WO2015133262A1 - 電極材料 - Google Patents

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solid solution
resistant element
heat
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薫 北寄崎
啓太 石川
将大 林
鈴木　伸尚
光佑 長谷川
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株式会社明電舎
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Definitions

  • the present invention relates to a composition control technique for electrode materials.
  • Electrode materials used for electrodes such as vacuum interrupter (VI) include (1) large breaking capacity, (2) high withstand voltage performance, (3) low contact resistance, and (4) welding resistance. It is required to satisfy the following characteristics: (5) low contact consumption, (6) low cutting current, (7) excellent workability, (8) high mechanical strength, etc. .
  • a copper (Cu) -chromium (Cr) electrode has characteristics such as a large breaking capacity, a high withstand voltage performance, and a high resistance to welding, and is widely used as a contact material for a vacuum interrupter.
  • Cu—Cr electrodes it has been reported that the smaller the particle size of Cr particles, the better in terms of breaking current and contact resistance (for example, Non-Patent Document 1).
  • a solid phase sintering method mixes Cu with good conductivity and Cr with excellent arc resistance at a constant ratio, presses the mixed powder, and then sinters in a non-oxidizing atmosphere such as in a vacuum.
  • a non-oxidizing atmosphere such as in a vacuum.
  • the sintering method has an advantage that the composition of Cu and Cr can be freely selected, the gas content is higher than the infiltration method, and the mechanical strength may be lowered.
  • infiltration is performed by pressing Cr powder (or without molding), filling the container, and heating it above the melting point of Cu in a non-oxidizing atmosphere, such as in a vacuum.
  • Cu is infiltrated into the electrode to produce an electrode.
  • the infiltration method cannot freely select the composition ratio of Cu and Cr, but has the advantage that a material with less gas and voids can be obtained and the mechanical strength is higher than the solid phase sintering method.
  • a Cr powder that improves electrical characteristics and a finer Cr particle are used as the base Cu powder.
  • heat-resistant element mobdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), zirconium (Zr), etc.
  • the mixed powder is inserted into a mold and added.
  • Patent Documents 1 and 2 There is a method of manufacturing an electrode that is compacted to form a sintered body.
  • a heat-resistant element is added to a Cu—Cr-based electrode material made from Cr having a particle size of 200 to 300 ⁇ m, and Cr is refined through a microstructure technique. That is, alloying of Cr and a heat-resistant element is promoted, and precipitation of fine Cr—X (X is a heat-resistant element) particles is increased inside the Cu base material structure. As a result, Cr particles having a diameter of 20 to 60 ⁇ m are uniformly dispersed in the Cu substrate structure in a form having a heat-resistant element therein.
  • the content of Cr and heat-resistant elements in the Cu base material is increased, and Cr and Cr and heat-resistant elements are in solid solution. It is required to make the particle size of the fine particles uniformly dispersed in the Cu base material.
  • the particle diameter of the Cr-based particles in the electrode material of Patent Document 1 is 20 to 60 ⁇ m, and further refinement is required to improve electrical characteristics such as current interruption performance and withstand voltage performance.
  • An object of the present invention is to provide a technique that contributes to improvement of the withstand voltage performance and current interruption performance of an electrode material.
  • One aspect of the electrode material of the present invention that achieves the above object is to form a solid solution powder of a heat-resistant element and Cr containing a heat-resistant element and Cr, and the volume relative particle amount of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less is 50% or more. Then, Cu is infiltrated into a sintered body obtained by sintering the formed solid solution powder.
  • the solid solution powder contains 4 or less Cr with respect to the heat-resistant element 1 in a weight ratio.
  • the solid solution powder is obtained by mixing a heat-resistant element powder and a Cr powder and heating the solid solution. Is.
  • the heat-resistant element powder has an average particle diameter of 2 to 20 ⁇ m.
  • the particle size of the Cr powder is smaller than 300 ⁇ m.
  • the heat-resistant element includes Mo, W, Ta, Nb, V, Zr, Be, Hf, Ir, Pt, Ti, At least one selected from Si, Rh, and Ru.
  • the solid solution powder corresponds to a peak corresponding to a Cr element or a heat-resistant element in X-ray diffraction measurement of the solid solution powder. One of the peaks has disappeared completely.
  • Electron micrograph of mixed powder of Mo powder and Cr powder (b) Electron micrograph of MoCr powder. 2 is a cross-sectional photomicrograph (magnification ⁇ 400) of the electrode material of Example 1, and a cross-sectional photomicrograph (magnification ⁇ 800) of the electrode material of Example 1.
  • 4 is an electron micrograph (magnification ⁇ 500) of the MoCr powder of Reference Example 1.
  • 4 is an electron micrograph (magnification ⁇ 500) of the MoCr powder of Reference Example 2. It is a flowchart of the manufacturing method of the electrode material which concerns on a comparative example. 2 is a cross-sectional photomicrograph (magnification ⁇ 800) of the electrode material of Comparative Example 1.
  • the average particle diameter (median diameter d50) and the volume relative particle amount are values measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (Cirrus Corporation: Cirrus 1090L). .
  • the inventors examined the correlation between the occurrence of re-ignition and the distribution of heat-resistant elements (Mo, Cr, etc.) and Cu.
  • heat-resistant elements Mo, Cr, etc.
  • Cu heat-resistant elements
  • minute protrusions for example, minute protrusions of several tens to several hundreds of micrometers
  • a high electric field is generated at the tip of the protruding portion, it can be a factor of reducing the breaking performance and the withstand voltage performance.
  • the protrusions are formed because the electrodes are melted and welded by the input current, and the melted parts are peeled off when the current is interrupted thereafter.
  • the particle size of the heat-resistant element in the electrode is reduced and finely dispersed, and the Cu region in the electrode surface is made fine and uniform.
  • dispersion it was found that the generation of minute protrusions in the Cu region is suppressed and the probability of re-ignition is reduced.
  • the electrode contact is ruptured by repeatedly opening and closing the contact, whereby the heat-resistant element particles on the electrode surface are crushed and become fine particles that are detached from the electrode surface.
  • the particle size of the heat-resistant element in the electrode material is reduced and finely dispersed, and further, the Cu region is finely dispersed, resulting in heat resistance
  • the present inventors have found that an effect of suppressing the breakage of elemental particles can be obtained. Based on these findings, the inventors have intensively studied the particle size of the heat-resistant element, the dispersibility of Cu, the voltage resistance of the electrode of the vacuum interrupter, and the like, and as a result, the present invention has been completed.
  • the present invention relates to a composition control technique for a Cu—Cr—heat-resistant element (Mo, W, V, etc.) electrode material, wherein the particles containing Cr are finely dispersed and uniformly dispersed, A certain Cu structure is also finely and uniformly dispersed, and by increasing the content of the heat-resistant element, for example, the withstand voltage performance and the current interruption performance of the electrode material for a vacuum interrupter are improved.
  • Mo Cu—Cr—heat-resistant element
  • refractory elements examples include molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), vanadium (V), zirconium (Zr), beryllium (Be), hafnium (Hf), and iridium (Ir).
  • Mo molybdenum
  • tungsten W
  • tantalum Ti
  • niobium Nb
  • vanadium V
  • zirconium zirconium
  • Be zirconium
  • Be zirconium
  • Be zirconium
  • Be hafnium
  • Hf iridium
  • Ir iridium
  • elements selected from elements such as platinum (Pt), titanium (Ti), silicon (Si), rhodium (Rh), and ruthenium (Ru) can be used alone or in combination.
  • Mo, W, Ta, Nb, V, or Zr which has a remarkable effect of refining Cr particles.
  • the average particle size of the heat-resistant element powder is, for example, 2 to 20 ⁇ m, more preferably 2 to 10 ⁇ m, so that the electrode material contains particles containing Cr (a solid solution of the heat-resistant element and Cr).
  • the electrode material contains particles containing Cr (a solid solution of the heat-resistant element and Cr).
  • 6 to 76% by weight, more preferably 32 to 68% by weight, of the heat-resistant element with respect to the electrode material the withstand voltage performance and current interruption performance of the electrode material are improved without impairing the mechanical strength and workability. Can be made.
  • Cr is contained in an amount of 1.5 to 64% by weight, more preferably 4 to 15% by weight with respect to the electrode material, so that the withstand voltage performance and current interruption performance of the electrode material can be reduced without impairing the mechanical strength and workability. Can be improved.
  • the particle size of Cr powder is, for example, ⁇ 48 mesh (particle size less than 300 ⁇ m), more preferably ⁇ 100 mesh (particle size less than 150 ⁇ m), and still more preferably ⁇ 325 mesh (particle size less than 45 ⁇ m). By doing so, an electrode material excellent in withstand voltage performance and current interruption performance can be obtained.
  • the particle size of the Cr powder By setting the particle size of the Cr powder to ⁇ 100 mesh, it is possible to reduce the amount of residual Cr that causes the particle size of Cu infiltrated into the electrode material to increase.
  • the oxygen content contained in the electrode material increases. As a result, the current interruption performance decreases.
  • the increase in the oxygen content of the electrode material by reducing the particle size of the Cr particles is considered to be caused by the oxidation of Cr when finely pulverizing Cr.
  • a Cr powder having a particle size of less than ⁇ 325 mesh may be used. It is preferable to use a Cr powder having a small particle diameter in order to disperse the particles containing modified Cr.
  • the contact resistance of the electrode material can be reduced without impairing the withstand voltage performance or the current interruption performance.
