cr₂O₃+ Cr₇C₃= Cr₂₃C₆+ CO

Cr₂O₃+ Cr₂₃C₆= Cr + CO

상기 식과 같이 되어 소결시 성형체속으로 C와 Cr 산화물이 결합하여 Cr과 CO 가스를 진공 배기시키므로 산소 가스가 적은 진공인터랩터용 접점을 제조 할 수 가 있다. 도 2는 온도 반응과 관련한 Cr-O-C시스템 다이그램을 나타낸 것이다.

본 발명은 과거 시험결과 접점의 산소량(1000∼1500ppm)이 많은 경우 3.3KV 이상 V.I 적용하여 단락 시험후 내전압이 10% 전후 까지 떨어지는 경우도 있었다. 이것은 단락 시험시 접점 내부의 가스가 방출되었기 때문이며 이 가스의 대부분은 산소이며 가스 증가시 도 4의 커브(curve)에서 나타난 바와 같이 내전압이 떨어지게 된다.

Cr₂O₃+ C 의 반응식에서 산소가 저감되는 것은 산화된 크롬이 존재하는 접점에 카본 시이트(sheet)를 압착하여 진공 소결시켜서 크롬의 환원성을 확인 하였으며(접점에 카본의 부착이 없는 경우는 푸른색과 갈색으러 존재 카본 시이트가 있는 자리는 황색으로 변하여 환원이 확인되었다)이 환원에 의해서 성형시 C를 첨가하므로 접점의 산소량이 감소되며 이 감소에 의해서 단락후 가스 방출이 적어 내전압이 떨어지거나 변동되는 것이 줄어지게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 진공차단기의 진공인터랩터의 접점 제조시 환원된 Cu분말과 Cr분말에 미량의 탄소(C)분말을 적절히 조성하여 진공 소결함으로서 Cr과 결합되고 있는 산소를 제어하여 접점 단락전후 및 부하개폐 전후의 내전압 변동을 적게하는등 고 내전압 특성을 갖는 진공인터랩터의 접점을 얻게된다.

Claims

삭제
제 1항에 있어서,

Cr분말 20∼60중량%, 환원된 Cu분말 40∼80중량% , C분말 500∼1000ppm 조성되게 혼합하여 벌크(Bulk)의 85% 이하의 밀도가 되게 성형한 후 1050∼1300℃ 온도 및 진공도 10^-3Torr 이상의 진공분위기에서 소결처리 함을 특징으로 하는 진공인터랩터(Vacuum Interrupter) 접점의 제조 방법.