单片接触系统和形成方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有单片结构的断路器和一种制作方法。所述单片结构包括具有铜的臂部分和具有复合材料的触点部分。所述复合材料具有金属基体和设置在所述金属基体中的第二相。制作所述单片结构的方法包括将第一粉末引入至模具的第一区域中，将第二粉末引入至所述模具的第二区域中，以及将所述第一粉末和所述第二粉末固结在一起。所述模具的第一区域对应于触点部分，并且所述第二区域对应于所述断路器的单片结构的臂部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及在断路器中具有电触点的触点臂组件。更具体地说，本专利技术涉及 包括单片触点臂结构的断路器，以及形成所述断路器的方法。
技术介绍
触点和触点臂组件在断路器领域中众所周知。具有用于接通和中断电流的电触点 的触点臂组件不仅在断路器中采用，而且还在其他电气装置（如旋转双断断路器、接触器、 继电器、开关，和断开开关）中采用。 触点臂组件的主功能为提供电流载体，所述电流载体能够被致动以将所述触点与 第二触点分离，从而使得能够在电路中接通和中断电流。 所述触点通常粘合至触点臂，所述触点臂典型地但不一定为铜合金。所述触点通 常通过使用铜焊合金进行的铜焊过程来接合至所述臂。在接合界面处使用铜焊合金可导致 界面处的空隙和缺陷。这些过程缺陷在燃弧事件期间可作为热袋，并且成为触点故障的主 要原因。因此存在对触点和臂的改良的接合的需要，所述改良的接合在主机装置的操作期 间可容忍热应力、电应力和机械应力，提供在触点与臂之间的改良的热传递，并提高组件的 可靠性。本说明书中展示的系统和方法旨在解决这个需要。
技术实现思路
在一个实施例中，公开具有单片结构的断路器。所述单片结构包括具有铜的臂部 分和具有复合材料的触点部分。所述复合材料具有金属基体和设置在所述金属基体中的第 二相。 在一个实施例中，公开具有单片结构的断路器。所述单片结构包括具有铜的臂部 分和具有复合材料的触点部分。所述复合材料具有银基体和设置在所述银基体中的第二 相。所述触点部分进一步具有化学成分梯度。 在一个实施例中，公开制造断路器的方法。制造断路器的方法包括形成单片结构 的方法。形成单片结构的方法包括将具有复合材料的第一粉末引入至模具的第一区域中， 将具有铜的第二粉末引入至模具的第二区域中，以及将第一粉末与第二粉末固结在一起。 模具的第一区域对应于触点部分，并且模具的第二区域对应于断路器的单片结构的臂部 分。 在一个实施例中，公开制造断路器的方法。制造断路器的方法包括形成单片结构 的方法。形成单片结构的方法包括将具有大约20%重量百分比的银和80%重量百分比的 钨的第一粉末引入至模具的第一区域中，将铜粉末引入至模具的第二区域中，以及将第一 粉末与第二粉末固结在一起。模具的第一区域对应于触点部分，并且第二区域对应于断路 器的单片结构的臂部分。所述固结包括在模具中单轴向共同压制第一区域和第二区域中的 粉末以便形成具有臂部分和触点部分的生单片结构，冷等静压压制所述生单片结构以便形 成致密生单片结构，以及在包括氢气和氮气的气氛中、以在大约l〇〇〇°C至大约1020°C范围 内的温度共同烧结所述致密生单片结构大约一小时。【附图说明】 图1为根据本专利技术一个实施例的包括臂部分和触点部分的断路器系统的示意图； 图2为根据本专利技术一个实施例的单片结构的示意图； 图3为根据本专利技术一个实施例用于制造单片结构的模具的示意图； 图4A为断路器系统的常规接合的臂部分与触点部分的微观结构； 图4B为根据本专利技术一个实施例的所述单片结构的微观结构；以及 图5为断路器的常规接合结构的硬度强度与根据本专利技术一个实施例制造的单片 结构的硬度强度的图形比较。【具体实施方式】 本说明书中所描述的系统和方法包括涉及触点臂组件的实施例，所述触点臂具有 在触点与臂之间的改良粘合，从而使触点臂组件能够抵抗热应力、电应力和机械应力。 在以下说明和随后的权利要求中，单数形式"一"、"一个"和"所述"包括复数形式， 除非上下文以其他方式明确指出。 