  • the total of the heat-resistant elements, Cr and Cu added to the electrode material does not exceed 100% by weight. Absent.
  • heat-resistant element powder for example, Mo powder
  • Cr powder heat-resistant element powder
  • the average particle diameter of the Mo powder and the particle diameter of the Cr powder are not particularly limited, but the average particle diameter of the Mo powder is 2 to 20 ⁇ m and the particle diameter of the Cr powder is ⁇ 100 mesh, so that the Cu phase
  • An electrode material in which the MoCr solid solution is uniformly dispersed can be formed.
  • the Mo powder and the Cr powder are mixed such that the weight ratio of Cr to Mo1 is 4 or less, more preferably, Cr is 1/3 or less to Mo1, so that withstand voltage performance and current interruption performance are achieved. It is possible to manufacture an electrode material excellent in the above.
  • the mixed powder of Mo powder and Cr powder (hereinafter referred to as mixed powder) obtained in the mixing step S1 is filled into a container (for example, an alumina container) that does not react with Mo and Cr, Temporary sintering is performed at a predetermined temperature (for example, 1250 ° C. to 1500 ° C.) in a non-oxidizing atmosphere (hydrogen atmosphere, vacuum atmosphere, etc.).
  • a predetermined temperature for example, 1250 ° C. to 1500 ° C.
  • a non-oxidizing atmosphere hydrogen atmosphere, vacuum atmosphere, etc.
  • the sintering temperature and time in the preliminary sintering step S2 are selected so that at least the peak corresponding to the Mo element disappears in the X-ray diffraction measurement of the solid solution of MoCr. Is done.
  • the mixed powder may be pressure-formed (pressed) before pre-sintering.
  • pressure forming interdiffusion between Mo and Cr is promoted, so that the pre-sintering time can be shortened or the pre-sintering temperature can be reduced.
  • the pressure at the time of pressure molding is not particularly limited, but is preferably 0.1 t / cm 2 or less.
  • the MoCr solid solution is pulverized using a pulverizer (for example, a planetary ball mill) to obtain a MoCr solid solution powder (hereinafter referred to as MoCr powder).
  • the pulverizing atmosphere in the pulverizing step S3 is preferably a non-oxidizing atmosphere, but may be pulverized in the air.
  • the pulverization conditions may be such that the particles (secondary particles) in which the MoCr solid solution particles are bonded to each other are pulverized.
  • the longer the pulverization time the smaller the average particle diameter of the MoCr solid solution particles.
  • the MoCr powder by setting the pulverization conditions such that the volume relative particle amount of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less (more preferably, particles having a particle size of 20 ⁇ m or less) is 50% or more, MoCr particles ( Particles in which Mo and Cr are dissolved and dissolved in each other) and an electrode material in which the Cu structure is uniformly dispersed (that is, an electrode material excellent in withstand voltage performance) can be obtained.
  • MoCr powder is formed.
  • the MoCr powder is molded by, for example, pressure molding at a pressure of 2 t / cm 2 .
  • the formed MoCr powder is subjected to main sintering to obtain a MoCr sintered body (MoCr skeleton).
  • the main sintering is performed, for example, by sintering a compact of MoCr powder in a vacuum atmosphere at 1150 ° C. for 2 hours.
  • the main sintering step S5 is a step of obtaining a denser MoCr sintered body by deformation and joining of the MoCr powder.
  • the sintering of the MoCr powder is desirably performed under the temperature condition of the next infiltration step S6, for example, at a temperature of 1150 ° C. or higher.
  • the sintering temperature of the present invention is higher than the temperature at the time of Cu infiltration and is equal to or lower than the melting point of Cr, preferably in the range of 1150 to 1500 ° C., so that densification of MoCr particles proceeds and MoCr particles Degassing proceeds sufficiently.
  • Cu is infiltrated into the MoCr sintered body.
  • Infiltration of Cu is performed, for example, by placing a Cu plate material on a MoCr sintered body and holding it in a non-oxidizing atmosphere at a temperature equal to or higher than the melting point of Cu for a predetermined time (for example, 1150 ° C.-2 hours).
  • a vacuum interrupter can be comprised using the electrode material which concerns on embodiment of this invention.
  • a vacuum interrupter 1 having an electrode material according to an embodiment of the present invention includes a vacuum vessel 2, a fixed electrode 3, a movable electrode 4, and a main shield 10.
  • the vacuum vessel 2 is configured by sealing both open end portions of the insulating cylinder 5 with a fixed side end plate 6 and a movable side end plate 7, respectively.
  • the fixed electrode 3 is fixed in a state of passing through the fixed side end plate 6.
  • One end of the fixed electrode 3 is fixed so as to face one end of the movable electrode 4 in the vacuum vessel 2, and the end of the fixed electrode 3 facing the movable electrode 4 is in accordance with the embodiment of the present invention.
  • An electrode contact material 8 which is an electrode material is provided.
  • the movable electrode 4 is provided on the movable side end plate 7.
  • the movable electrode 4 is provided coaxially with the fixed electrode 3.
  • the movable electrode 4 is moved in the axial direction by an opening / closing means (not shown), and the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 are opened and closed.
  • An electrode contact material 8 is provided at the end of the movable electrode 4 facing the fixed electrode 3.
  • a bellows 9 is provided between the movable electrode 4 and the movable side end plate 7, and the movable electrode 4 is moved up and down while keeping the inside of the vacuum vessel 2 in a vacuum, so that the fixed electrode 3 and the movable electrode 4 can be opened and closed. Done.
  • the main shield 10 is provided so as to cover a contact portion between the electrode contact material 8 of the fixed electrode 3 and the electrode contact material 8 of the movable electrode 4, and is insulated from an arc generated between the fixed electrode 3 and the movable electrode 4.
  • Example 1 A specific example is given and the electrode material which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail.
  • the electrode material of Example 1 was produced according to the flowchart shown in FIG.
  • the Mo powder used had a particle size of 2.8 to 3.7 ⁇ m.
  • the Cr powder -325 mesh (a sieve opening of 45 ⁇ m) was used.
  • the mixed powder of Mo powder and Cr powder was transferred into an alumina container and pre-sintered in a vacuum heating furnace. If the degree of vacuum after maintaining for a predetermined time at the presintering temperature is 5 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less, the oxygen content in the electrode material produced using the obtained presintered body is reduced, The current interruption performance of the electrode material is not impaired.
  • the mixed powder was pre-sintered at 1250 ° C. for 3 hours.
  • the degree of vacuum of the vacuum heating furnace after sintering at 1250 ° C. for 3 hours was 3.5 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa.
  • the MoCr preliminary sintered body was taken out from the vacuum heating furnace and pulverized for 10 minutes using a planetary ball mill to obtain MoCr powder.
  • XRD X-ray diffraction
  • the lattice constant a (Mo) of the Mo powder was 0.3151 nm, and the lattice constant a (Cr) of the Cr powder was 0.2890 nm.
  • FIG. 3 (a) is an electron micrograph of a mixed powder of Mo powder and Cr powder.
  • the particles having a relatively large particle size of about 45 ⁇ m seen in the lower left and upper center are Cr powders, and the fine particles that are aggregated are Mo powders.
  • FIG. 3 (b) is an electron micrograph of MoCr powder.
  • a relatively large powder having a particle size of about 45 ⁇ m could not be confirmed, and it was confirmed that Cr was not present in the raw material as it was (size).
  • the average particle diameter (median diameter d50) of the MoCr powder was 15.1 ⁇ m.
  • the MoCr powder obtained in the pulverization step is pressure-molded using a press at a press pressure of 2 t / cm 2 to form a compact, and this compact is subjected to main firing in a vacuum atmosphere at 1150 ° C. for 2 hours. As a result, a MoCr sintered body was produced.
  • a relatively white region is an alloy structure in which Mo and Cr are solid solution
  • a relatively black portion is a Cu structure.
  • a fine alloy structure (white portion) of 1 to 10 ⁇ m was uniformly refined and dispersed. Further, the Cu structure was not evenly distributed and was uniformly dispersed.
  • N L n L / L (2)
  • N S n S / S (3) dm: average particle diameter, ⁇ : pi, N L : number of particles per unit length hit by an arbitrary straight line on the cross-sectional structure, N S : the number of particles contained per unit area hit in any measurement region, n L : the number of particles hit by any straight line on the cross-sectional texture, L: length of an arbitrary straight line on the cross-sectional structure, n S : the number of particles contained in an arbitrary measurement region, S: Area of an arbitrary measurement region Specifically, using the SEM image of FIG.
  • n L and n S were divided by L and S, respectively, to obtain N L and N S. Further, by substituting the N L and N S in (1) to determine the average particle diameter dm.
  • the average particle diameter dm of the MoCr particles of the electrode material of Example 1 was 3.8 ⁇ m.
  • the average particle size of the MoCr powder obtained by pre-sintering the mixed powder at 1250 ° C. for 3 hours and pulverizing it using a planetary ball mill was 15.7 ⁇ m.
  • the cross-sectional observation after Cu infiltration was conducted, and the average particle diameter of the MoCr particles obtained from the Fullman equation was 3.8 ⁇ m. Therefore, it is considered that the refinement of the MoCr particles further progressed in the Cu infiltration step S6. .
  • the average particle diameter of the MoCr particles obtained from the Fullman equation was 15 ⁇ m or less.
  • the dispersion state index of the MoCr particles in the electrode material of Example 1 was calculated from the SEM images of FIGS. 5A and 5B, and the micro-dispersion state of the electrode structure was evaluated.
  • the dispersion state index was calculated according to the method described in JP-A-4-74924.
