KR20000017400A - 진공 밸브용 접점 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 진공 밸브용 접점 재료는 Cu를 주성분으로 하는 50∼70wt%의 도전 성분과, TiC 및 VC 중의 적어도 한쪽으로 이루어지며 평균 입경이 8μm이하의 30∼50wt%의 내호 성분과, Cr 및 Cu의 총 함유량을 기준으로 한 Cr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Cr, 또는 Zr 및 Cu의 총 함유량을 기준으로 한 Zr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Zr을 함유하여 구성된다. 재료중의 수소 함유량은 0.2ppm∼50ppm으로 규제된다.

Description

진공 밸브용 접점 재료 및 그 제조 방법{CONTACT MATERIAL FOR VACUUM VALVE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 대전류 차단 특성, 재단 특성, 통전 특성, 대전류 통전 특성에 뛰어난 진공 밸브용 접점 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

진공 중에서의 아크(arc) 확산성을 이용하여 고진공 중에서 전류 차단을 행하게 하는 진공 밸브의 접점은 대향하는 고정, 가동의 2개의 접점으로 구성되어 있다. 이 진공 밸브을 사용하여 전동기 부하 등의 유도성 회로의 전류를 차단할 때 과도한 이상 서지(surge) 전압이 발생하고 부하 기기를 파괴시킬 염려가 있다.

이 이상 서지 전압의 발생 원인은, 예컨대 진공 중에서 소전류 차단시에 발생하는 재단 현상(교류용 전류 파형의 자연 영점을 기다리지 않고 강제적으로 전류 차단이 행하여지는 일) 또는 고주파 소호 현상 등에 의한 것이다. 재단 현상에 의한 이상 서지 전압의 값(Vs)은 회로의 서지 임피던스 Zo·Ic로 나타난다. 따라서이상 서지 전압(Vs)을 낮게 하기 위해서는 전류 재단치(Ic)를 작게 하지 않아서는 안된다.

저재단 전류 특성을 갖는 접점에는 주로 용해법에 의해서 만들어지는 Cu-Bi 계의 접점과 소결 용침법에 의해서 만들어지는 Ag-WC계 접점이 있다.

Ag-WC계 합금 접점은

(1) WC의 개재가 전자 방사를 용이하게 한다.

(2) 전계 방사 전자의 충돌에 의한 전극면의 가열에 근거하는 접점 재료의 증발을 촉진시킨다.

(3) 접점 재료의 탄화물이 아크에 의해 분해되어 하전체를 생성하여 아크를 접속한다.

등의 점에서 우수한 저재단 전류 특성을 발휘하며, 이 합금 접점을 사용한 진공 개폐기가 개발되어 실용화되고 있다.

또 이 접점에 Cu를 복합화하여 Ag와 Cu와의 비율을 거의 7:3으로 한 Ag-Cu-WC 합금이 제안되어 있다(특소공 63-59212). 이 합금에 있어서는 종래에 없는 한정을 한 Ag와 Cu와의 비율을 선택하기 때문에, 안정한 재단 전류 특성을 발휘한다.

또한 특공평 5-61338에는 내호성 재료의 입경(예컨대, WC의 입경)을 0.2∼1 μm로 함으로써 저재단 전류 특성의 개선에 유효한 것이 시사되어 있다.

한편 Cu-Bi계 합금 접점에서는 Bi의 선택 증발에 의해 전류 재단 특성을 개선하고 있다. 이 합금중 Bi를 10중량%(이하, wt% 로 한다)로 한 것(특소공 35-14974)은 적절한 증기압 특성을 갖기 때문에, 낮은 재단 전류 특성을 발휘한다. 또 Bi를 0.5wt로 한 예컨대 특소공 41-12131은 Bi가 결정립계에 편석하여 존재하는 결과, 합금 자체를 취화하여 낮은 용착 인외력을 실현하고, 대전류 차단성에 우수하다.

그런데 진공 차단기는 본래의 책무로서 대전류 차단이 행해지지 않으면 안되기 때문에, 대전류 차단를 위해서는 접점 재료 표면 전체에 아크를 점호시키고 접점 재료의 단위 표면적 근처의 열입력을 작게 하는 것이 중요하게 되어 왔다. 그 한 수단으로서 접점 재료를 마운트하고 있는 전극부에서 극간의 전계와 평행한 방향으로 자계를 발생시키는 종자계 전극 구조가 있다. 특소공 54-22813에 의하면 이러한 방향으로 자계를 적절히 생기게 함으로써 아크 플라즈마를 접점 표면에 균일하게 분포시키는 것이 가능하게 되고, 대전류 차단 능력이 높아지게 되어 있다.

또 접점 재료 자체에 대해서 특개평 4-206121에 의하면, Ag-CU-WC-Co계 접점 재료에 있어서, WC-Co의 입자간 거리를 0.3∼3μm정도로 함으로써, 아크 음극점의 이동도가 양호하게 되고, 대전류 차단 특성의 향상이 도모되는 것이 나타내어져 있다. 또 Co 등 철계속의 보조 성분의 함유량을 높임으로써, 차단 성능이 높아지는 것이 나타내어져 있다.

진공 차단기에는 저서지성이 요구되고, 종래에는 상술한 바와 같이, 저재단 전류 특성(저 쵸핑 특성)이 요구되고 있었다. 그렇지만 진공 밸브는 근년에, 대용량전동기 등의 유도성 회로에 적용되는 것이 한층 증가함과 동시에 고서지·임피던스 부하도 출현하였기 때문에, 한층 안정한 저재단 특성을 갖는 것이 요망됨은 물론, 대전류 차단 특성도 겸비하고 있지 않으면 안된다.

그런데 10wt%의 Bi와 Cu를 복합화한 합금(특소공 35-14974)으로는 개폐 회수의 증대와 동시에 전극 공간에의 금속 증기의 공급량이 감소하여 저재단 전류 특성의 열화가 나타나 고증기압 원소량에 의존하여 내전압 특성의 열화도 지적되고 있다. 0.5wt%의 Bi와 Cu를 복합화한 합금(특소공 41-12131)으로는 저재단 전류 특성이 불충분하다. 이와 같이 고증기압 성분의 선택 증발만에 의해서는 안정한 저재단성을 갖는 것이 불가능하다.

또 Ag-WC-Co 같은 Ag를 도전성분으로 하는 접점 재료로서는 비교적 양호한 재단 특성을 나타내지만 증기압이 지나치게 높기 때문에, 충분한 차단 성능이 얻어지지 않는다. 또한 Ag와 CU와의 중량 비율를 거의 7:3으로 한 Ag-Cu-WC 합금(특소공 63-59212) 및 이 합금의 WC 등의 내호성 성분의 입경을 0. 2∼1μm로 하는 합금(특공평 5-61338) 등의 Ag를 주성분으로 하는 도전 성분을 갖는 접점 재료로서는 우수한 차단 특성 및 재단 특성을 나타내지만 비싼 Ag를 주성분으로 하고 있기때문에 접점의 가격도 비싸게 되어 버린다. 또 이들의 접점 재료의 Co 함유량을 증가시키는 것에 의해 차단 성능의 향상을 꾀한 경우에는, 이것에 의해 저전류 재단 특성이 저해되어 버린다.

한편 염가의 Cu를 도전 성분으로 사용한 경우에는, 차단 특성은 비교적 양호하지만 내호 성분량을 높이지 않으면 양호한 재단 특성은 얻어지지 않는다. 예를 들면, Cu-WC-Co의 경우에서는 WC 스켈톤의 소결시에 Co를 첨가함으로써 WC 스켈톤의 공극률을 낮춰 공극에 용침되는 Cu의 양을 억제하고 있다.

