一种替代快速熔断器熔体材料Cu.doc

1、专业论文题目：一种替代快速熔断器熔体材料 Cu/Ag 复合料的应用分析姓 名：秦维周工作单位：西安孚斯特电力整流器有限公司日 期：二 0 一 0 年五月六日目 录内容摘要（01）关键词（01）一. 前言（01）二. 熔断器的原理及快速熔断器的组成（02）三. Cu/Ag 复合料替代纯 Ag 熔体的可行性分析（02）1.Cu/Ag 复合料的特性 （02）2.Cu/Ag 复合料的经济效益（04）3.Cu/Ag 复合料用于快熔产品的测试结论（04）4.现阶段 Cu/Ag 复合料用于快熔熔体加工中存在的问题（05）四.总结（05）参考文献（05）一种替代快速熔断器熔体材料 Cu/Ag 复合料的应用分析

2、内容摘要：本文论证了半导体器件保护用熔断器（快速熔断器）中以Cu/Ag 复合材料代替纯 Ag 熔体的可行性，它在不改变快熔原有熔断特性的前提下完全实现熔体以 Cu/Ag 复合料代替纯 Ag，通过理论分析和研究，对Cu/Ag 复合料的特性以及 Cu 和 Ag 的特性分别作以阐述，说明了 Cu/Ag 复合料替代快速熔断器中纯 Ag 熔体的必要性。关键词：快速熔断器 Cu/Ag 复合熔体 熔断特性 变截面一.前言熔断器是一种结构简单，使用方便，价格低廉的保护电器。作为一种保护半导体器件的熔断器，即：快速熔断器，有着优于一般熔断器的特性，该熔断器比传统的熔断器对过载和短路更为敏感，而且熔断速度更快，熔

3、断时间短，限流特性好，分断能力高，功耗小等特点，其制造工艺及用料也比普通熔断器严格。近些年，随着电力电子可控硅器件的发展，电流越来越大，且其价格昂贵，保护器件的快速熔断器也得到了一定的发展，尤其在化工电解，冶炼，电力机车牵引，电镀，变频调速，风电，太阳能光伏等领域广泛的用到了快速熔断器。与此同时，制造快速熔断器熔体的原材料纯 Ag 带消耗量也巨增，价格在这两年已翻了两番，这无疑给生产厂家带来了一定的压力，于是厂家都把目光放在了寻求价格低廉且不影响使用特性的新材料和新工艺上。二. 熔断器的原理及快速熔断器的组成使用中熔断器是同它所保护的电路串联的，当该电路中发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电

4、流达到或超过了某一定值，在熔体上产生的焦耳热量便会使其温度升高到熔体熔化，于是熔体自行熔断，并以此切断故障电流完成保护任务。这样熔体虽然损坏了，担它却以局部的损坏防止整个线路中的电气设备遭受损坏。而半导体器件保护用熔断器（快速熔断器）是一种能快速切断故障电流以保护半导体器件并具有高分断能力的保护电器。快速熔断器通常由下列部分组成：熔体；熔管；灭弧介质及固化剂；触头；指示器等组成。其中熔体为关键件，由纯 Ag 加工而成，含银量高达 99.99%99.96%，熔管由含 75%95% 三氧化二铝瓷制成，灭弧介质主要是经特殊处理过的石英砂填加硅酸盐组成，触头一般为含铜量高的棒材或板材加工而成，相对一般

5、普通熔断器的材料要求要高。 三.Cu/Ag 复合料的替代纯 Ag 熔体的可行性分析1.Cu/Ag 复合料的特性该复合材料主要使用 Ag 带、Cu 带复合加工成节约型 Cu/Ag 复合带，Ag 和 Cu 的纯度分别达到 99.99%-99.97%以上，材料具有良好的尺寸精度，电阻率低而稳定，具有良好的一致性，作为快熔的熔体时，以 Ag 区域作为熔断部分，采用 Ag 具有良好的导电性和相对比较低的熔点，起到限流和分断的作用，Cu 区域为导流部分，具有良好的导电性能。如图所示，图中带料中阴影部分 Ag，空白处为 Cu，经特制设备和特殊工艺加工后合成的一种整体复合 Cu/Ag 带材。将 Ag 和 Cu