  • the electrode material of Example 2 was prepared by using the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the same material as that of Example 1 was used.
  • the X-ray diffraction (XRD) measurement of the MoCr powder obtained by pulverizing the temporary sintered body of Example 2 was performed to determine the lattice constant a of the MoCr powder.
  • the electrode material of Example 3 was prepared using the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the electrode material was produced by the same method as Example 1.
  • the X-ray diffraction (XRD) measurement of the MoCr powder obtained by pulverizing the pre-sintered body of Example 3 was performed to obtain the lattice constant a of the MoCr powder.
  • the electrode material of Example 4 was made of the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the electrode material was produced by the same method as Example 1.
  • pulverized the temporary sintered compact of Example 4 was performed, and the lattice constant a of MoCr powder was calculated
  • the electrode material of Example 5 was prepared using the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the same material as that of Example 1 was used.
  • the X-ray diffraction (XRD) measurement of the MoCr powder obtained by pulverizing the temporary sintered body of Example 5 was performed to determine the lattice constant a of the MoCr powder.
  • the electrode material of Example 6 was prepared by using the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the same material as that of Example 1 was used.
  • the X-ray diffraction (XRD) measurement of the MoCr powder obtained by pulverizing the temporary sintered body of Example 6 was performed to determine the lattice constant a of the MoCr powder.
  • the electrode material of Example 7 was prepared by using the same material as that of Example 1 except that the mixing ratio of Mo powder and Cr powder was different, and the same material as that of Example 1 was used.
  • pulverized the temporary sintered compact of Example 7 was performed, and the lattice constant a of MoCr powder was calculated
  • Reference Example 1 The electrode material of Reference Example 1 is obtained by performing preliminary sintering at 1200 ° C. for 30 minutes in the preliminary sintering step.
  • the electrode material of Reference Example 1 was prepared using the same material as that of Example 1 as a raw material, except that the temperature and time in the preliminary sintering step were different, and was produced by the same method as in Example 1.
  • the MoCr temporary sintered body was taken out from the vacuum heating furnace, and the temporary sintered body was pulverized using a planetary ball mill to obtain MoCr powder.
  • XRD X-ray diffraction
  • Reference Example 2 The electrode material of Reference Example 2 is obtained by performing preliminary sintering at 1200 ° C. for 3 hours in the preliminary sintering step.
  • the electrode material of Reference Example 2 was prepared using the same material as that of Example 1 as a raw material, except that the temperature in the preliminary sintering step was different, and was produced by the same method as in Example 1.
  • the MoCr temporary sintered body was taken out from the vacuum heating furnace, and the temporary sintered body was pulverized using a planetary ball mill to obtain MoCr powder.
  • XRD X-ray diffraction
  • the Mo powder used had a particle size of ⁇ 4.0 ⁇ m.
  • the Cr powder a ⁇ 180 ⁇ m mesh (80 ⁇ m sieve opening) was used.
  • this mixed powder of Mo powder and Cr powder was transferred into an alumina container and maintained at 1250 ° C. for 3 hours in a vacuum heating furnace to prepare a temporary sintered body.
  • the final degree of vacuum when kept at 1250 ° C. for 3 hours was 3.5 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa.
  • the MoCr temporary sintered body was taken out from the vacuum heating furnace and pulverized using a planetary ball mill to obtain MoCr powder. After grinding, X-ray diffraction (XRD) measurement of the MoCr powder was performed to determine the crystal constant of the MoCr powder.
  • XRD X-ray diffraction
  • the MoCr powder was press-molded at a press pressure of 2 t / cm 2 to form a compact, and this compact was subjected to main sintering in a vacuum atmosphere at 1150 ° C. for 2 hours to produce a MoCr sintered body. Thereafter, a Cu plate material was placed on the MoCr sintered body, held in a vacuum heating furnace at 1150 ° C. for 2 hours, and Cu was infiltrated into the MoCr sintered body.
  • Comparative Example 1 The electrode material of Comparative Example 1 was produced according to the flowchart shown in FIG.
  • the mixed powder of Mo powder and Cr powder is pressure-formed at a press pressure of 2 t / cm 2 to form a formed body (pressure forming step T2), and this formed body is vacuumed at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours.
  • the main sintering was performed by holding in an atmosphere (sintering step T3), and a MoCr sintered body was manufactured.
  • Cu plate material was placed on the MoCr sintered body, and Cu was infiltrated by holding at a temperature of 1150 ° C. for 2 hours in a vacuum heating furnace (Cu infiltration step T4). In this manner, Cu was liquid phase sintered in the MoCr sintered body to obtain a uniform infiltrated body.
  • FIG. 9 shows an electron micrograph (magnification ⁇ 800) of the electrode material of Comparative Example 1.
  • a region that appears relatively white (white portion) is a structure in which Mo and Cr are dissolved, and a portion that appears relatively black (black portion) is a structure of Cu.
  • the electrode material of Comparative Example 1 has a structure in which Cu (black part) having a particle size of 20 to 60 ⁇ m is dispersed in fine MoCr solid solution particles (white part) having a size of 1 to 10 ⁇ m. This is because in the Cu infiltration step T4, the Cr particles are refined by the Mo particles, and Cr diffuses into the Mo particles by the diffusion mechanism, so that the Cu infiltrates into the void portion formed in the step of forming a solid solution structure of Cr and Mo. It is estimated that this is the result.
  • Comparative Example 2 The electrode material of Comparative Example 2 was made of the same material as that of Comparative Example 1 except that ⁇ 325 mesh (sieving 45 ⁇ m) was used as the Cr powder, and the electrode material was prepared by the same method as Comparative Example 1. Produced.
  • Example 1-8 shows the withstand voltage performance of the electrode materials of Examples 1-8, Reference Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2.
  • the electrode material of Example 1-8 is an electrode material excellent in withstand voltage performance. It can also be seen that the withstand voltage performance of the electrode material improves as the proportion of the heat-resistant element contained in the electrode material increases. That is, the electrode material according to the embodiment of the present invention includes a mixing step of mixing the heat-resistant element powder and the Cr powder, a temporary sintering step of pre-sintering the mixture of the heat-resistant element powder and the Cr powder, and a temporary sintered body.
  • Pulverizing step sinter the powder obtained by pulverizing the temporary sintered body, and Cu infiltration step of infiltrating Cu into the sintered body (skeleton) obtained in the main sintering step.
  • the composition of the electrode material so that the particles in which the heat-resistant element and Cr are in solid solution diffusion are refined and uniformly dispersed, and the Cu portion, which is a high conductor component, is also finely and uniformly dispersed. be able to.
  • the electrode material according to the embodiment of the present invention can uniformly disperse fine particles (solid solution particles of heat-resistant element and Cr) in which the heat-resistant element and Cr are in solution with each other, current interruption performance and contact resistance Can be reduced.
  • the average particle size of the fine particles varies depending on the average particle size of the Mo powder as the raw material and the average particle size of the Cr powder.
  • the average particle size of the fine particles dispersed in the electrode material is By controlling the composition so that the average particle size obtained using the above formula is 20 ⁇ m or less, more preferably 15 ⁇ m or less, the current blocking performance of the electrode material can be improved and the contact resistance can be reduced.
  • the electrode material which was excellent in the withstand voltage performance and the electric current interruption performance can be obtained because the particle
  • the electrode material according to the embodiment of the present invention distributes fine particles (heat-resistant element and Cr solid solution particles) in which the refractory metal and Cr are in solid solution and diffused uniformly in Cu, so that the current interruption performance and Electrical characteristics such as withstand voltage performance can be improved.
  • the dispersion state index CV obtained from the average value and the standard deviation of the distance between the centers of gravity of the fine particles is 2.0 or less, preferably 1.0 or less, so that the electrode material is excellent in current interruption performance and withstand voltage performance. Can be obtained.
  • the ratio of the heat-resistant element and the Cr element in the solid solution powder is such that the weight ratio of Cr is 4 or less with respect to the heat-resistant element 1, more preferably, Cr is 1/3 or less with respect to the heat-resistant element 1. An electrode material excellent in performance can be obtained.
  • the average particle size of the heat-resistant element can be one factor that determines the particle size of the solid solution powder of the heat-resistant element and Cr. That is, Cr particles are refined by heat-resistant element particles, Cr diffuses into the heat-resistant element particles by the diffusion mechanism, and the heat-resistant element and Cr form a solid solution structure. growing. Further, the degree of increase by pre-sintering also depends on the mixing ratio of Cr. Therefore, by setting the average particle diameter of the heat-resistant element powder to, for example, 2 to 20 ⁇ m, more preferably 2 to 10 ⁇ m, the heat-resistant element and Cr for forming an electrode material having excellent withstand voltage performance and current interruption performance The solid solution powder can be obtained.
  • the filling rate of the electrode material is 95% or more, and the contact surface is roughened by an arc at the time of current interruption or current switching. Less is. That is, the electrode material is excellent in withstand voltage performance without any fine irregularities on the surface of the electrode material due to the presence of pores.
  • the porous material is filled with Cu so that it is excellent in mechanical strength and has a higher hardness than an electrode material manufactured by a sintering method. .
  • the withstand voltage performance of the electrode contact of the vacuum interrupter is improved.
  • the gap length between the fixed electrode and the movable electrode can be made shorter than the conventional vacuum interrupter, and the gap between the fixed electrode and the movable electrode and the main shield can be narrowed. Therefore, the structure of the vacuum interrupter can be reduced. As a result, the vacuum interrupter can be reduced in size.