그러나 Co, Fe, Ni로 한 탄화물의 소결 촉진 성분은 Cu의 도전률을 저하시키기 때문에, 과도하게 첨가하면 통전 특성이 심히 손상되어 버린다.

본발명의 목적은 우수한 대전류 차단 특성, 저재단 특성 및 대전류 통전 특성을 겸비한 진공 밸브용 접점 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 진공 밸브용 접점 재료가 적용되는 진공 밸브의 단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 진공 밸브의 전극 부분을 확대하여 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 진공 밸브용 접점 재료를 형성하기 위한 금형의 단면도.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 제 1 관점에 의하면, Cu를 주성분으로 하는 50∼70wt%의 도전 성분과, TiC 및 VC 중의 적어도 한쪽으로 이루어지고 평균 입경이 8μm 이하의 30∼50wt%의 내호 성분과, Cr 및 Cu의 총함유량에 대한 Cr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Cr 또는 Zr 및 Cu의 총함유량에 대한 Zr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Zr을 포함하여 구성되고, 수소 함유량이 0.2ppm∼50ppm인 진공 밸브용 접점 재료가 제공된다.

Cu는 Ag보다 경원소이고 또한 저증기압이기 때문에, Cu를 도전 성분으로 한 접점은 Ag-WC 같은 Ag를 도전 성분으로 한 접점 재료에 비하여 차단 후의 절연 회복 특성이 우수하지만, 반면 저재단성이 뒤떨어진다. 그래서 WC보다 저재단성이 우수한 TiC의 채용에 의해, Ag-WC와 같은 정도의 저재단성을 유지할 수 있다. Cu와 TiC는 통상 습윤성이 나쁘지만, Cu 액상 중에 Cr 또는 Zr이 함유되어 있는 경우에는 Cr 또는 Zr이 TiC/Cu 계면에 개재함으로써, 양자의 습윤성을 개선하고 용침법에 의한 제조를 가능하게 한다.

Cu-TiC계 접점에서는 수소 함유량이 많으면 현저히 대전류 차단 특성이 손상되므로 수소량은 50ppm이하로 제한할 필요가 있다. 한편 확산 펌프와 같은 일반적인 진공 열처리에 사용되는 배기계로 도달 가능한 10^-2Pa 이상의 진공, 분위기에 이 재료를 제조한 경우에서는 수소 함유량은 0.2ppm 이상으로 된다. 이 이상의 고도의 진공 분위기에서의 열처리는 막대한 비용을 생기게 함과 동시에, 탄화물의 분해에 의해 TiC/Ti비가 증대하여 재단 특성의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 못하다.

이 발명에 의해 얻어지는 Cu-TiC-Cr 또는 Cu-TiC-Zr 접점 재료는 우수한 대전류 차단 특성, 대전류 통전 성능 및 Ag-WC 정도로 우수한 저재단 특성과의 겸비를 실현하고 더구나 Cu를 사용하고 있기 때문에 염가이다.

또 본 발명의 제 2 관점에 의하면, TiC 및 VC 중의 적어도 하나가 주성분으로 되는 원료 분말로부터 평균 입경이 84μm이하의 30∼50wt%의 스켈톤을 제조하는 스텝과, 수소 함유량이 0.2ppm∼50ppm으로 되도록 분위기를 조정하고 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분으로 이루어지는 50∼70wt%의 용침재를 상기 스켈톤에 용침 시키는 스텝을 구비하고, 상기 용침재는 Cr을 0.2∼2.0wt% 함유하는 Cu기 합금, 또는 Zr의 함유량이 0.2∼2.0wt% 인 Cu기 합금인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법이 제공된다. Cr 또는 Zr을 Cu/TiC 계면에 작용시키는 방법으로서는, Cr 또는 Zr을 Cu와 합금화한 용침재를 용침하는 것이 가장 간편하고 균질하게 작용시키는 데 제일 양호한 방법이다.

상기한 바와 같이 Cr 또는 Zr을 용침재로 함유하는 대신, 스켈톤을 형성하기 위한 원료 분말에 원료 분말 전체의 0.25∼2.3wt%의 Cr 또는 Zr을 함유할 수 있다. Cr 및 Zr은 용침시에 CU 액상 중에 함유되어 있으면 Cu/TiC 계면의 습윤성 개선에 유효하게 작용하기 때문에, 스켈톤을 형성하는 분말에 첨가한 경우에서도 용침과 동시에 Cu 액상 중에 용해하여 유효하게 작용시키는 것이 가능하다.

도전 성분으로서의 Cu는 용침재에 포함시키는 것뿐만 아니라 스켈톤의 원료분말에 포함시킬 수도 있다. 이 경우 스켈톤의 원료 분말에 10∼40wt%의 Cu를 첨가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 Cu를 스켈톤을 형성하는 분말에 미리 첨가하여 놓으면 용침시의 Cu와 TiC의 습윤성이 더욱 향상한다.

소결, 용침 처리는 진공 분위기에서 행하여지는 것이 바람직하고 또한, 이 진공 분위기 내에서 카본재와 소결체 및 용침재가 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. Ti는 수소 흡장 재료이기 때문에 Ag-WC 등의 제조에 사용되고 있는 것 같은 수소 분위기 중에서의 소결, 용침 처리를 하고, 또 분위기 중의 수소가 TiC 중에 취입되어 현저한 차단 특성을 손상시킨다. 그래서 소결, 용침 처리는 진공 분위기에서 행하는 것이 필요하다. 또한 Cr 또는 Zr을 첨가한 Cu-TiC를 수소로 처리한 경우에는 수소를 개재하여 노재(爐材)나 도가니의 카본과 용침재 중의 Cr 또는 Zr이 반응하고, 용침재 표면에 Cr 탄화물 또는 Zr 탄화물의 막이 생성되기 때문에, 용침하는 액상의 유동성이 손상되고 용침이 불완전하게 된다. 이 이유로부터도 수소 분위기에서의 용침 처리는 부적합하다.

또 용침재로는 Cr 또는 Zr이 포함되고 있는 경우, 용침재가 도가니 등의 카본재와 접촉하면, 용침재가 보다 젖기 쉬운 카본재로 끌어 당기므로 스켈톤에의 용침이 불완전하게 된다. 이 때문에 용침재가 카본재와 접촉하지 않도록 노체 또는 도가니에 카본재를 사용하지 않을 것인지, 또는 알루미나 가루 등에 의해 노체 또는 도가니와 용침재를 차폐할 것인지의 어느 한 가지의 방법을 채택하는 것이 바람직하다.

스켈톤을 성형하는 때에는 분할 금형을 쓰는 것이 바람직하다. 종래의 Ag 베이스의 Ag-WC-Co 등의 접점의 경우, Co의 소결 촉진 작용에 의해서 WC 스켈톤의 소결 밀도를 높이고 스켈톤 공극을 낮게 하여 공극에 용침되는 도전 성분의 양을 낮게 억제하는 것이 가능하게 되고 결과적으로 내호 성분량을 높이고 있다. 그러나 도전 성분을 Cu 베이스로 한 경우에는 Co, Pe, Ni 라고 한 소결 촉진 성분이 Cu로 고용(固溶)하여 도전률을 저하시켜 버리기 때문에, 통전 성능이 급격히 손상되어 버린다. 또 Co가 내호 성분 입자의 표면을 덮기 때문에, 내호 성분의 열전자 방출을 저해하여 재단 전류 특성도 열화시켜 버린다.

