DD209317A1 - CONTACT MATERIAL FOR VACUUM SWITCHES AND METHOD OF MANUFACTURE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kontaktwerkstoff fuer Vakuumschalter fuer die vom Vakuumlichtbogen besonders beenspruchten Teile und ein Verfahren zur Herstellung des Werkstoffes.Der Kontaktwerkstoff sollgegenueber herkoemmlichen Kontaktwerkstoffen eine geringere Schweisskraft bzw. einehoehere Leitfaehigkeit gewaehrleisten. Aufgabe ist es, einen Kontaktwerkstoff auf pulvermetallurgischem Wege zu schaffen, der ein gutes Ausschaltevermoegen bei hoher Abbrandfestigkeit, kleiner Schweisshaftkraft und niedrigem Abreissstrom aufweist u. sich problemlos zu Kontaktfremdkoerpern verarbeiten laesst. Es wurde gefunden, dass eine CuCr-Sinterlegierung, deren Cu-Komponente 50-70 Gewichts-% der Sinterlegierung ausmacht, u. ein Dispersoid, z.B.Cr tief2 O tief3, in fester Verteilung von 0,1-0,01mikrom. u. 0,01 bis 2 Gewichts-% enthaelt, die Anforderungen erfuellt. Verfahrenswesentlich ist, dass Cr tief 2 O tief 3 durch Mahlen des Chrom-Kupferpulvergemisches u. aus diesem unmittelbar in die Cu-Komponente vor dem Pressen u. Sintern gelangt oder durch gemeinsamess mit einem anderen Dispersoid vor dem Mischen mit demChrompulver eingebracht und gleichmaessig verteilt wird.The invention relates to a contact material for vacuum interrupter for the parts particularly prone to vacuum arc and a method for the production of the Werkstoffes.E der Kontaktwerkstoffuberueberko over conventional contact materials to ensure a lower welding force and a higher Leitfaehigkeit. The object is to provide a contact material by powder metallurgy, which has a good Ausschaltevermoegen at high erosion resistance, low welding force and low break-off u. can be easily processed into Kontaktfremdkoerpern. It was found that a CuCr sintered alloy whose Cu component accounts for 50-70% by weight of the sintered alloy, and the like. a dispersoid, e.g. Cr deep 2 O deep 3, in a fixed distribution of 0.1-0.01 microm. u. 0.01 to 2% by weight, meets the requirements. Is essential to the process that Cr deep 2 O deep 3 by grinding the chromium-copper powder mixture u. from this directly into the Cu component before pressing u. Sintering or co-introduced with another dispersoid prior to mixing with the chrome powder and uniformly distributed.
Description
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Dipl.-Ing. Bernd Deja Berlin, den 17.08.82 Dipl.-Chem. Sylvia Weber ΞΥ W82.-.Bi/Sl. Dipl.-Ing. Hans-Peter BahderDipl.-Ing. Bernd Deja Berlin, 17.08.82 Dipl.-Chem. Sylvia Weber ΞΥ W82.-.Bi/Sl. Dipl.-Ing. Hans-Peter Bahder
Eontaktwerkstoff für Vakuumschalter und Verfahren zur HerstellungEontact material for vacuum switches and method of manufacture
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für Kontakte in Yakuumschaitern, vorzugsweise für die von Yakuumlichtbogen. besonders beanspruchten Teile, und ein Verfahren zur Herstellung desselben· ,The invention relates to a material for contacts in Yakuumschaitern, preferably for those of Yakuumlichtbogen. particularly stressed parts, and a method of manufacturing the same,
In Vakuums ehalt e rn sind bekanntlich trennbare, bewegliche Kontakte in einem evakuierten Isoliergehäuse angeordnet. Ist der im Vakuumschalter enthaltende Stromkreis stromführend, entsteht sowohl bei der Kontaktöffnung als auch KontaktSchließung ein Lichtbogen« Der Lichtbogen bringt dabei immer einen Teil des Kontaktwerkstoffes zum Schmelzen und Verdampfen.It is known that separable, movable contacts are arranged in an evacuated insulating housing in vacuum. If the circuit contained in the vacuum switch is energized, an arc is produced both during the contact opening and when the contact is closed. "The arc always causes a portion of the contact material to melt and evaporate.