  • the manufacturing cost of the vacuum interrupter is reduced by downsizing the vacuum interrupter.
  • the pre-sintering temperature is 1250 ° C.-3 hours, but the pre-sintering temperature of the present invention is 1250 ° C. or higher and not higher than the melting point of Cr, more preferably 1250
  • the preliminary sintering time varies depending on the preliminary sintering temperature. For example, preliminary sintering for 3 hours is performed at 1250 ° C., but preliminary sintering for 0.5 hour is sufficient at 1500 ° C. It is.
  • the MoCr solid solution powder is not limited to those manufactured by the manufacturing method described in the embodiment, and the MoCr solid solution powder manufactured by a known manufacturing method (for example, a jet mill method or an atomizing method) is used. Also good.
  • the electrode material may be molded by CIP processing or HIP processing.
  • the filling rate of the MoCr sintered body can be increased by performing the HIP treatment after the main sintering and before the Cu infiltration, and as a result, the withstand voltage performance of the electrode material can be increased.
  • the electrode material of the present invention is not limited to those having only heat-resistant elements, Cr and Cu as constituent elements, and an element for improving the characteristics of the electrode material may be added.
  • the welding resistance of the electrode material can be improved by adding Te.
  • the electrode material of the present invention is obtained by uniformly dispersing fine particles (solid solution particles of heat-resistant element and Cr) in which the heat-resistant element and Cr are in solid solution diffusion, the Furman equation is used.
  • the dispersion state index CV calculated from the average value of the distance between the centers of gravity of the fine particles and the standard deviation is 2.0 or less (more preferably, the CV is less than 20 ⁇ m). 1.0 or less), it is not limited to the manufacturing method of the embodiment. For example, it may be manufactured by a melting method in which Cu and Cr or the like are dissolved at a predetermined composition ratio.

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Abstract

Ｃｒを含有する粒子を微細化して均一に分散させ、且つ高導電体成分であるＣｕ部分も微細均一分散させた電極材料である。電極材料は、例えば、耐熱元素粉末とＣｒ粉末を混合する混合工程（Ｓ１）と、この混合粉末を仮焼結して耐熱元素とＣｒの固溶体を得る仮焼結工程（Ｓ２）と、耐熱元素とＣｒの固溶体を粉砕し、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末を得る粉砕工程（Ｓ３）と、この固溶体粉末を成形する成形工程（Ｓ４）と、得られた成形体を本焼結して耐熱元素とＣｒの焼結体（スケルトン）を得る本焼結工程（Ｓ５）と、耐熱元素とＣｒの焼結体にＣｕを溶浸するＣｕ溶浸工程（Ｓ６）と、により作製される。

Description

電極材料
　本発明は、電極材料の組成制御技術に関する。
　真空インタラプタ（ＶＩ）等の電極に用いられる電極材料には、（１）遮断容量が大きいこと、（２）耐電圧性能が高いこと、（３）接触抵抗が低いこと、（４）耐溶着性が高いこと、（５）接点消耗量が低いこと、（６）裁断電流が低いこと、（７）加工性に優れること、（８）機械強度が高いこと、等の特性を満たすことが求められる。
　銅（Ｃｕ）－クロム（Ｃｒ）電極は、遮断容量が大きく、耐電圧性能が高く、耐溶着性が高い等の特性を有し、真空インタラプタの接点材料として広く用いられている。Ｃｕ－Ｃｒ電極では、Ｃｒ粒子の粒径が細かい方が、遮断電流や接触抵抗の面において良好であるとの報告がある（例えば、非特許文献１）。
　Ｃｕ－Ｃｒ電極材料の製造方法として、一般に固相焼結法と溶浸法の２通りが良く知られている。固相焼結法は、導電性の良好なＣｕと耐アーク性に優れるＣｒとを一定の割合で混合し、その混合粉末を加圧成形してから、真空中等の非酸化雰囲気で焼結して焼結体を製造する。焼結法は、ＣｕとＣｒの組成を自由に選ぶことができる長所があるが、溶浸法と比較してガス含有量が高く、機械強度が低くなるおそれがある。
　一方の溶浸法は、Ｃｒ粉末を加圧成形して（若しくは、成形せずに）、容器に充填し、真空中等の非酸化雰囲気でＣｕの融点以上に加熱することによりＣｒ粒子間の空隙にＣｕを溶浸して電極を製造する。溶浸法は、ＣｕとＣｒの組成比を自由に選ぶことができないが、固相焼結法よりもガス・空隙の少ない素材が得られ、機械強度が高いという長所がある。
　近年、真空インタラプタの使用条件が厳しくなるとともにコンデンサ回路への真空インタラプタの適用拡大が進んでいる。コンデンサ回路では、通常の２～３倍の電圧が電極間に印加されるため、電流遮断時や電流開閉時のアークによって接点表面が著しく損傷し再点弧が発生しやすくなると考えられる。例えば、回路電圧を印加した状態で電極を閉じていくと、可動電極と固定電極との間の電界が強くなり、電極が閉じる前に絶縁破壊が生じる。この時にアークが発生し、アークの熱によって電極の接点表面に溶融が生じる。そして、電極が閉じると、溶融した部位は熱拡散により温度が低下し、溶着することとなる。電極が開くときには、この溶融した部位が引き剥がされるので、接点表面に損傷が生じることとなる。そのため、従来のＣｕ－Ｃｒ電極より優れた耐電圧性能及び電流遮断性能を有する電極材料が求められている。
　電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性の良好なＣｕ－Ｃｒ系電極材料の製造方法として、基材であるＣｕ粉末に、電気的特性を向上させるＣｒ粉末と、Ｃｒ粒子を微細にする耐熱元素（モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等）粉末とを混合した後、混合粉末を型に挿入して加圧成形し焼結体とする電極の製造方法がある（例えば、特許文献１，２）。
　具体的には、２００～３００μｍの粒子サイズを有するＣｒを原料としたＣｕ－Ｃｒ系電極材料に耐熱元素を添加し、微細組織技術を通してＣｒを微細化する。つまり、Ｃｒと耐熱元素の合金化を促進させ、Ｃｕ基材組織内部に微細なＣｒ－Ｘ（Ｘは耐熱元素）粒子の析出を増加させている。その結果、直径２０～６０μｍのＣｒ粒子が、その内部に耐熱元素を有する形態で、Ｃｕ基材組織内に均一に分散されることとなる。
　電極材料において、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性を向上させるには、Ｃｕ基材中のＣｒや耐熱元素の含有量を多くし、且つＣｒ及びＣｒと耐熱元素が固溶した粒子の粒径を微細化してＣｕ基材中に均一に分散させることが求められる。
　しかしながら、特許文献１の電極材料中のＣｒ系粒子の粒径は、２０～６０μｍであり、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性を向上させるにはさらなる微細化が必要となる。
　一般的に、平均粒径が小さいＣｒ粉末を原料として用いることで、Ｃｕ基材中に微細化されたＣｒを均一に分散させることができる。しかし、Ｃｒ原料の平均粒径を小さくすると、Ｃｒ原料中の酸素含有量が多くなり、Ｃｕ－Ｃｒ系電極の電流遮断性能が低下するおそれがある。
特開２０１２－７２０３号公報 特開２００２－１８０１５０号公報 特開２００４－２１１１７３号公報 特開昭６３－６２１２２号公報
RIEDER, F. u.a.、"The Influence of Composition and Cr Particle Size of Cu/Cr Contacts on Chopping Current, Contact Resistance, and Breakdown Voltage in Vacuum Interrupters"、IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology、Vol. 12、1989、273-283
