一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将铜线均匀绕在纯铁丝外面，两端固定；(2)将绕有铜线的铁丝排成阵列；(3)步骤(2)的空隙中填充铬粉体，并进行熔渗烧结。本发明的含有铁芯的铜铬触头材料用于触头时，触头表面磁场自发调控，能驱动真空电弧的快速运动和分散，降低了触头表面的烧蚀。

权利要求

1.一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1将铜线均匀绕在纯铁丝外面，两端固定；

S2将绕有铜线的铁丝排成阵列，其中，绕有铜线的铁丝之间形成空隙；

S3步骤S2的空隙中填充铬粉体，并进行熔渗烧结。

2.如权利要求1所述的方法，

所述步骤S1具体包括：

S11以铬粉、铜丝和铁丝为原料，按重量比为(45-70)：(20-50)：(1-10)分别称取铬粉、铜丝和铁丝备用；采用3D编织将铜线缠绕铁丝上；

所述步骤S2具体包括：

S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列；

所述步骤S3具体包括：

S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充铬粉体；

S32将步骤S31获得产物进行压制烧结处理。

3.如权利要求2所述的方法，在步骤S11中，铜丝直径为0.1-5.0毫米，铁丝直径为0.1-

5.0mm，铜螺旋线之间的间距为0.1-5mm。

4.如权利要求2所述的方法，在步骤S32中，所述烧结在真空下进行。

5.如权利要求2所述的方法，在步骤S21中，所述绕有铜线的铁丝之间间距为0.5-5mm。

6.如权利要求2所述的方法，在步骤S32中，烧结温度为1000-1400℃。

7.如权利要求2所述的方法，在步骤S31中，填充平均粒径0.5-200μm的铬粉体。

8.如权利要求1-7任一项所述方法制得的含有铁芯的铜铬触头材料，所述含有铁芯的铜铬触头材料用于触头时，触头表面磁场自发调控，能驱动真空电弧的快速运动和分散，降低了触头表面的烧蚀。

说明书

一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铜基复合触头材料技术领域，具体是涉及一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法。

背景技术

[0002] 触头是真空开关的心脏，对开关的安全运行起着关键作用。随着电力工业的发展和真空开关种类的不断增多，对真空触头材料向超高压、多样化、高性能化，以支撑真空开关向超高电压等级、特殊场合以及小型化方向发展。然而近些年来，真空触头材料虽然在制备工艺水平获得了很大的发展，但没有实现向超高压真空触头材料的突破，无法满足超高压真空断路器的要求。触头材料成为超高压真空断路器的瓶颈问题。

[0003] 在现有技术中，已有公司尝试研制126kV以上电压等级的真空触头材料，通过进一步细化CuCr合金中的Cr相以期获得较好的触头综合电性能，真空灭弧室磁场结构也开始采用Spiral结构等方法来实现更加均匀的磁场分布。但通过触头杯座结构在触头表面的磁场强度依然较低，驱动电弧阴极斑点的进一步扩散和运动的能力有限，无法进一步降低分断过程中局部产生的高温导致的分断失败和弧后重燃。

[0004] 因此，研究具有内部导流微结构的真空开关用真空触头材料，通过触头材料内部导流微结构，电极表面产生比较强的磁场，并在局部区域产生较强的集中磁场有望解决上述问题。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0006] S1将铜线均匀绕在纯铁丝外面，两端固定；

[0007] S2将绕有铜线的铁丝排成阵列；

[0008] S3步骤S2的空隙中填充铬粉体，并进行熔渗烧结。

[0009] 在本发明中，所述步骤S1具体包括：S11以铬粉、铜丝和铁丝为原料，按重量比为(45-70)∶(20-50)∶(1-10)分别称取铬粉、铜丝和铁丝备用；采用3D编织将铜线缠绕铁丝上；

[0010] 所述步骤S2具体包括：S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列；

[0011] 所述步骤S3具体包括：S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充铬粉体；S32将步骤S31获得产物进行压制烧结处理。

[0012] 在步骤S11中，铜丝直径为0.1-5.0mm，铁丝直径为0.1-5.0mm，铜螺旋线之间的间距为0.1-5mm；

[0013] 在步骤S31中，所述烧结在真空下进行。

[0014] 在步骤S21中，间距为0.5-5mm。

[0015] 在步骤S32中，烧结温度为1000-1400℃，控制烧结时采用熔渗烧结。

[0016] 在步骤S31中，填充平均粒径0.5-200μm的铬粉体。

[0017] 本发明还提供了上述方法制得的含有铁芯的铜铬触头材料，含有铁芯的铜铬触头材料用于触头时，触头表面磁场自发调控，能驱动真空电弧的快速运动，降低了触头表面的烧蚀。