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Schließen sich die Kontakte, treten bei dem vorhandenen Kontaktdruck Verschweißungen zwischen den Kontaktoberflächen auf, die einerseits als Folge des geschmolzenen Kontaktwerkstoffes anzusehen und andererseits durch die bei geschlossenen Kontakten auftretende Widerstandserwärmung bedingt sind.If the contacts close, welds between the contact surfaces occur at the existing contact pressure, which, on the one hand, are to be regarded as a consequence of the molten contact material and, on the other hand, are due to the resistance heating occurring in the case of closed contacts.
Das Aufbrechen von Verschweißungen ist abhängig von der vorangegangenen Beanspruchung, z. B. der Lichtbogenspan— nung, dem Strom, der Größe und dem zeitlichen Verlauf der Kontakttrennkraft und nicht zuletzt von den Eigenschaften des Kontaktwerkstoffes· Die Auswahl, der Kontaktmaterialien ist deshalb ein sehr kritischer Aspekt der Funktion des .gesamten Vakuumschalter.The breaking of welds depends on the previous stress, z. As the arc voltage, the current, the size and the time course of the contact separation force and not least of the properties of the contact material · The selection of the contact materials is therefore a very critical aspect of the function of the.
Die Forderungen für den Kontaktwerkstoff ergeben sich deshalb insbesondere nach gutem Ausschaltvermögen bei hoher Abbrandfestigkeit, kleiner Schweißhaftkraft' und niedrigem Abreißstrom bei ökonomischer Herstellungsweise, Is sind-bereits verschiedene Kontaktwerkstoffe für Vakuumschalter·'bekannt, die sich aus verschiedenen Metallegierungen (DCD-AS 22 02 936 -and DT-AS 25 13 525) zusammensetzen. So werden z. B. für Vakuumschaltkammern in großer Zahl Kontaktstücke verwandt, die als Bestandteil Cu und eines der Metalle Bi, Zr, Sb, Al und andere Metalle zur Modifizierung der Eigenschaften der Kontaktstücke im Vakuumschalter enthalten (DE-OS 25 22 832, DE-OS 29 14 186, DE-OS 16 40 039), Diese Kontaktstücke werden ausschließlich auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt· Für Kontaktwerkstoffe auf der Basis GuCr ist.auch ein Verfahren mit C als Legierungspartner bekannt.(DE-QS 23 24 317)> wobei ein Matrixmetall aus Cr besteht, dem bevorzugt 1.- 3 % C zugemischt werden und das anschließend gesintert und mit flüssigem Gu bzw. einer Kupferlegierung oder Ag als Füllmetall getränkt wird* Obwohl das Vorhandensein von C die Antischweißeigenschaft der Kontakte im'gewissen. Maße- verbessert, ist diesem hergestellten Kontaktwerkstoff nachteilig, daß eine weitereThe requirements for the contact material are therefore particularly good after good breaking capacity at high erosion resistance, low Schweißhaftkraft 'and low tear-off in economical production, Is already-different contact materials for vacuum switch ·' known, consisting of various metal alloys (DCD-AS 22 02 936 -and DT-AS 25 13 525). So z. B. for vacuum interrupters in large numbers contacts used as part of Cu and one of the metals Bi, Zr, Sb, Al and other metals for modifying the properties of the contacts in the vacuum switch (DE-OS 25 22 832, DE-OS 29 14 186, DE-OS 16 40 039), these contact pieces are manufactured exclusively by powder metallurgy · for contact materials on the basis of GuCr also a procedure with C is known as alloying partner. (DE-QS 23 24 317)> whereby a matrix metal from Cr to which preferably 1-3 % of C is admixed and which is subsequently sintered and impregnated with liquid Gu or a copper alloy or Ag as filler metal. Although the presence of C is believed to be anti-whitening property of the contacts. Dimensionally improved, this produced contact material is disadvantageous that another
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Versprödung des ohnehin gegenüber Gu sehr spröden Gr durch. Bildung von Chromcarbid eintritt und das Gu in seinem ursprünglichen plastischen und leicht verschweißbaren Zustand verbleibt«Embrittlement of the already very brittle over Gu anyway . Formation of chromium carbide occurs and the Gu remains in its original plastic and easily weldable state «
Daneben sind schon seit langem Kontaktmaterialien auf der Basis Kupfer-Kohlenstoff bekannt. Derartige Werkstoffe wurden insbesondere für GIeitkontakte verwandt. Hierbei ist die entscheidende, zu seiner Anwendung führende Eigenschaft des Kohlenstoffs seine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Aus diesem Grunde wird der Kohlenstoff anteil in Gleitkontakten hoch gehalten, damit, die elektrische Leitfähigkeit gegenüber reinem Kupfer niedrig bleibt·In addition, contact materials based on copper-carbon have been known for a long time. Such materials were used in particular for conductive contacts. In this case, the decisive property of carbon which leads to its application is its poor electrical conductivity. For this reason, the carbon content in sliding contacts is kept high so that the electrical conductivity remains low compared to pure copper.