　本発明は、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能の向上に寄与する技術を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明の電極材料の一態様は、耐熱元素とＣｒを含有し、粒径３０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が５０％以上である、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末を成形し、この成形された固溶体粉末を焼結して得られる焼結体に、Ｃｕを溶浸する。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記固溶体粉末は、重量比率で耐熱元素１に対してＣｒを４以下含有する。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記固溶体粉末は、耐熱元素の粉末とＣｒの粉末とを混合し、加熱して得られる固溶体を粉砕したものである。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記耐熱元素の粉末は、平均粒子径が２～２０μｍである。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記Ｃｒの粉末の粒径は、３００μｍより小さい。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記耐熱元素は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕのいずれかから選択される少なくとも１種である。
　また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記固溶体粉末は、該固溶体粉末に対するＸ線回折測定において、Ｃｒ元素に対応するピークまたは耐熱元素に対応するピークのいずれかが完全に消失している。
本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタの概略断面図である。 （ａ）Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末の電子顕微鏡写真、（ｂ）ＭｏＣｒ粉末の電子顕微鏡写真である。 実施例１の電極材料の断面顕微鏡写真（倍率×４００）、実施例１の電極材料の断面顕微鏡写真（倍率×８００）である。 （ａ）実施例１の電極材料の断面組織ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像（倍率×１０００）、（ｂ）実施例１の電極材料の断面組織ＳＥＭ像（倍率×２０００）である。 参考例１のＭｏＣｒ粉末の電子顕微鏡写真（倍率×５００）である。 参考例２のＭｏＣｒ粉末の電子顕微鏡写真（倍率×５００）である。 比較例に係る電極材料の製造方法のフローチャートである。 比較例１の電極材料の断面顕微鏡写真（倍率×８００）である。
　本発明の実施形態に係る電極材料について、図を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明において、特に断りがない限り、平均粒子径（メディアン径ｄ５０）と体積相対粒子量は、レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス社：シーラス１０９０Ｌ）により測定された値を示す。
　まず、本発明に先立って、発明者らは再点弧発生と、耐熱元素（Ｍｏ，Ｃｒ等）やＣｕの分布と、の相関性について検討を行った。その結果、再点弧を発生した電極表面を観察することで、耐熱元素よりも融点が低いＣｕ領域において微小な突起部（例えば、数十μｍ～数百μｍの微小な突起）が多いことを見出した。この突起部の先端には高電界が生じるため、遮断性能や耐電圧性能を低下させる要因となり得る。突起部の形成は、投入電流により電極が溶融・溶着し、その後の電流遮断時に溶融部が引き剥がされることによって形成されるためと推定される。この推定に基づいて電極材料の遮断性能及び耐電圧性能の検討を行った結果、電極中の耐熱元素の粒径を小さくし、微細分散させること、及び、電極表面中のＣｕ領域を微細に均一分散させることで、Ｃｕ領域における微小な突起部の発生が抑制され、且つ再点弧の発生確率が低減されるという知見を得た。また、電極接点は、接点の開閉の繰り返しによって、電極表面の耐熱元素の粒子が砕かれ、微細な粒子となって電極表面から離脱し、絶縁破壊が起こることが考えられる。この考察に基づいて、耐電圧性能に優れる電極材料の検討を行った結果、電極材料中の耐熱元素の粒径を小さくし、微細分散させること、さらに、Ｃｕ領域を微細分散させることで、耐熱元素の粒子が砕かれるのを抑制する効果が得られるとの知見を得た。これらの知見に基づいて、発明者らは、耐熱元素の粒径、Ｃｕの分散性、真空インタラプタの電極の耐電圧性等について鋭意検討した結果、本発明の完成に至ったものである。
　本発明は、Ｃｕ－Ｃｒ－耐熱元素（Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等）電極材料の組成制御技術に係る発明であって、Ｃｒを含有する粒子を微細化して均一に分散させ、高導電体成分であるＣｕ組織も微細均一分散させること、また、耐熱元素の含有量を多くすることで、例えば、真空インタラプタ用電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させるものである。
　耐熱元素は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。特に、Ｃｒ粒子を微細化する効果が顕著であるＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒを用いることが好ましい。耐熱元素を粉末として用いる場合、耐熱元素粉末の平均粒子径を、例えば、２～２０μｍ、より好ましくは２～１０μｍにすることで、電極材料にＣｒを含有する粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体を含む）を微細化して均一に分散させることができる。耐熱元素は、電極材料に対して６～７６重量％、より好ましくは３２～６８重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。
　Ｃｒは、電極材料に対して１．５～６４重量％、より好ましくは４～１５重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。Ｃｒ粉末を用いる場合、Ｃｒ粉末の粒径を、例えば、－４８メッシュ（粒径３００μｍ未満）、より好ましくは－１００メッシュ（粒径１５０μｍ未満）、さらに好ましくは－３２５メッシュ（粒径４５μｍ未満）とすることで、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を得ることができる。Ｃｒ粉末の粒径を－１００メッシュとすることで、電極材料に溶浸されたＣｕの粒子径を大きくする要因となる残存Ｃｒの量を低減することができる。また、電極材料中に微細化したＣｒを含有する粒子を分散させる点では、粒径が小さいＣｒ粉末を用いることが好ましいが、Ｃｒ粒子を細かくするほど電極材料に含有される酸素含有量が増加して電流遮断性能が低下する。Ｃｒ粒子の粒径を小さくすることによる電極材料の酸素含有量の増加は、Ｃｒを微細に粉砕する際にＣｒが酸化することにより生じるものと考えられる。そこで、Ｃｒが酸化しない条件、例えば、不活性ガス中でＣｒを微細な粉末とすることができるのであれば、粒径が－３２５メッシュ未満のＣｒ粉末を用いてもよく、電極材料中に微細化したＣｒを含有する粒子を分散させる点では、粒径が小さいＣｒ粉末を用いることが好ましい。
　Ｃｕは、電極材料に対して２０～７０重量％、より好ましくは２５～６０重量％含有させることで、耐電圧性能や電流遮断性能を損なうことなく、電極材料の接触抵抗を低減することができる。なお、電極材料に含有されるＣｕの含有量は、溶浸工程により定められることとなるので、電極材料に対して添加される耐熱元素、Ｃｒ及びＣｕの合計は、１００重量％を超えることはない。
　本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法について、図１のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、Ｍｏを例示して説明するが、他の耐熱元素の粉末を用いた場合も同様である。
　混合工程Ｓ１では、耐熱元素粉末（例えば、Ｍｏ粉末）とＣｒ粉末を混合する。Ｍｏ粉末の平均粒子径とＣｒ粉末の粒径は、特に限定するものではないが、Ｍｏ粉末の平均粒子径は２～２０μｍ、Ｃｒ粉末の粒径は－１００メッシュとすることで、Ｃｕ相にＭｏＣｒ固溶体が均一に分散した電極材料を形成することができる。また、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末は、重量比率でＭｏ１に対してＣｒが４以下、より好ましくはＭｏ１に対してＣｒが１／３以下となるように混合することで、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を製造することができる。
　仮焼結工程Ｓ２では、混合工程Ｓ１で得られたＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末（以下、混合粉末と称する）を、Ｍｏ及びＣｒと反応しない容器（例えば、アルミナ容器）に充填して、非酸化性雰囲気（水素雰囲気や真空雰囲気等）にて所定の温度（例えば、１２５０℃～１５００℃）で仮焼結を行う。仮焼結を行うことで、ＭｏとＣｒが相互に固溶拡散したＭｏＣｒ固溶体が得られる。仮焼結工程Ｓ２では、必ずしもすべてのＭｏとＣｒがＭｏＣｒ固溶体を形成するまで仮焼結を行う必要はない。ただし、Ｘ線回折測定によって観察されるＭｏ元素に対応するピーク及びＣｒ元素に対応するピークのいずれか若しくは両方が完全に消失した仮焼結体（すなわち、ＭｏとＣｒのどちらかがもう一方に完全に固溶した仮焼結体）を用いることで、より耐電圧性能の高い電極材料を得ることができる。よって、例えば、Ｍｏ粉末の混合量が多い場合には、ＭｏＣｒの固溶体のＸ線回折測定で、少なくともＣｒ元素に対応するピークが消失するように、仮焼結工程Ｓ２の焼結温度と時間が選択され、Ｃｒ粉末の混合量が多い場合には、ＭｏＣｒの固溶体のＸ線回折測定で、少なくともＭｏ元素に対応するピークが消失するように、仮焼結工程Ｓ２の焼結温度と時間が選択される。
　また、仮焼結工程Ｓ２では、仮焼結を行う前に混合粉末を加圧成形（プレス処理）しても良い。加圧成形することで、ＭｏとＣｒとの相互拡散が促進され仮焼結時間を短くしたり、仮焼結温度を低減したりすることができる。加圧成形時の圧力は、特に限定するものではないが、０．１ｔ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。混合粉体の加圧成形時の圧力が非常に大きい場合、仮焼結体が硬くなり、後の粉砕工程Ｓ３での粉砕作業が困難となるおそれがある。
　粉砕工程Ｓ３では、粉砕機（例えば、遊星ボールミル）を用いてＭｏＣｒ固溶体の粉砕を行い、ＭｏＣｒ固溶体の粉末（以下、ＭｏＣｒ粉末と称する）を得る。粉砕工程Ｓ３の粉砕雰囲気は、非酸化性雰囲気が望ましいが、大気中において粉砕してもかまわない。粉砕条件は、ＭｏＣｒ固溶体粒子が相互に結合している粒子（２次粒子）を粉砕する程度の粉砕条件でよい。なお、ＭｏＣｒ固溶体の粉砕は、粉砕時間を長くすればするほど、ＭｏＣｒ固溶体粒子の平均粒子径が小さくなる。したがって、例えば、ＭｏＣｒ粉末において、粒径３０μｍ以下の粒子（より好ましくは、粒径２０μｍ以下の粒子）の体積相対粒子量が５０％以上となるような粉砕条件を設定することで、ＭｏＣｒ粒子（ＭｏとＣｒが相互に固溶拡散した粒子）及びＣｕ組織が均一に分散した電極材料（すなわち、耐電圧性能に優れた電極材料）を得ることができる。
