專利名稱：一種耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電觸頭材料，具體是指一種具有高的耐電壓強(qiáng)度和抗電弧燒損性能的 銀碳化鎢石墨電觸頭材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
銀-碳化鎢-碳系電觸頭材料作為替換傳統(tǒng)的AgC5的新一代觸頭材料，具有優(yōu) 異的抗熔焊性，廣泛地用于自動(dòng)開關(guān)，大容量斷路器、塑殼斷路器以及其他一些開關(guān)器上， Ag-WC-C系電觸頭主要利用了 Ag的良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，WC的高熔點(diǎn)、高硬度和耐磨性好的特 點(diǎn)，可經(jīng)受強(qiáng)烈的電弧腐蝕，具有良好的抗熔焊性及耐磨蝕，同時(shí)達(dá)到了節(jié)銀的效果。目前， 銀_碳化鎢_碳系電觸頭材料中采用AgWC12C3與AgW50配對(duì)常作為斷路器的非對(duì)稱合理 配對(duì)觸頭。近年來，隨著低壓電器行業(yè)發(fā)展，不斷推出各種系列的新型斷路器，這些新型的斷 路器要求觸頭材料具有更小的體積、更高的分?jǐn)嗄芰?。因此提高銀碳化鎢石墨電觸頭材料 的抗電弧燒損及抗材料轉(zhuǎn)移性能，順應(yīng)斷路器的發(fā)展需求，具有重要的科研價(jià)值。近來，國 內(nèi)外對(duì)于提高觸頭材料的抗電弧燒損性能研究較多，主要采用細(xì)化顆粒來降低電弧對(duì)觸頭 材料的燒損。因此，設(shè)計(jì)一種科學(xué)的銀碳化鎢石墨電觸頭材料與組織結(jié)構(gòu)，以擴(kuò)大銀碳化鎢 石墨觸頭材料的使用范圍，滿足斷路器對(duì)觸頭材料日益嚴(yán)格的性能要求非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種具有高的耐電 壓強(qiáng)度、抗熔焊性以及耐電弧燒損性高的耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了一種耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
碳化鎢與增強(qiáng)相11%_14%，石墨2%-6%，添加元素0. 39TO. 6%，余量為銀；其中，所述的 增強(qiáng)相為以下碳化物的組合TaC、Cr2C3 ；所述的添加元素為以下元素中的一種或幾種組 合Ni、Co、Cr、B。所述的碳化鎢與增強(qiáng)相以碳化鎢_碳化鉭_碳化鉻固溶體形式加入，其中碳化鎢 與碳化鉭、碳化鉻之比為(16 4 1) (25 2 1)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括以下步驟
(1)將碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體與石墨、添加元素、銀粉按比例進(jìn)行混合，混粉方式為干 混或濕混中的一種。混粉時(shí)間為4 7小時(shí)，球料比為(1 1) (5 1)；
(2)將混合粉在保護(hù)氣氛中進(jìn)行制粒；該步驟的制粒為在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行制粒溫度 為65(T850°C，時(shí)間0. 5 5小時(shí)，保護(hù)氣氛中進(jìn)行；
(3)將已制粒的混合粉進(jìn)行初壓得到壓坯；該步驟的初壓壓制壓力為50MP廣200Mpa；
(4)將壓坯在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，該步驟壓坯的燒結(jié)溫度為85(T920°C，時(shí)間為3飛 小時(shí)，氫氣氣氛保護(hù)；(5)將燒結(jié)后坯體進(jìn)行一次復(fù)壓處理；該步驟燒結(jié)坯體的一次復(fù)壓壓力為 100 300MPa ；
(6)將復(fù)壓坯體進(jìn)行退火；該步驟退火溫度為55(T650°C，時(shí)間為2、小時(shí)；
(7)將退火坯體進(jìn)行二次復(fù)壓得到最終產(chǎn)品；該步驟二次復(fù)壓壓力為50(T700MPa。本發(fā)明在制備銀碳化鎢石墨觸頭材料過程中采用了碳化鎢_碳化鉭_碳化鉻固溶 體。碳化鉭和碳化鉻可明顯減小碳化鎢晶粒度及鄰接度，提高基體的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，TaC 相可改善添加元素Ni、Co、Cr、B對(duì)碳化物相的潤濕性，增強(qiáng)基體結(jié)合強(qiáng)度。這種新型的銀 碳化鎢石墨觸頭材料具有更高的耐電壓強(qiáng)度、抗熔焊性和耐電弧燒損性。采用該電觸頭材 料的低壓電器具有較高的電壽命和高可靠性。因此這種電觸頭材料更適合應(yīng)用在各種不同 的塑殼式斷路器、小型高分?jǐn)嗦菲骱徒涣鹘佑|器上。下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。


圖1本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不 能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明 作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，參照?qǐng)D1，以制備規(guī)格為12 X 10 X 2mm的AgffC9. 6TaC2. 4Cr2C30. 6C3為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體、石墨按84. 4 12. 6 3的比例，與0. 3%Ni、 0.7%B進(jìn)行濕混6小時(shí)，球料比為1 1，真空烘干，在氫氣氣氛中700°C，4小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化制 粒，得到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢_增強(qiáng)相固溶體中碳化鎢與碳化鉭、碳化鉻的比 例為 16 4 1 ；