Ziel der Erfindung ist es, einen Kontaktwerkstoff für "Vakuumsehalter zu schaffen, der gegenüber herkömmlichen Kontaktwerkstoffen eine geringere Kontaktschwerkraft bzw. eine höhere Leitfähigkeit gewährleistet.The aim of the invention is to provide a contact material for "Vakuumsehalter, which ensures a lower Kontaktschwerkraft or a higher conductivity compared to conventional contact materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für die vom Yakuumlichtbogen besonders beanspruchten Teile von Kontakten in Vakuumschaltern einen Kontaktwerkstoff auf der Basis einer GuCr-Sinterlegierung zu schaffen, der sich durch besseres Ausschaltvermögen bei hoher Aborandfestigkeit, kleinerer Schweißhaftkraft und niedrigerem Abreißstrom auszeichnet und sich außerdem technologisch problemlos zu Kontaktformkörpern herstellen läßt, d. h. eine gute Yerpreßbarkeit su Formteilen und gute Sinterbarkeit dieser Formteile ermöglicht. The invention has for its object to provide a contact material based on a GuCr sintered alloy, in particular for the particularly stressed by the Yakuumlichtbogen parts of contacts in vacuum switches, which is characterized by better breaking capacity at high Aborandfestigkeit, smaller weld adhesion and lower break-off and also technologically can be easily prepared to contact moldings, d. H. a good Yerpreßbarkeit su moldings and good sinterability of these moldings allows.
ErfindungsgemäiS wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Kontaktwerkstoff auf der Basis einer GuGr-Sinterlegierung,According to the invention, the object is achieved in that in the contact material based on a GuGr sintered alloy,
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die Cu-Komponente, die 50 - 70 Gewichtsprozent an der Sinterlegierung ausmacht, ein Dispersoid, wie z, B. Gr2Oo in feinster Verteilung bei einem Teilchendurchmesser und Seilchenabstand von jeweils 0,1 - 0,01 pm und von 0,01 bis 2 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 Gewichtsprozent , enthält·the Cu component comprising 50 - constitutes 70 percent by weight of the sintered alloy, a dispersoid, such as, for example, size 2 Oo maintained in suspension at a particle diameter and Seilchenabstand of 0.1 - 0.01 pm and from 0.01 to 2% by weight, preferably 1% by weight, contains
Als Dispersoid kann auch Al2O^ oder Kohlenstoff gleicher Gewichtsanteile und Verteilung eingesetzt werden. Das Herstellen des Kontaktrsverkstoffes aus obengenannten Komponenten erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen, Sintern und Heißpressen nach an sich bekannten Verfahren, wobei verfahrenswesentlich ist, daß vorzugsweise Cr und Cu nach dem Mischen entsprechend der gewünschten Zusammensetzung gemeinsam vermählen werden. Dadurch wird einerseits der Sinterprozeß erleichtert, weil bereits mechanische Kontakte zwischen Cr-und Cu-Seilchen bestehen, andererseits wurde überraschend gefunden, daß Cr2Oo, das sich ständig an der Oberfläche des metallischen Chroms befindet und sehr spröde.ist, durch den Mahlprozeß abgerieben und auf diese Art und Weise in das Cu mechanisch eingelagert wird« Wesentlicher Effekt ist, daß.das CrpO_als. Dispersoid wirkt und nicht separat zur Cu-Komponente zugegeben werden muß·As dispersoid it is also possible to use Al 2 O 3 or carbon of equal weight proportions and distribution. The Kontaktrsverkstoffes from the above components is made by powder metallurgy by pressing, sintering and hot pressing according to known methods, which is essential to the process that preferably Cr and Cu are ground together after mixing according to the desired composition. As a result, on the one hand the sintering process is facilitated because there are already mechanical contacts between Cr and Cu rope, on the other hand it was surprisingly found that Cr 2 Oo, which is constantly on the surface of the metallic chromium and very brittle.is abraded by the grinding process and in this way into which Cu is mechanically stored. "The essential effect is that the CrpO_ than. Dispersoid acts and must not be added separately to the Cu component ·