　成形工程Ｓ４では、ＭｏＣｒ粉末の成形を行う。ＭｏＣｒ粉末の成形は、例えば、２ｔ／ｃｍ2の圧力で加圧成形することにより行う。
　本焼結工程Ｓ５では、成形されたＭｏＣｒ粉末の本焼結を行い、ＭｏＣｒ焼結体（ＭｏＣｒスケルトン）を得る。本焼結は、例えば、ＭｏＣｒ粉末の成形体を、１１５０℃－２時間、真空雰囲気中で焼結することにより行う。本焼結工程Ｓ５は、ＭｏＣｒ粉末の変形と接合によってより緻密なＭｏＣｒ焼結体を得る工程である。ＭｏＣｒ粉末の焼結は、次の溶浸工程Ｓ６の温度条件、例えば１１５０℃以上の温度で実施することが望ましい。溶浸温度よりも低い温度で焼結を行うと、Ｃｕ溶浸時にＭｏＣｒ焼結体に含有されているガスが新たに発生してＣｕ溶浸体に残留し、耐電圧性能や電流遮断性能を損なう要因となるからである。本発明の焼結温度は、Ｃｕ溶浸時の温度よりも高く、且つＣｒの融点以下の温度、好ましくは１１５０～１５００℃の範囲で行うことで、ＭｏＣｒ粒子の緻密化が進み、且つＭｏＣｒ粒子の脱ガスが十分に進行する。
　Ｃｕ溶浸工程Ｓ６では、ＭｏＣｒ焼結体にＣｕを溶浸させる。Ｃｕの溶浸は、例えば、ＭｏＣｒ焼結体上にＣｕ板材を乗せ、非酸化性雰囲気にて、Ｃｕの融点以上の温度で所定時間（例えば、１１５０℃－２時間）保持することにより行う。
　なお、本発明の実施形態に係る電極材料を用いて真空インタラプタを構成することができる。図２に示すように、本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタ１は、真空容器２と、固定電極３と、可動電極４と、主シールド１０と、を有する。
　真空容器２は、絶縁筒５の両開口端部が、固定側端板６及び可動側端板７でそれぞれ封止されることで構成される。
　固定電極３は、固定側端板６を貫通した状態で固定される。固定電極３の一端は、真空容器２内で、可動電極４の一端と対向するように固定されており、固定電極３の可動電極４と対向する端部には、本発明の実施形態に係る電極材料である電極接点材８が設けられる。
　可動電極４は、可動側端板７に設けられる。可動電極４は、固定電極３と同軸上に設けられる。可動電極４は、図示省略の開閉手段により軸方向に移動させられ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。可動電極４の固定電極３と対向する端部には、電極接点材８が設けられる。なお、可動電極４と可動側端板７との間には、ベローズ９が設けられ、真空容器２内を真空に保ったまま可動電極４を上下させ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。
　主シールド１０は、固定電極３の電極接点材８と可動電極４の電極接点材８との接触部を覆うように設けられ、固定電極３と可動電極４との間で発生するアークから絶縁筒５を保護する。
　［実施例１］
　具体的な実施例を挙げて、本発明の実施形態に係る電極材料について詳細に説明する。実施例１の電極材料は、図１に示すフローチャートにしたがって作製したものである。
　Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝７：１として、Ｖ型混合器を用いて均一となるように十分に混合した。
　Ｍｏ粉末は、粒度２．８～３．７μｍのものを用いた。このＭｏ粉末をレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定したところメディアン径ｄ５０は５．１μｍ（ｄ１０＝３．１μｍ、ｄ９０＝８．８μｍ）であった。Ｃｒ粉末は、－３２５メッシュ（ふるい目開き４５μｍ）を用いた。
　混合終了後、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、真空加熱炉にて仮焼結を行った。なお、仮焼結温度で所定時間維持した後の真空度が５×１０-3Ｐａ以下であれば、得られた仮焼結体を用いて作製した電極材料中の酸素含有量が少なくなり、電極材料の電流遮断性能を損なうことがない。
　仮焼結工程では、１２５０℃で３時間混合粉末の仮焼結を行った。１２５０℃で３時間焼結後の真空加熱炉の真空度は、３．５×１０-3Ｐａであった。
　冷却後、真空加熱炉からＭｏＣｒ仮焼結体を取り出し、遊星ボールミルを用いて１０分間粉砕を行い、ＭｏＣｒ粉末を得た。粉砕後、ＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の結晶定数を求めた。ＭｏＣｒ粉末（Ｍｏ：Ｃｒ＝７：１）の格子定数ａは、０．３１０７ｎｍであった。なお、Ｍｏ粉末の格子定数ａ（Ｍｏ）は０．３１５１ｎｍであり、Ｃｒ粉末の格子定数ａ（Ｃｒ）は、０．２８９０ｎｍであった。
　ＭｏＣｒ粉末（Ｍｏ：Ｃｒ＝７：１）のＸ線回折（ＸＲＤ）の測定結果において、０．３１５１ｎｍと０．２８９０ｎｍのピークは消失していた。このことより、仮焼結を行うことによりＭｏ元素とＣｒ元素が相互に固相拡散し、ＭｏとＣｒが固溶化したことがわかる。
　図３（ａ）は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末の電子顕微鏡写真である。左下及び中央上に見られる比較的大きな粒子径が４５μｍ程度の粒子は、Ｃｒ粉末であり、凝集している細かい粒子はＭｏ粉末である。
　図３（ｂ）は、ＭｏＣｒ粉末の電子顕微鏡写真である。粒子径が４５μｍ程度の比較的大きな粉末は確認できず、Ｃｒは原料そのままの状態（サイズ）では存在していないことが確認された。また、ＭｏＣｒ粉末の平均粒度径（メディアン径ｄ５０）は１５．１μｍであった。
　Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の結果と電子顕微鏡写真より、ＭｏとＣｒを混合した後、１２５０℃－３時間焼成することでＣｒが微細化され、ＭｏとＣｒが相互に拡散してＭｏとＣｒの固溶体が形成されたと考えられる。
　次に、粉砕工程で得られたＭｏＣｒ粉末をプレス機を用いてプレス圧２ｔ／ｃｍ2で加圧成形して成形体を形成し、この成形体を１１５０℃－２時間真空雰囲気中で本焼結して、ＭｏＣｒ焼結体を作製した。
　その後、ＭｏＣｒ焼結体上にＣｕ板材を乗せ、真空加熱炉において１１５０℃－２時間保持して、ＭｏＣｒ焼結体にＣｕを溶浸させ、実施例１の電極材料（Ｃｕ－Ｃｒ－Ｍｏ電極）を得た。
　［電極材料の断面観察］
　実施例１の電極材料の断面を電子顕微鏡により観察した。電極材料の断面顕微鏡写真を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。
　図４（ａ），（ｂ）において、比較的白く見える領域（白色部分）がＭｏとＣｒが固溶体化した合金組織であり、比較的黒く見える部分（灰色部分）がＣｕ組織である。実施例１の電極材料では、１～１０μｍの微細な合金組織（白色部分）が均一に微細化して分散していた。また、Ｃｕ組織も偏在せずに均一に分散していた。
　［電極材料におけるＭｏＣｒ粒子の平均粒径］
　実施例１の電極材料の断面組織をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察した。電極材料のＳＥＭ像を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。
　図５（ａ），（ｂ）のＳＥＭ像から、ＭｏとＣｒが固溶体化した合金組織（白色部分）の平均粒径を算出した。電極材料中のＭｏＣｒ粒子の平均粒径ｄｍは、国際公開番号ＷＯ２０１２／１５３８５８に記載されているフルマンの式により求めた。
ｄｍ＝（４／π）×（ＮL／ＮS）　　　…（１）
ＮL＝ｎL／Ｌ　　　…（２）
ＮS＝ｎS／Ｓ　　　…（３）
ｄｍ：平均粒径、π：円周率、
ＮL：断面組織上の任意の直線によってヒットされる単位長さ当たりの粒子数、
ＮS：任意の測定領域内でヒットされる単位面積当たりに含まれる粒子の数、
ｎL：断面組織上の任意の直線によってヒットされる粒子の数、
Ｌ：断面組織上の任意の直線の長さ、
ｎS：任意の測定領域内に含まれる粒子の数、
Ｓ：任意の測定領域の面積
　具体的に説明すると、図５（ａ）のＳＥＭ像を用いて、その写真全体を測定領域（面積Ｓ）として得られたＳＥＭ像に含まれるＭｏＣｒ粒子数ｎSを数えた。次に、ＳＥＭ像を等分に分割する任意の直線（長さＬ）を引き、その直線にヒットされる粒子の数ｎLを数えた。
　これらの数値ｎL及びｎSを、それぞれＬ及びＳで除して、ＮL及びＮSを求めた。さらに、ＮL及びＮSを（１）式に代入することにより、平均粒径ｄｍを求めた。
　その結果、実施例１の電極材料のＭｏＣｒ粒子の平均粒径ｄｍは、３．８μｍであった。１２５０℃－３時間混合粉末を仮焼結し、遊星ボールミルを用いて粉砕したＭｏＣｒ粉末の平均粒子径は１５．７μｍであったことは前述した。Ｃｕ溶浸後の断面観察をし、フルマンの式から求めたＭｏＣｒ粒子の平均粒子径は３．８μｍであったことから、Ｃｕ溶浸工程Ｓ６においてＭｏＣｒ粒の微細化がさらに進行したと考えられる。つまり、粉砕工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ粉末において、ｄ５０＝３０μｍ以下となるような粉砕条件を設定することで、Ｃｕ溶浸後の断面観察において、フルマンの式から求めたＭｏＣｒ粒子の平均粒子径は１５μｍ以下となった。
　［電極材料におけるＭｏＣｒ粒子の分散状態］
　電極材料中にＭｏＣｒ粒子がどれだけ存在するか、またＭｏＣｒ粒子の粒径がどの程度のサイズであるかだけでなく、ＭｏＣｒ粒子がどの程度均一に分散されているかにより電極材料の特性が左右される。
　そこで、図５（ａ），（ｂ）のＳＥＭ像から、実施例１の電極材料におけるＭｏＣｒ粒子の分散状態指数を算出し、電極組織のミクロ分散状態の評価を行った。分散状態指数は、特開平４－７４９２４号公報に記載されている手法にしたがって算出した。
　具体的には、図５（ｂ）のＳＥＭ像を用いて、ＭｏＣｒ粒子の重心間距離を１００個測定し、測定したすべての重心間距離Ｘの平均値ａｖｅ．Ｘと標準偏差σを求め、求められたａｖｅ．Ｘとσとを（４）式に代入して分散状態指数ＣＶを求めた。
ＣＶ＝σ／ａｖｅ．Ｘ　　　…（４）
　その結果、重心間距離Ｘの平均値ａｖｅ．Ｘは５．２５μｍ、標準偏差σは、３．０μｍとなり、分散状態指数ＣＶは、０．５７となった。
　［実施例２］
　実施例２の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝９：１で混合したものである。実施例２の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例２の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝９：１）は、０．３１１８ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまったことより、ＭｏとＣｒは相互に拡散して無秩序置換型固溶体を形成していると考えられる。
　［実施例３］
