[发明专利]用于真空断流器的触点形成材料

说明书

本发明涉及用于真空断路器或真空电路断流器中作为触点形成材料的烧结合金，更具体地说，本发明涉及一种用于真空断流器的、具有改进的电流斩波特性和灭高频弧特性的触点形成材料。

利用真空中电弧扩散性能进行断流的真空断流器触点是由两个相对的触点，即静止触点和可动触点构成的。当感应电路诸如电动机负载的电流由真空断流器断流时，就会产生过量或异常的浪涌电压，往往使负载装置趋于损坏。

这种异常浪涌电压的产生归因于诸如当在真空中将小电流断流时产生的斩波现象(在交变电流波形到达自然零点之前强迫断流)和灭高频弧现象。

由斩波现象引起的异常浪涌电压值Vs可表达为电路浪涌阻抗Zo和电流斩波值Ic的乘积，即Vs＝Zo·Ic。因此，为了减小异常浪涌电压Vs，必须降低电流斩波值Ic。

为了满足上述要求，研制了真空开关，其中使用由碳化钨(WC)-银(Ag)合金构成的触点(日本专利申请号68447/1967和美国专利号3,683,138)。该真空开关已投入实际应用。

由Ag-WC合金构成的触点具有下列优点：

(1)WC的存在有利于电子发射；

(2)由于场致发射电子的碰撞，电极表面被加热而加速了触点形成材料的蒸发；以及

(3)触点表现出低的斩波电流特性，这种特性对例如通过电弧分解触点形成材料的碳化物和形成带电粒子而保持电弧是极好的。

另一种表现出低斩波电流特性的触点形成材料是铋(Bi)-铜(Cu)合金。该材料已被投入实际应用，用它来形成一种真空断流器(日本专利公报号14974/1960，美国专利号2,975,256，日本专利公报号12131/1966和美国专利号3,246,979)。

这些合金中，包含10％(重量)(此后称为重量百分比wt％)Bi的合金(日本专利公报号14974/1960)具有合适的蒸气压特性，因此表现出低的斩波电流特性。包含0.5wt％(重量百分比)Bi的合金(日本专利公报号12131/1966)使Bi在晶界处偏析，因而使合金本身变脆。因此，实现了低焊接(粘结)断开力，并且合金具有良好的大电流断流性能。

表现出低斩波电流特性的另一种触点形成材料是Ag-Cu-WC合金，其中Ag与Cu的比率大约为7∶3(日本专利申请号39851/1982)。在该合金中，选择了现有技术中没有用过的Ag与Cu之比，因此据说获得了稳定的斩波电流特性。

另外，日本专利申请号216648/1985提出，当耐弧材料的粒子大小(例如WC的粒子大小)为0.2至1微米时，对于改进低斩波电流特性是有效的。

真空断流器需要低的浪涌性能，因此在现有技术中要求低的斩波电流特性(低斩波特性)。

近年来，真空断流器被日益用于感应电路，诸如电动机和高浪涌阻抗负载。因此，真空断流器必须既具有更稳定的低斩波电流特性，又具有令人满意的灭高频弧特性(高频电流断流能力)。这是因为，已发现由多次再点火引起的浪涌对负载的绝缘以及由电流斩波引起的浪涌来说都是不希望的。

迄今为止，没有一种触点形成材料能同时满足这两种特性。

这就是说，尽管由上述电流斩波(过电压)引起的浪涌可通过减小电流斩波值而得到改善，由重复的高频再点火引起的浪涌是这样一种浪涌，即当在电流斩波后电极间产生介质击穿时，通过断开视电路条件而定的高频电流使恢复电压值增加，并且恢复电压值还通过重复电极间产生介质击穿的过程而增加，由此产生了过量的浪涌电压。在这种情况下，产生一浪涌，以消除高频电流，而通过改善灭高频弧特性，可减小所产生的浪涌，因而使浪涌电压减小。因此，有必要改善和稳定高频电流放电的电弧恢复(重建)特性。

在由WC-Ag合金构成的触点中(日本专利申请号68447/1967)和美国专利号3,683,138)，斩波电流值本身是不足的，并且没有把注意放在灭高频弧特性的改善上。

在10wt％(重量百分比)Bi-Cu合金中(日本专利公报号14974/1960和美国专利号2,975,256)，当合-断次数增加时，进入电极间空间的金属蒸气量减少，在这种合金中，存在着低斩波电流特性和耐压特性的降低，降低的程度视具有高蒸气压的元素的数量而定。另外，灭高频弧特性并不太令人满意。

在0.5wt％(重量百分比)Bi-Cu合金中(日本专利公报号12131/1966和美国专利号3,246,979)，其低斩波电流特性是不足的。