高压真空灭弧室触头材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种高压真空灭弧室触头材料，为电性能材料技术领域，用于真空开关中的真空灭弧室上，其化学重量百分组成为：Mo 18～22％、W 3～7％、Cr 3～7％、余量为Cu，按组成比例混合均匀的Mo、W、Cr粉料利用高温熔渗法进行渗Cu处理而制得。本发明触头材料具有超低氧含量，组织均匀，应用到真空灭弧室上，能使真空灭弧室体积小、重量轻、强度大、灭弧性能好、开断能力强、且抗熔焊性能好、耐压高、抗燃弧性能好、无污染，大大提高了真空灭弧室的质量和性能，完全可以应用于72.5kV及126kV等的高电压、超高电压、大电流的电网中，代替了SF6的使用，保护了环境。制备方法科学合理，简单易行，容易控制，投资小，投产快，生产效率高，生产规模容易调整，适应性强，利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压真空灭弧室触头材料，为电性能材料技术领域，用于真空开关中的真空灭弧室上。

背景技术

随着国民经济的发展，能源基础工业也得到迅速提高，真空开关设备的使用量越来越多，真空灭弧室的需求量也越来越大，以每年16％左右的速度增长，这为高中压真空灭弧室材料的生产提供了广阔的市场和发展机遇。

触头是真空灭弧室比不可少的关键部件，其性能直接影响到真空灭弧室的技术参数和质量稳定性能。长期以来，不少科技工作者致力于新型触头材料的研发。60年代后，国外进行了大量的研究工作，逐步解决了触头材料抗熔焊性能，从难溶金属冶炼、二元合金，直到CuCr、CuW、CuFe粉末冶金触头的研制和应用，才奠定了冶金机理和技术基础，并开始了快速发展。随后，国内也开始使用了合金触头。由于国内触头材料在强度、开断能力、抗熔焊能力、耐高压、抗燃弧性能等方面存在不足，特别是41.5kV以上的高压、超高压真空灭弧室产品上，大部分使用的是SF6产品和进口产品，又SF6气体保护开关的使用对大气臭氧层有严重的破坏作用，对人类的生存环境有潜在的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能使真空灭弧室体积小、重量轻、强度大、灭弧性能好、开断能力强、且抗熔焊性能好、耐压高、抗燃弧性能好、无污染的高压真空灭弧室触头材料；同时提供了科学合理、简单易行的制备方法。

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，其化学重量百分组成为：

Mo 18～22％、W 3～7％、Cr 3～7％、余量为Cu。

制备方法是将按组成比例混合均匀的Mo、W、Cr粉料利用高温熔渗法进行渗Cu处理而制得。

制备工艺参数最好控制为：

所用原料尽量纯度高，尤其是Mo粉中的杂质，避免杂质影响。

将粉料过80～120目筛，Cu用原料为无氧铜棒或铜块。

渗Cu温度控制为1300℃～1320℃，渗Cu系统真空度控制为0.02～0.025MPa，在真空条件下实施熔渗，能够将氧含量降低到较低的水平，并使引入的有机物得以彻底去除。

具体操作是首先抽真空至0.02～0.025MPa，在保证真空度的条件下，升温至100℃～110℃，保温使加热体温度均匀后，再升温至1300℃～1320℃，保温待铜棒全部熔渗完毕，然后关闭加热系统，降温至1190℃～1210℃，保温稳定组织(即：使添加的Cr、W、Mo元素在铜基体中稳定)，继续降温后得产品。

可以使熔渗加热在烧结电阻炉中进行，容易准确控制，规模易调，将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装于坩埚中，将无氧铜棒置于坩埚帽内，将坩埚帽置于坩埚上进行渗铜。最好在坩埚中置放石墨保护纸，以隔离粉料。在电阻炉上设水循环冷却装置，便于降温冷却控制。

本发明触头材料具有超低氧含量，组织均匀，试验证明，应用到真空灭弧室上，能使真空灭弧室体积小、重量轻、强度大、灭弧性能好、开断能力强、且抗熔焊性能好、耐压高、抗燃弧性能好、无污染，大大提高了真空灭弧室的质量和性能，完全可以应用于72.5kV及126kV等的高电压、超高电压、大电流的电网中，代替了SF6的使用，保护了环境，实属高压真空开关的替代产品。经应用实践证明，未出现任何质量问题。使用额定电压40.5kV以上，额定电流3150kA以上，开断能力强，不熔焊，不烧结。

本发明制备方法科学合理，简单易行，容易控制，投资小，投产快，生产效率高，生产规模容易调整，适应性强，利于推广应用。

附图说明

图1、本发明制备方法工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过100目筛的Mo、W、Cr分别为20.35％、4.66％、4.67％、Cu棒70.32％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜棒放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.02Mpa，升温至100℃，保温30min；再升温至1300℃，在保证真空度为0.02Mpa的状态下，保温30min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1200℃，保温60min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。

所得产品经质量检测部门测定，其技术性能指标见表1。

表1、产品技术性能指标表

  触头材料  化学成分(wt％)  电导率  Ms/m  密度  g/cm³  氧含量  ％  氮含量  ％  硬度  HB(Mpa)  本发明产品  Cu  Mo  19  8.78  0.04  0.0003  137  70.32  20.35

实施例2

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过120目筛的Mo、W、Cr分别为20％、5％、5％、Cu棒70％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜棒放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.02Mpa，升温至105℃，保温35min；再升温至1310℃，在保证真空度为0.02Mpa的状态下，保温30min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1210℃，保温55min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。机械强度高，分断电流大，开断能力强。

实施例3

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过110目筛的Mo、W、Cr分别为20％、5.5％、4.5％、Cu棒70％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜棒放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.023Mpa，升温至110℃，保温30min；再升温至1320℃，在保证真空度为0.022Mpa的状态下，保温30min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1190℃，保温65min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。机械强度高，分断电流大，开断能力强。

实施例4

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过90目筛的Mo、W、Cr分别为21％、6％、3％、Cu棒70％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜块放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.021Mpa，升温至110℃，保温30min；再升温至1300℃，在保证真空度为0.024Mpa的状态下，保温40min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1200℃，保温60min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。机械强度高，分断电流大，开断能力强。

实施例5

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过100目筛的Mo、W、Cr分别为19％、4％、6％、Cu棒71％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜棒放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.022Mpa，升温至100℃，保温40min；再升温至1310℃，在保证真空度为0.022Mpa的状态下，保温35min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1210℃，保温60min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。机械强度高，分断电流大，开断能力强。

实施例6

本发明所述的高压真空灭弧室触头材料，按下列重量百分组成配料：

过100目筛的Mo、W、Cr分别为18％、4％、7％、Cu棒71％。

将混合均匀的Mo、W、Cr粉料装入有石墨纸的坩埚中，把称好的铜棒放入坩埚帽内，将坩埚固定于托盘上，将坩埚帽置于坩埚上。关闭炉盖，抽真空至0.02Mpa，升温至100℃，保温30min；再升温至1300℃，在保证真空度为0.022Mpa的状态下，保温40min进行熔渗处理；然后关闭加热系统，降温至1200℃，保温60min；继续降温后出炉得产品，经机械加工等后处理得成品。机械强度高，分断电流大，开断能力强。