專利名稱：：一種制備CuW/Y₂O₃復(fù)相觸頭材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種制備CllW/Y203復(fù)相觸頭材一料的方法。
背景技術(shù)：
：CuW合金應(yīng)用于高壓開(kāi)關(guān)中的觸頭材料。隨著高壓開(kāi)關(guān)向超特高電壓、大容量方向發(fā)展，對(duì)CuW材料的性能提出了更高的要求，需要研制和開(kāi)發(fā)新型的性能更為優(yōu)異的CuW觸頭材料。CuW合金觸頭在工作過(guò)程中，由于高壓電弧的作用，觸頭表面發(fā)生加熱、熔化、氣化、流動(dòng)、凝固等物理冶金過(guò)程，導(dǎo)致觸頭表面產(chǎn)生軟化、'噴濺、流動(dòng)、裂紋等現(xiàn)象，因此，要求OiW觸頭材料除了具有良好的機(jī)械物理性能外，還應(yīng)具有分散電弧的特性以減輕電弧的燒蝕性。Y203陶瓷相具有比Ql、W較低的逸出功，因此在電擊穿過(guò)程中可做為首先發(fā)射電子的部位，它在CuW組織中的彌散分布能起到分散電弧的作用；另一方面，在高溫電弧作用下，由于銅相的熔化和揮發(fā)，材料強(qiáng)度則主要取決于鎢骨架的高溫強(qiáng)度，但鎢高溫強(qiáng)度隨溫度上升而顯著下降，在100(TC時(shí)的強(qiáng)度只有室溫強(qiáng)度的20%40%，因此研制耐燒蝕性優(yōu)良的CuW復(fù)相'觸頭材料具有現(xiàn)實(shí)的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種制備CuW/Y203復(fù)相觸頭材料的方法，用該方法制備的含Y203的CuW復(fù)相觸頭材料在電擊穿過(guò)程中，電弧在該材料表面得到有效分散，有效提高了CuW觸頭材料的耐燒蝕性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制備CuW/￥203復(fù)相觸頭材料的方法，該方法按以下步驟進(jìn)行，a、按照質(zhì)量比為l:0.2%1.0%的比例稱取鎢粉和￥203粉，將所稱的鎢粉與Y203粉放入混料罐中；b、按鉤粉與￥203粉總質(zhì)量的5%8。％稱取誘導(dǎo)銅粉，將誘導(dǎo)銅粉添'加到混料罐中；c、在混料罐中加入工業(yè)酒精，使粉末有濕潤(rùn)感即可，按鎢粉、￥203粉和誘導(dǎo)銅粉總質(zhì)量的23倍加入非等徑磨球進(jìn)行混料，混料時(shí)間為57小時(shí)，得到混合料；d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，在340土20MPa的壓力下模壓成鎢壓坯；e、將熔滲金屬銅塊與步驟d得到的鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石'墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先進(jìn)行鎢壓坯骨架的燒結(jié)，燒結(jié)溫度為卯0。C1000。C，燒結(jié)時(shí)間為L(zhǎng)52小時(shí)；再進(jìn)行鎢壓坯骨架的熔滲，熔滲溫度為1200°C1400°C，熔滲時(shí)間為1.52小時(shí)即成。本發(fā)明采用熔滲法制備添加￥203相的CuW復(fù)相觸頭材料，該方法得到的CuW/Y203復(fù)相觸頭材料具有優(yōu)良的耐燒蝕性；該方法工藝簡(jiǎn)單，且易于控制。圖1為CuW合金和含Y203的CuW合金的電導(dǎo)率對(duì)比曲線；圖2是現(xiàn)有的CuW觸頭材料進(jìn)行50次電擊穿后的SEM燒蝕形貌；圖3是用本發(fā)明的方法制備得到的含0.4%Y2O3的CuW復(fù)相觸頭材料進(jìn)行50次電擊穿后的燒蝕形貌；圖4是現(xiàn)有的CuW觸頭材料進(jìn)行首次電擊穿后的SEM組織照片；圖5是用本發(fā)明的方法制備得到的含0.4%Y2O3的CuW復(fù)相觸頭材料發(fā)生首次電擊穿后的SEM組織照片。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明制備CuW/Y203復(fù)相觸頭材料的方法，借鑒了溶滲法的一般原理，具體按以下步驟進(jìn)行，a、稱取鎢粉和Y203粉，其中鎢粉與￥203粉的質(zhì)量比為1:0.2%1.0%，配制好后放入混料罐中；其中混粉時(shí)將Y203粉添加在W粉中，易于硬質(zhì)陶瓷相Y203顆粒在W粉中分布均勻。