显微组织对CuCr真空触头材料耐电压强度的影响

研究了ＣｕＣｒ真空触头材料的显微组织对其耐电压强度的影响。研究表明,电击穿首先在耐电压强度低的相上发生,对于Ｃｕ５０Ｃｒ５０合金,首次穿相为Ｃｒ相,而对ＧｕＣｒ５０Ｓｅｌ合金,首次击穿相为Ｃｕ２Ｓｅ相。由于电压老炼的结果,随着电击穿的发生,击穿相的耐电压强度升高,电击穿使阴极表面变得粗糙,但造成表面熔化层显微组织和成分均匀化,本文的研究认为,电压老炼造成触头表面显微组织更为细化和成分均匀化,从而提     

老炼过程中CuCr系触头表层组织形成的特点

研究了CuCr和CuCrWC真空触头合金老炼过程中表层组织形成的特点。研究表明老炼过程主要造成合金表面熔化层组织细化和成分均匀化,从而使耐电压强度升高。在CuCr合金加入WC可以提高其耐电压强度。本文还讨论了电流大小对电压老炼过程的影响。     

真空感应熔炼法制备CuCr25合金

本文采用真空感应熔炼法制备CuCr2 5W1Ni2合金 ,研究了不同成分 (2 5 %Cu及 75 %Cu)和Cr晶粒尺寸对物理性能和击穿电压的影响 ,讨论了合金元素和微观结构对CuCr2 5W1Ni2合金电击穿性能的影响。研究结果表明 ,W粉能够显著细化Cr相 ,同时对Cr相进行了强化 ;在电击穿后 ,熔层中极细的W粉能起到非自发形核核心的作用 ,CuCr2 5W1Ni2的熔层表面更加扁平 ;另一方面 ,Ni能够促进Cu、Cr的互溶 ,使合金整体得以强化。这两种元素均能显著提高合金的耐电压强度。     

细晶—超细晶CuCr触头材料的研究进展

介绍了目前对细晶—超细晶CuCr触头材料的研究进展。CuCr材料组织细化后,特别是Cr相细化可以解决触头材料耐电压与截流等性能间此消彼长的矛盾。为了得到细晶、超细晶CuCr合金人们已采取了多种制备工艺。细晶、超细晶CuCr触头的发展将能满足真空断路器向高电压、大容量、小型化发展的需要。     

CuCr25系列合金的耐电压强度

本文研究了元素Ni、W、Co对真空感应熔炼CuCr2 5合金的耐电压强度的影响。试验结果表明 :Ni的添加可以提高CuCr2 5合金的耐电压强度 ,但是幅度不大 ;元素W主要通过对Cr相进行选择强化 ,同时细化Cr粒子和改变其形态使合金的耐压水平提高 ;而Co也可以对Cr相选择强化 ,所以 ,同时加入W、Co时 ,材料的耐电压强度进一步提高     

Cu-25Cr合金触头材料中Cu/Cr相界面的特性

用透射电子显微镜(TEM)的选区电子衍射、衍衬及X射线能谱分析了真空熔铸Cu-25Cr合金触头材料和烧结CuCr25粉末合金触头材料中Cu/Cr两相界面及其显微组织。一些细小的Cr二次枝晶与Cu基体有择优取向关系,即(110)Cr∥(111)Cu和[011]Cr∥[112]Cu,间距约6nm的单列错配位错分布在Cr/Cu两相的半共格界面上,这表明Cu-25Cr合金材料中Cr/Cu两相的界面具有更好的协调性。与Cu-25Cr合金材料相反,CuCr25粉末合金烧结材料中Cu/Cr粒子之间形成的是非共格界面,且有少量的Al2O3和Cr2O3等夹杂物聚集在松散的Cu/Cr颗粒间的界面上。据此,本文讨论了CuCr触头材料中Cu/Cr两相间的界面结构对材料机械性能、断裂特性及电接触性能的影响。     

热等静压固相烧结CuCr合金的组织与性能研究

采用热等静压固相烧结制备了CuCr(29)Zr(1)和CuCr(28)Zr(1)TiC(1)合金,并对合金的致密度、显微组织、维氏硬度、导电率和力学性能进行了研究。结果表明:热等静压制备的CuCr触头材料组织均匀致密,近等轴状的Cr颗粒均匀分布在Cu基体中;添加TiC明显提高了合金的力学性能,而导电率变化很小。CuCr(29)Zr(1)和CuCr(28)Zr(1)TiC(1)合金的致密度分别为99.3%和99.5%,导电率为39.78%IACS和34.78%IACS,抗拉强度为357.0 MPa和374.3 MPa。材料的断裂机理为Cu基体的韧性断裂,Cr颗粒的解理断裂以及Cu与Cr的界面断裂。     