본 발명에서는 이러한 통전 성능 및 저전류 재단 성능의 저하를 방지하기 위해서 소결 촉진재를 사용하지 않고 성형시에 내호 성분 스켈톤의 밀도를 높이고 있다. 통상, 탄화물 분말은 거칠수록 성형 친밀도를 높이는 것이 용이하지만 탄화물분말의 입경이 거칠면 재단 특성의 불균일이 크게 되기 때문에, 안정하고 낮은 재단 특성을 얻고자 하는 경우에는 가는 입경의 탄화물 분말을 사용할 필요가 있다. 이 가는 탄화물 분말의 성형 밀도를 높이기 위해서는 높은 성형 압력으로 성형할 필요가 있다. 통상, 접점 재료의 성형시에는 금형에 압출형을 이용하지만 탄화물의 분말은 고압력으로 성형한 경우, 형으로부터 압출하여 나올 때에 균열이 생기기 쉽다. 이 균열을 방지하기 위해서 파라핀 등의 탄화 수소계 결합재를 사용한 경우에는 파라핀 자체에 포함되는 수소 및 파라핀을 제거하는 공정에서 분위기로서 통상 사용되는 수소 가스 등에 의해 재료 중에 수소가 취입되고 차단 특성을 심히 저하시킨다. 분할 금형을 사용하여 금형을 성형체로부터 떼어내는 것에 의해 파라핀을 쓰는 일 없이 고밀도의 건전한 성형체를 얻을 수 있다.

또 본 발명의 제 3 관점에 의하면, 주성분이 Cu로 이루어지는 40∼55vol%의 도전 성분과 주성분이 TiC 또는 VC로 이루어지는 45∼60vol%의 내호 성분으로 구성되는 진공 밸브용 접점 재료의 제조 방법에 있어서, 입경이 0.3∼3μm의 내호 성분말에 대하여, Cu 분말 및 파라핀을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 혼합 공정과, 상기혼합 공정에 의해 얻어진 혼합 분말을 스켈톤 형상의 성형체에 성형하는 성형 공정과, 상기 성형 공정에 의해 얻어진 스켈톤 형상의 성형체에 도전 성분을 용침시키는 용침 공정을 구비하고, 상기 혼합 공정에서 혼합되는 상기 Cu 분말의 양은 상기 내호 성분 분말과 상기 Cu 분말의 총량에 대하여 16∼43vol% 이고 또한, 혼합되는 상기 파라핀 분말의 양은 상기 내호 성분 분말과 상기 Cu 분말의 총량에 대하여 5∼30vol%인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점 재료의 제조 방법이 제공된다.

혼합 공정에 있어서 배합되는 상기분말 형상의 Cu의 입경은 100μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 성형체 중의 Cu 가루의 분말이 가늘수록 성형체의 공극을 저감할 수 있고 용침되는 Cu 양이 저감되어 접점의 Cu 양을 적게할 수 있지만, Cu 분말의 입경을 100μm이하로 함으로써 Cu 양을 소정의 재단 특성을 확보하기 위한 상한치 이하(50vol%이하)로 할 수 있다.

혼합 공정에서 첨가한 파라핀은 그 후의 공정에서 제거할 필요가 있지만, 통상 탈파라핀은 노의 보전상으로부터 1기압으로써 행해진다. 이 처리를 수소 분위기에서 행하면 Ti 탄화물의 일부가 Ti 수소 화물로 교체되기 때문에 접점 중에 수소가 함유되고 차단 성능에 중대한 악영향을 미치게 한다.

이 문제를 해결하기 위해서 성형 공정에서 성형된 성형체에 도전 성분을 용침 하는 용침 공정 전에, 300∼500℃의 질소 분위기 중에서 10분 이상 유지하고 파라핀을 증발시켜 성형체로부터 제거하는 탈파라핀 공정을 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 질소 분위기 중에서 소정 조건으로 탈파라핀 공정을 행함으로써 수소와 같은 차단 특성에 악영향을 미치게 하는 가스가 접점 중에 흡수되는 것을 방지할 수 있고, 우수한 차단 특성을 발휘할 수 있는 접점을 얻을 수 있다.

그리고 탈파라핀 공정 후의 용침 공정에서, 진공 분위기 중에서 1100∼1200℃에서 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분을 용침함으로써 더욱 수소 함유량을 저감할 수 있다.

또 수소 중에서 탈파라핀 공정을 행하는 것에 의해 접점의 수소 함유량이 높다고 하더라도, 그 후의 공정에서 이 수소를 제거하는 것도 가능하다. 즉, 질소분위기 중에서 행해지는 상기의 탈파라핀 공정 대신에, 성형 공정에서 성형된 성형체로의 도전 성분을 용침하는 용침 공정 전에, 300℃이상으로 하고 또한 용침하는 도전 성분의 융점 이하의 온도에서 수소 중에서 10분 이상 유지하여 파라핀을 증발시켜 성형체로부터 제거하는 탈파라핀 공정과 진공 분위기 중에서 900℃이상, 용침재의 융점 온도 이하에서 30분 이상 유지하여 탈수소하는 공정을 행할 수 있다. 이와 같이 하여도 수소 가스 함유량이 적고 우수한 차단 특성을 발휘할 수 있는 접점을 얻을 수 있다.

파라핀 제거의 방법으로서는 상기와 같은 열적인 방법 이외에, 화학적인 방법도 사용할 수 있다. 즉, 성형 공정에서 성형된 성형체로 도전 성분을 용침하는 용침 공정 전에, 비점이 50∼200℃의 탄수화물계 세정액에 침지하고 40℃ 이상, 세정액의 비점 이하의 온도로 유지하여 파라핀을 세정액 중에 용해 추출시켜 성형체로부터 제거함으로써, 성형체로부터 파라핀을 제거할 수 있다. 이렇게 하여도 수소 가스 함유량이 적고 우수한 차단 특성을 발휘할 수 있는 접점을 얻을 수 있다.

또 상기한 바와 같이 화학적으로 파라핀을 제거하는 경우, 비점이 50∼200℃의 탄화수소계 세정액, 예컨대 n-헥산의 파라핀 추출 속도는 헥산 중의 파라핀 농도에 의존하기 때문에, 추출 속도를 높이기 위해서는 세정액 중의 파라핀 농도가 낮게 되도록 유의할 필요가 있다. 이 때문에, 탈파라핀 공정에서는 침지하는 세정액을 파라핀 농도가 낮은 액에 적어도 1회 이상 담그거나 또는 파라핀 농도가 낮은 액중에 성형체를 이동하여 담그는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 보다 단시간에 파라핀의 제거가 가능하게 되고 접점 재료의 제조 비용을 저감할 수 있다.

또 전술한 바와 같이 혼합 공정에서 배합되는 Cu입경을 미세화함으로써 Cu가 용침되는 공극량을 저감할 수 있지만 소결에 의해 공극량을 억제할 수도 있다. 소결에 의해 성형체를 수축시키기 위해서는 소결 조재의 첨가가 필요하지만 Co, Fe, Ni, Cr이라고 한 소결 조재는 어느 것도 Cu에 고용하여 Cu의 도전성을 저하시켜 통전 성능에 악영향을 미치기 때문에, 첨가는 필요 최소한으로 제한하지 않으면 않된다.

따라서 혼합 공정에서 소결 조재를 첨가하는 경우에는 소결 조제로서 0.1w t% 이하의 Co 또는 0.1wt% 이하의 Fe 또는 0.3wt% 이하의 Ni 또는 3wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 소정량 이하의 소결 조제를 첨가함으로써 접점의 CU 함유량을 50vol% 이하로 할수 있어서 우수한 재단 특성을 발휘시킬 수 있다.

용침 공정에서는 성형체의 공극에 용침재를 충전하지만 용침재의 양이 필요 이상으로 많으면 잉여의 용침재가 성형체의 주위에 응고하여 응고시의 수축에 의해 성형체에 균열이 생기는 경우가 있다. 그래서 용침 공정에서 사용되는 용침재의 양은 성형체의 공극을 매립하는데 필요한 양의 100∼110%로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 용침재의 응고시에 성형체에 균열이 생기는 일이 없고 안정한 접점 재료의 제조가 가능해진다.

