JPS63183102A - 電極材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人、　産業上の利用公費 本発明は、例えば真空インクラブタの電極として用いら
れる溶浸形の複合金属からなるｆｆｉ極材料の製造方法
に関する。

Ｂ、　発明の概要 銅或いは銅合金を溶浸材として用い、との溶浸材の融点
より・高い融点の金属粉末を焼結してなる多孔質の溶浸
母材に溶浸材を溶浸させて溶浸形の複合金属を製造する
に際し、溶浸母材を得るに先立って予め金属粉末を予備
加圧した後、所定゛の成形圧力にて仮成形体を形成する
ことにより、成形性や導電率の改善を図ると共に強度の
向上を企図したものである。

Ｃ８従来の技術 真空インタラプタのｍｆｌｉ材料として特開昭５９−２
７４１８号公報等に開示された溶浸形の複合金属材料で
あるＭｏ　−Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属は、従来から知られ
ているＣｕ−Ｂ１複合金属やＣｕ−Ｗ複合金属等と比較
して耐溶着性が良好であることに加え、電流遮断能力や
絶縁耐力等の電気的特性が優れた材料であることが知ら
れている。

このＭｏ　−Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属を製造する場合の従
来の製造方法の一例を第３図に示す。

第３図において、銅と反応しない高温でも安定なアルミ
ナセラミックス製の容器１内に銅よりも融点の高いモリ
ブデンとり彎ムとの混合粉体２を充填すると共にこの上
に銅塊３を載せてアルミナセラミックス製の蓋４を被せ
、これらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以下の温度で加
熱し、まずモリブデンとクロムとの多孔質焼結体を容Ｗ
ｉｌ内に形成させたのち、脱ガス処理しながら非酸化性
雰囲気にて銅の融点以上且つモリブデン及びクロムの融
点以下の温度でこれらも加熱し、銅塊３を多孔質焼結体
中に溶浸させてＭｏ　−Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属を製造し
ていた。

非酸化性雰囲気でのこれらの加熱処理は、通常、真空炉
内で行われることが多い。

Ｄ、　発明が解決しようとする問題点 真空炉内での熱処理操作に際して昇温速度や降温速度を
早めろと、アルミナセラミックス製の容器が熱応力によ
って破壊してしまう場合がある。このように容器に割れ
等が発生すると、モリブデンとクロムとの混合粉体が容
器外にこぼれたり銅が流出してしまう結果、真空炉内が
これらによって汚損を受ける可能性が高かった。

又、　Ｍｏ　−Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属のインゴットは容
器の内壁全体に密着状態にあるため、容器からインゴッ
トを抜き出しにりく、容器の欠損を招くことが多い。

更に、溶浸作業時に溶浸せずに残った銅が容器に接合し
た場合、特に容器の内周面に銅が接合すると、Ｍｏ　−
Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属のインゴットを容器から抜き出す
ことがほとんど困難となり、例え取り出すことができて
も容器の内周面に欠けを形成してしまうことが多い。

このような欠けが形成されな容器を再度用いると、Ｍｏ
　−Ｃｒ　−Ｃｕ複合金属のインゴットの一部が容器の
欠けの部分を埋めてしまうため、今度は容器を破壊しな
い限りインゴットを取り出すことが不可能となってしま
う。

何れにしても、従来の方法にあっては容器内に溶浸形の
電極材料を形成する点で非常に簡便な方法であるが、容
器からの取出し及び容器の破損等を含めて見た場合には
、必ずしも生産性が良いものとは言えないものであった
。

Ｅ、　問題点を解決するための手段 本発明者らは、ｍＷとしての性能を向上すると共に生産
性の向上を図るため、溶浸母材となる多孔質焼結体を得
るに当り、金属粉末を加圧成形して溶浸母材の仮成形体
を形成し、これを焼結して溶浸材を溶浸することを試み
た。な゛お、真空インタラプタにあっては電極を真空中
にて使用することから以下の点に留意した。

（１）真空炉及び真空インタラプタ内部を汚損する虞の
あるバインダを一切用いず、金属粉体のみを加圧して仮
成形体を形成すること。

（２）仮成形体は、銅或いは銅合金等の溶浸材を溶浸す
る前に焼結されて多孔質となることから、内部に溶浸材
が溶浸できる所定の空隙を有し、所定の導電率が確保で
きるようにできるだけ低い圧力にて加圧成形すること。

（３）但し、成形機金型からの仮成形体の取出し及び溶
浸材を載置する作業を考慮し、少なくとも成形後の仮成
形体が手持ち作業にて取扱えろ強度に加圧成形されてい
ること。

