JPS63183105A - 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】 紅　産業上の利用分野 本発明は、例えば真空インタラプタの電極として用いら
れる溶浸形の複合金属からなる電極材料の製造方法に関
する。

Ｂ、　発明の概要 溶浸材と同材質の金属粉末と溶浸母体を形成する金属粉
末とを混合することにより、仮溶浸母体の成形性の改善
を図り、且つ導電率の向上及び安定化を図ったものであ
る。

Ｃ２従来の技術 真空インタラプタの電極材料として特開昭５９−２７４
１８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−Ｃ１１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。

乙の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
ブデンとクロムとの混合粉体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器
１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を加熱し、銅塊３を多孔質焼結体中
に溶浸させてＭｏ　−Ｏｒ　−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ａ速度を
早めると、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
を抜き出しにクク、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−Ｃ
ｒ−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た容器を再度用いろと、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
。

Ｅ１問題点を解決するための手段 本発明者らは、電極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、痢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る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メッシュ（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＝　Ｏｒ＝　３　：　　１に設定したものを機械的
に混合し、内径が６０閣の金型に約１００ｇ装入して１
分間加圧保持して直径６（１ｍ厚さ約１０閣の仮成形体
を得るようにした。

その結果、４００ｋｇ／ｃ１１以下では手持作業時に型
くずれを起すことが判り、５００ｋｇ／ｄ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／ｃ１１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
ークの発生が電極外周部に片寄ったものであると、電流
遮断時において電極面積が有効に利用されず、電極の局
部加熱を招いて電極表面を荒らし、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タラプタにあって
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ことから、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
推察した。

そこで、仮成形体を形成する金属粉末に溶浸材と同材質
の金属粉末を所定量混入しておけば、銅等の溶浸材は他
の溶浸母材を形成するモリブデンやクロム等の金属より
軟らかいことから、これが加圧成形時における潤滑材及
び緩衝材の役目をし、モリブデン粉末及びクロム粉末相
互が接触して押し潰されることが改善され、導電率分布
の改善に寄与できないかどうかデンドライト状電解銅粉
末を用いて他の実験条件を変えずに試みた。

この実験結果を第１表に示す。

第　　１　　表 第１表から明らかなように、モリブデンとクロムとの混
合粉体に対して０．５重量％程度の銅粉末の混入量では
導電率を改善できず、３０重量％以上ではモリブデンと
り四ムとの結合が充分に行われず、強度が向上しないこ
と（４０ｋｇ／ｃｄ以下）が判った。

従って、混入する銅粉末の量はモリブデンとクロムとの
混合粉末に対して１〜３０重量％混入して仮成形体を形
成し、これに綱を溶浸すれば良く、この場合の引張り強
度は４５〜５０ｋｇ／ａＩｌであって、特開昭５９−２
７４１８号公報に開示された方法によるものと比較しび
加圧力が５０００ｋｇ／ｃｊまでは同様な結果となった
。

本発明は以上の結果をふまえてなされたものであり、溶
浸材より融点の高い少なくとも一種類の金属粉末と前記
溶浸材と同材質の金属粉末とを混合すると共に前記溶浸
材と同材質の金属粉末を他の前記金属粉末に対して１重
量％から３０重量％の範囲に設定し、この混合粉末を所
定形状に加圧成形して仮成形体を形成し、この仮成形体
を前記溶浸材の融点以下の温度で加熱すると共に非酸化
性雰囲気にて脱ガスしつつ当該仮成形体を焼結して前記
溶浸母材を形成したのち、前記溶浸母材を乙の溶浸母材
上に載置された前記溶浸材と共に非酸化性雰囲気にて前
記溶浸材の融点以上の温度で加熱保持して前記溶浸材を
該溶浸母材に溶浸させるようにしたことを特徴とするも
のである。

なお、金属粉末としては、溶浸材である銅の融点より高
い融点の金属を用いれば良く、例えばモリブデン尋クロ
ムの他、タングステンや鉄ｐ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
命径が最大でも一６０メツシュまでは同様な結果が得ら
れる。

Ｆ　　作　　　　用 仮成形体を構成する金属粉末中に溶浸材と同材質の金属
粉末を混入し、これを加圧成形して仮成形体を形成して
おり、溶浸材と同材質の金属粉末は溶浸材より高融点の
他の金属粉末と比較して軟らかいことから、加圧成形時
の潤滑材及びＭ衝打の役目をして金型に充填された混合
粉体の中央部が特に緻密化してしまうようなことが少な
くなり、しかも溶浸材と同材質であることからこの中央
部の導電率が向上する。

Ｇ実施例 まず、−１００メツシユのモリブデン及びクロム及び電
解銅の粉末を用意し、重量比でＭｏ　：　Ｃｒ　＝３　
＝　　１として１００　ｇ、更に銅を５ｇ用意し、これ
らを機械的に混合する。

そして、所望する電極形状より大きい形状の金型（内径
６０ｎｍ）を用意し、この金型を加圧成形機に装着して
おき、前述した混合粉体を金型内に充填したのち、加圧
成形機を作動してこれら混合粉体を１１００ｋｇ／ａｌ
ｌの加圧力で約１程度度圧縮加圧成形する。

このようにして得られた仮成形体を第１図に示すように
アルミナセラミックス製等の容＠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　ｍＨ
ｇ）程度の真空にて約１０００℃の温度（鋼の融点以下
）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銅粒子とを拡散
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
を溶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６３％（ＩＡＣ５）、周縁部が最大６１％
となって前述した実験結果を確認できた。

又、この電極材料を外径５０踊厚さ４−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％程度向上すると共に接触抵抗値が１０
〜１５％低下する結果が得られた。

Ｈｌ　発明の効果 本発明の電極材料の製造方法によると、仮成形体を形成
する金属粉末に溶浸材と同材質の金属粉末を混入して仮
成形体を加圧成形するようにしたので、 溶浸材と同材質の金属粉末が仮成形体の加圧成形時に他
の金属粉末の潤滑材及び緩衝材の役目を果すこととなり
、導電率の分布を均一に改善でき、電極の周縁部と中央
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′＃４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
することができる。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、真空インタラプタ及びその操
作機型自体の小形化を企図し得る。

又、混合粉体の固形化によるハンドリングが可能となり
、しかもこの混合粉体を任意の形状に成形できるので、
溶浸後の電極形状への機械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倍に向上さ
せることが可能である。

【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溶浸作業の一実
施例を表す作業概念図、第２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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶浸材より融点の高い少なくとも一種類の金属粉
   末と前記溶浸材と同材質の金属粉末とを混合すると共に
   前記溶浸材と同材質の金属粉末を他の前記金属粉末に対
   して１重量％から３０重量％の範囲に設定し、この混合
   粉末を所定形状に加圧成形して仮成形体を形成し、この
   仮成形体を前記溶浸材の融点以下の温度で加熱すると共
   に非酸化性雰囲気にて脱ガスしつつ当該仮成形体を焼結
   して前記溶浸母材を形成したのち、前記溶浸母材をこの
   溶浸母材上に載置された前記溶浸材と共に非酸化性雰囲
   気にて前記溶浸材の融点以上の温度で加熱保持して前記
   溶浸材を該溶浸母材に溶浸させ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）金属粉末と混合する溶浸材と同材質の金属粉末が
   デンドライト状である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。