KR102292421B1 - 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 전도도 및 내구성이 향상된 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료 및 이의 제조방법{Silver-diamond electrical contact material for switch and method for manufacturing the same}

본 발명은 전기 전도도 및 내구성이 향상된 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기접점 재료는 차단기, 개폐기 등의 전기기구나 전기설비 등에서 사용되며, 회로의 개폐 또는 접촉을 기계적으로 제어하는 전기 접촉 소자이다. 이러한 전기접점 재료는 전기 전도도 뿐만 아니라 내용착성 및 내마모성이 향상될 수 있도록 적절한 소재로 제조되어야 하며, 그 예로는 은-텅스텐, 은-그라파이트 등을 들 수 있다.

은-텅스텐 전기접점 재료는 녹는점이 높으며, 내용착성 및 내마모성이 우수한 특성을 가진다. 그러나, 은-텅스텐 전기접점 재료는 다른 접점재료에 비해 상대적으로 전기 전도도가 낮아 접촉 저항이 높은 문제점이 있다. 또한, 은과 텅스텐 간의 젖음성이 좋지 않아 제조과정에서 소결이 잘 이루어지지 않으며, 전기접점 재료에 기포가 발생하여 경도가 낮아지는 문제점도 있다.

은-그라파이트 전기접점 재료는 제조시 그라파이트의 함량을 적절하게 제어하지 못하면, 소결하여 형성된 전기접점 재료에서 표면의 뜯김 현상이 나타나 가공성 및 밀도가 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 내용착성, 내마모성 및 전기 전도도가 향상된 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 은-다이아몬드 전기접점 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 은 분말과 다이아몬드 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합 분말로 예비 성형체를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 예비 성형체를 소결하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 은-다이아몬드 전기접점 재료를 제공한다.

본 발명은 다이아몬드 분말을 이용하여 전기 전도도 및 내마모성이 향상된 은-다이아몬드 전기접점 재료를 제조할 수 있다. 또한, 은-다이아몬드 전기접점 제조시 다이아몬드 분말의 함량을 조절함으로써, 은의 사용량을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조 공정 순서도이다.
도 2은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 은-다이아몬드 혼합 분말의 FE-SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전기접점 재료의 단면 FE-SEM 이미지 및 실제 이미지이다.
도 4은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전기접점 재료의 경도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명의 은-다이아몬드 전기접점 재료는 하기 제조방법으로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용될 수 있다.

(a) 은 분말과 다이아몬드 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조한다.

먼저, 은 분말과 다이아몬드 분말을 혼합한다. 상기 은은 전기 전도도가 높기 때문에 접촉 저항이 낮고, 큰 전류에서도 접촉부의 온도 상승이 작다는 장점이 있다. 상기 다이아몬드는 전기 전도도 및 경도가 높다는 장점이 있다.

상기 다이아몬드 분말의 평균 입자 크기는 특별히 한정되지 않으나, 혼합 분말 제조시 균일하게 분산되어 전기접점 재료의 내구성을 높이기 위해서 100 내지 300 nm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 다이아몬드 분말의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 혼합 분말 100 중량%를 기준으로 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 다이아몬드 분말의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 제조된 전기접점 재료의 내용착성을 향상시키기 어려울 수 있고, 20 중량% 초과할 경우에는 제조된 전기접점 재료의 접촉 저항이 높아져 가공성이 저하될 뿐만 아니라 소결시 표면의 뜯김 현상이 일어나 밀도가 저하될 수 있다.

한편, 은 분말과 다이아몬드 분말을 혼합하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 볼 밀(Ball Mill) 또는 유성볼 밀(Planetary Mill) 등을 이용하여 기계적으로 혼합할 수 있다.

(b) 상기 혼합 분말로 예비 성형체를 제조한다.

상기 제조된 혼합 분말을 유압 프레스에 투입하고 가압하여 예비 성형체를 제조한다. 이때, 유압 프레스에 투입된 혼합 분말에 가하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 압력은 5 내지 20 MPa인 것이 바람직하고, 온도는 상온인 것이 바람직하고, 시간은 1 내지 3 분인 것이 바람직하다. 이와 같이 예비 성형체를 제조함으로써, 추후 제조되는 성형체의 밀도를 높일 수 있다.

