JP5506873B2 - 接点材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1および図2は、本発明の実施の形態1を説明するものであって、図1は本発明の接点材料の一例の断面図であり、図2は当該接点材料を有する遮断器の一例として真空遮断器に搭載される真空バルブを示す断面図である。
密度比=(焼結体の密度/組成分析値から求めた接点材料の理論密度)×100
また、接点材料に含まれるCr粒子、Cu-Cr-Te粒子、Cr-Te粒子の含有量は、当該研磨面をSEMにより観察し、観察領域内の各粒子の全面積を画像処理により積算し、観察領域内で割り出して求めた。具体的には200μm角の観察領域をランダムに選んだ5箇所を観察し、各観察領域の各粒子の面積比(面積%)を平均して求めた。
Te含有相のTe含有量は、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)による波長分散型X線分光(WDS)法で定量分析を行い、Te含有相のランダムに選んだ5箇所を測定した算術平均値を質量%として求めた。
平均粒径35μmで純度99.9質量%のCu粉末と、平均粒径40μmで純度99.9質量%のCr粉末と、平均粒径40μmで純度99.9質量%のTe粉末とを、Cuが59.5質量%、Crが40質量%、Teが0.1質量%となるように配合し、Vミキサーで混合した。得られた混合粉末を内径25mmのカーボン型に充填し、そのカーボン型ごと6Paの真空中で圧力50MPa、焼結温度1050℃で60分間加圧焼結を行って、直径25mm、厚さ5mm、密度比98.5%のCu−Cr−Te接点材料を得た。当該Cu−Cr−Te接点材料に就き、前記の方法で定量分析したところ、生成したCr−Te粒子は平均粒径が0.5μmであり、その含有量は0.001面積%であった。
上記実施例2から4では、Crが40質量%でTeが2質量%であり(実施例2)、Crが50質量%でTeが0.1質量%であり(実施例3)、Crが50質量%でTeが2質量%(実施例4)となるように各配合し、その後は実施例1と同条件で混合し、焼結し、得られたCu−Cr−Te接点材料を得、実施例1と同方法で定量分析した。その結果、実施例2ではCr−Te粒子は平均粒径が3μm、その含有量は0.1面積%であり、実施例3ではCr−Te粒子は平均粒径が1μm、その含有量は0.01面積%であり、実施例4ではCr−Te粒子は平均粒径が5μm、その含有量は0.3面積%であった。
溶着引外力:直径20mm、厚み5mmの被試験の接点材料を組み込んだ真空バルブに30kgfの接圧を負荷し、電流12.5kAを2秒間通電し、引張試験により溶着外力を測定し評価した。
平均粒径35μmで純度99.9質量%のCu粉末と、平均粒径40μmで純度99.9質量%のCr粉末と、平均粒径20μmで純度99.9質量%のTe粉末とを、Cuが59.5質量%、Crが40質量%、Teが0.1質量%(実施例5)、Teが0.5質量%(実施例6)、Teが1質量%(実施例7)、Teが2質量%(実施例8)となるようにそれぞれ配合し、Vミキサーで混合した。
平均粒径35μmで純度99.9%のCu粉末と、平均粒径80μmで純度99.9質量%のCr粉末と、平均粒径40μmで純度99.9質量%のTe粉末とを、Cuが59.5質量%、Crが40.0質量%、Teが0.5質量%となるように配合し、Vミキサーで混合した。得られた混合粉末を内径25mmのカーボン型に充填し、そのカーボン型ごと真空中で焼結圧力50MPa、焼結温度800℃で20分間、ピーク電流1200A、電流パルス間隔3msの条件でパルス通電加圧焼結を行って、直径25mm、厚さ5mm、密度比99%のCu−Cr−Te接点材料を得た。
遮断性能:直径30mm、厚み5mmの被試験の接点材料を真空バルブに組み込み、接点間距離4.5mm、遮断電流12.5kAの短絡遮断試験を実施し、遮断した場合は可、遮断しなかった場合は否とした。
耐電圧性能:直径20mm、厚み5mmの被試験の接点材料を真空バルブに組み込み、接点間距離2mmでインパルス電圧試験を行い、Cu60質量%とCr40質量%とからなる後記の比較例3の接点材料の耐電圧特性を1として相対比較値で表した。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%であり、Teが1.0質量%である点のみ異なり、他は同じである配合並びに製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は3μm、含有量が0.07面積%であり、Te含有相は、平均厚みが3μmであり、Te含有量が70質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1.1であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが58.0質量%であり、Teが2.0質量%である点のみ異なり、他は同じである配合並びに製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が2.6面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は3μm、含有量が0.1面積%であり、Te含有相は、平均厚みが3μmであり、Te含有量が70質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1.1であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが54.5質量%、Crが45質量%、Teが0.5質量%である点のみ異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mm、密度比98%のCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が50面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が0.6面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は1μm、含有量が0.01面積%であり、Te含有相は、平均厚みが0.5μmであり、Te含有量が70質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1.1であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが49.9質量%、Crが50.0質量%、Teが0.1質量%、焼結温度が900℃、焼結圧力が80MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が55面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が0.1面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は1μm、含有量が0.01面積%であり、Te含有相は、平均厚みが0.1μmであり、Te含有量が60質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1.3であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが48.0質量%、Crが50.0質量%、Teが2.0質量%、焼結温度が900℃、焼結圧力が80MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mm、密度比98%のCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が55面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が2.5面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は5μm、含有量が0.2面積%であり、Te含有相は、平均厚みが3μmであり、Te含有量が60質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1.1であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.5質量%、Crが40.0質量%、Teが0.5質量%、焼結温度が950℃、焼結圧力が30MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が0.7面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は0.7μm、含有量が0.002面積%であり、Te含有相は、平均厚みが0.8μmであり、Te含有量が55質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が0.9であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.5質量%、Crが40.0質量%、Teが0.5質量%、焼結温度が700℃、焼結圧力が70MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が0.7面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は