如本说明书所使用的，术语"相邻"或"接近"当在讨论区域或表面的不同组成或 结构的上下文中使用时指"紧邻"，并且它还指以下情况：所讨论的部件之间存在的其他部 件相对于所述部件中的至少任何一个的相应组成或结构不会变化很大。 现参照图1，示出示例性断路器系统10。断路器系统10包括固定臂20,所述固定臂 20具有在界面24处接合至臂20的固定触点22。固定触点22具有固定灭弧表面（arcing surface) 26。断路器系统进一步包括移动臂30,所述移动臂30具有在界面34处接合至臂 30的可移动触点32。可移动触点32具有灭弧表面36。 在操作期间，只要发生故障电流或短路，就在触点22与触点32之间的灭弧表面 26、36上产生电弧。电弧产生的高热量可融化两个灭弧表面26和36,并且分别在界面24、 34处触点22、32与臂20、30之间的不良界面强度可分别导致在臂20、30与触点22、32之间 的触点故障。 为简洁起见，本专利技术的不同方面将进一步用具有触点部分42的臂部分40的实例 来描述，具有界面44,如图2所示。臂部分40与触点42可为固定臂20、可移动臂30,或取 决于断路器的设计和应用在断路器中使用的任何其他臂。 本说明书中使用的臂"部分"40为在界面44处接合至触点部分42的主体部分。 如以上描述的，在界面44处的臂部分40与触点部分42之间的高粘合可靠性是延长电气开 关装置的寿命所希望的。在大部分的常规电开关装置中，界面44通常通过将触点部分42 与臂部分40铜焊或焊接来形成。本专利技术的一些实施例提供制造触点臂界面44而不使用铜 焊或焊接的新方法，并且从而消除在界面44中的空隙。 在一个实施例中，断路器系统10包括如图2所示的单片结构38,所述单片结构38 包括臂部分40和触点部分42。臂部分40包括作为材料组合物一部分的铜。臂部分40可 包括铜、铜合金，或铜的复合材料。臂部分40具有充分的导电性（铜导电性的至少90% )， 并且在开关装置操作的气氛和温度下大体稳定（铜的机械稳定性、热稳定性和氧化稳定性 的至少90%)。在一个特定实施例中，臂部分40由基本100%的铜制成。本说明书中使用 的"基本100%"用于限定预期的100%组成，但可包括将不过度降低臂部分40性能的任何 杂质，并且进一步将包括在加工期间将偶尔掺入主体或表面处的任何杂质。在此，提及的百 分比为重量百分比。 在一个实施例中，触点部分42包括复合材料。触点部分42的复合材料可具有金属 基体，以及设置在所述金属基体中的第二相。金属基体可具有铜、银，或铜与银的组合。银 因为它的高热传导性和电传导性以及对氧气和氮气的相当大的惰性而被认为是卓越的触 点材料。然而，银具有低熔点，使它易于融化和粘附。而且，以大量使用的银为昂贵的材料。 为克服这些挑战，在一个实施例中，将银合金或金属混合物与银一起使用以便增加硬度。 设置在金属基体中的第二相可具有金属、合金、碳化物、氧化物、氮化物、碳，或这 些的任何结合。这里使用的"碳"可为自由形式，而不为任何其他化合物的一部分。在一个 实施例中，第二相的碳为石墨形式。从而，在一个实施例中，触点部分42的复合材料可具有 混合物形式的银石墨（或者银碳），其中银为基体并且碳为第二相材料。银和碳通常不会彼 此反应形成化合物。 在一个实施例中，第二相包括钨、钼、镍，或它们的任何组合。在一个实施例中，基 体和第二相可为金属混合物形式。这里使用的"金属混合物"为基体金属与金属、非金属、 合金，或金属和非金属的化合物的混合物。 在一个实施例中，镍、碳、钨、钼、氧化镉或碳化钨作为设置在包括银、铜或银和铜 的基体中的单个第二相被包括，。在一个实施例中，所述复合材料包括银本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种断路器，所述断路器包括：单片结构，所述单片结构包括包括铜的臂部分，以及包括复合材料的触点部分，所述复合材料包括金属基体和设置在所述基体中的第二相。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M纳亚克，N卡卡达，S蒂梅高达，MH萨麦亚，J纳拉亚南，LY雅各布斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US