[发明专利]一种触头材料、真空灭弧室触头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于真空灭弧室元件技术领域，具体涉及一种触头材料，同时涉及一种采用该材料的真空灭弧室触头及其制备方法。

背景技术

触头材料是真空灭弧室的“心脏”，它影响着真空灭弧室的开断能力、电寿命和可靠性。目前，占统治地位的触头材料是CuCr合金，常用的有CuCr50和CuCr25。CuCr触头材料的主要优点是Cr具有强烈的吸气性能，使得CuCr触头燃弧后沉积的Cr有效地吸收了灭弧室中的残余气体，确保真空灭弧室长期运行中的真空度。目前，CuCr触头材料已在真空断路器中普遍使用。

CuCr合金触头的制造工艺可分为两类，一类是传统工艺，大致归纳为两种，即一般粉末冶金法(混粉烧结法)和熔渗法(浸渍法)；另一类是有利于提高触头材料性能的新工艺，如烧结挤压法、等静压法、离子注入、电弧熔炼、电火花成型烧结法和合金内氧化法。目前，世界上CuCr合金触头材料最常用的四种制备工艺为：混粉烧结、熔渗、真空熔铸和真空电弧熔炼。

CuCr触头材料之所以能表现出较为良好的性能，靠的是有效地复合了Cu、Cr各自组元的优点，两者形成均匀分布的两相假合金。但是，现有的CuCr合金作为真空灭弧室触头材料使用时，往往还存在硬度低、导热性差和截流值高的问题。

影响触头材料电性能的因素有二大方面：一是材料的化学成分，即元素组成及各自含量；二是制备工艺。现有技术中，为了进一步提高触头材料的综合性能，可以在CuCr合金中加入其它的元素，如Fe、Al、Te、Sb、Se等合金元素；或者改进制备工艺，使铬晶粒明显细化。但是上述方式对于CuCr合金触头材料的耐磨性、耐压强度等机械性能、导热性提高有限，且对电截流值的降低也不明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种触头材料，解决现有CuCr触头材料存在的硬度低、导热性差及电截流值高的问题。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述触头材料的真空灭弧室触头。

本发明的第三个目的是提供一种上述的真空灭弧室触头的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种触头材料，由以下质量百分比的组分组成：石墨烯0.1％～10％，余量为Cu、Cr；其中，Cu与Cr的质量比为(50～75):(25～50)。

优选的，Cu与Cr的质量比为75:25、70:30、60:40、55:45或50:50。

一种采用上述的触头材料的真空灭弧室触头。

一种上述的真空灭弧室触头的制备方法，包括采用粉末冶金的方式，将石墨烯粉、铜粉、铬粉按配方量混合，在模具中压制成型后，在真空条件或保护气氛下进行烧结，即得。

上述制备方法中，所述石墨烯粉的粒径为1～20μm。所述铜粉的粒径为10～70μm；所述铬粉的粒径为10～70μm。

压制成型所用的压力为100～500MPa。

所述烧结的温度为650～1000℃。由于C和Cr在1000℃以上的高温下会发生反应生成碳化铬，因此烧结的温度为650～1000℃。所述烧结的时间为0.5～2h。

所述保护气氛优选氮气气氛。

由于石墨烯具有极高的硬度，属于硬质相，加入到CuCr合金中有弥散强化的作用；石墨烯的热导率是铜的13倍，因此石墨烯的加入有利于提高材料的热导率。

本发明的触头材料，在CuCr合金触头材料中添加质量含量为0.1％～10％的石墨烯，提高了触头材料的硬度、热导率，降低了截流值，解决了现有CuCr触头材料存在的硬度低、导热性差及电截流值高的问题，应用范围广。

采用该触头材料的真空灭弧室触头的制备方法，是采用粉末冶金的方式，将石墨烯粉、铜粉、铬粉混合，在模具中压制成型后，在真空条件或保护气氛下进行烧结；所得真空灭弧室触头相对于现有的CuCr合金触头，硬度提高5％～50％，热导率提高10％～60％，截流值降低10％～50％；所得真空灭弧室触头具有高硬度、高热导率和低截流值的特点，适合推广使用。该制备方法工艺简单，操作方便，适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式中，所用的石墨烯粉的粒度范围为1～20μm，铜粉的粒度范围为10～70μm，铬粉的粒度范围为10～70μm。

实施例1

本实施例的触头材料，由以下质量百分比的组分组成：石墨烯0.1％，余量为Cu、Cr；其中，Cu与Cr的质量比为50:50。