JPS6353252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の関連する技術分野〕 本発明は高圧用真空遮断器用の接触子材料とし
てのクロムおよび銅から成る複合材料の製造方法
に関する。

〔従来技術〕

真空遮断器用接触子材料としてはすでに約40な
いし60％のクロムを含むCrCu複合材料が良いこ
とが分かつている。この材料によれば、成分の銅
が十分な電気伝導度および熱伝導度を保証し、一
方、基材のクロムがアークによる消耗を減らしま
たタングステンに比較して低い2173Kの融点によ
つて有害な熱電子放出の危険を除く。そのほかに
クロムに接触子の溶着性を著しく低減し、しかも
良好なゲツター性を有する。

CrCu複合材料の製造に対しては、Cr―Cu系に
混合ギヤツプがあるため、40ないし60％というク
ロム含有量の所望の濃度範囲においては、粉末冶
金法だけが考慮される。最も普通には、クロム粉
末またはCrCu粉末混合物から圧縮体を作成し、
圧縮体の空孔が焼結後、溶けた銅によつて充てん
される方法が最も普通に行なわれている。そのよ
うな焼結溶浸法も普通の公知の粉末冶金法も、ク
ロムの酸化傾向のために制御するのが困難であ
る。特に、個々の粒子面の濡れ性が悪いこと、ま
たは不働態膜が形成されることによる空孔欠陥あ
るいは溶浸欠陥が形成される危険がある。この空
孔欠陥または溶浸欠陥が５ないし50μｍ程度の大
きさで存在する場合でも、これらの欠陥によつて
遮断特性を害するおそれがある。実際上は、それ
から遮断能力にあるばらつき幅が生ずる。

他の公知の方法では、例えば純粋のクロム粉末
からなるか、または焼結の際の液相を得るために
一つまたは複数の別の粉末添加物がクロム粉末に
混合された金属粉末の圧縮または注ぎ込みにより
多孔質の中間生成物が作られる。それに続く高真
空あるいは純粋な保護ガス中での1573Kないし
1773Kの温度における焼結により、粉末核の間に
所望の焼結ブリツジが形成され、その結果基材強
度は上昇し、焼結過程後の多孔質焼結中間生成物
の問題のない取扱いが可能となる。別の工程にお
いて中間生成物は溶浸型の中に入れられるか溶浸
台の上に載せられ、被覆物または基台として空孔
容積に相応する量の溶浸金属、この場合は銅が付
加され、そして再び高真空中あるいは純粋な保護
ガス中で溶浸金属の融点以上に加熱される。そし
て毛管力によつて多孔質の基材に溶浸が起こる。

しかしながら、Cr―Cu複合材料製造のための
上述の溶浸法によつては、慎重な作業方法にも拘
らず、完全に欠陥のない溶浸は得られない。それ
は本質的に次の三つの理由に基づくものである。

焼結工程および溶浸工程の間の炉の装入換えの
際、強いゲツタ活性のクロム基材の場合には薄い
酸化物皮膜または化学的に吸着されたガス皮膜に
より基材表面が新しく被覆され、それが溶けた溶
浸金属との濡れを困難にする。熱力学的な理由か
ら、この酸化過程は高真空および純粋な保護ガス
中でさえ、約1000Kより低いところですでに起こ
る。なぜなら経済的に使用できるような炉におい
ては10^-10mb以下の酸素分圧が得られないからで
ある。この現象の結果として、微小空洞および空
孔の形であらわれる溶浸欠陥が生ずる。

焼結過程とそれに結び付いて生ずる焼結ブリツ
ジの形成によつて、溶けた溶浸金属が全然到達し
ないか不完全に到達するだけの、入りにくい空孔
領域が得られる。それによつて、例えば炭素のよ
うな還元物質を、溶けた溶浸金属相を介して基材
金属にもたらす可能性も制約され、その結果焼結
ブリツジ形成に基づくこの残留空孔領域中に残留
酸化物が存在し、それが接触子材料のしや断能力
を害する。

固い焼結ブリツジの硬直化作用により、基材の
変形に対する可能性は著しく低減される。銅ある
いはその合金によつて浸透されたクロム基材が、
溶けた溶浸金属の溶浸温度から冷却される場合、
クロムおよび銅の間の異なる熱膨脹のために、基
材金属および溶浸金属の共通のつりあつた収縮に
よつて吸収することのできない容積不足があらわ
れる。この公知の現象は同様に欠陥部および光学
顕微鏡で観察できない微小空孔に導き、それが高
負荷遮断責務に対する材料の品質を劣化させるこ
とがあり得る。

