[发明专利]用于制造电极材料的方法和电极材料

说明书

本发明公开了用于制造电极材料(1)的方法，其中该电极材料包括：含有Cu、Cr和耐热元素并具有优异的大电流中断和电容开关能力的中心部(2)；和在该中心部(2)外周设置的外周部(3)。该外周部(3)含有Cu和Cr并具有优异的耐受电压能力。通过成形Cr和耐热元素的固溶体粉末，在固溶体粉末的成形体外周周围一体成形Cr粉末和用Cu等渗透该一体成形体来制造电极材料(1)。

发明领域

本发明涉及用于真空断路器等的电极材料。更具体地，本发明涉及用于制造电极材料的方法，该电极材料要求大电流中断能力和电容开关能力(capacitor switchingcapability)，并涉及电极材料。

背景技术

使用于真空断路器(VI)等的电极的电极材料需要满足以下特性：(1)高中断能力；(2)高耐受电压；(3)低接触电阻；(4)高抗熔接性；(5)低接点消耗；(6)低中断电流；(7)良好加工性；和(8)高机械强度。

因为以上特性中的一些处于权衡关系，所以不存在满足所有以上特性的电极材料。因此取决于断路器的应用例如用于大电流中断和用于高耐受电压的那些，适当地使用电极材料。如何开发具有不同特性的电极材料已成为重要的课题。

近些年，使用真空断路器的条件变得严峻，并且与此同时，真空断路器至电容电路的应用范围已经扩宽。在电容电路中，在电极之间施加往常两倍或三倍高的电压。因此，认为在电流中断或电流开关操作时产生的电弧使电极的接点表面遭受显著损害，从而容易引起再起弧。因此存在不断提高的对于具有比常规Cu-Cr电极材料优异的耐受电压和电流中断能力的接点材料的需要。

作为用于制备具有优异电学特性例如电流中断能力和耐受电压能力的Cu-Cr电极的方法，已知的电极制备方法是其中将作为基材的Cu粉末与用于改进电学特性的Cr粉末和用于Cr颗粒微细化的耐热元素(例如钼(Mo)、钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、锆(Zr)等)的粉末混合，然后在模具中加压成形混合的粉末并烧结成形体(参见例如专利文献1和2)。

更具体地，使用200-300μm粒径的Cr粉末作为原材料制备Cu-Cr电极材料；并添加耐热元素至该Cu-Cr电极材料从而允许通过微组织技术微细化Cr粉末，即促进Cr和耐热元素的合金化并增强在Cu基材相中细Cr-X颗粒(其中X是耐热元素)的沉积。因此，电极具有如下组成，其中具有20-60μm直径的Cr颗粒以其中并入耐热元素的形式均匀分散在Cu基材相中。

为了改进以上电极材料的电学特性例如电流中断能力和耐受电压能力，需要提高Cu基材相中Cr和耐热元素的含量并且将Cr颗粒和Cr和耐热元素的固溶体颗粒细且均匀地分散在Cu基材相中。

作为大量研究的结果，本发明人发明了Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料(参见例如专利文献3-5)。这种电极材料组合了细的含Cr颗粒的均匀分散与作为高导电组分的细的Cu组织的均匀分散并且显示优异的大电流中断和耐受电压能力。

一般地，对于使用在断路器等的接点材料需要通过电压化成处理(其中接点表面上微小突起或附着的外来物质在接点之间闪络)或通过电流化成处理(其中通过电弧熔融接点表面)稳定耐受电压能力。

然而，Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料在表面硬度和熔点方面比常规Cu-Cr电极材料更高。因此存在如下可能性：用于稳定耐受电压能力所需的能量可能变高。还存在如下可能性：由稳定处理在真空断路器内部引起的污染变为耐受电压能力不稳定的因素。此外，Cu-Cr-耐热元素(例如Mo)体系的电极材料在通电能力方面等同于常规的CuCr电极材料，从而不可实现较小的电极直径并从而不可预期通过降低接点的面积来缩短化成处理所需要的时间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报No.2012-7203