성형체에 발생하는 균열은 성형 압력의 제거시에 금형 측면으로부터 되밀림으로써 이것에 따라 발생한다고 생각된다. 이러한 힘을 완화하기 위해서는 금형의 양단의 내경에 차이를 마련하고 한 쪽을 넓혀서 축방향으로 내경이 연속적으로 변하도록 하면 좋다. 따라서 성형 공정에서 상기 혼합 분말로부터 성형체를 성형하는 금형을 원반 형상의 성형체를 성형 후 빼내어 금형으로부터 취출하도록 구조하고 성형체를 빼내는 측의 금형의 내경이 더욱 한쪽의 내경보다 크게 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 성형체에 균열이 들어가는 것을 억제할 수있어 안정한 접점 재료의 제조가 가능해진다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[공시 진공 밸브의 구성]

우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 접점 재료가 적용되는 진공 밸브의 구성에 대해서 설명한다.

도 1에서 차단실(1)은 절연 재료에 의해 거의 원통 형상으로 형성된 절연 기기(2)와 이 양단에 봉지 금구(3a, 3b)를 개재하여 설치한 금속제의 덮개(4a, 4b)에의해 진공기밀로 구성되어 있다.

차단실(1) 내에는 도전 막대(5, 6)의 대향하는 단부에 부착된 한 쌍의 전극(7,8)이 배설되어 있다. 상부의 전극(7)이 고정 전극, 하부의 전극(8)이 가동전극이다. 또 전극(8)의 도전 막대(6)에는 벨로즈(bellows)(9)가 부착되어 있고 이것에 의해 차단실(1) 내를 진공기밀로 유지하면서 전극(8)의 축방향의 이동을 가능하게 하고 있다. 또 이 벨로즈(9) 상부에는 금속제의 아크 실드(arc shield )(10)가 설치되고 벨로즈(9)가 아크 증기로 덮여지는 것을 방지하고 있다.

또 전극(7, 8)을 덮도록, 차단실(1) 내에 금속제의 아크 실드(11)가 설치되고 이것에 의해 절연 용기(2)가 아크 증기로 덮여지는 것을 방지하고 있다.

또한 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 전극(8)은 도전 막대(6)에 대하여 납땜부(12)에 의해서 고정되든 또는 코킹하여 압착 접속되어 있다. 접점(13a)은 전극(8)에 납땜(14)에 의해서 부착된다. 마찬가지로 접점(13b)은 전극(7)에 납땜에 의해 부착된다.

본 발명의 제 1 실시예에 관한 실험예

이하, 실험 결과에 의거해서 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 상술한다.

시료 작성 방법의 설명

본 발명의 실시예 및 비교예는 전부, 내호 성분을 TiC로 한 경우의 접점의 시작예이다. 각 시료의 작성 방법을 표 1∼표 2에 나타낸다.

제조에 앞서 필요 입경별로 내호성 성분 TiC 및 보조 성분을 분류하였다. 분류 작업은 스크리닝과 침강법을 병용하여 행하는 것으로 용이하게 소정 입경의 분말을 얻었다. 우선 소정 입경의 TiC의 소정량을 준비하고 실시예 13∼15, 비교예 8, 9에서는 소정 입경으로 소정량의 Cr을 또, 실시예 16∼18 및 비교예 10, 11에서는 소정 입경의 Cu의 소정량의 일부를 준비하고 가압 성형하여 분말 성형체 를 얻는다. 성형에 쓰는 금형은 비교예 15를 제외하고 모두 분할 금형을 사용하였다. 비교예 15에서는 압출 금형을 사용하였다.

계속해서, 이 분말 성형체를 소정 온도로 소정 시간, 예컨대 1150℃, 1시간의 조건에서 가 소결하여 가소결체를 얻었다.

계속해서, 이 가소결체의 잔존 빈 구멍 중에 실시예 13∼15 및 비교예 7∼8에서는 Cu를, 그것 이외의 실시예 및 비교예에서는 Cu-Cr 합금을, 1150℃, 1 시간 용침하여 소정의 합금을 얻었다.

용침은 비교예 11, 12 및 실시예 20에서는 수소 중에서 행하고 그것 이외에서는 진공 중에서 행하였다. 진공 중에서의 용침은 비교예 3을 제외하고 모두 확산 펌프와 기름 회전 펌프를 사용하여 배기한 분위기 내에서 행하였다. 이 경우 1000℃에서의 진공도는 1.3×10^-2Pa이었다. 비교예 3에서는 비교적 소형의 노를 사용하여 터보 펌프와 기름 회전 펌프에 의해 배기한 분위기 내에서 용침을 행하였다 . 이 경우의 1000℃에서의 진공도는 1.7×10^-3Pa이었다.

한편, Cu 등의 용침 소재는 소정 온도에서 소정 비율로 진공 용해하여 얻은 덩어리를 절단하여 사용하였다.

사용한 노는 실시예 21만 알루미나제의 노심관의 것을 사용하고, 그 이외는 모두 스테인레스제의 노로서 내부에 카본재의 내열재를 갖는 것을 사용하였다. 또 노 내의 보드는 실시예 20에서는 알루미나제 보드를 사용하고 다른 실시예 및 비교예에서는 모두 카본제 보드로 하였다. 보드에 까는 가루는 비교예 14 및 실시예 20에서는 사용하지 않고, 그것 이외의 실시예 및 비교예에서는 모두 알루미나 가루를 보드에 깔아서 행하였다.

시료 평가 방법의 설명

다음에 본 발명의 실시예 및 비교예의 평가 방법에 대해서 설명한다.

(1) 전류 재단 특성의 평가 방법

각 접점을 부착하여 10^-5Pa 이하로 배기한 조립식 밸브를 제작하고 이 장착을 0,8m/초의 개극 속도로 개극시켜 늦은 소전류를 차단했을 때의 재단 전류를 측정하였다. 차단 전류는 20A(실효치), 50Hz로 하였다. 개극 위상은 불규칙으로 행하고 500회 차단시킬 때의 재단 전류를 접점수 3개당 측정하여 그 최대치를 표 4에 나타내었다. 한편 수치는 실시예 2의 재단 전류치의 최대치를 1.0으로 한 경우의 상대치로 나타내고 이 상대치가 2.0 미만의 것을 합격으로 하였다.

(2) 통전 특성의 평가 방법

통전 전류 1000A로 진공 밸브의 온도가 일정하게 될때까지 행하고 그 온도 상승치에 의해 평가하였다. 표 4에 통전 특성으로서 실시예 2의 온도 상승치를 1.0으로 한 경우의 상대치를 나타내고 이 상대치가 2.0 미만의 것을 합격으로 하였다.

(3) 대전류 차단 특성의 평가 방법

차단 시험을 JEC 규격의 5호 시험에 의해 행하고 이것에 의해 차단 특성을 평가하였다. 또 상기 시험 1∼3의 결과는 각 접점의 조성과 관련지어 표 3∼표 4에 나타내었다.

실험 결과의 설명

다음에 각 접점의 재료 조성 및 그 대응하는 특성 데이터에 대해서 표 1∼표 4를 참조하면서 고찰한다.

[실시예 1∼3 및 비교예 1, 2]

어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금으로 하고 내호 성분의 평균 입경을 0.8μm로 하고, 스켈톤의 상대 밀도의 조절에 의해 내호 성분량을 24.2∼53.3wt%의 범위로 바꾸었다.

내호 성분량이 30∼50wt%의 범위내인 실시예 1∼3에서는 차단 특성, 재단 특성, 통전 특성은 모두 양호하였다. 실시예 1∼3보다 내호 성분을 많이 포함하는 비교예 1에서는 차단 성능은 불합격이었다. 반대로 실시예 1∼3보다 내호 성분이 적은 비교예 2에서는 재단 전류치의 최대치의 상대치가 2.0 이상까지 높게되어 버렸다.

