触点元件制造技术

一种用于灭弧触头（２，７）的电气触点元件（１，１２），包括布置为与第二触点元件（４，１５）相对施加的触点本体（３，１３），其中触点本体包括Ｍ↓［ｎ＋１］ＡＸ↓［ｎ］材料，其中Ｍ是至少一种过渡金属，Ａ是从周期表第１３－１７族中选择的至少一种元素，Ｘ是Ｃ和／或Ｎ，且ｎ是１、２、３或更大的值。一种制造包含包括Ｍ↓［ｎ＋１］ＡＸ↓［ｎ］材料的触点本体的触点元件的方法。包含包括Ｍ↓［ｎ＋１］ＡＸ↓［ｎ］材料的触点本体的电气触点元件在灭弧触头中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于灭弧触头的触点元件。本专利技术还涉及一种 用于制造用于灭弧触头的触点元件的方法。
技术介绍
灭弧触头(arcing contact)在电4支术应用中被广泛4吏用，例如断 路器、发电机断路器、接触器、电力断续器、切断开关、继电器、 真空断续器、保险丝、限流器或选择开关。在该说明书以及随后的权利要求书中，灭弧触头指的是在电弧 形成过程中打开或闭合电路的触点元件。用于灭弧触头的理想材料必须能够承受多种不同的物理现象， 例如热冲击、电弧腐蚀/熔化、焊接、磨损和腐蚀。在现有技术中，灭弧触头例如是由金属基体复合材料制成的， 该复合材料由高导电性金属(例如Ag或Cu)与金属(例如W和 Ni)、或者具有高熔点和/或硬化效应的陶瓷(例如Sn02、 WC)、或者石墨碳化合而成。这样的材料ii常是很昂贵的，并且相对于热冲击、电弧腐蚀/熔化、焊接、磨损和腐蚀不容易最优化。因此，需要一种用于灭弧触头的触点元件，该触点元件包括与 用于灭弧触头的常M^材料相比更i"更宜并且相对于例如热冲击、电弧 腐蚀/熔化、焊接、磨损和腐蚀更容易最优化的触点材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种相对于已知的触点元件改进的用于灭 弧触头的触点元件。根据本专利技术的第一个方面，这个目的是通过具有权利要求1的特征的用于灭弧触头的触点元件来实现的。用于灭弧触头的电触点元件包括被布置为相对第二电气触点元件施加的触点本体，其中该触点本体包括M^AXn材料，其中M是至 少一种过渡金属，A是从周期表第13- 17族中选择的至少一种元素， X是C和/或N, n是l、 2、 3或更大的值。例如，过渡金属可以是 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Zr、 Nb、 Mo、 Hf、 Ta。例如A元素可以是A1、 Si、 P、 S、 Ga、 Ge、 As、 Cd、 In、 Sn、 Tl、 Pb。从下面的描述以及从属权利要求中将会清楚地得到本专利技术的优 选实施方式。目前大约有60种已知的MAX材料。该族材料主要是陶瓷，但 是另外它们具有使得它们适于作为灭弧触头材料的物理性能。这些 性能是，例如良好的热和电传导性、韧性、化学完整性、高熔点、 易于制造和良好的机械加工性。而且，它们可以很容易地在复合材 料中与金属化合。目前发现，MAX材料特别适于作为灭弧触头中触 点本体的触点材料，即当触头断开或者接通时形成电弧的位置处。 在放电/断开接触界面，由于热冲击可能会在接触表面形成热裂缝， 接触表面的材料会蒸发，并形成触点材料的熔滴。根据本专利技术的实施方式，M^AXn材料是M3AX2材料，例如Ti3SiC2。根据本专利技术的实施方式，M^AXn材料是M2AX材料，例如Ti2AlC。根据本专利技术的实施方式，M^A^材料是烧结粉末。颗粒尺寸优 选地具有在1 nm到2 mm区间的平均尺寸。根据本专利技术的实施方式，该本体包括至少一种下面的材料金 属、金属合金、陶瓷或聚合物。根据本专利技术的实施方式，该本体包括磁性材料。这会使电弧不 稳定或者使电弧移动，这是触点材料所希望具有的性质。根据本专利技术的实施方式，该本体包括至少 一种下面的纤维形式 的材料金属纤维、陶瓷纤维或碳纤维。该纤维是有机或无机的。 通过添加碳纤维或者金属纤维，触点本体的热传导性和机械性能得到改善。通过添加陶资纤维，触点本体的熔点升高，并由此对灭弧 触头中的电弧的抵抗力提高。根据本专利技术的实施方式，该本体包括至少一种下面的材料碳 纳米管或富勒烯(fullerene)。通过将碳纳米管或富勒烯与触点本体 中的MAX材料相混合，可以防止在闭合电路时熔焊的发生。