一种制备CUW/YSUB2/SUBOSUB3/SUB复相触头材料的方法.pdf

本发明公开了一种制备CuW/Y2O3复相触头材料的方法，该方法按以下步骤进行：按照质量比为1∶0.2％～1.0％称取钨粉和Y2O3粉，配制好后放入混料罐中；在混料罐中按钨粉、Y2O3粉总质量的5％～8％添加诱导铜粉，并且加入少量过程控制剂，加入非等径磨球进行混料；将混好的混合料倒入轴向压制的钢制模具内模压成钨压坯；将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H2气氛烧结炉内，先后进行钨压坯骨架的烧结和熔渗即成。使用本发明方法制备的CuW/Y2O3复相触头材料，材料的耐烧蚀性能显著提高。

1、  一种制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行，
a、按照质量比为1∶0.2％～1.0％的比例称取钨粉和Y₂O₃粉，将所称的钨粉与Y₂O₃粉放入混料罐中；
b、按钨粉与Y₂O₃粉总质量的5％～8％称取诱导铜粉，将诱导铜粉添加到混料罐中；
c、在混料罐中加入工业酒精，使粉末有湿润感即可，按钨粉、Y₂O₃粉和诱导铜粉总质量的2～3倍加入非等径磨球进行混料，混料时间为5～7小时，得到混合料；
d、将步骤c混好的混合料倒入轴向压制的钢制模具内，在340±20MPa的压力下模压成钨压坯；
e、将熔渗金属铜块与步骤d得到的钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H₂气氛烧结炉内，先进行钨压坯骨架的烧结，烧结温度为900℃～1000℃，烧结时间为1.5～2小时；再进行钨压坯骨架的熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c中非等径磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1∶1.4～1.6。