[실시예 4∼6 및 비교예 3, 4]

어느 경우에나 용침재의 조성을 CU-1wt% Cr 합금으로 하고 내호 성분의 평균 입경을 0.8μm로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도로 조성비가 일정해지도록 하고 원료 TiC가루가 개봉부터 침입까지의 사이에 대기에 노출되는 기간 및 용침 직전의 100℃에서 진공도를 조정함으로써 Cu-Ti 중의 수소 함유량을 0.1∼70ppm의 범위로 바꾸었다.

Cu-TiC 중의 수소 함유량이 0.2∼50ppm의 범위내인 실시예 4∼6에서는 차단 특성, 재단 특성, 통전 특성은 모두 양호하였지만 Cu-TiC 중의 수소 함유량을 0.1ppm으로 한 비교예 3에서는 재단 특성이 나빠 부적합 하였다.

비교예 3과 같이 수소 함유량을 저감하기 위해서는 1.7×10^-3Pa라고 한 고 진공 하에서의 용침이 필요하지만 이러한 고 진공 하에서는 TiC가 탈탄화되어 Ti가 생성하여 버리기 때문에, 재단 특성이 악화하여 버리는 것을 알았다. 또 높은 진공도를 실현하기 위한 설비도 양산에 있어서는 대단히 비싼 것으로 되어 제조 비용의 상승을 초래, 경제성도 나쁘다.

반대로 Cu-TiC 중의 수소 함유량을 70ppm으로 한 비교예 4에서는 차단시의 수소 가스 방출에 의해 차단 특성이 불합격이 되었다.

[실시예 7∼9 및 비교예 5]

어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금으로 하고 내호 성분의 평균 입경을 0.8μm로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도로 조성비가 일정하게 되도록 하고 내호 성분 입경을 0.8∼10μm의 범위로 변화시켰다. 조성의 제어는 성형 압력의 조정으로 행하였다. 입경이 8m 이하의 실시예 7∼9에서는 차단 특성, 재단 특성도 함께 양호하지만, 입경 10μm의 비교예 5에서는 차단 특성이 불합격이었다.

[실시예 10∼12 및 비교예 6∼7]

어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금, 내호 성분의 평균 입경을 0.8μm로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량 (TiC)이 40wt% 정도로 조성비가 일정해지도록 하고 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하여 용침하는 도전 성분 중의 Cr양을 Cu양에 대하여 0.15∼2.90wt%의 범위로 변화시켰다.

Cu중의 Cr양이 0.2∼2.0wt%의 범위에 있는 실시예 10∼12에서는 어느것이나 내호 성분 스켈톤이 도전 성분에 양호하게 용침되어 있지만, 도전 성분 중의 Cr 이 Cu양에 대하여 0.15wt%의 비교예 6에서는 Cr의 작용이 충분하지 않고 구멍이 많은 조직으로 되고, 통전 성능이 불충분하게 되어있다. 또 이 Cr양의 비율이 2. 90wt%로 과잉인 비교예 7에서는 도전 성분의 Cu에 과잉으로 Cr이 고용하여 버리기 때문에, 도전률이 현저히 낮아서 통전 성능이 나빠 차단 특성도 불합격이 된다.

[실시예 13∼15 및 비교예 8∼9]

어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu, 내호 성분의 평균 입경을 0.8μm로 하고, 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40 wt%정도로 조성비가 일정하게 되도록 하고, 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하여 스켈톤에 Cr을 배합하는 양을 조정함으로써, 도전 성분 중의 Cr양을 Cu양에 대하여 0. 15∼3.50wt%의 범위로 변화시켰다.

Cu 중의 Cr양이 0.25∼2.5wt%의 범위에 있는 실시예 13∼15에서는 어느것이나 내호 성분 스켈톤이 도전성분에 양호하게 용침되어 있지만 도전 성분 중의 Cr이 Cu양에 대하여 0.15wt%의 비교예 8에서는 Cr의 작용이 충분하지 않고 구멍이 많은 조직으로 되어 있고 통전 성능이 불충분하게 되어 있다. 또 이 Cr양의 비율이 3.5wt%로 과잉인 비교예 9에서는 도전 성분의 Cu에 과잉으로 Cr이 고용하여 버리기 때문에, 도전률이 현저히 낮아서 통전 성능이 나빠 차단 특성도 불합격이 된다.

[실시예 16∼18 및 비교예 10∼11]

내호 성분의 평균 입경은 0.8μm로 일정하고 스켈톤에 Cu를 5.5∼42.5wt%의 범위로 변화시켜 배합하고 어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금, 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60 wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도로 조성비가 일정하게 되도록 상대 밀도를 조정하였다. 스켈톤에 배합되는 Cu양이 10∼40wt%의 범위에 있는 실시예 16∼18에서는 어느것이나 내호 성분 스켈톤이 도전 성분에 양호하게 용침되어 있지만, 이 Cu양이 5.5wt%로 적지 않은 비교예 10에서는 용침이 불완전하고 특성 평가용의 시료가 얻어지지 않았다. 또 이 Cu양이 42.5wt%로 과잉인 비교예 11에서는 조직적인 불균질이 현저하게 되어 재단 전류치의 최대치가 상대치 2.0를 넘어버리기 때문에 부적합하다.

[실시예 19 및 비교예 12]

내호 성분의 평균 입경은 0.8μm로 일정하고 스켈톤에 Cu를 16vol% 배합하고 어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금, 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도가 되도록 상대 밀도를 조정하여 노 내에 카본재가 존재하는 노 내에서 카본제 보드 상에 알루미나 가루를 깐 위에 소결체 및 용침재를 놓고 진공 중 및 수소 중에서 용침을 행하였다. 용침을 진공 중에서 행한 실시예 19에서는 내호 성분 스켈톤이 도전 성분에 양호하게 용침되어 있지만 수소 중에서 실시한 비교예 12에서는 용침재 표면에 Cr탄화물의 피막이 생성되기 때문에 불완전한 상태로 되어 있고 평가용 시료가 얻어지지 않았다.

[실시예 20 및 비교예 13]

내호 성분의 평균 입경은 0.8μm로 일정하고 스켈톤에 Cu를 16vol% 배합하고 어느 경우에나 용침재의 조성을 CU-1wt% Cr합금, 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하고 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt%정도가 되도록 상대 밀도를 조정하고 용침을 노 내에 카본재가 존재하는 노 및 알루미나만으로 구성되는 노를 사용하여 카본제 보드 상에 알루미나 가루를 깐 위 또는 알루미나제 보드 상에 그대로 소결체 및 용침재를 놓고 수소 중에서 용침을 행하였다. 알루미나만으로 구성되는 노에서 알루미나 보드 상에서 실시한 실시예 20에서는 내호 성분 스켈톤이 도전 성분으로 양호하게 용침되어 있지만 용침을 노 내에 카본이 존재하는 노에서 카본제 보드 상에서 행한 비교예 13에서는 용침재표면에 Cr 탄화물의 피막이 생성되었기 때문에 불완전한 상태로 되어 평가용 시료가 얻어지지 않았다.