纳米CuCr50触头材料电弧侵蚀特性

近年来,纳米CuCr触头材料在截流水平、耐压能力等方面的表现优于微晶CuCr触头材料。笔者利用真空触点模拟装置和基于虚拟仪器的电器电寿命测试系统,研究了直流低电压、小电流下的纳米CuCr50触头材料的电弧侵蚀量与分断燃弧时间和触头表面形貌之间的关系,同时采用两种微晶CuCr50触头材料作为对比。利用电光分析天平纳米CuCr50触头材料的侵蚀量,利用电子扫描显微镜测量触头表面形貌。结果表明:纳米CuCr50触头材料的平均分断燃弧时间和侵蚀量均高于两种微晶CuCr50触头材料。纳米CuCr50触头表面Cr颗粒细化及均匀分布,有利于分散电弧。纳米CuCr50阴极触头表面电弧烧蚀比较均匀,而两种微晶CuCr50触头阴极表面电弧局部烧蚀严重,出现明显的凹坑侵蚀。     

真空灭弧室电压老炼新技术研究

研究了并联电容器在真空灭弧室工频电压老炼中的作用,并与现有的电压老炼技术作了比较。通过在真空灭弧室的排气过程中的应用,证明了并联电容器后,不但可以使放电点非常均匀地覆盖整个触头表面,有助于触头材料表层的释气,而且迅速提高间隙耐电压强度,大大减小了工频电压老炼的时间     

真空触头材料显微组织对饱和蒸气压及截流值的影响

通过建立CuCr合金中晶粒尺寸影响饱和蒸气压进而影响截流值的热力学模型,从理论上初步探讨了CuCr合金中组织细化降低截流值的规律。指出触头材料显微组织细化和超细化,是降低CuCr合金截流的一种重要手段。     

采用全武合金触头材料真空断路器灭弧室的绝缘特性

真空绝缘性能决定着真空灭弧室的设计及成本,在真空断路器向高电压等级发展的背景下真空绝缘性能研究显得尤为重要。触头材料是影响真空绝缘性能的重要因素之一,因此新型触头材料真空绝缘性能的研究成为真空绝缘研究领域的热点。基于以上分析,研究了一种新型触头材料—全武合金的真空绝缘性能,并将它与真空灭弧室常用触头材料CuCr25和CuCr50的绝缘性能进行了对比。首先对3种触头材料的真空灭弧室试品用升降法进行了雷电冲击试验,结果表明3种触头材料击穿电压的概率分布均符合Weibull分布,在触头开距为2～10mm范围内其50%击穿电压的关系为CuCr50>全武合金>CuCr25;然后对3种触头材料用升压法进行了工频击穿试验,结果表明当开距为1m,升压速度为3kV/s时,3种触头材料绝缘强度的关系为CuCr50≈全武合金≈Cu-Cr25;最后对比了工频升压速度对全武合金绝缘特性的影响,结果表明当升压速度从3kV/s降为1.5kV/s时,击穿电压升高了1.6倍。     

两种CuCr(75/25)触头材料的力学性能和断裂特性对触头电接触性能的影响

使用标准的拉伸试验与冲击试验测量了两种真空开关管用CuCr(75/25)触头材料的力学性能,并用光学显微镜和配有X射线能谱仪的扫描电子显微镜分析了两种触头材料的断裂特性。结果表明,真空熔铸Cu_25Cr合金触头材料的抗拉强度、塑性、冲击强度都明显高于混粉压制烧结的CuCr25粉末冶金触头材料。两种触头材料的断口金相显示了不同的断裂机理,即Cu_25Cr合金材料是以典型的韧窝状断裂为主,而CuCr25粉末冶金触头材料则以Cr颗粒本身的解理断裂和Cr颗粒与Cu基体间的界面断裂为主。同时,讨论了强度、塑性以及Cu/Cr两相的界面结合强度对触头材料接触性能的影响,这些结果将有助于进一步理解为什么Cu_Cr合金触头材料在中国已经成为广泛接受和采用的并将成为全世界范围内中压真空断路器的真空开关管首选的触头材料。     

合金元素对CuCr触头材料不同温度下真空耐电压强度的影响

研究了合金元素W、Co对真空中CuCr触头材料在不同温度下的真空耐电压强度的影响。研究结果表明,高温时CuCr材料的耐电压能力比室温耐电压能力有所降低,合金元素W、Co通过弥散强化、固溶强化和增大了CuCr的表面张力而提高了CuCr材料室温及高温时的耐电压能力。     