　実施例３の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝５：１で混合したものである。実施例３の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例３の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝５：１）は、０．３０９４ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。
　［実施例４］
　実施例４の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝３：１で混合したものである。実施例４の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例４の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝３：１）は、０．３０７３ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。
　［実施例５］
　実施例５の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１で混合したものである。実施例５の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例５の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１）は、０．３０１３ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。
　［実施例６］
　実施例６の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：３で混合したものである。実施例６の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例６の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：３）は、０．２９２９ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。
　［実施例７］
　実施例７の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４で混合したものである。実施例７の電極材料は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　実施例７の仮焼結体を粉砕したＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の格子定数ａを求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４）は、０．２９２４ｎｍであり、Ｖｅｇａｒｄの法則に当てはまった。
　実施例２－７の電極材料の溶浸体断面の観察を行ったところ、すべての試料において、１～１０μｍの微細なＭｏＣｒ合金組織が均一に微細化していて、また、Ｃｕ組織も偏在せず均一に分散していた。
　［参考例１］
　参考例１の電極材料は、仮焼結工程において、１２００℃で３０分間仮焼結を行ったものである。参考例１の電極材料は、仮焼結工程における温度及び時間が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率でＭｏ：Ｃｒ＝７：１としてＶ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、このＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、真空加熱炉で仮焼結を行った。仮焼結工程では、１２００℃で３０分間混合粉末の仮焼結を行った。１２００℃で３０分間焼結後の真空加熱炉の真空度は、３．５×１０-3Ｐａであった。
　冷却後、真空加熱炉からＭｏＣｒ仮焼結体を取り出し、遊星ボールミルを用いて仮焼結体を粉砕し、ＭｏＣｒ粉末を得た。ＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の結晶定数を求めたところ、０．３１３１ｎｍのピークとＣｒ元素の格子定数ａである０．２８９０ｎｍのピークが混在していた。
　図６に示すように、参考例１のＭｏＣｒ粉末を、電子顕微鏡（倍率×５００）を用いて観察したところ、一部に粒径４０μｍ程度のＣｒ粒子が見られた。すなわち、１２００℃－３０分の熱処理条件では、Ｃｒの微細化並びにＣｒのＭｏ粒子への拡散が不十分であった。
　［参考例２］
　参考例２の電極材料は、仮焼結工程において、１２００℃で３時間仮焼結を行ったものである。参考例２の電極材料は、仮焼結工程における温度が異なること以外は、実施例１と同じ材料を原料とし、実施例１と同じ方法により電極材料を作製した。
　Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率でＭｏ：Ｃｒ＝７：１としてＶ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、このＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、真空加熱炉で仮焼結を行った。仮焼結工程では、１２００℃で３時間混合粉末の仮焼結を行った。１２００℃で３時間焼結後の真空加熱炉の真空度は、３．５×１０-3Ｐａであった。
　冷却後、真空加熱炉からＭｏＣｒ仮焼結体を取り出し、遊星ボールミルを用いて仮焼結体を粉砕し、ＭｏＣｒ粉末を得た。粉砕後、ＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、粉砕粉の結晶定数を求めたところ、０．３１２１ｎｍのピークとＣｒ元素の格子定数ａである０．２８９０ｎｍのピークが混在していた。
　図７に示すように、参考例２のＭｏＣｒ粉末を、電子顕微鏡（倍率×５００）を用いて観察したところ、一部に粒径４０μｍ程度のＣｒ粒子が見られた。すなわち、１２００℃－３時間の熱処理条件では、Ｃｒの微細化並びにＣｒのＭｏ粒子への拡散が不十分であった。
　なお、参考例１及び参考例２の仮焼結の条件では、Ｃｒの微細化並びにＣｒのＭｏ粒子への拡散には不十分であるとしたが、この温度条件であっても十分に長い時間仮焼結を行うことで、ＭｏとＣｒが相互に拡散してＭｏとＣｒの固溶体が形成されることはいうまでもない。ただし、仮焼結時間を長くすることにより真空加熱炉の運転コストが増大し、電極材料の製造コストを増大させる要因となるおそれがある。
　［実施例８］
　Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４として、Ｖ型混合器を用いて均一となるように十分に混合した。
　Ｍｏ粉末は、粒度≧４．０μｍのものを用いた。このＭｏ粉末をレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定したところメディアン径ｄ５０は１０．４μｍ（ｄ１０＝５．３μｍ、ｄ９０＝１９．０μｍ）であった。Ｃｒ粉末は、－1８０μｍメッシュ（ふるい目開き８０μｍ）を用いた。
　混合終了後、このＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、真空加熱炉内で１２５０℃で３時間維持し、仮焼結体を作製した。１２５０℃で３時間キープしたときの最終真空度は、３．５×１０-3Ｐａであった。
　冷却後、真空加熱炉からＭｏＣｒ仮焼結体を取り出し、遊星ボールミルを用いて粉砕を行い、ＭｏＣｒ粉末を得た。粉砕後、ＭｏＣｒ粉末のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、ＭｏＣｒ粉末の結晶定数を求めた。格子定数ａ（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４）は、０．２９２６ｎｍであり、Ｍｏ元素の格子定数ａである０．３１５１ｎｍのピークは見られず、Ｃｒ元素の格子定数ａである０．２８９０ｎｍのピークはほぼ見られなかった。
　次に、ＭｏＣｒ粉末をプレス圧２ｔ／ｃｍ2で加圧成形して成形体を形成し、この成形体を１１５０℃－２時間真空雰囲気中で本焼結してＭｏＣｒ焼結体を製作した。その後、ＭｏＣｒ焼結体上にＣｕ板材を乗せ、真空加熱炉において１１５０℃－２時間保持し、ＭｏＣｒ焼結体にＣｕを溶浸した。
　実施例８の電極材料の断面観察を電子顕微鏡（倍率×８００）により行ったところ、３～２０μｍの微細なＭｏＣｒ固溶体組織（白色部分）が均一に微細化して分散していた。また、Ｃｕ組織も偏在せず均一に分散していた。
　［比較例１］
　図８に示すフローチャートにしたがって、比較例１の電極材料を作製した。
　Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を重量比率で、Ｍｏ：Ｃｒ＝７：１としてＶ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した（混合工程Ｔ１）。
　実施例１と同様に、Ｍｏ粉末は、メディアン径ｄ５０＝５．１μｍ（ｄ１０＝３．１μｍ、ｄ９０＝８．８μｍ）のものを用い、Ｃｒ粉末は－１８０メッシュ（ふるい目開き８０μｍ）を用いた。
　混合終了後、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をプレス圧２ｔ／ｃｍ2で加圧成形して成形体を形成し（加圧成形工程Ｔ２）、この成形体を１２００℃の温度で２時間真空雰囲気中において保持することにより本焼結を行い（焼結工程Ｔ３）、ＭｏＣｒ焼結体を製作した。
　その後、ＭｏＣｒ焼結体上にＣｕ板材を乗せ、真空加熱炉において１１５０℃の温度で２時間保持することによりＣｕの溶浸を行った（Ｃｕ溶浸工程Ｔ４）。このようにして、ＭｏＣｒ焼結体内に、Ｃｕを液相焼結させて、均一な溶浸体を得た。
　図９に、比較例１の電極材料の電子顕微鏡写真（倍率×８００）を示す。図９において、比較的白く見える領域（白色部分）がＭｏとＣｒが固溶化した組織であり、比較的黒く見える部分（黒色部分）がＣｕの組織である。
　比較例１の電極材料は、１～１０μｍの微細なＭｏＣｒ固溶体粒子（白色部分）の中に、粒径２０～６０μｍのＣｕ（黒色部分）が分散した組織となっている。これは、Ｃｕ溶浸工程Ｔ４で、Ｃｒ粒子がＭｏ粒子によって微細化され、拡散機構によりＭｏ粒子にＣｒが拡散してＣｒとＭｏが固溶体組織を形成する工程で生ずる空隙部分にＣｕが溶浸した結果であると推定される。
　［比較例２］
　比較例２の電極材料は、Ｃｒ粉末として－３２５メッシュ（ふるい目開き４５μｍ）を用いたこと以外は、比較例１の電極材料と同じ材料を原料とし、比較例1と同じ方法により電極材料を作製した。
　比較例２の電極材料の断面観察を電子顕微鏡（倍率×８００）により行ったところ、１～１０μｍの微細なＭｏＣｒ固溶体粒子の中に、粒径１５～４０μｍのＣｕが分散した組織となっていた。これは、Ｃｕ溶浸工程でＣｒ粒子がＭｏ粒子により微細化され、拡散機構によりＭｏ粒子にＣｒが拡散してＣｒとＭｏが固溶体組織を形成する工程で生ずる空隙部分にＣｕが溶浸した結果であると推定される。