[실시예 21 및 비교예 14]

내호 성분의 평균 입경은 0. 8μm로 일정하고 스켈톤에 Cu를 16vo1% 배합하여 어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금, 내호 성분의 입경을 0.8μ로 하여 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도가 되도록 상대 밀도를 조정하고 노 내에 카본재가 존재하는 노 내에서 카본제 보드 상에 알루미나 가루를 깐 위 또는 깔지 않고 직접 소결체 및 용침재를 놓고 진공 중에서 용침을 행하였다. 용침을 알루미나 가루의 위에서 행한 실시예 16에서는 내호 성분 스켈톤이 도전 성분에 양호하게 용침되어 있지만 알루미나의 가루를 사용하여 직접 보드 상에 소결체와 용침재를 놓아 실시한 비교예 12에서는 용침재 표면에 Cr 탄화물의 피막이 생성되었기 때문에 불완전한 상태로 되어 평가용 시료가 얻어지지 않았다.

[실시예 22 및 비교예 15]

내호 성분의 평균 입경은 0.8μm로 일정하고 스켈톤에 Cu를 16vol% 배합하고 어느 경우에나 용침재의 조성을 Cu-1wt% Cr합금, 내호 성분의 입경을 0.8μm로 하고 최종적인 접점 재료 중의 도전 성분량(Cu+Cr)이 60wt%, 내호 성분량(TiC)이 40wt% 정도로 되도록 상대 밀도를 조정하고 성형시에 분할 금형 및 압출 금형을 사용하여 실시한 분할 금형을 사용한 실시예 22에서는 양호한 성형체가 얻어지고 있지만 압출 금형을 사용한 비교예 15에서는 성형체에 균열이 들어가 조직적으로 불균질한 재료 상태가 되어버리기 때문에 평가용 시료가 얻어지지 않았다.

이상 설명한 바와 같이, 진공 밸브용 접점 재료를 분말의 성형, 소결에 의한 내호 성분 스켈톤의 형성과 스켈톤에의 도전 성분의 용침에 의해서 제조하는 제조방법에서 내호 성분의 TiC 또는 VC에 Cr을 미량 첨가하고 이 첨가한 Cr이 탄화되지 않는 분위기에서 용침함으로써 Cr의 작용에 의해 TiC와 Cu의 습윤성을 개선하여 스켈톤에의 Cu의 용침이 가능해진다는 것을 알았다.

또 이상의 실시예에서는 내호 성분을 TiC로 하여 조사한 결과에 대해서 나타내었지만, 내호 성분을 VC로 한 경우 및 TiC와 VC의 복합 내호 성분을 사용한 경우에서도 같은 결과가 얻어졌다. 또 이상의 실시예에서는 도전 성분에의 첨가 원소가 Cr의 경우만 나타내고 있지만 Zr을 첨가한 경우에서도 같은 결과가 얻어졌다.

본 발명의 제 2 실시예에 관한 실험예

다음에 실험 결과에 의거하여 본 발명의 제 2 실시예에 대해서 상술한다.

시료 작성 방법의 설명

평균 입경 1.5μm의 TiC와 평균 입경 40μm의 Cu를 체적비 84 : 16의 혼합비로 섞어 혼합 가루에 파라핀을 15 vol% 첨가하여(이상, 혼합 공정) 빼내는 측과 또 다른 한쪽 측의 내경비(內徑比)가 1.1인 인출형을 사용하여 4톤으로 성형하고(이상, 성형공정) 질소 중에서 300℃에서 2시간의 탈파라핀 처리를 1회 행한(이상, 탈파라핀 공정) 후, 진공 분위기에서 1150℃로 30분간의 열처리로 성형체의 공극의 1.05배의 체적의 Cu를 녹여서 용침하는(용침 공정) 제조 프로세스를 본 실시예의 기본 프로세스로 한다.

또 상기 기본 프로세스에서는 용침 공정에서의 열처리 온도를 1150℃로 하였지만 1100∼1200℃의 범위로도 좋다. 또 표 1∼표 3에 기재된 용침재 양은 용침재의 체적(Va)과 성형체의 공극 부피(Vb)의 비(Va/Vb)를 뜻하고 있다.

또 성형에 사용하는 금형은 그 단면을 도 3에 나타낸 바와 같이, 금형의 내경비가, 즉 빼내는 측의 내경(Da)과 또 다른측의 내경(Db)과의 비(Da/Db)를 1.1로 하고, 금형 내부의 성형체가 접하는 부분의 높이(Ha)의 80∼100%의 부분(Hb)에서 금형의 축방향에서 내경이 연속적으로 변화하도록 구성하였다.

시료 평가 방법의 설명

다음에 본 발명의 실시예 및 비교예의 평가 방법에 대해서 설명한다.

상술한 기본 프로세스의 제조 파라미터를 변화시켜 균열 생성의 유무를 조사하여 균열이 생기지 않는 것에 대해서는 또한, 재료 조성, 도전률, 가스 함유량을 조사하여 차단 특성 및 재단 특성을 평가하였다. 파라핀을 첨가한 것에 대해서는탈파라핀 공정 후의 파라핀 제거율에 대해서도 조사하였다. 차단 특성, 재단 특성 및 도전률의 평가 방법은 이하와 같다.

(1) 전류 재단 특성

각 접점을 전극에 부착시켜 10^-5Pa 이하로 배기한 조립식 밸브를 작성하고 이 장치를 0.8m/초의 개극 속도로 개극시켜 소전류를 차단했을 때의 재단 전류치를 측정하였다. 차단 전류치는 20A(실효치), 50Hz로 하였다. 개극 위상은 불규칙하게 행하고 500회 차단했을 때의 재단 전류치를 전극수 3조마다 측정하여 그 최대치를 표 1로부터 표 3에 나타내었다. 또 표 8∼표 10에 나타내는 수치는 재단 전류의 합격 기준치를 1.0으로 했을 때의 상대치로 나타내었다.

(2) 통전 특성

접점 재료의 도전률을 과전류 측정법의 도전률계에 의해 측정하고 평가하였다.

(3) 대전류 차단 특성

차단 시험을 JEC 규격의 5호 시험에 의해 행하고 이것에 의해 차단 특성을 평가하여 합격·불합격을 표 4∼표 6에 나타내었다.

또 각 실시예 및 비교예의 제조 방법과 제조시의 균열의 유무에 대해서는 표 1∼표 3에 나타내었다. 또 각종 특성의 평가 결과는 표 8∼표 10에 나타내었다.

실험 결과의 설명

다음에 각 접점의 재료 조성 및 그 대응하는 특성 데이터에 대해서 표 5∼표 10을 참조하면서 고찰한다.

[실시예 1∼6 및 비교예 1∼9]

기본 프로세스의 Cu 배합량을 16∼43vol%의 범위에서, 또 파라핀 첨가량을 0∼50vol%의 범위에서 각각 변화시켜 조사하였다(표 5 및 표 8 참조).

파라핀 무첨가의 비교예 1, 4, 7 및 첨가량이 3vo1%의 비교예 2, 5, 8에서는 성형체에 균열이 생겼지만 첨가량이 5∼30vol%의 실시예 1∼6에서는 균열이 전혀 발생하지 않고 제조 후의 도전률도 양호하며 차단 성능 및 통전 성능도 양호하다.

그러나 파라핀 첨가량이 50vol%의 비교예 3, 6, 9에서는 Cu양이 55vol%를 넘어버려 재단 특성이 불충분하게 되어있다. 이것은 성형체 내에서 탈파라핀 전에 파라핀이 점유하고 있던 영역에 Cu가 용침되기 때문에 파라핀 양이 과잉으로 되면 Cu양이 증대하여 버리기 때문이다.

[실시예 7∼8 및 비교예 10∼11]

기본 프로세스의 TiC 입경을 0.2∼5μm의 범위에서 변화시켜 조사하였다(표 5 및 표 8 참조).

TiC 입경이 0.2μm인 비교예 10에서는 성형체에 균열이 생겼지만, TiC 입경이 0.3∼3μm의 실시예 7∼8에서는 균열이 전혀 발생하지 않고 제조 후의 도전률도 양호하고 차단 성능 및 통전 성능도 양호하다. 그러나 TiC 입경이 5μm의 비교예 11에서는 차단 특성이 불충분하게 되어있다.