Bs ist auch möglich, der Cu-Komponente vor dem Mischen mit Cr das Dispersoid z. B. Al2O-, oder σ zuzusetzen und dieses durch gemeinsames Mahlen in das Cu mechanisch einzulagern« Bs is also possible, the Cu component before mixing with Cr the dispersoid z. B. Al 2 O-, or σ to add and mechanically store this by co-grinding in the Cu «
Vorteilhaft werden bei Verwendung der erfindungsgemäßen CuCr-Sinterlegierung für Vakuumschalterkontakte die Verschweißkräfte der Cu-Komponente durch eine gezielte Versprödung des Gu mit einem Dispersoid wesentlich gesenkt» Übliche und bekannte Zusätze, wie z. B. Bi, Sb, als schweißhemmende Komponente zur Legierung erhöhen nachteilig den elektrischen Widerstand des Cu gegenüber einem in die Legierung eingebrachten Dispersoid· Der sonst übliche relativ hohe Chromanteil in CuCr-SinterlegierungenAdvantageously, when using the CuCr sintered alloy according to the invention for vacuum switch contacts the welding forces of the Cu component significantly reduced by a targeted embrittlement of the Gu with a dispersoid »Usual and known additives, such as. B. Bi, Sb, as an antiperspirant component to the alloy adversely increase the electrical resistance of Cu over a introduced into the alloy dispersoid · The usual relatively high chromium content in CuCr sintered alloys
zur Helaisierung der notwendigen geringen Schweißkräfte ist niciit mehr erforderlich· Außerdem steigt die lotbarkeit der Kontaktstücke durch, ein Absenken des Chromanteils im Kontaktwerkstoff.to helaisieren the necessary low welding forces niciit is no longer necessary · In addition, the solderability of the contacts through, a lowering of the chromium content in the contact material increases.
Den anwendungstechnischen Erfordernissen hinsichtlich einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bei niedriger Verschwelßneigung wird durch den erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff entsprochen·The application requirements with regard to a high electrical conductivity with low Verschwelssneigung is met by the contact material according to the invention ·
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Zur Herstellung einer GuCr-Sinteriegierung auf pulvermetallurgischem Wege werden Elektrolytchrom- und Slektrolytkupferpulver mit einer Teilchengröße von je 0,15 sm so gemischt, daß 4-0 % Ghrompulver in der Mischung enthalten sind«.To produce a GuCr sintering alloy by powder metallurgy, electrolytic chromium and nickel chromate powders having a particle size of 0.15 nm each are mixed in such a way that 4-0 % of the powder is contained in the mixture.
Anschließend wird das gemeinsame Mahlen beider Komponenten ca. fünf Stunden in einer Kugelmühle oder ca. zwei Stunden im Attritor durchgeführt. Die gemahlene PalVermischung wird auf 0,06 mm Teilchengröße abgesiebt. Danach erfolgt das Pressen der Pulvermischung auf 75 % der theoretischen Dichte auf herkömmliche Art und Weise« Das Sintern der Preßkörper wird bei 1050 0G unter Wasser** stoffatmosphäre durchgeführt.Subsequently, the joint grinding of both components is carried out in a ball mill for about five hours or in the attritor for about two hours. The ground Pal mixture is sieved to 0.06 mm particle size. Thereafter, the pressing of the powder mixture is carried out to 75% of the theoretical density in a conventional manner. "The sintering of the compacts is carried out at 1050 0 G under Wasser ** material atmosphere.
Die Sinterdauer bei jtfenntemperatur hängt von der Größe des Sinterteils ab und liegt zwischen 0,5 und 3 Stunden. Sin Heißpressen erfolgt anschließend bei ca. 950 0C auf annähernd theoretische Dichte und das anschließende Takuumglühen bei 1050 0C und zeitabhängig von der Materialstärke·The sintering time at jtfenntemperatur depends on the size of the sintered body and is between 0.5 and 3 hours. Sin hot pressing is then carried out at about 950 0 C to approximately theoretical density and the subsequent Takuumglühen at 1050 0 C and time-dependent on the material thickness ·
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| EP2191921A3 (en) * | 2008-11-21 | 2011-05-04 | ABB Technology AG | Process for producing a copper-chromium contact element for medium-voltage switchgear assemblies, and contact element itself |
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