　比較例１及び比較例２の結果から、ＭｏとＣｒを混合した後、プレス成形しその後Ｃｕを溶浸する従来法では原料として用いたＣｒ粉の粒径を反映した粒径のＣｕが不均一に分散した組織が存在する。これに対して、本発明の実施形態に係る電極材料は、耐熱元素（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ等）とＣｒが相互に固溶拡散した粒子を微細化して均一に分散させ、高導電体成分であるＣｕ部分も微細均一分散させることができる。その結果、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能が向上する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に、実施例１－８、参考例１，２、比較例１，２の電極材料の耐電圧性能を示す。表１に示した実施例１－８から明らかなように、実施例１－８の電極材料は、耐電圧性能に優れた電極材料である。また、電極材料に含有される耐熱元素の割合が増加するにしたがって、電極材料の耐電圧性能が向上していることがわかる。すなわち、本発明の実施形態に係る電極材料は、耐熱元素粉末とＣｒ粉末とを混合する混合工程と、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合物を仮焼結する仮焼結工程と、仮焼結体を粉砕する粉砕工程と、仮焼結体を粉砕した粉末を焼結する本焼結工程と、本焼結工程で得られる焼結体（スケルトン）にＣｕを溶浸させるＣｕ溶浸工程とを行うことで、耐熱元素とＣｒが相互に固溶拡散した粒子を微細化して均一に分散させ、高導電体成分であるＣｕ部分も微細均一分散した組成となるように電極材料の組成を制御することができる。
　本発明の実施形態に係る電極材料は、耐熱元素とＣｒが相互に固溶拡散した微細粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体粒子）を、均一に分散させることができるので、電流遮断性能や接触抵抗を低減することができる。この微細粒子の平均粒子径は、原料であるＭｏ粉末の平均粒子径やＣｒ粉末の平均粒子径に応じて変化することとなるが、電極材料に分散される微細粒子の平均粒子径は、フルマンの式を用いて求めた平均粒子径が２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下の大きさとなるように組成制御することで、電極材料の電流遮断性能を向上し、接触抵抗を低減することができる。
　また、ＭｏＣｒ粉末を仮焼結・粉砕後に測定したＭｏＣｒ粉末の粒径と、フルマンの式によりＣｕ溶浸工程後の電極材料にて測定されたＭｏＣｒ粉末の平均粒子径とを比較すると、Ｃｕ溶浸工程において、ＭｏＣｒ粒子の微細化がさらに進行していることが確認できた。具体的には、粉砕後のＭｏＣｒ粉末は、ｄ５０＝３０μｍであったのに対して、フルマンの式によりＣｕ溶浸工程後の電極材料におけるＭｏＣｒ粉末の平均粒子径は、１０μｍ以下であった。このことより、ＭｏＣｒ粉末を、３０μｍ以下の粒子が体積相対粒子量で５０％以上とすることで、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を得ることができる。このように、Ｃｕ溶浸工程において、耐熱元素とＣｒの固溶体粒子をさらに微細化することができるので、実施例６～８のように、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末のＸＲＤ測定においてＣｒ元素のピークがわずかに残っている場合でも、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を得ることができる。
　また、本発明の実施形態に係る電極材料は、耐熱金属とＣｒが相互に固溶拡散した微細粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体粒子）をＣｕ中に均一に分布させることで、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性を向上させることができる。微細粒子の重心間距離の平均値と標準偏差から求めた分散状態指数ＣＶは、２．０以下、望ましくは、１．０以下とすることで、電流遮断性能及び耐電圧性能に優れた電極材料を得ることができる。
　また、電極材料に対する耐熱元素の含有量を多くすることで、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を得ることができる。電極材料における耐熱元素の含有量を多くすればするほど、電極材料の耐電圧性能が向上する傾向がある。ただし、電極材料に耐熱元素のみ含有させた場合（電極材料にＣｒを含有させない場合）には、Ｃｕの溶浸が困難となるおそれがある。よって、固溶体粉末における耐熱元素とＣｒ元素の割合は、重量比率で耐熱元素１に対してＣｒが４以下、より好ましくは耐熱元素１に対してＣｒが１／３以下とすることで、耐電圧性能に優れた電極材料を得ることができる。
　また、耐熱元素（Ｍｏ等）の平均粒子径の大きさは、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末の粒子径の大きさを決定する一つの要因となり得る。すなわち、Ｃｒ粒子が耐熱元素粒子によって微細化され、拡散機構によって耐熱元素粒子にＣｒが拡散して耐熱元素とＣｒとが固溶体組織を形成することから、耐熱元素の粒径は、仮焼結によって大きくなる。また、仮焼結によって大きくなる度合いは、Ｃｒの混合割合にも依存する。そのため、耐熱元素粉末の平均粒子径を、例えば、２～２０μｍ、より好ましくは、２～１０μｍとすることで、耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を形成するための耐熱元素とＣｒの固溶体粉末を得ることができる。
　また、本発明の実施形態に係る電極材料は、溶浸法で電極材料を製造するので、電極材料の充填率が９５％以上となり、電流遮断時や電流開閉時のアークによる接点表面の表面荒れが少ない。すなわち、空孔の存在による電極材料表面の微細な凹凸がなく、耐電圧性能に優れた電極材料である。また、多孔質体の空隙部にＣｕが充填されることにより、機械的強度に優れ、焼結法により製造される電極材料よりも高硬度であることから、耐電圧性能に優れる電極材料である。
　また、本発明の実施形態に係る電極材料を、例えば、真空インタラプタ（ＶＩ）の固定電極及び可動電極の少なくとも一方に設けることで、真空インタラプタの電極接点の耐電圧性能が向上する。電極接点の耐電圧性能が向上すると、従来の真空インタラプタよりも固定電極と可動電極との間のギャップ長を短くでき、且つ固定電極並びに可動電極と主シールドとの間のギャップを狭めることができるため、真空インタラプタの構造を小さくすることが可能となる。その結果、真空インタラプタを小型化することができる。また、真空インタラプタを小型化することで、真空インタラプタの製造コストが低減する。
　なお、本発明の実施形態の説明は、特定の望ましい実施例を例として説明したが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で、適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。
　例えば、本発明の実施形態の説明において、仮焼結温度は、１２５０℃－３時間の条件であるが、本発明の仮焼結温度は、１２５０℃以上且つＣｒの融点以下、より好ましくは１２５０℃～１５００℃の範囲で行うことで、ＭｏとＣｒの相互拡散が充分に進行し、且つその後の粉砕機を用いたＭｏＣｒ固溶体の粉砕が比較的容易に行え、さらには耐電圧性能及び電流遮断性能に優れた電極材料を製造することができる。また、仮焼結時間は、仮焼結温度によって異なるものであり、例えば、１２５０℃では、３時間の仮焼結を行っているが、１５００℃では、０．５時間の仮焼結で十分である。
　また、ＭｏＣｒ固溶体粉末は、実施形態に記載されている製造方法により製造されたものに限定されず、公知の製造方法（例えば、ジェットミル法、アトマイズ法）で製造されたＭｏＣｒ固溶体粉末を用いてもよい。
　また、成形工程はプレス機を用いて成形しているが、電極材料の成形はＣＩＰ処理、ＨＩＰ処理により成形しても良い。さらには、本焼結後、Ｃｕ溶浸前にＨＩＰ処理を行うことによりＭｏＣｒ焼結体の充填率を高め、その結果として電極材料の耐電圧性能を高めることができる。
　また、本発明の電極材料は、耐熱元素、Ｃｒ、Ｃｕのみを構成要素としたものに限定されるものではなく、電極材料の特性を向上させる元素を添加してもよい。例えば、Ｔｅを添加することにより電極材料の耐溶着性を向上することができる。
　また、本発明の電極材料は、耐熱元素とＣｒが相互に固溶拡散した微細粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体粒子）を、均一に分散させたものであるのであれば、フルマンの式を用いて求めた平均粒子径２０μｍ以下（より好ましくは１５μｍ以下）であって、微細粒子の重心間距離の平均値と標準偏差から求めた分散状態指数ＣＶが２．０以下（より好ましくは、ＣＶが１．０以下）であれば、実施形態の製造方法に限定されるものではなく、例えば、ＣｕとＣｒ等を所定の組成比で溶解する溶解法で製造したものであってもよい。

Claims (8)

  1. 　耐熱元素とＣｒを含有し、粒径３０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が５０％以上である、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末を成形し、
    　この成形された固溶体粉末を焼結して得られる焼結体に、Ｃｕを溶浸する、電極材料。
  2. 　前記固溶体粉末は、重量比率で耐熱元素１に対してＣｒを４以下含有する、請求項１に記載の電極材料。
  3. 　前記固溶体粉末は、耐熱元素の粉末とＣｒの粉末とを混合し、加熱して得られる固溶体を粉砕したものである、請求項１または請求項２に記載の電極材料。
  4. 　前記耐熱元素の粉末は、平均粒子径が２～２０μｍである、請求項３に記載の電極材料。
  5. 　前記Ｃｒの粉末の粒径は、３００μｍより小さい、請求項３または請求項４に記載の電極材料。
  6. 　前記耐熱元素は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕのいずれかから選択される少なくとも１種である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電極材料。
  7. 　前記固溶体粉末は、該固溶体粉末に対するＸ線回折測定において、Ｃｒ元素に対応するピークまたは耐熱元素に対応するピークのいずれかが完全に消失している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電極材料。
  8. 　真空容器内に一対の固定電極及び可動電極を備えた真空インタラプタであって、
    　前記固定電極及び前記可動電極の少なくとも一方に、
    　耐熱元素とＣｒを含有し、粒径３０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が５０％以上である、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末を成形し、成形された固溶体粉末を焼結して得られる焼結体に、Ｃｕを溶浸した電極材料を設ける、真空インタラプタ。
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