(2)將已制粒的混合粉末壓制成12X10X2.8mm壓坯，初壓壓力為150MPa ；
(3)將壓坯在氫氣氣氛中于880°C，4小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；
(4)將燒結(jié)后坯體250MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.2mm ；
(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于500°C，2小時(shí)進(jìn)行退火；
(6)將已退火的坯體以560MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到12X10X2mm產(chǎn)品；
(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgWC9. 6TaC2. 4Cr2C30. 6C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 16g/cm3、電 阻率 2. 97 ii Q. cm、硬度 681MPa。實(shí)施例2，以制備規(guī)格為5X5X 1. 5讓的AgWClOTaCl. 5Cr2C30. 5C3為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體、石墨按85 12 3的比例，與0.4%Co進(jìn) 行濕混4小時(shí)，球料比為3 1，真空烘干，在氫氣氣氛中750°C，3小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化制粒，得 到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體中碳化鎢與碳化鉭、碳化鉻的比例為 20 3 1 ；
(2)將已制粒的混合粉末壓制成5X5X2. 1mm壓坯，初壓壓力為180MPa.(3)將壓坯在氫氣氣氛中于900°C，3小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；
(4)將燒結(jié)后坯體280MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為1.7 mm ；
(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于600°C，4小時(shí)進(jìn)行退火；
(6)將已退火的坯體以600MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到5X5X1. 5mm ；
(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgWClOTaCl. 5Cr2C30. 5C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 21g/cm3、電阻 率 3. 02 ii Q. cm、硬度 693MPa。實(shí)施例3，以制備規(guī)格為8X6X 1. 8匪的AgWC9TaCl. 8Cr2C30 . 45C3為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體、石墨按85. 75 11.25 3的比例，與 0. 4%Ni、0. 5%B進(jìn)行濕混6小時(shí)，球料比為1 1，真空烘干，在氫氣氣氛中700°C，4小時(shí)進(jìn) 行團(tuán)化制粒，得到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體中碳化鎢與碳化鉭、碳 化鉻的比例為20 4 1 ；
(2)將已制粒的混合粉末壓制成8X6X2.52mm壓坯，初壓壓力為150MPa ；
(3)將壓坯在氫氣氣氛中于880°C，4小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；
(4)將燒結(jié)后坯體250MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2mm；
(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于500°C，2小時(shí)進(jìn)行退火；
(6)將已退火的坯體以560MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到8X6X1.8mm產(chǎn)品；
(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgWC9TaCl. 8Cr2C30 . 45C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 07g/cm3、電阻 率 2. 85 ii Q. cm、硬度 668MPa。實(shí)施例4，以制備規(guī)格為 10X5. 5 X 2mm 的 AgWClOTaCO. 8Cr2C30. 4C3 為例。(1)將Ag粉與碳化鎢-碳化鋯固溶體、石墨按85. 8 11. 2 3的比例，與0.4%Cr 進(jìn)行濕混4小時(shí)，球料比為3 1，真空烘干，在氫氣氣氛中720°C，4小時(shí)進(jìn)行團(tuán)化制粒，得 到流動(dòng)性好的混合粉末，其中碳化鎢-碳化鋯固溶體中碳化鎢與碳化鋯的比例為6 4；