b、在混料罐中，按鎢粉與￥203粉總質(zhì)量的5%8%添加誘導(dǎo)銅粉，添加誘導(dǎo)銅粉一方面可以改善脆性粉末的成形性，使生坯中孔隙分布比較均勻；另一方面，在后續(xù)的熔滲過(guò)程中，多孔骨架中的誘導(dǎo)銅粉先熔化，在骨架內(nèi)部形成連通孔隙，將待熔滲的金屬液"誘"進(jìn)骨架，這種內(nèi)外金屬液熔合為一體的驅(qū)動(dòng)力將有利于熔滲過(guò)程的進(jìn)行，從而提高材料的致密度。c、在混料罐中加入少量易揮發(fā)的工業(yè)酒精溶劑，使粉末有濕潤(rùn)感即可，這樣做可以提高粉末的流動(dòng)性，降低不同元素粉料之間因密度不同而產(chǎn)生重力分離現(xiàn)象；同時(shí)為了使混和料進(jìn)一步均勻化，可按鎢粉、￥203粉、銅粉三者總質(zhì)量的23倍加入非等徑磨球進(jìn)行混料，磨球直徑分別為8mm和4mm，兩種磨球的質(zhì)量比為h1.41.6，混料時(shí)間控制在57小時(shí)，得到混合料。d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，在315噸的液壓機(jī)上，以340土20MPa的壓力下模壓成鎢壓坯(生坯)。e、將熔滲金屬銅塊與鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)及熔滲，先進(jìn)行鎢(壓坯)骨架的燒結(jié)，燒結(jié)溫度為卯(TC100(rC，燒結(jié)時(shí)間為L(zhǎng)52小時(shí)；再進(jìn)行鎢壓坯骨架的熔滲，熔滲溫度為1200°C1400°C，熔滲時(shí)間為1.52小時(shí)即成。在骨架燒結(jié)時(shí)由于Y203具有良好的高溫穩(wěn)定性，在燒結(jié)溫度下既不會(huì)分解，也不會(huì)與燒結(jié)氣氛、銅和鎢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或溶解，Y203彌散均勻地分布在鎢顆粒間，減少了W顆粒間的接觸幾率，所以在高溫長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)鉤骨架的.過(guò)程中，可以有效地抑制W顆粒聚集長(zhǎng)大而形成的孤立孔隙，使鉤骨架具有分布均勻且相互貫通的開(kāi)孔孔隙。在銅的熔化溫度以下燒結(jié)1.52小時(shí)，可使W顆粒之間充分地形成燒結(jié)頸，使W骨架具有一定的強(qiáng)度，避免在后續(xù)熔滲過(guò)程中出現(xiàn)骨架坍塌現(xiàn)象。同時(shí)，在熔滲W骨架的過(guò)程中，由于￥203的添加，W骨架孔隙相互貫通，空間結(jié)構(gòu)更為合理，在后續(xù)的熔滲過(guò)程中骨架對(duì)銅液的虹吸作用更強(qiáng)，銅液可順利地滲入，避免了由于骨架閉孔而產(chǎn)生的孔隙缺陷。.實(shí)施例按照上述的制備方法，選用下述表1中的有關(guān)工藝參數(shù)，來(lái)制備含Y203的CuW合金，十二個(gè)實(shí)施例的配比含量如表1所示，十二個(gè)實(shí)施例的工藝參數(shù)如表2所示。表1十二個(gè)實(shí)施例的配比含量及工藝參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2十二個(gè)實(shí)施例的工藝控制參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將上述十二個(gè)實(shí)施例制備得到的CuW/Y203合金材料在TDR-40A單晶爐內(nèi)進(jìn)行真空電擊穿實(shí)驗(yàn)，將所制備的CuW/Y203復(fù)相觸頭材料拋光成鏡面后作為陰極，用直徑為cp3的針尖狀純W棒作為陽(yáng)極，兩極間施加電壓8kV的直流電壓，同時(shí)使陰極試樣以0.2mm/min的速度緩慢地接近陽(yáng)極，直至兩極間發(fā)生電擊穿；每次擊穿之后，拉大陰極與陽(yáng)極之間的距離。重復(fù)上述過(guò)程，每個(gè)試樣測(cè)試50次，觀察進(jìn)行50次真空擊穿后的電弧燒蝕形貌，試驗(yàn)證明，所有實(shí)施例的試樣全部實(shí)現(xiàn)了電弧的有效分散。下面僅通過(guò)實(shí)施例3所制備的含0.4%Y2O3的CuW合金與現(xiàn)有CuW合金的有關(guān)性能及燒蝕后形貌照片進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明本發(fā)明方法制備出的含Y2'03的CuW合金抗電弧燒蝕方面的優(yōu)勢(shì)圖1為CuW合金和含Y203的CuW合金的電導(dǎo)率，硬度隨TiC含量的變化曲線，可以看出，當(dāng)￥203添加量為0.4%時(shí)，Y203/CuW材料的硬度和電導(dǎo)率分別達(dá)到最佳值HB230，46.9%(IACS%)，與現(xiàn)有的CuW合金相比，在其電導(dǎo)率沒(méi)有任何損失的情況下，硬度值提高了8%，滿足了作為電觸頭材料在靜態(tài)使用條件下對(duì)電導(dǎo)率，硬度的要求。