これらの障害を除去することが研究されてき
た。すなわち、例えばクロム粉末および銅粉末を
混合し、それによつてクロム粒の直接の接触が広
範囲に行われないようにし、つづく焼結過程にお
いて変形を妨げる離れ離れの焼結ブリツジが全く
形成されないか、またはごく僅か形成されるよう
にすることができる。この製造工程がクロム粒子
の立体障害を打消すとしても、そのような材料に
よつては十分な遮断能力を得ることができない。
その原因は通常約500ppmの酸素不純物を含む銅
粉末とゲツタ活性のクロム粉末との間の相互作用
である。すでに1273Kより低温で、すなわち1000
℃ですでに、Cu₂O解離を使用する場合、酸化し
やすいクロム粉末が酸化される。クロムの高い酸
化熱のために、安定な表面酸化物が形成され、そ
れは普通の真空脱ガスではもはや除去することが
できない。

〔発明の開示〕

それ故本発明の目的は、36kVまでの使用電圧
と30kA以上の遮断電流の真空高圧用遮断器の要
求を満足し、上述の欠陥源ならびに付加的に高い
酸素含有量の銅粉末の使用が避けられるクロムと
銅とから成る高性能接触子材料を製造することが
可能な方法を得ることにある。

本発明によればこの目的は、クロム粉末を脱ガ
スされた型の中に注ぎ込み、そのクロム粉末上に
低酸素の銅からなる片を置き、つづいて型を多孔
質の蓋で閉じ、それからその型を高真空炉中で室
温において10^-4mbより低い圧力に達するまで脱
ガスし、その後炉温を銅の融点より下のできるだ
け高い温度に高め、この炉温を10^-4mbより低い
一定の炉内圧力が得られるまで一定に保持し、つ
づいて中間冷却なしに炉温を銅の融点の上100K
ないし200Kの最終値までさらに高め、この温度
をクロム粉末混合物中に含まれる多孔部分が溶け
た銅によつて完全に満されるまで保持することに
よつて達成される。

銅の融点のすぐ下におかれる炉温は、工業的に
実施される場合には1273K（＋50K，−20K）に選
ぶことができる。炉はこの温度に約１時間保持さ
れ、その際内圧力は10^-5mbの範囲に得られ有利
である。銅の融点より上に保持する時間は20ない
し30分が有利である。

本発明の方法に対しては、アルミノサーミツク
または電解的に作られたクロムを使用することが
できる。第一の方法の場合、クロム粉末は50μｍ
ないし200μｍの粒子分布を持つているのが望ま
しく、とりわけ少くとも150μｍの成分を持つた
ものが有利である。第二の方法の場合には、粒子
の大きさはそれ以下、すなわち25μｍより下の範
囲におくことができる。

また、グラフアイトから成る作業型を用いるの
が有利なことが分つた。それは溶けた銅に炭素が
少量溶けており、それ故溶融相における移送を介
してクロム酸化不純物に対する還元剤として用い
られるからである。

本発明においては、強度を高める焼結過程が安
定な焼結ブリツジの形成によつて行なわれるので
はなく、型の中に注ぎ込まれたクロム粉末から出
発する点で特に有利である。炉の装入切替や焼結
中間生成物の付加的操作なしに、注ぎ込んだ粉末
の多孔容積は溶けた銅で完全に満たすことがで
き、その結果実用上孔部のない複合材料が得られ
る。

〔発明の実施例〕

次に本発明を実施例について詳細に説明する。

500ppmの最大酸素含有量を持ちアルミノサー
ミツクに作られたクロムを使用する場合、少くと
も150μｍの成分を持つ粒子の大きさのクロム粉
末を、予め脱ガスされた黒鉛型の中に充てんす
る。るつぼは、例えば85mmの直径と250mmの長さ
を持ち、約180mmの高さまでクロム粉末で満たさ
れている。クロム粉末の上に塊状の低酸素銅片を
置き、それがるつぼの残りの内容積を満たすよう
にする。そのるつぼを多孔質の黒鉛蓋で閉ざし、
高真空炉中で先ず室温で10^-5mbの域、すなわち
10^-4mbより低いところに達するまで脱ガスする。
つづいて加熱を始めるが、それは圧力が10^-4mb
以上に昇ると常に中断する。約1273K（＋50K，−
20K）の温度において、すなわち銅の融点（T_Sn
＝1356K）より下の温度において、本来の脱ガス
温度に達し、この温度を１時間、しかし少なくと
も10^-4mbより低い炉内圧力に再び達するまで保
持する。つづいて中間冷却なしに温度を、銅の融
点より100Kないし200K上にある最終値までさら
に高める。その温度は例えば1473Kであり、この
温度において約30分後には、注ぎ込まれたクロム
中の孔部は溶けた銅で実用上完全に満たされる。