一种制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法。
背景技术
CuW合金应用于高压开关中的触头材料。随着高压开关向超特高电压、大容量方向发展，对CuW材料的性能提出了更高的要求，需要研制和开发新型的性能更为优异的CuW触头材料。
CuW合金触头在工作过程中，由于高压电弧的作用，触头表面发生加热、熔化、气化、流动、凝固等物理冶金过程，导致触头表面产生软化、喷溅、流动、裂纹等现象，因此，要求CuW触头材料除了具有良好的机械物理性能外，还应具有分散电弧的特性以减轻电弧的烧蚀性。
Y₂O₃陶瓷相具有比Cu、W较低的逸出功，因此在电击穿过程中可做为首先发射电子的部位，它在CuW组织中的弥散分布能起到分散电弧的作用；另一方面，在高温电弧作用下，由于铜相的熔化和挥发，材料强度则主要取决于钨骨架的高温强度，但钨高温强度随温度上升而显著下降，在1000℃时的强度只有室温强度的20％～40％，因此研制耐烧蚀性优良的CuW复相触头材料具有现实的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法，用该方法制备的含Y₂O₃的CuW复相触头材料在电击穿过程中，电弧在该材料表面得到有效分散，有效提高了CuW触头材料的耐烧蚀性。
本发明所采用的技术方案是，一种制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法，该方法按以下步骤进行，
a、按照质量比为1∶0.2％～1.0％的比例称取钨粉和Y₂O₃粉，将所称的钨粉与Y₂O₃粉放入混料罐中；
b、按钨粉与Y₂O₃粉总质量的5％～8％称取诱导铜粉，将诱导铜粉添加到混料罐中；
c、在混料罐中加入工业酒精，使粉末有湿润感即可，按钨粉、Y₂O₃粉和诱导铜粉总质量的2～3倍加入非等径磨球进行混料，混料时间为5～7小时，得到混合料；
d、将步骤c混好的混合料倒入轴向压制的钢制模具内，在340±20MPa的压力下模压成钨压坯；
e、将熔渗金属铜块与步骤d得到的钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H₂气氛烧结炉内，先进行钨压坯骨架的烧结，烧结温度为900℃～1000℃，烧结时间为1.5～2小时；再进行钨压坯骨架的熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。
本发明采用熔渗法制备添加Y₂O₃相的CuW复相触头材料，该方法得到的CuW/Y₂O₃复相触头材料具有优良的耐烧蚀性；该方法工艺简单，且易于控制。
附图说明
图1为CuW合金和含Y₂O₃的CuW合金的电导率对比曲线；
图2是现有的CuW触头材料进行50次电击穿后的SEM烧蚀形貌；
图3是用本发明的方法制备得到的含0.4％Y₂O₃的CuW复相触头材料进行50次电击穿后的烧蚀形貌；
图4是现有的CuW触头材料进行首次电击穿后的SEM组织照片；
图5是用本发明的方法制备得到的含0.4％Y₂O₃的CuW复相触头材料发生首次电击穿后的SEM组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明制备CuW/Y₂O₃复相触头材料的方法，借鉴了溶渗法的一般原理，具体按以下步骤进行，
a、称取钨粉和Y₂O₃粉，其中钨粉与Y₂O₃粉的质量比为1∶0.2％～1.0％，配制好后放入混料罐中；其中混粉时将Y₂O₃粉添加在W粉中，易于硬质陶瓷相Y₂O₃颗粒在W粉中分布均匀。
b、在混料罐中，按钨粉与Y₂O₃粉总质量的5％～8％添加诱导铜粉，添加诱导铜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较均匀；另一方面，在后续的熔渗过程中，多孔骨架中的诱导铜粉先熔化，在骨架内部形成连通孔隙，将待熔渗的金属液“诱”进骨架，这种内外金属液熔合为一体的驱动力将有利于熔渗过程的进行，从而提高材料的致密度。
c、在混料罐中加入少量易挥发的工业酒精溶剂，使粉末有湿润感即可，这样做可以提高粉末的流动性，降低不同元素粉料之间因密度不同而产生重力分离现象；同时为了使混和料进一步均匀化，可按钨粉、Y₂O₃粉、铜粉三者总质量的2～3倍加入非等径磨球进行混料，磨球直径分别为8mm和4mm，两种磨球的质量比为1∶1.4～1.6，混料时间控制在5～7小时，得到混合料。
d、将步骤c混好的混合料倒入轴向压制的钢制模具内，在315吨的液压机上，以340±20MPa的压力下模压成钨压坯(生坯)。
e、将熔渗金属铜块与钨压坯叠置在一起，放入铺好石墨纸的石墨坩埚内，置于高温H₂气氛烧结炉内进行烧结及熔渗，先进行钨(压坯)骨架的烧结，烧结温度为900℃～1000℃，烧结时间为1.5～2小时；再进行钨压坯骨架的熔渗，熔渗温度为1200℃～1400℃，熔渗时间为1.5～2小时即成。在骨架烧结时由于Y₂O₃具有良好的高温稳定性，在烧结温度下既不会分解，也不会与烧结气氛、铜和钨发生化学反应或溶解，Y₂O₃弥散均匀地分布在钨颗粒间，减少了W颗粒间的接触几率，所以在高温长时间烧结钨骨架的过程中，可以有效地抑制W颗粒聚集长大而形成的孤立孔隙，使钨骨架具有分布均匀且相互贯通的开孔孔隙。在铜的熔化温度以下烧结1.5～2小时，可使W颗粒之间充分地形成烧结颈，使W骨架具有一定的强度，避免在后续熔渗过程中出现骨架坍塌现象。同时，在熔渗W骨架的过程中，由于Y₂O₃的添加，W骨架孔隙相互贯通，空间结构更为合理，在后续的熔渗过程中骨架对铜液的虹吸作用更强，铜液可顺利地渗入，避免了由于骨架闭孔而产生的孔隙缺陷。
实施例
按照上述的制备方法，选用下述表1中的有关工艺参数，来制备含Y₂O₃的CuW合金，十二个实施例的配比含量如表1所示，十二个实施例的工艺参数如表2所示。
表1十二个实施例的配比含量及工艺参数表