CN88102580A - 用于电触头的烧结合成材料和采用这种材料的触头垫片 - Google Patents
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Abstract
含有80％-95％重量的铜，2％-15％重量的镍以及2％-5％重量的石墨的烧结合成材料。可用来制造低压开关设备的电触头和触头垫片。
Description
本发明涉及一种用于制作电触头的烧结铜基合成材料。
当今用在低压开关设备、断路器、接触器或开关的常规触头材料含有60%-95%的银以便获得所要求的性能，但银是很昂贵的材料。
本发明的目的是获得一个比常规材料便宜的触头材料，而就导电性和导热性而论，它仍具有良好特性，有高的抗氧化和抗腐蚀性能，有低的接触电阻而且不容易熔焊。
根据本发明的材料，其特征在于它含有80%-95%重量的铜，2%-15%重量的镍和2%-5%重量的石墨。
这种铜基材料含有石墨和镍的颗粒，它比银便宜并呈现良好的电和热特性。
铜的使用，一般地来说是因为它的价廉以及它良好的导电性和导热性。
石墨和铜形成一种合成物，具有低的机械阻力，它能使熔焊力减至最小。另外，在电弧出现时，石墨和空气或材料中的氧结合形成二氧化碳，因而限制了氧化铜的形成。尽管如此，但仍然有必要限制材料的石墨含量以避免在出现电弧时触头过大的腐蚀。
至于镍，它是用来在冷状态时减少铜的氧化率并且与铜形成具有良好机械阻力的合金。加入镍可妥善解决在低接触电阻，从而低的温升，缓慢腐蚀和最小熔焊危险之间的关系。然而，由于铜镍合金具有比铜高的电阻率，镍含量不能超过一定数值。
根据本发明的材料是由粉末冶金技术生产的，所用粉末最好根据它们的颗粒分析和它们的金属或气态纯度的观点来选择。
最好采用海绵状铜粉末，其金属颗粒平均直径小于24μm，氧含量低于2000ppm，纯度为99.5%。
就石墨而论，最好采用薄膜状的石墨粉其颗粒约100μm长，20μm厚，其灰份小于0.2ppm。石墨的纯度可以使材料性能得以改善。镍粉末为球状体，它的平均直径小于5μm。
选择后的混合粉末在常规的研磨机上研磨约4小时，使其均匀化，然后在1-5吨/平方厘米的压力下，通过整体加压形成小片，然后这些小片放在加热炉中烧结，炉中的受控气体含3-100%氢气，0-5%二氧化碳，0-92%氮，根据元件尺寸烧结时间为30分钟～2小时。烧结温度可在970～1030℃变化。
为了减少多孔率，对材料再次进行加压，随着通过退火处理来消除剩余应力，所有这些操作都必须进行以使材料中的氧含量减至最小，从而防止在电弧作用下产生过量氧化铜。
根据本发明，可以以上述的方法由合成材料制成电触头垫片。
根据本发明的较佳实施例，这种材料可以用来制成由两个叠层组成的触头垫片，第一层，其厚度为0.1～0.5mm之间，它主要含铜，第二层则由上述铜-镍-碳合成材料组成。有了含铜的第一层，就能使触头以填充率为70～90%钎焊到铜导体支撑件上。然后两层被同时加压来形成触头垫片，这些垫片然后还要用上述的方法进行烧结，再次加压和退火。
为了更好地理解本发明，后者将由下列例子进行阐述，作为非限制的具体实例。
例1.
一种具有下列成份的混合粉末用来形成第二层：
铜：81%
镍：15%
铜：4%
这种混合物与含铜的第一层在约4吨/平方厘米的压力下加压20秒，并把小片放在含100%氢，温度为1000℃加热炉内约1小时，然后，在约10吨/平方厘米的压力下对材料进行再加压达20秒。
所获得的材料在试验机上通100A电流和220V电压下进行开断5000次实验来进行电疲劳试验。将每一个由此获得的材料制成的两个电触头面对面放置，平均接触电阻为1.3mΩ，两个触头的总腐蚀为160mg。材料中的氧含量约为140ppm。
例2.
在相同的条件下，下列混合物用来制成第二层：
铜：91%
镍：5%
碳：4%
平均电阻为0.92mΩ，二个触头总腐蚀为230mg。
例3：
一种具有下列成分的混合粉末用来制成第二层。
铜：91%
镍：5%
碳：4%
在约4吨/平方厘米的压力下将该混合物与第一层铜加压达20秒，并把小片置于含有氢化氮（3%氢气，5%二氧化碳气体，92%氮气），温度为980℃的加热炉中约45分钟。然后在约10吨/平方厘米压力下再次加压20秒。
由此产生的材料进行下列试验：
-在电流100A（电压220V）下，在试验机上进行5000次开断试验来试验电疲劳强度，每个由此获得的材料构成的二个电触头被相对放置。平均接触电阻为1.05mΩ，总电腐蚀为200mg，材料内部的含氧量为340ppm。
在一个125A设备上进行低电压可焊性试验，施加电流为3，5.7KA持续时间分别为10，30，50ms，材料仅呈现很小的熔焊倾向。
在16A小型断路器上进行电疲劳试验，其试验结果令人满意。
采用根据本发明的合成材料制成的触头垫片可以用在所有低压开关设备，断路器，接触器以及开关上。
Claims (6)
1、一种用来制成电触头的烧结铜基合成材料，含有80%-95%重量的铜，2%-15%重量的镍和2%-5%重量的石墨；
2、根据权利要求1的材料含有海绵状铜粉末，铜粉末平均直径小于24μm，含氧量低于2000ppm，其金属纯度为99.5%。
3、根据权利要求1的材料，含有薄膜状石墨粉末，其颗粒约100μm长和20μm厚，灰含量小于0.2ppm。
4、根据权利要求1的材料，含有球形的镍粉末，其颗粒平均直径小于5μm。
5、根据权利要求1的合成材料，制成的触头垫片。
6、一个触头垫片包括第一铜层，它的厚度在0.1-0.5mm之间，根据权利要求1所述的合成材料制成第二层，两层被同时加压。
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