[실시예 9∼10 및 비교예 12]

기본 프로세스의 Cu 입경을 5∼150μm의 범위에서 변화시켜 조사하였다(표 4 및 표 8 참조).

Cu 입경이 150μm인 비교예 12에서는 성형체에 균열이 생겼지만, Cu 입경이 100μm 이하의 실시예 9∼10에서는 균열이 전혀 발행하지 않고 제조 후의 도전률도 양호하며 차단 성능 및 통전 성능도 양호하다.

[실시예 11∼12 및 비교예 13∼18]

기본 프로세스의 탈파라핀 분위기를 질소외에 타수소에 대해서도 시도하고 탈파라핀 처리 온도를 200∼600℃의 범위에서 변화시켜 조사하였다(표 6 및 표 9참조).

탈파라핀 온도가 200℃의 비교예 13, 15에서는 어느것이나 파라핀 제거가 불충분하기 때문에, 그 후의 공정이 실시 불가능하게 되었다.

탈파라핀의 분위기가 규소이고 온도가 300∼500℃의 실시예 11, 12에서는, 양호한 재료가 제조할 수 있고 차단 특성, 재단 특성 및 통전 특성도 양호하지만 마찬가지로 질소 분위기에서 600℃로 처리한 비교예 14에서는 재료중의 산소 함유량이 높게 되어 차단 특성이 불합격으로 되어있다. 이것은 질소중에 포함되는 산소에 의한 산화가 일어났기 때문이다.

수소 분위기에서 처리한 비교예 16∼18의 재료는 어느것이나 수소 함유량이 높고 차단 특성이 불합격이 된다.

[실시예 13∼16 및 비교예 19∼20]

기본 프로세스의 탈파라핀 분위기를 수소로 하여 탈파라핀 처리 온도 후, 800∼1000℃의 범위에서 0.2∼1.0시간 탈수소 처리를 진공 중에서 행하여 조사하였다(표 6 및 표 9 참조).

탈수소 온도가 800℃, 1시간의 비교예 19 및 1000℃, 0.2시간의 비교예 20에서는 어느것이나 수소 제거가 불충분하고 차단 특성이 불합격이 되었지만, 900℃ 이상의 온도에서 0.5시간 이상 처리한 실시예 13∼16에서는 수소 함유량이 충분히 낮은 양호한 재료가 제조될 수 있고 차단 특성, 재단 특성 및 통전 특성도 양호하다.

[실시예 17∼18 및 비교예 21∼22]

기본 프로세스의 탈파라핀 분위기를 수소로 하고 탈파라핀 처리온도를 200∼1100℃의 범위로 행한 후, 1000℃로 1.0시간 탈수소 처리를 진공 중에서 행하여조사하였다(표 2 및 표 5 참조).

탈파라핀 온도가 200℃인 비교예 21에서는 파라핀 제거가 불충분하기 때문에, 그 후의 공정이 실시 불가능하게 되었지만, 300℃이상에서 도전 성분의 융점인 1083℃이하의 온도 범위에서 처리한 실시예 17∼18에서는 수소 함유량이 충분히 낮은 양호한 재료를 제조할 수 있고 차단 특성, 재단 특성 및 통전특성도 양호하다 . 한편 탈파라핀 온도가 1100℃인 비교예 21은 수소 제거가 불충분하기 때문에, 차단 특성이 불충분하지만, 이것은 도전 성분의 융점을 넘은 온도로 처리하였기 때문에, 파라핀 중의 수소가 용융한 도전 성분에 용해하여 버린 것에 의한다.

[실시예 19∼22 및 비교예 23∼24]

기본 프로세스의 탈파라핀을 30∼68℃의 n-헥산중에서 행하였다. 또 n-헥산을 파라핀 농도가 낮은 액으로 바꾸는 회수에 대해서도 최대 2회까지 시도하여조사하였다(표 6 및 표 9참조).

탈파라핀 온도가 30℃에서 1회 액을 바꾼 비교예 23 및 탈파라핀 온도가 68℃에서 액을 바꾸지 않은 비교예 24에서는 어느것이나 파라핀 제거가 불충분하기 때문에, 그 후의 공정이 실시 불능이 되었다. n-헥산의 온도가 40∼68℃에서 한번 이상 액을 교체한 실시예 19∼22에서는 양호한 재료를 제조할 수 있고 차단특성, 재단 특성 및 통전 특성도 양호하다.

[실시예 23∼30 및 비교예 25∼28]

기본 프로세스의 혼합 공정에서 TiC와 Cu의 혼합 분말에 소결 조재인 Co, Fe, Ni 및 Cr을 각각 미량 첨가하여 탈파라핀 후, 1150℃에서 진공 분위기로 2시간 소결하였다(표 7 및 표 10참조).

Co, Fe, Ni 및 Cr이 각각 0.1wt%, 0.1wt%, 0.3wt% 및 3wt%보다 많은 비교예 25∼28에서는 어느것이나 재료의 도전률이 20IACS% 이하로 불량이다. 한편 이들의 한계치보다 낮은 실시예 23∼30에서는 양호한 재료를 제조할 수 있고 차단특성, 재단 특성 및 통전 특성도 허용 범위내이다.

[실시예 31∼32 및 비교예 29∼30]

기본 프로세스의 혼합 공정에서 성형체의 공극에 용침하는 용침재의 양을 공극의 체적의 90∼120vol%의 범위에서 변화시켜 조사하였다(표 7 및 표 10 참조).

용침재 양이 공극의 체적의 90vol%의 비교예 29에서는 재료 내부에 빈 구멍이 많기 때문에, 재료중의 산소 함유량이 매우 많고, 또 도전률도 낮기 때문에, 차단 특성이 불합격으로 되어 있다.

용침 재료가 공극의 100∼110vol%의 실시예 31∼32에서는 내부에 빈 구멍이 적고 균열이 없는 양호한 재료를 제조할 수 있고 차단 특성, 재단 특성 및 통전특성도 양호하다.

한편 용침재량이 공극의 체적의 120vol%인 비교예 30에서는 재료 내부에 균열이 보이고 불량이다. 이것은 잉여의 용침재가 응고할 때의 수축으로 균열을 형성한 것으로 생각된다.

[실시예 33∼35 및 비교예 31]

기본 프로세스 공정에서 빼내는 측과 또 한쪽의 측의 내경비(Da/Db)가 1.0∼2.0인 인출형을 사용하여 파라핀 무첨가로 성형하여 조사하였다(표 7 및 표 10참조).

내경비가 1.0인 비교예 31에서는 성형에 균열이 발생하고 성형 불능이지만, 내경비가 1.1 이상인 실시예 33∼35에서는 균열이 없는 양호한 재료를 제조할 수 있고 차단 특성, 재단 특성 및 통전 특성도 양호하다.

또 상기의 설명에서는 Cu-TiC 접점에 대해서 진술하여왔지만, Cu-VC 접점에 대해서도 마찬가지로 본 발명의 제조 방법은 유효하다. 또 상기 실시예에서는 탈파라핀에 사용하는 탄화수소계 세정액에 n-헥산을 사용하였지만, 비점이 50℃ 이상의 다른 제 1 석유류 또는 제 2 석유류의 탄화수소계 세정제, 예컨대 석유 나프타, 나프텐계 탄화수소 또는 그 혼합물을 사용하여도 같은 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

이것에 의해, 염가로 양산하는데 적합하고 대전류 차단 특성, 재단 특성, 대전류 통전 특성을 겸비한 접점재의 제조가 가능하게 된다.

