[发明专利]一种应用于中高压真空开断中的触头材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种应用于中高压真空开断中的触头材料及其制备方法。

背景技术

根据Cu-Cr二元合金相图可知，Cr在Cu和Cu在Cr中的固溶度都很低。因此，Cu-Cr合金实际上是具有两相结构的假合金。这一结构特点使Cu、Cr都充分保持了各自的良好特性：具有较低的熔点、高的导电率和热导率的Cu相，有利于提高真空开关的分断能力；具有较高熔点和机械强度的Cr相则保证了真空开关具有良好的耐电压、抗烧蚀、抗熔焊和低截流特性。另外，Cr相具有很强的吸气能力，使Cu-Cr触头燃弧后灭弧室中的残余气体被迅速吸收，确保了真空灭弧室长期运行中的真空度。因此高Cr含量的Cu-Cr合金是目前应用最广泛的真空断路器触头材料。随着真空断路器的不断开展，需要进一步提高Cu-Cr触头材料的开断性能。目前，国内外研究人员采用添加第三金属元素的方式对其改进。但是，这些金属元素的添加不会形成第三相。因此，目前国内外使用的Cu-Cr合金真空开关材料仍属于双相合金的范畴。为了进一步提高真空开关的综合性能特别是耐电压性能和开断能力，急需开发新型的中高压真空电触头材料。

混粉烧结是目前Cu-Cr触头工业化生产最常用的工艺，它主要由混粉、压制、烧结三道工序构成。此工艺制备的触头金相组织均匀，抗熔焊性能好。但是，由于混粉烧结触头致密性差，阻碍了混粉触头在更高等级真空开关中的应用。

中国专利1410568A公开了一种三元碳化物颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。其特点是将Ti₂SnC颗粒与Cu粉采用物理机械方法混合均匀，在真空或惰性气体保护下热压烧结或热等静压烧结，得到高强度、高导电性、耐高温和自润滑等综合性能的铜基复合材料，但由于其所制备的材料耐压低、抗熔焊性差等问题不能应用于中高压真空开关。

中国专利1250108A公开了一种陶瓷增强铜合金及其制取方法。该铜合金包括铜基体和硼化物陶瓷增强相，其中增强相占铜合金重量为2-8%，硼化物为ZrB₂或TiB₂。其制备方法包括冶炼法和粉末冶金两种方法。该发明提供的陶瓷增强铜合金主要用于集成电路的引线框加、接插件和电阻焊电极等非真空、低电压应用场合，但由于其所制备的材料耐压低、抗熔焊性差等问题不能应用于中高压真空开关。

发明内容

本发明提出了一种应用于中高压真空开断中的触头材料及其制备方法，解决了现有技术中的不足，该应用于中高压真空开断中的触头材料电阻率小、硬度和机械强度、致密度均较普通混粉触头提高、提高了混粉触头耐压能力、开断能力强和抗熔焊性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种应用于中高压真空开断中的触头材料，它由以下重量百分比的原料制成：Cr粉5-50%，碳化物1-15%，余量为Cu粉。

进一步的，它由以下重量百分比的原料制成：Cr粉15-35%，碳化物5-10%，余量为Cu粉。

更进一步的，它由以下重量百分比的原料制成：Cr粉25%，碳化物10%，Cu粉为65%。

再进一步的，所述碳化物为B₄C、TaC、TiC或ZrC。

上述的一种应用于中高压真空开断中的触头材料的制备方法，它包括以下步骤：

（1）按比例称取Cr粉、碳化物以及Cu粉，将其混合均匀，得到混合粉末；

（2）将混合粉末填充在模具中，通过液压机施加30-70Mpa压力压制成型得到压坯；

（3）将压制成型的压坯装入坩埚内，坩埚放置于真空感应热压炉内，抽真空至≤2×10^-2Pa后，加热至800-1050℃，然后加压20-60MPa，保温0.5-1小时，随炉冷却至100℃出炉，得到烧结后的复合材料毛坯；

（4）在真空或惰性气体的保护下对复合材料毛坯加热至500-1000℃，并保温0.5-7小时，进行退火处理，得到退火后的应用于中高压真空开断中的触头材料。

进一步的，所述步骤（1）中的碳化物为B₄C、TaC、TiC或ZrC。

进一步的，所述步骤（4）中惰性气体为氦气或氩气。