根据微放电现象的研究评价真空灭弧室触头材料的性能

本文研究了真空灭弧室用CuCr25、CuCr50、WCu30烧结触头材料的真空间隙的绝缘性能。通过采用局部放电测量仪和多路分析仪,对预击穿阶段的典型现象──微放电现象进行了研究。结果表明,真空间隙的耐电压强度与微放电现象的特性参数之间具有非常密切的关系。     

CuCr触头材料在真空中的焊接倾向

将熔铸的Cu-30Cr、Cu-30CrZr、Cu-30CrTe和Cu-30CrZrTe合金以及混粉压制烧结的CuCr25粉末冶金触头材料等五种材料制成的试样,在Gleeble3500热模拟试验机上进行真空扩散焊接试验,随后在热模拟试验机上将试样在室温拉断,测量不同触头材料的焊接结合力和强度;使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接试样在室温拉断后的断口表面及纵向焊接界面附近焊接区域的显微组织。结果表明,五种触头材料的焊接结合力和强度从高到低依次为Cu-30CrZr、Cu-30Cr、Cu-30CrZrTe、CuCr25、Cu-30CrTe;这些材料的断口金相显示出不同的断裂机理。据此分析在相同的焊接工艺条件下,影响CuCr触头材料焊接结合力及焊接性的主要因素,并从材料学的角度探讨进一步提高现有CuCr触头材料抗熔焊性能的途径。     

合金材料在真空中的电击穿行为

测试了纯铜、铬青铜及４０Ｃｒ铁基合金在真空间隙中的耐电压强度,研究了合金元素及显微组织对合金材料电击穿行为的影响。认为对于合金材料不能根据材料硬度作为评价电极间隙耐电压强度的标准,而应该考虑成分、组织状态、材料缺陷等一系列显微组织参数的综合作用。     

温度对真空断路器触头材料耐电压强度的影响

本文测定了Cu、Cu-Te、Ca-Se、Cu-Te-Se-Fe、Cu-Cr等触头材料在300～1600K温度范围内的耐电压强度。测定结果表明,对于不同的触头材料,存在不同的临界温度。并用扫描电镜观察了在高温下被击穿触头材料的表面形貌,根据观察到的形貌特点和Langmuir空间电荷方程讨论了温度对耐电压强度的影响。     

CuFeW触头材料的性能

为了提高CuW的物理机械性能,使其具有更好的耐电弧烧蚀性能和更长的使用寿命,笔者采用熔渗法制备了添加不同体积分数Fe元素的CuFeW合金,研究了Fe元素的添加对CuW合金的组织、硬度、电导率、电击穿性能的影响。结果表明,CuFe合金中Fe的加入量小于1.5%时,熔渗后的CuFeW合金的硬度随Fe体积分数的增加略有增加,而电导率则随之减小,固溶时效处理后合金的电导率有所提高。Fe元素的添加提高了CuW合金的耐电压强度,降低了材料的截流值。对真空电击穿后的材料表面电烧蚀形貌观察发现,电弧在CuFeW合金表面分布较为分散,Fe的加入使首次击穿由原来集中连续地发生Cu/W相界面上转移到非连续地选择性在Cu基体上击穿,产生的击穿坑较小且分散,铜液的飞溅现象减少。     

冷却速度对真空电弧熔炼CuCr25合金组织及性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备CuCr25合金,随合金凝固时的冷却速度不同,合金的组织将发生很大变化,而不同组织对合金的性能特别是电击穿性能将产生不同的影响,必须选用一种最合适的冷却方式对熔炼后的合金进行冷却凝固.通过对不同冷却方式下合金的组织变化及其对耐电压强度影响的研究,确定水冷凝固法作为真空电弧熔炼CuCr25合金的主要冷却方式.     

三种CuCr触头材料对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响

为研究三种不同触头材料(真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼CuCr50)对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响,将采用三种不同材料制备的触头各装配在三只相同的12kV等级真空灭弧室中,每只真空灭弧室经过80次背靠背电容器组合分操作,高频涌流设定为幅值8 kA、频率3.8 kHz。结果表明:真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005以及电弧熔炼CuCr50的平均重击穿概率分别为6.7%、5.8%、8.3%,重击穿现象主要发生于恢复电压持续时间的1/4T与10T之间(T表示恢复电压周期20 ms);复燃现象多次出现,真空熔铸CuCr40Te0.005(1次)电弧熔炼CuCr50(9次)真空熔渗CuCr50(10次)。