특히 상기의 제조 방법에 의하면, 성형체를 성형하기 위한 혼합 분만에 파라핀을 첨가함으로써 TiC가루 또는 VC가루의 성형성이 개선되어, 펀칭형에 의해 성형을 행한 경우에도 성형체에 균열이 생기지 않게 되고 안정한 제조가 가능해 진다.

Claims (24)

1. 진공 밸브용 접점 재료에 있어서,

   Cu를 주성분으로 하는 50∼70wt%의 도전 성분과,

   TiC 및 VC 중의 적어도 하나로 이루어지고 평균 입경이 8μm 이하인 30∼50wt%의 내호 성분과,

   Cr 및 Cu의 총함유량를 기준으로 한 Cr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Cr, 또는 Zr 및 Cu의 총함유량을 기준으로 한 Zr의 함유량이 0.2∼2.0wt%인 Zr

   을 함유하여 구성되고,

   수소 함유량이 0.2ppm∼50ppm인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점 재료.
2. 진공 밸브용 접점의 제조 방법에 있어서,

   TiC 및 VC 중의 적어도 하나를 주성분으로서 함유하여 이루어지는 원료 분말로부터 평균입경이 8μm 이하인 스켈톤을 제조하는 공정과,

   상기 스켈톤에 Cr을 0.2∼2.0wt% 함유하는 Cu기 합금, 또는 Zr을 0.2∼2.0wt% 함유하는 Cu기 합금으로 이루어지는 도전 성분의 용침재를 용침시키는 공정으로서, 상기 스켈톤이 30∼70wt%, 상기 용침재가 50∼70wt%로 되도록 용침재를 용침시키는 공정

   을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스켈톤의 원료 분말로서 사용되는 TiC 분말의 평균 입경이 8μm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 스켈톤의 원료 분말은 원료 분말 전체에 대하여 10∼40wt%의 Cu를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정은,

   진공 분위기, 바람직하게는 1×10^-1Pa보다 낮은 압력 분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정은,

   내열재가 산화물 및/또는 질화물만에 의해 형성된 노를 사용하고,

   산화물 또는 질화물에 의해 형성된 도가니를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정에서,

   이 공정에서 사용되는 노의 내열재 및 도가니 중의 적어도 하나가 카본재로 구성되는 경우에, 상기 용침재 및 상기 스켈톤이 Al₂0₃의 판, 블록 또는 분말에 의해 상기 카본재로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 스켈톤을 성형하는 공정에서 사용되는 금형의 외형은 복수의 부분으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
9. 진공 밸브용 접점의 제조 방법에 있어서,

   TiC 분말 및 VC 분말 중의 적어도 하나를 주성분으로 하고 0.25∼2.3wt%의 Cr 또는 Zr을 함유하는 원료 분말로부터, 평균 입경이 8μm 이하인 스켈톤을 제조하는 공정과,

   상기 스켈톤에 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분의 용침재를 용침시키는 공정으로서, 상기 스켈톤이 30∼70wt%, 상기 용침재가 50∼70wt%로 되도록 용침재를 용침시키는 공정

   을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 스켈톤의 원료 분말로서 사용되는 TiC 분말의 평균 입경이 8μm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 스켈톤의 원료 분말은 원료 분말 전체에 대하여 10∼40wt%의 Cu를 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정은

    진공 분위기, 바람직하게는 1×10^-1Pa 보다 낮은 압력 분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정은,

    내열재가 산화물 및/또는 질화물만에 의해 형성된 노를 사용하고,

    산화물 또는 질화물에 의해 형성된 도가니를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 용침재를 상기 스켈톤에 용침시키는 상기 공정에서,

    이 공정에서 사용되는 노의 내열재 및 도가니 중의 적어도 하나가 카본재로 구성되는 경우에, 상기 용침재 및 상기 스켈톤이 Al₂0₃의 판, 블록 또는 분말에 의해 상기 카본재로부터 격리되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 스켈톤을 성형하는 공정을 더 구비하고,

    이 공정에서 사용되는 금형의 외형은 복수의 부분으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
16. 주성분이 Cu 로 이루어지는 40∼55vol%의 도전 성분과, 주성분이 TiC 또는 VC로 이루어지는 45∼60vol%의 내호 성분으로 구성되는 진공 밸브용 접점 재료의 제조 방법에 있어서,

    입경이 0.3∼3μm인 내호 성분 분말에 대하여, Cu 분말 및 파라핀을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 혼합 공정과,

    상기 혼합 공정에 의해 얻어진 혼합 분말을 스켈톤 형상의 성형체로 성형하는 성형 공정과,

    상기 성형 공정에 의해 얻어진 스켈톤 형상의 성형체에 도전 성분을 용침시키는 용침 공정

    을 구비하며,

    상기 혼합 공정에서, 혼합되는 상기 Cu 분말의 양은 상기 내호 성분 분말과 상기 Cu 분말의 총량에 대하여 16∼43vol%이고, 또한 혼합되는 상기 파라핀 분말의 양은 상기 내호 성분 분말과 상기 Cu 분말의 총량에 대하여 5∼30vol%인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 혼합 공정에서, 배합되는 상기 Cu 분말의 입경이 100μm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 성형 공정 후 상기 용침 공정 전에, 상기 성형체를 300∼500℃에서 질소 분위기 중에서 10분 이상 유지하고 상기 파라핀을 증발시켜 상기 성형체로부터 제거하는 탈파라핀 공정을 더 구비하며,

    상기 용침 공정에서, 상기 성형체에 진공 분위기 중에서 1100∼1200℃에서 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분이 용침되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 성형체를 300℃ 이상, 또한 용침하는 도전 성분의 융점 이하의 온도에서 수소 중에서 10분 이상 유지하고 파라핀을 증발시켜 성형체로부터 제거하는 탈파라핀 공정과,

    상기 탈파라핀 공정이 실시된 후, 상기 성형체를 900℃ 이상, 또한 용침재의 융점 온도 이하의 온도에서, 진공 분위기 중에서 30분 이상 유지하여 탈수소하는 공정을 더 구비하고,

    상기 탈파라핀 공정 및 상기 탈수소 공정은 상기 성형 공정 후 상기 용침 공정 전에 행해지고,

    상기 용침 공정에서, 상기 성형체에 1100∼1200℃에서 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분이 용침되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
20. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

    상기 성형 공정 후 상기 용접 공정 전에, 상기 성형체를 비점이 50∼200℃인 탄수화물계 세정액에 침지하고, 40℃ 이상, 또한 세정액의 비점 이하의 온도로 유지하여 파라핀을 세정액 중에 용해 추출시켜 성형체로부터 제거하는 탈파라핀 공정을 더 구비하고,

    상기 용침 공정에서 진공 분위기 중에서 1100∼1200℃에서 Cu를 주성분으로 하는 도전 성분이 용침되는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 탈파라핀 공정은,

    상기 성형체를 세정액에 소정 시간 침지하는 제 1 단계와,

    상기 제 1 단계에서 사용되는 파라핀이 용출한 세정액보다도 파라핀 농도가 낮은 세정액에 대하여 상기 성형체를 소정 시간 침지하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 혼합 공정에서, 상기 내호 성분 분말과 상기 Cu 분말의 총량에 대하여 0.1wt% 이하의 Co, 0.1wt% 이하의 Fe, 0.3wt% 이하의 Ni 및 3wt% 이하의 Cr 중 어느 하나를 첨가하는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 용침 공정에서 사용되는 용침재의 양이 성형체의 공극을 메우는 데 필요한 양의 100∼110%인 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.
24. 제 16 항 내지 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 성형 공정에서, 상기 혼합 분말을 성형하는 금형이 원반 형상의 성형체를 성형 후 빼내어 금형으로부터 취출하는 구조이고, 성형체를 빼내는 측의 금형의 내경이 또 다른 쪽의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 접점의 제조 방법.