[0018] 本发明取得了有益的技术效果，本发明旨在提供一种复合触头材料的制备方法，通过该方法获得采用真空开关与触头材料微结构一体化设计的新方式，解决制约高压真空断路器发展的瓶颈问题。具体方法为将3D编织等新型生产技术与传统生产技术相结合，制备出微结构可控的新型真空触头材料，使触头内部产生自生原位磁场，控制真空电弧形态和运动行为，从根本上改变当前依赖触头机械结构设计或外加线圈产生纵向或横向磁场控制电弧的方法，实现触头表面磁场的自发调控从而驱动真空电弧的快速运动和分散，阻止电弧的聚集，有望大幅度降低触头表面的烧蚀，解决真空断路器发展的瓶颈问题。

附图说明

[0019] 图1是本发明含有铁芯微结构单元三维示意图；

[0020] 图2是本发明含有铁芯微结构单元剖面图；

[0021] 图3是本发明微结构单元阵列的电磁场模拟图和横向磁场分布曲线。

具体实施方式

[0022] 下面将详细说明本发明的实施方式，本发明的一个实施方式为，本发明旨在提供一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0023] S1将铜线均匀绕在纯铁丝外面，两端固定；

[0024] S2将绕有铜线的铁丝排成阵列；

[0025] S3步骤S2的空隙中填充铬粉体，并进行压制烧结。

[0026] 在另一实施方式中，所述步骤S1具体包括：S11以铬粉、铜丝和铁丝为原料，按重量比为(45-70)∶(20-50)∶(1-10)分别称取铬粉、铜丝和铁丝备用；采用3D编织将铜线缠绕铁丝上；所述步骤S2具体包括：S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列；所述步骤S3具体包括：S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充铬粉体；S32将步骤S31获得产物进行压制烧结处理。

[0027] 在本发明的任一实施方式中，在步骤S11中，铜丝直径为0.1-5.0毫米，铁丝直径为0.1-5.0mm，铜螺旋线之间的间距为0.1-0.5mm；

[0028] 在本发明的任一实施方式中，在步骤S32中，所述烧结在真空下进行。

[0029] 在本发明的任一实施方式中，在步骤S21中，间距为1.5-2.5mm。

[0030] 在本发明的任一实施方式中，在步骤S32中，烧结温度为900-1100℃，[0031] 在该实施方式中，在步骤S31中，填充平均粒径0.8-1.21μm的铬粉体；

[0032] 在该实施方式中，以铬粉、铜丝和铁丝为原料，铬粉、铜丝和铁丝的重量比为50∶45∶5，所述方法包括以下步骤：

[0033] S11采用3D编织将直径1mm的铜线缠绕在2.0mm的铁丝上，铜螺旋线之间的间距为0.3mm；

[0034] S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列，间距为2.0mm；

[0035] S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充平均粒径1μm的铬粉体；

[0036] S32将步骤S31获得产物在真空下进行压制烧结处理，烧结温度为1200℃，加压烧结的压力为2MPa。

[0037] 本发明还提供了上述方法制得的含有铁芯的铜铬触头材料，含有铁芯的铜铬触头材料用于触头时，触头表面磁场自发调控，能驱动真空电弧的零能势快速运动，降低了触头表面温度和金属蒸汽密度。

[0038] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

[0039] 下结合参考图1-3，对本发明做进一步详细说明，但这些实施例，不得用于解释对本发明保护范围的限制。

[0040] 实施例1：

[0041] 一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，以铬粉、铜丝和铁丝为原料，铬粉、铜丝和铁丝的重量比为53：45∶2，所述方法包括以下步骤：

[0042] S11采用3D编织将直径0.5mm的铜线缠绕在1.0mm的铁丝上，铜螺旋线之间的间距为0.5mm；

[0043] S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列，间距为2.5mm；

[0044] S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充平均粒径20μm的铬粉体；

[0045] S32将步骤S31获得产物在真空下进行压制烧结处理，烧结温度为1100℃。

[0046] 对于本实施例，如图1-2所示制备的微结构单个单元的在分断短路电流时可以产生较大的磁场，达到大电流分断成功所需磁场强度的要求。

[0047] 实施例2：

[0048] 一种含有铁芯的铜铬触头材料的制备方法，以铬粉、铜丝和铁丝为原料，铬粉、铜丝和铁丝的重量比为50∶45∶5，所述方法包括以下步骤：

[0049] S11采用3D编织将直径1mm的铜线缠绕在2.0mm的铁丝上，铜螺旋线之间的间距为0.3mm；

[0050] S21将步骤S11制备的绕有铜线的铁丝排成阵列，间距为2.0mm；

[0051] S31在步骤S21获得的阵列的空隙中填充平均粒径100μm的铬粉体；

[0052] S32将步骤S31获得产物在真空下进行压制烧结处理，烧结温度为1200℃，[0053] 实施例3

[0054] 同实施例2，不同点在于步骤S21中的阵列是有一定倾斜角度的，本实施例的倾斜角度为10度。

[0055] 对于本实施例1-3，如图1-3所示制备的微结构单个单元的在分断短路电流时可以产生较大的磁场，达到大电流分断成功所需磁场强度的要求。所述含有铁芯的铜铬触头材料用于触头时，触头表面磁场自发调控，能驱动真空电弧的快速运动和分散，降低了触头表面的烧蚀。

[0056] 上述内容仅为本发明的较佳实施例。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。