[发明专利]真空断路器的触头成型材料及其制造方法

说明书

本发明涉及一种适用于真空断路器的触头，特别是一种具有改进了的耐熔焊特性和耐压特性的真空断路器的触头成形材料，以及一种生产该材料的方法。

真空断路器的触头利用在高真空中所具有的电弧扩散特性，在真空内对大电流进行开断或进行额定电流的接通与断开，所述触头由两个相对的触头，即固定和运动触头组成。真空断路器的触头需要满足的基本条件是耐熔焊特性，耐压特性和电流开断能力。除了这些基本要求以外，触头材料需要满足的重要条件还有低的和稳定的温升及低的和稳定的接触阻抗。然而这些要求是互相矛盾的，因此，用单一的金属元素材料是不能满足所有这些要求的。于是现有使用的许多触头材料采用了至少两种互相能补偿不足性能的元素的合成材料，以便使制成的触头能适应大电流，高电压或其他条件的特殊要求。触头材料的特性已发展得相当出色。然而，真空断路器在耐受高电压和大电流的触点要求方面已经有所增长，而且是至今尚未得到一种完全能满足上述要求的真空断路器触头。

例如，日本专利出版物NO.12131/1966揭示了一种铜铋（Cu-Bi）合金，该合金包含不多于5%的一种耐熔焊组分，例如铋。这个参考文献描述了该Cu-Bi合金可用于做成在大电流中使用的触头材料。可是在Cu基体中Bi的可熔性是很低的，因而会产生偏析现象。另外，在开断电流后这种触头的表面变粗糙的程度加大，而且很难对其进行处理或成形。

日本专利出版物NO.23751/1969介绍了可用一种铜碲（Cu-Te）合金作为在大电流中使用的触头材料。这种合金减轻了Cu-Bi合金存在的相应缺点，但与Cu-Bi合金相比较，该合金对周围气氛过于敏感，因此，这种Cu-Te合金不具有触头阻抗等项的稳定性。

虽然这两种由Cu-Te合金和由Cu-Bi合金材料制成的触头都具有出色的耐熔焊性能，并且用于已有技术的中等电压领域，其耐压特性是足以满足要求的，但是实践运行已经证明，这两种触头材料用于高电压领域是不能满足要求的。

此外，还有一种已知的用于真空断路器的触头材料是一种含有Cr的Cu-Cr合金。这种Cu-Cr合金在高温下具有Cr和Cu的最佳热特性，因此相应于耐高压特性和大电流稳定性方面，这种触头合金具有优良性能。正因为如此，该Cu-Cr合金被广泛用作要求耐高压，并兼有开断大电流特性的断路器中的触头材料。

可是，与Cu-Bi合金比较，Cu-Cr合金的耐熔焊特性很差，这是因为Cu-Bi合金中含有不多于5%的Bi金属，故Cu-Bi合金已被广泛地用作为断路器的触头材料。

所述熔焊现象的发生有两种原因：（a）在触头的接触表面产生的焦耳热使触头熔融，然后固化;（b）在接通和断开瞬间电弧放电使触头气化，然后固化。

在任何一种情况下，当Cu和Cr金属固化时，该合金形成了具有不大于1μm的Cr和Cu的细颗粒。该Cu-Cr合金形成大约从几个微米到几百微米厚度的层，并在此状态下，Cr细颗粒和Cu细颗粒是搀杂在一起的。一般来说，上等精致的结构是改善该材料强度的因素之一。在所述Cu-Cr合金中就是这种情况。当特别精致的Cu-Cr层的强度大于一般Cu-Cr合金的基体强度时，而该基体强度超过设计的开断力时，就会产生熔焊现象。

驱动采用Cu-Cr合金作为触头材料的真空断路器操作机构所需的开断用力，比采用Cu-Bi合金作为触头材料的真空断路器大，因此这种采用Cu-Cr合金作为触头的真空断路器在小型化和经济性方面处于劣势。

日本专利出版物NO.41091/1986公开了一种Cu-Cr-Bi合金的触头，其中将Bi增加到Cu-Cr合金中，是为了改善Cu-Cr合金的耐熔焊特性。这种Cu-Cr-Bi合金材料的触头，一般来说可将所述Cu-Cr合金的耐熔焊特性改善到一定和程度，但也由于添加了Bi使粘（溶）结物明显变脆，从而降低了其耐压特性，并增加了重燃电弧的机率。

如上所述，与Cu-Cr合金的触头相比，由Cu-Cr-Bi合金做的触头往往改善了耐熔焊的特性。但其耐压特性的劣化和产生重燃却仍然是其缺陷所在。

本发明的目的是提供一种真空断路器的触头成形材料，可在保持原Cu-Cr-Bi合金触头的耐熔焊特性的同时，使耐压特性降低和重燃电弧机率增加的程度减到最小，并提供其制造方法。

根据本发明的一种真空断路器触头是由一种Cu-Cr-Bi合金材料制成，在触头的成形材料中Cr的重量百分比为20%～60%，Bi的重量百分比为Cu和Bi总量的0.05%～1.0%，其余为Cu，该材料被加工成一个触头形状，并使经加工的材料经受真空热处理。