（４）加圧後の仮成形体に亀裂が生じないこと。

実験条件は、それぞれ−１００メツシユ（１４９μｍ以
下）の粒径のモリブデン粉末とクロム粉末とを重量比で
Ｍｏ：　Ｃｒ＝　３　：　　１に設定したものを機械的
に混合し、内径が６０−の金型に約１００ｇ装入して１
分間加圧保持し　直径６０ｍｍ厚さ約１０＋ｍの仮成形
体を得るようにした。

その結果、４ｏｏｋｇ、”ｅｓｒ以下では手持作業時に
型くずれを起すことが判り、５００ｋｇ／ｃｄ以上の圧
力が必要であることが判った。

そこで、上記の結果をふまえて実験条件を変えずに約１
１００ｋｇ／ｃｊの加圧力にて加圧した仮成形体上に銅
塊を載置し、真空炉中にて仮成形体を焼結したのち、銅
塊を溶浸母材に溶浸して得られた電極材料の表面を切削
し、その導電率を測定した。測定箇所は円板表面の中央
及び周辺部の合計５箇所としたが、導電率（ＩＡＣ３％
）にばら付きがあり、中央部の導電率が周辺側よりも低
い傾向となっていることが判った。

このように、中央部の導電率が低く周辺部の導電率が高
い傾向にある材料にて電極を形成すると、電流遮断時に
おいてアークが導電率の高い周辺部で発生し易く、電流
遮断性能に悪影響を及ぼす原因の一つとなる。即ち、ア
ークの発生がｆｆ１ｌＥ［ｉ外周部に片寄ったものであ
ると、電流遮断時においてｒｉ極面積が有効に利用され
ず、電極の局部加熱を招いてｆｒｉ極表面を荒らし、再
点弧の原因となるのである。

又、縦磁界を印加するような真空インクラブタにあって
は、特に発弧直後の磁界効果が薄れて電流遮断性能が低
下する。

本発明者らは、金属粉末の仮成形体を急激な加圧力の付
加によって形成している乙とから、金型中央部の金属粉
末が押し潰されてしまい、組織的に緻密化し、これによ
って溶浸母材中央部に銅が溶浸しにくいのではないかと
准察しｔこ。

そこで、加圧力を２段階として低圧で予備加圧した後、
高圧力で仮成形体を成形することによって、導電率のば
ら付きを改善できないか試みた。

実験条件は予備加圧力を３０秒間保持したのち、所定の
成形圧力を６０秒間保持するようにし、他を前述と同じ
にして第１表に示す結果を得た。

第　　１　　表 この実験から下記の事実が判明した。

（１）仮成形体を手持作業のできない加圧力である４０
０ｋｇ／ｅ＋Ｊ以下の圧力で予備加圧した後、増圧して
成形加圧すると、導電率が向上すると共に電極中央部の
導電率が周縁部より相対的に高くなる。

（２）予備加圧力が成形圧力の３０％を越えた場合には
、予備加圧の効果がなくなると共に割れを生じる。

なお、説明は省略したが予備加圧力が成形加圧力の１０
％以下の場合には予備加圧の効果がないこと、及び成形
圧力は５０００　ｋｇ　／　ｃｔｄ以下が良いこと、及
び予備加圧の保持時間は成形加圧の保持時間の３０〜５
０％とすれば良いことが合せて判った。

本発明は以上の結果に基づいてなされたものであり、溶
浸材の融点より高い融点を有する少なくとも一種類の金
属粉末を加圧成形して仮成形体を形成すると共にこの仮
成形体を焼結して溶浸母材を形成し、更にこの溶浸母材
にｉ′ｆｊ浸材を溶浸して電極材料を製造するに際し、
金属粉末を低圧にて予備加圧した後、加圧力を増大して
５００ｋｇ／ｃ−以上の成形圧力にて前記仮成形体を形
成するようにしたことを特徴とするものである。

なお、予備加圧の圧力を成形圧力の１０％から３０％の
範囲に設定すると共に予備加圧の保持時間を成形圧力の
保持時間の３０％から５０％の範囲に設定すると良い。

また、金属粉末としては、溶浸材である鋼の融点より高
い融点の金属を用いれば良く、例丸ばモリブデンやクロ
ムの他、タングステンや鉄、コバルト、ニオブ、ステン
レス鋼のうちの何れの組合せであっても良く、これらの
粒径が最大でも一６０メ、シュ　（約２３０７ｘ以下）
までは同様な結果が得られる。

Ｆ　　作　　　　用 金属粉末を加圧して仮成形体を形成する際に、低圧で予
備加圧した後に増圧して成形加圧するようにしているた
め、粒界の空気が均一に逃されると共に粉末相互の加圧
接触時の応力分散が効果的に行われる。この結果、高圧
で成形加圧しても中央部の金属粉末が特に押し潰されて
緻密化してしまうようなことはなくなり、導電率のばら
付きが改善される。