6、 复合成如图所示的 Cu/Ag 复合熔体材料，是因为这二者本身在性能上比较接近，Ag 在 20时的电阻率为 1.59cm，Cu 在 20时的电阻率为 1.67cm，两者仅相差 0.08cm。在 0时，Cu 的导热系数 398w/mk，而 Ag 为 428 w/mk，Cu 大致比 Ag 小 7%。在20100的范围内，Cu 的热膨胀系数为 16.510-6k，而 Ag 在 0100之间为 19.6810-6k，两者仅差 3.1810-6k。Cu 的熔点为 1080，Ag 的熔点为 960，Cu 的熔点比 Ag 高 120以上。此外，铜的导电性为 57，而银的导电性为 59。由于两者材料在性能上的

7、接近性，使得 Cu 和 Ag 复合后完全可作为快速熔断器的熔体材料。另一方面通过理论分析，熔断器的熔断特性关键在于熔体中变截面冲孔部分，将该部分的材料仍保持原来的高纯度 Ag 材料，这在特性上和原有的特性一致，同时，利用 Cu 材料在物理Cu/Ag 复合料示意图性能上和 Ag 的接近性，将导流部分采用 Cu 材料，经复合而成有一定的可行性。2.Cu/Ag 复合料的经济效益从经济方面考虑，Cu 相对 Ag 的价格还是很低的，该材料大幅度的降低了使用 Ag 带的成本，按近几月 Ag 的市场价带加工费 4000 元/ 公斤，Cu/Ag 复合料 2200 元/公斤的价格算，可为生产厂家在熔体用料上节约

8、 45%的成本。而在今年 4 月份 Ag 的价格曾一度突破 4100 元大关，另外工业上对银的需求量正在增长,而且是大幅度的增长,比如说手机、电子工业、新能源、太阳能电池、风能、发电机那些重要的导电部分，都以银为材料，此外,银在医疗方面用途就更显著。随着经济的复苏和未来经济的发展，银的用量成增长趋势，价格也会跟随其后，而每年熔断器行业用银量也是巨大的，这就使得生产厂家生产成本加大。为此，Cu/Ag 复合料的应用倍受熔断器生产厂家的关注。从上图 Cu/Ag 复合料示意图上可看出，每片熔体上省去的用银量是可观的，达到 80%以上，为生产厂家节约生产成本提供了很好的保证。同时也符合国家提出建立节约型

9、社会的政策，为国家节约贵金属材料用量作出了贡献。3.Cu/Ag 复合料用于快熔产品的测试结论将该复合料加工成熔体用于快速熔断器中，以 1000V/1000A 产品为例，在不改变原由熔体尺寸的情况下，对熔体参数做适当调整后，按GB/T13539.4-2005半导体器件保护用熔断器的补充要求做熔断器的全套型式试验后，熔断器的温升和分断能力各项指标均合格，试验后的结果与原采用纯 Ag 熔体时的熔断特性相差无几，满足保护特性。4.现阶段 Cu/Ag 复合料用于快熔熔体加工中存在的问题在快速熔断器的生产中，熔体一般采用变截面冲孔的狭颈尺寸来决定熔断器电流大小，冲孔尺寸的精度关系到熔断器特性的稳定性。由于

10、Cu/Ag 复合料成型工艺的特殊性，使得冲制加工相对原有的纯 Ag 带加工比较复杂，冲孔尺寸必须保证冲于带材的 Ag 区域，不能有稍许偏差，这就要求冲制设备送料机构和摸具比以往有了更高的要求，现阶段厂家主要靠模具单纯的保证熔体的规格尺寸和精度，加之熔体的规格尺寸比较多，一种尺寸的熔体就得一套高精度冲制模具，这样一来模具投入量加大，且一套高精度冲制模具的费用较高，模具总的投资费用偏高，为此对冲制设备的改进也有待解决，目前，已有厂家做这方面的工作。相信不久，该问题将的到彻底解决，而 Cu/Ag 复合料替代纯 Ag 作为快速熔断器的熔体批量加工也就容易多了。四.总结面对国际国内经济的起稳回升，国民经济的持续增长，熔断器的应用领域将会更加广泛，年使用量也会不断加大。作为一种节约型材料 Cu/Ag复合料的应用会逐渐替代原有快速熔断器熔体的材料，同时对产品的持续改进起到了一定的促进作用。再者，相信会对国家贵金属的稀缺用量有所缓解。参考文献：基础标准与低压熔断器卷 中国标准出版社 低压电器 中国电力出版社