圖2和圖3分別為CuW合金和添加0.4n/。Y2O3的CuW復(fù)相觸頭材料在電壓為8kV的條件下，在電擊穿50次后的電弧燒蝕形貌?？梢钥闯觯瑘Dl中正對(duì)陽(yáng)極鎢針處的中央?yún)^(qū)域燒蝕較為嚴(yán)重，此處的原始顯微組織已變得粗糙和'模糊。與圖2相比，圖3中添加Y203的CuW復(fù)相觸頭材料正對(duì)陽(yáng)極鉤針處燒蝕情況較輕微，燒蝕表面總體上比較平坦，且燒蝕面積較小。同時(shí)還可以看出，圖3中添加0.4y。Y2O3的CuW復(fù)相觸頭材料的擊穿區(qū)域有向周圍擴(kuò)展的趨勢(shì)，表明該材料表面的電弧有一定程度的分散特性。圖4和圖5分別為CuW觸頭材料和添加0.4%Y2O3的CuW復(fù)相觸頭材料發(fā)生首次電擊穿后的SEM照片。從圖4中可以看出，CuW觸頭材料表面首次電擊穿主要發(fā)生在富銅區(qū)域，產(chǎn)生了大片銅液的激烈噴濺，擊穿坑較大，熔化飛濺出的銅液沉積在材料表面凝固后，形成圖中亮白色的凸起顆粒(lO)im左右)。在圖5中，CuW復(fù)相觸頭材料首次電擊穿后的陰極斑點(diǎn)表現(xiàn)出分散特性，而不是集中發(fā)生在富銅區(qū)?？梢?jiàn)，由于逸出功較低的Y203顆粒的彌散分布，電弧得到有效分散，從而提高了材料的耐電弧燒蝕性能。權(quán)利要求1、一種制備CuW/Y2O3復(fù)相觸頭材料的方法，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)行，a、按照質(zhì)量比為1∶0.2％～1.0％的比例稱取鎢粉和Y2O3粉，將所稱的鎢粉與Y2O3粉放入混料罐中；b、按鎢粉與Y2O3粉總質(zhì)量的5％～8％稱取誘導(dǎo)銅粉，將誘導(dǎo)銅粉添加到混料罐中；c、在混料罐中加入工業(yè)酒精，使粉末有濕潤(rùn)感即可，按鎢粉、Y2O3粉和誘導(dǎo)銅粉總質(zhì)量的2～3倍加入非等徑磨球進(jìn)行混料，混料時(shí)間為5～7小時(shí)，得到混合料；d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，在340±20MPa的壓力下模壓成鎢壓坯；e、將熔滲金屬銅塊與步驟d得到的鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先進(jìn)行鎢壓坯骨架的燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃～1000℃，燒結(jié)時(shí)間為1.5～2小時(shí)；再進(jìn)行鎢壓坯骨架的熔滲，熔滲溫度為1200℃～1400℃，熔滲時(shí)間為1.5～2小時(shí)即成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟c中非等徑磨球直徑分別為8mm和4mm，兩種磨球的質(zhì)量比為1:1.41.6。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種制備CuW/Y₂O₃復(fù)相觸頭材料的方法，該方法按以下步驟進(jìn)行按照質(zhì)量比為1∶0.2％～1.0％稱取鎢粉和Y₂O₃粉，配制好后放入混料罐中；在混料罐中按鎢粉、Y₂O₃粉總質(zhì)量的5％～8％添加誘導(dǎo)銅粉，并且加入少量過(guò)程控制劑，加入非等徑磨球進(jìn)行混料；將混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)模壓成鎢壓坯；將熔滲金屬銅塊與鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H₂氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先后進(jìn)行鎢壓坯骨架的燒結(jié)和熔滲即成。使用本發(fā)明方法制備的CuW/Y₂O₃復(fù)相觸頭材料，材料的耐燒蝕性能顯著提高。文檔編號(hào)H01H11/04GK101515512SQ20091002174公開(kāi)日2009年8月26日申請(qǐng)日期2009年3月30日優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日發(fā)明者楊曉紅,梁淑華,王獻(xiàn)輝,鵬肖,范志康,鄒軍濤申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)