Ｃ０実施例 まず、−１００メツシユのモリブデン及びクロムの粉末
を重量比でＭｏ：　Ｃｒ＝３：　　１として混合機にて
これらを機械的に均一に混合する。

そして、所望する電極形状より大きい形状の金型（内径
６０φ−）を用意し、この金型を加圧成形機に装着して
おき、前述したモリブデンとクロムとの混合粉体を金型
内に約１００ｇ充填する。しかるのち、加圧成形機を作
動して第１図に示すように混合粉体を３００　ｋｇ／ａ
ｎｔの予備加圧圧力で約３０秒間加圧保持し、引き続い
て加圧力を１１００ｋｇ／ｃｎｒに上昇させて約６０秒
間成形加圧し、仮成形体を形成する。

このようにして得られた仮成形体を第２図に示すように
アルミナセラミックス製等の容器１１に一個以上相隔て
て配置すると共にこれら仮成形体１２の上に円板状等の
形に成形された銅塊１３を載置し、更に容器１１と同材
質の蓋１４を被せてこの容器１１を真空炉内に装入する
。そして、５Ｘ１．３３３　ｍＰａ　（５Ｘ１０蘭Ｈｇ
）程度の真空にて約１０００℃の温度（銅の融点以下）
を６０分程度保持し、仮成形体１２の脱ガス処理をする
と共にモリブデン粒子とクロム粒子とを拡散結合させて
多孔質の溶浸母材を得る。

しかるのち、銅の融点以上で且つ金属粉末の融点以下の
温度（約１１００℃）を約３０程度度保持し、銅塊１３
をＷｉ浸母材の空隙部分に溶浸させる。なお、銅塊１３
の量は溶浸母材の空隙容積に見合うだけは必要であるが
、多すぎると容器１１の底面全体に広がってしまう虞が
ある。

これら溶浸作業及び脱ガス処理及び焼結操作は、真空雰
囲気以外に水素ガスやアルゴンガス或いは窒素ガス等の
非酸化性雰囲気にて行っても良い。

こうして得た電極材料の表面を切削して導電率を調べた
所、中央部が４９％（ＩＡＣ３）、周縁部が最大４８％
となって前述しｔコ実験結果を確認できた。

又、と、の電極材料を外径５０＋ｎ＋ｎ厚さ４鴫の電極
に加工し、真空インクラブタに組込み試験した結果、従
来のものと同様な電流遮断性能が得られた。特に、耐電
圧特性に関しては約１０％程度向上する結果が得られた
。

Ｕ　　発明の効果 本発明の電極材料の製造方法によると、仮成形体を予め
低圧で予備加圧した後に高圧で成形加圧して形成するよ
うにしたので、予備加圧時に金属粉末中に存在する空気
が均一に逃され、しかも粉末相互の加圧接触時の応力分
散が効果的に行なわれろ。この結果、成形加圧時に金型
中央部の粉末が押し潰されて緻密化してしまうようなこ
とがなくなり、導電率のばら付きの改善がなされて電極
周縁部と中央部との導電率の差を小さくすることができ
ろ。

しかも強度が向上しているので、総じて耐電圧特性の改
善が図れ、例えばコンデンサ開閉用真空インタラプタの
電極材料として用いた場合、電流投入時の投入電流によ
る接触面の荒れが少なく、再点弧確率を著しく少なくす
ることができろ。これにより、電極間距離を狭めて電極
の開閉速度を小さくし、真空インクラブタ及びその操作
機器自体の小形化を企図し得る。

又、金属粉末の固形化によるハンドリングが可能となり
、しかもこの金属粉末を任意の形状に成形できるので、
溶浸後のＴｉ極極状状のａｔｔ加工代を最小限に抑える
ことができ、従来と比較して生産性を１．５〜２倍に向
上することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製造方法のうちの圧力操作のダイ
ヤグラム、第２図はその溶浸作業の一実施例を表す作業
概念図、第３図は従来の製造方法の一例を表す作業概念
図である。 又、図中の符号で１１は容器、１２は仮溶浸母体、１３
は銅塊、１４は蓋である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶浸材の融点より高い融点を有する少なくとも一
   種類の金属粉末を加圧成形して仮成形体を形成すると共
   にこの仮成形体を焼結して溶浸母材を形成し、更にこの
   溶浸母材に溶浸材を溶浸して電極材料を製造するに際し
   、前記金属粉末を低圧にて予備加圧した後、加圧力を増
   大して５００ｋｇ／ｃｍ＾２以上の成形圧力にて前記仮
   成形体を形成するようにしたことを特徴とする電極材料
   の製造方法。
2. （２）予備加圧の圧力を成形圧力の１０％から３０％の
   範囲に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載した電極材料の製造方法。
3. （３）予備加圧の保持時間を成形圧力の保持時間の３０
   ％から５０％の範囲に設定したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載した電極材料の製造方法。