添加Al2O3对CuW合金阴极斑点运动特性的影响-中国显微图像网.PDFVIP

中国科技论文在线 添加Al O 对CuW 合金阴极斑点运动特性的影响 2 3 曹伟产，马德强，梁淑华 西安理工大学材料科学与工程学院 西安 (710048) 摘 要：采用熔渗法制备了添加Al2O3 的CuW 合金，研究了添加Al2O3 的CuW 合金的显 微组织和真空击穿性能，同时利用高速摄影观察CuW 合金的阴极斑点运动，结果表明： CuW 合金的硬度和电导率随Al2O3 添加，是一个先上升后下降的过程。CuW 合金的阴极斑点集 中在阳极的下方的Cu 相，阴极斑点运动表现为原地重复的燃烧，阴极表面中心区域烧蚀面 积较大，烧蚀坑较深；添加Al2O3 后的阴极斑点主要集中在Al2O3 颗粒上，首击穿相发生 转移，阴极斑点出现分裂及偏离，电弧分散程度较高，主烧蚀区明显减少。 关键词：触头材料；阴极斑点；真空电弧；Al O ；CuW 合金 2 3 中图分类号：TG146.1 1 引言 熔渗法制备的 CuW 合金，其骨架相和熔渗相互不固溶，能够保持各自的优势，因而具有 高的耐电弧烧蚀、高的分断电流能力、良好的抗熔焊性以及良好的导电能力[1]。近几年来人 们对熔渗 CuW 合金进行了广泛研究，主要集中在制备工艺 [2-3]及添加金属元素[4-7]和稀土氧化 物[8-9]来改善CuW 电触头材料性能等方面，对 CuW 合金性能改善的效果通常采用耐电压强度、 截流值、电导率等电性能指标来衡量。相关研究表明[10-11]，触头材料在发生电烧蚀时击穿具 有选择性，如 CuCr 合金的首击穿发生在高熔点的 Cr 相，而非发生在 Cu相； CuW 合金的烧 蚀主要集中在 Cu 相，认为这和材料自身的逸出功有关，逸出功越大的材料在场致发射时越 不易被击穿。基于触头材料的这个击穿特性，我们可以通过添加逸出功不同的第三组元来控 制触头材料击穿相，本文拟添加逸出功较低的 Al O 金属氧化物，转移发生电弧烧蚀时的首 2 3 击穿相，控制阴极斑点的运动特性，延长触头材料的服役寿命。 触头材料在发生电烧蚀时，其表面的真空电弧以阴极斑点的形式出现，这些斑点不断运 动直至熄灭，而控制阴极斑点的运动轨迹和移动距离将会获得理想的电极寿命，以往的表征 方法为阴极材料表面的烧蚀坑的面积及深度来推断阴极斑点运动，缺乏直观证据。本文通过 Phantom V9.0高速摄影机，拍摄起弧过程中阴极材料表面阴极斑点的运动轨迹，结合扫描电 镜观察阴极斑点运动留下的烧蚀坑，揭示添加相对耐电弧烧蚀的规律。 2 样品制备及测试方法 1 实验所选的W粉的平均粒径为6μm ，纯度大于99.9% ，含氧量小于 600ppm ；Cu块按 GB5231-85选用T2铜，Al O 粉末平均粒径1.4μm 。将一定量的W粉及Al O 粉末在V型混料机 2 3 2 3 中混合4h 。将混合后的粉末在315t液压机上以340MPa压力模压成型，紧实率为65% 。在真空 1本课题得到国家自然科学基金重点项目）和高等学校博士学科点专项基金(SRFDP20060700011) 资助 1 中国科技论文在线 炉中烧制骨架和渗铜，制备不同Al O 含量的CuW合金。 2 3 将烧结好的 CuW 合金试样进行表面抛光，在改装的 TDR-40A 单晶炉内进行真空击穿 实验，试样为阴极，阳极为直径 3mm 的针状钨棒，试样与阳极间保持一定距离，在两极之 间加 8kv 的电压。击穿时阴极以 0.2mm/min 的速度向阳极运动，击穿时用示波器记录燃