这也会 改善触点本体的热传导性，从而使得接触表面的热传递能够得至'J改善。根据本专利技术的实施方式，该本体包括至少 一种下面材料的薄膜 陶瓷、聚合物和金属。因此触点元件的化学和热性能得到改善。该 薄膜的厚度优选地在0.1 nm到500 pm区间。根据本专利技术的实施方式，该薄膜覆盖在本体的至少 一部分接触 表面上，以适于与第二触点元件相接触。根据本专利技术的实施方式，该本体包括烧结粉末，并且该薄膜被 布置为至少部分地围绕该烧结粉末颗粒。通过用陶瓷或金属薄膜至 少部分地覆盖粉末颗粒，触点元件可以实现良好的腐蚀性能、高的 炫点以及低的电阻率和热阻率。通过用例如聚四氟乙烯加适当的添 加剂(例如氰尿酸三聚氰胺或者硫化纤维素)的聚合物至少部分地 覆盖粉末，可以得到当断开或连接触点元件和第二触点元件时具有 降低触点内电弧的能力的触点元件。当断开或连接触点时，触点本 体内的聚合物会产生减小电弧的气体。根据本专利技术的实施方式，该本体包括多个薄膜。这些薄膜可以 被布置为围绕烧结触点本体内粉末颗粒的至少 一 部分，或者位于烧 结触点本体表面的至少 一部分上。根据本专利技术的实施方式，该触点本体的至少一部分是表面硬化 的。该表面硬化可以是4几械的或热力的。根据本专利技术的实施方式，触点本体的至少一部分表面通过化学 反应得以处理。根据本专利技术的实施方式，该烧结本体内的至少 一 些粉末颗粒已 通过化学反应处理过，例如通过氧化。根据本专利技术的实施方式，该本体在垂直于被布置为与第二触点 元件相对施加的接触表面的方向上的厚度在0.5微米和0.1米之间。 在这个区间内的厚度使得可以使用块材料来制造该触点本体，这提 供了 一种制造触点元件的成本有效方法。根据本专利技术的第二方面，该目的是通过包括根据前面任一实施 方式的电气触点元件的灭弧触头来实现的，其中该灭弧触头包括第 二触点元件。才艮据一个实施方式，该第二触点元件包含包括M^AXn材料的第二触点本体，其中M是至少一种过渡金属，A是从周期表 的第13 - 17族中选择的至少一种元素，X是C和/或N, n是l、 2、3或更大的值。根据本专利技术的第三方面，该专利技术的目的是通过一种根据权利要 求15的制造灭弧触头的电气触点元件的方法来实现的。 一种用于制 造包括布置为与第二触点元件相对施加的触点本体的电气触点元件 的方法包4舌-混合至少一种M^AXn材料的粉末，其中M是至少一种过渡金 属，A是从周期表第13 - 17族中选择的至少一种元素，X是C和/ 或N， n是l、 2、 3或更大的值，-形成触点本体，-烧结该本体。该触点本体可以直接被烧结成单件，或者通过机械加工或将该 烧结的本体形成为该触点本体。并且，该部件可以形成多个触点本 体。该部件例如可以是棒或者盘的形式。根据本专利技术的实施方式，在烧结该本体之前，该MAX材料与碳、 金属或陶乾的纤维混合。根据本专利技术的实施方式，在烧结该本体之前，该MAX材料与金 属粉末混合。根据本专利技术的一个实施方式，该烧结的部件被热处理，从而使 得该本体中的材料发生化学反应。根据本专利技术的 一个实施方式，用于该触点本体的材料被挤压成7形和/或在热或冷环境下被处理。这可以在烧结该本体之前完成，或 者取代烧结该本体。根据本专利技术的第四方面，本专利技术的目的是通过应用根据权利要 求17或18的电气触点元件来实现的。附图说明下面将通过例子并且参考附图对本专利技术进行详细的描述，附图中图1示意性地示出了根据本专利技术实施方式的触点元件；图2是根据本专利技术的一个实施方式的位于中压真空断续器中的触点元件的剖面图；以及图3是常规灭弧触头材料与根据本专利技术的触点元件中的MAX材料的体积侵蚀(％)的对比图表。具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于灭弧触头（２，７）的电气触点元件（１，１２），包括布置为与第二触点元件（４，１４）相对施加的触点本体（３，１３），其特征在于，所述触点本体（３，１３）包括Ｍ↓［ｎ＋１］ＡＸ↓［ｎ］材料，其中Ｍ是至少一种过渡金属，Ａ是从周期表的第１３－１７族中选择的至少一种元素，Ｘ是Ｃ和／或Ｎ，ｎ是１、２、３或更大的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A奥伯格，P伊斯伯格，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]