(c) 상기 예비 성형체를 소결하여 고밀도의 성형체를 제조한다.

상기 예비 성형체를 소결하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 고온 가압 소결이 적용될 수 있다. 상기 고온 가압 소결의 예로는 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 또는 핫 프레스(Hot Press, HP) 등을 들 수 있다.

상기 예비 성형체를 소결하는 온도는 특별히 한정되지 않으나, 500 내지 750 ℃이 바람직하고, 소결하는 압력도 특별히 한정되지 않으나, 10 내지 50 MPa인 것이 바람직하다. 상기 소결 온도 및 압력이 500 ℃ 미만 및 10 MPa 미만일 경우에는 은 분말과 다이아몬드 분말 간의 소결이 원활하게 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 소결 온도 및 압력이 750 ℃ 초과 및 50 MPa 초과할 경우에는 성형체를 형성하는 몰드가 파손될 수 있으며, 은 분말과 다이아몬드 분말이 응집되어 성형체의 균일성이 저하될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법은 상기 성형체를 열처리한 후 냉간 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 성형체를 열처리하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 500 내지 600 ℃의 온도에서 2 내지 4 시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다. 이러한 열처리를 통해, 예비 성형체를 소결하는 과정에서 성형체의 표면에 형성된 이물질을 제거할 수 있다.

상기 열처리된 성형체를 냉간 압연하는 방법은 당 업계에 공지된 통상적인 냉간 압연 공정을 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 냉간 압연을 통해, 열처리 후 성형체의 경도 및 밀도를 확보할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되는 개폐기용 은-다이아몬드전기접점 재료를 제공한다. 이러한 본 발명의 은-다이아몬드 전기접점 재료는 다이아몬드 분말을 포함하기 때문에 전기 전도도 및 내구성이 우수하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

은 분말 95 중량% 및 다이아몬드 분말 5 중량%를 볼 밀(Ball Mill)법으로 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다. 제조된 혼합 분말을 유압 프레스에 투입하고, 20 MPa의 압력을 가하여 예비 성형체를 제조하였다. 이후, 예비 성형체를 방전 플라즈마 소결(SPS)을 진행하여 성형체로 제조하였다. 이때, 소결 온도는 750 ℃, 소결 압력은 20 MPa로 하였다. 제조된 성형체를 600 ℃에서 2 시간 동안 대기 열처리한 후, 이를 냉간 압연하여 은-다이아몬드 전기접점 재료를 제조하였다.

[비교예 1]

은 분말 95 중량% 및 다이아몬드 분말 5 중량% 대신 은 분말 97 중량% 및 그라파이트 분말 3 중량%를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정으로 전기접점 재료를 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 1에서 제조된 은-다이아몬드 혼합 분말을 FE-SEM으로 확인하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 혼합 분말은 은 분말 입자에 다이아몬드 분말 입자가 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있다.

[실험예 2]

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전기접점 재료의 단면을 FE-SEM으로 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 전기접점 재료는 비교예 1에 의해 제조된 전기접점 재료에 비해 표면의 뜯김 현상이 저하된 것을 확인할 수 있다.

[실험예 3]

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전기접점 재료의 경도값을 마이크로 비커스 경도계로 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 전기접점 재료는 비교예 1에 의해 제조된 전기접점 재료에 비해 경도가 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

1. (a) 은 분말과 다이아몬드 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
   (b) 상기 혼합 분말을 유압 프레스에 투입하고, 5-20 MPa의 압력을 1-3분 동안 가하여 예비 성형체를 제조하는 단계; 및
   (c) 상기 예비 성형체를 500-750℃의 소결 온도 및 10-50 MPa의 압력 조건 하에서 소결하여 성형체를 제조하는 단계;
   를 포함하는 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서 다이아몬드 분말의 평균 입자 크기는 100 내지 300 nm 인 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서 다이아몬드 분말의 함량은 혼합 분말 100 중량%를 기준으로 1 내지 20 중량%인 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 성형체를 열처리하고, 냉간 압연하는 단계를 더 포함하는 개폐기용 은-다이아몬드 전기접점 재료의 제조방법.
7. 삭제

Images