(2)將已制粒的混合粉末壓制成10X5.5X2. 8mm壓坯，初壓壓力為180Mpa ；
(3)將壓坯在氫氣氣氛中于900°C，3小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)；
(4)將燒結(jié)后坯體280MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓，壓坯厚度為2.2mm ；
(5)將復(fù)壓后坯體在氫氣氣氛中于600°C，4小時(shí)進(jìn)行退火；
(6)將已退火的坯體以600MPa的壓力進(jìn)行復(fù)壓得到10X5.5X2mm ；
(7)將銀碳化鎢碳化鋯石墨觸頭經(jīng)過研磨、拋光、烘干處理。本實(shí)例制備的AgWClOTaCO. 8Cr2C30. 4C3觸點(diǎn)物理性能如下密度9. 18g/cm3、電阻 率 2. 88 ii Q. cm、硬度 673MPa。
權(quán)利要求
一種耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料，其特征在于包括以下組分，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì) 碳化鎢 增強(qiáng)相11% 14%，石墨2% 6%，添加元素 0.3%~0.6%，余量為銀；其中，所述的增強(qiáng)相為以下碳化物的組合TaC、Cr2C3；所述的添加元素為以下元素中的一種或幾種組合Ni、Co、Cr、B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料，其特征在于所述的碳 化鎢_增強(qiáng)相以碳化鎢_碳化鉭_碳化鉻固溶體形式加入，其中碳化鎢與碳化鉭、碳化鉻之 比為(16 4 1) (25 2 1)。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在 于包括以下步驟(1)將碳化鎢_碳化鉭_碳化鉻固溶體與石墨、添加元素、銀粉按比例進(jìn)行混粉，混粉方 式為干混或濕混中的一種；(2)將混合粉在保護(hù)氣氛中進(jìn)行制粒；(3)將已制粒的混合粉進(jìn)行初壓得到壓坯；(4)將壓坯在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)；(5)將燒結(jié)后坯體進(jìn)行一次復(fù)壓處理；(6)將復(fù)壓坯體在保護(hù)氣氛中進(jìn)行退火；(7)將退火坯體進(jìn)行二次復(fù)壓得到最終產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐電壓銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，保護(hù)氣氛為 氫氣或惰性氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(1)中混粉時(shí)間為4 7小時(shí)，球料比為(1 1) (5 1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(2)的制粒為在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行制粒溫度為65(T850°C，時(shí)間0. 5飛小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(3)的初壓壓制壓力為50MPa 200MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(4)壓坯的燒結(jié)溫度為85(T920°C，時(shí)間為3飛小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種銀碳化鎢石墨觸頭材料的制備方法，其特征在于所述 步驟(5)燒結(jié)坯體的一次復(fù)壓壓力為10(T300MPa ；所述步驟(6)退火溫度為55(T650°C，時(shí) 間為2、小時(shí)；所述步驟(7) 二次復(fù)壓壓力為50(T700MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐電壓銀碳化鎢石墨電觸頭材料及其制備方法。電觸頭材料的主體成分包括碳化鎢-增強(qiáng)相固溶體11%-14%，石墨2%-6%，添加劑0.3%~0.6%，余量為銀；其中，所述的增強(qiáng)相為以下碳化物的組合TaC、Cr2C3；所述的添加元素為以下元素中的一種或幾種組合Ni、Co、Cr、B。所述的碳化鎢與增強(qiáng)相以碳化鎢-碳化鉭-碳化鉻固溶體形式加入，其中碳化鎢與碳化鉭、碳化鉻之比為(16:4:1)~(25:2:1)。本發(fā)明在制備銀碳化鎢石墨觸頭材料具有更高的耐電壓強(qiáng)度、抗熔焊性和耐電弧燒損性。采用該電觸頭材料的低壓電器具有較高的電壽命和高可靠性。因此這種電觸頭材料更適合應(yīng)用在各種不同的塑殼式斷路器、小型高分?jǐn)嗦菲骱徒涣鹘佑|器上。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101979694SQ201010558958
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者張秀芳, 柏小平, 翁桅 申請(qǐng)人:福達(dá)合金材料股份有限公司