本発明の他の実施例においては、同様に最高
500ppmの酸素を含有した電解的に作られたクロ
ムが用いられる。それから作られたクロム粉末
は、この場合にはアルミノサーミツクに作られた
クロムより小さい、例えば25μｍより小さい粒子
の大きさ分布を持つたものとすることができる。
それ以外の個々の製造工程は第一の実施例と同様
である。

孔部が完全に満たされた後、上述の両実施例に
より作られた中間生成物は真空中に冷却される。
冷えた後Cr―Cu複合ブロツクは必要な幾何学的
形状を持つた接触子片に分けられる。この材料の
顕微鏡組織によれば、本発明方法によつて作られ
た複合材料が、強度を高める焼結ブリツジも、多
孔部も実際上持たないことが認められる。したが
つて本発明方法によれば、Cr―Cuを基礎にした
接触子片を再現性よく作ることができ、しかもそ
れは高圧真空しや断器に適した性質を持つてい
る。

Cr―Cuを基礎にして説明した実施例において、
公知の方法で他の元素を添加物として用いること
ができる。例えば、銅に対する合金成分としてチ
タン、ジルコニウムを用いると、ゲツタ特性が改
善される。また、鉄、コバルト、またはニツケル
をクロム粉末に添加すると、濡れ性が改善され
る。

Cr―Cu複合材料に上述の添加処理は本発明と
関連して行なうことができ、前述の製造工程につ
いて基本的に変るところはなんらない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ） クロム粉末を脱ガスされた型の中に注
   ぎ込む工程と、 ｂ） クロム粉末上に低酸素の銅から成る片を置
   く工程と、 ｃ） 続いて型を多孔質の蓋で閉じる工程と、 ｄ） 型を高真空炉中で室温において10^-4mbよ
   り低い圧力に達するまで脱ガスする工程と、 ｅ） 次いで炉温を銅の融点より下のできるだけ
   高い温度に高める工程と、 ｆ） 前記炉温を10^-4mbより低い一定の炉内圧
   力が得られるまで一定に保持する工程と、 ｇ） 次いで中間冷却なしに、炉温を銅の融点よ
   り100Kないし200K高い最終値までさらに高
   め、この温度をクロム粉末中に含まれる多孔部
   分が溶けた銅によつて完全に満たされるまで一
   定に保持する工程と から成ることを特徴とするクロムと銅との複合材
   料から成る真空しや断器用接触子材料の製造方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   工程ｅ）の炉温が1273K（＋50K，−20K）である
   ことを特徴とする真空しや断器用接触子材料の製
   造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法において、工程ｄ）およびｆ）の圧力が
   10^-5mbの域にあることを特徴とする真空しや断
   器用接触子材料の製造方法。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   工程ｆ）における保持時間が約１時間であること
   を特徴とする真空しや断器用接触子材料の製造方
   法。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   工程ｇ）における保持時間が20ないし30分である
   ことを特徴とする真空しや断器用接触子材料の製
   造方法。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   アルミノサーミツクに作られたクロムを用い、そ
   れから得たクロム粉末が50μｍないし200μｍの粒
   子の大きさ分布を有することを特徴とする真空し
   や断器用接触子材料の製造方法。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の方法において、
   少くとも150μｍの成分を持つ粒子の大きさのク
   ロム粉末を用いることを特徴とする真空しや断器
   用接触子材料の製造方法。 ８ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   電解的に作られたクロムを用い、それから得たク
   ロム粉末が25μｍないし200μｍの粒子の大きさ分
   布を有することを特徴とする真空しや断器用接触
   子材料の製造方法。 ９ 特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれ
   かに記載の方法において、黒鉛から成る型を用い
   ることを特徴とする真空しや断器用接触子材料の
   製造方法。