0.2μm、含有量が0.001面積%であり、Te含有相は、平均厚みが0.5μmであり、Te含有量が85質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が0.9であり、溶着引外力が0.5〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが69.0質量%、Crが30.0質量%、Teが1.0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が35面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は1μm、含有量が0.02面積%であり、Te含有相は、平均厚みが1μmであり、Te含有量が70質量%であって、密度比が99%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.9であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが39.0質量%、Crが60.0質量%、Teが1.0質量%、焼結温度が900℃、焼結圧力が70MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が65面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径は40μm、含有量が1.2面積%あり、Cr−Te粒子は、平均粒径は1.2μm、含有量が0.05面積%であり、Te含有相は、平均厚みが1μmであり、Te含有量が60質量%であって、密度比が98%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が1.2であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが60.0質量%、Crが40.0質量%であり、Teが0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が0面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0面積%であり、Te含有相は、Te含有量が0質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が1であり、溶着引外力が1.1kNであった。
前記実施例9とは、Cuが57.0質量%、Crが40.0質量%、Teが3.0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が3.9面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が3.9面積%であり、Te含有相は、Te含有量が65質量%であって、密度比が98%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.7であり、溶着引外力が0.3〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%であり、Teが1.0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が170μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0.05面積%であり、Te含有相は、Te含有量が65質量%であって、密度比が98%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.7〜0.9であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%、Teが1.0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が10μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0.05面積%であり、Te含有相は、Te含有量が65質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が0.7〜0.9であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%、Teが1.0質量%である点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、平均粒径が120μm、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0.05面積%であり、Te含有相は、Te含有量が65質量%であって、密度比が98%、遮断性能が可であり、耐電圧性能が0.8であり、溶着引外力が0.5〜0.9kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%、Teが1.0質量%、焼結温度が900℃、焼結圧力25MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が1.3面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が1面積%であり、Te含有相は、Te含有量が60質量%であって、密度比が89%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.8であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
前記実施例9とは、Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%、Teが1.0質量%、焼結温度が600℃、焼結圧力80MPaである点で異なり、他は同じ製造条件にて直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が0面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0面積%であり、Te含有相は、Te含有量が0面積%であって、密度比が95%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.9であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
Cuが59.0質量%、Crが40.0質量%、Teが1.0質量%であり、焼結温度が1060℃、焼結圧力が0MPaの焼結法で製造されて、直径25mm、厚さ5mmのCu−Cr−Te接点材料を得た。当該接点材料は、Cr粒子は、平均粒径が80μm、含有量が45面積%であり、Cu−Cr−Te粒子は、含有量が1面積%あり、Cr−Te粒子は含有量が0面積%であり、Te含有相は、Te含有量が0質量%であって、密度比が89%、遮断性能が否であり、耐電圧性能が0.9であり、溶着引外力が0.4〜0.6kNであった。
5:Cu−Cr−Te粒子、6:Cr−Te粒子、7:Te含有相、8:真空バルブ、9:遮断室、10:絶縁容器、11a:封止金具、11b:封止金具、12a:金属製蓋、12b:金属製蓋、13:固定電極棒、14:可動電極棒、15:固定電極、
16:可動電極、17:固定接点、18:可動接点、19:ベローズ、
20:ベローズ用アークシールド、21:絶縁容器用アークシールド。
Claims (5)
- Cu母材中にCrとTeを含む接点材料において、
Cr粒子と、上記Cu母材と上記Cr粒子との粒界に形成されたTe含有相とを含み、
Cr含有量が接点材料の全質量の40質量%以上50質量%以下の範囲であり、かつTe含有量が接点材料の全質量の0.1質量%以上2質量%以下の範囲であると共に、
上記Te含有相の平均厚みが5μm以下であり、上記Te含有相におけるTe含有量が上記Te含有相の全質量の90質量%以下であることを特徴とする接点材料。 - 上記Cu母材中に、Te−Cu−Cr相とCu−Te相とが混在したCu−Cr−Te粒子、及びCr−Te粒子を含むことを特徴とする請求項1記載の接点材料。
- 上記Cr粒子の平均粒径は150μm以下、かつ接点材料の全断面積中に占める上記Cr粒子の平均面積が上記全断面積の55面積%以下であり、上記Cu−Cr−Te粒子の平均粒径が100μm以下、かつ接点材料の全断面積中に占める上記Cu−Cr−Te粒子の平均面積が上記全断面積の2.5面積%以下であり、上記Cr−Te粒子の平均粒径は5μm以下、かつ接点材料の全断面積中に占める上記Cr−Te粒子の平均面積が上記全断面積の0.5面積%以下であることを特徴とする請求項2記載の接点材料。
- Cu母材中に、Cr粒子及び上記Cu母材と上記Cr粒子との粒界に形成されたTe含有相を含む接点材料の製造方法であって、
平均粒径が35μm以上150μm以下の範囲のCr粉末を40質量%以上50質量%以下の範囲、平均粒径が100μm以下の範囲のTe粉末を0.1質量%以上2質量%以下の範囲とし、残部をCu粉末とする混合物を焼結型に充填して700℃以上1080℃以下の範囲の温度、かつ30MPa以上200MPa以下の範囲の圧力下で加圧焼結を行うことを特徴とする接点材料の製造方法。 - 上記加圧焼結が、パルス通電加圧焼結であることを特徴とする請求項4記載の接点材料の製造方法。
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