DE2920014C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakts gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus "Kontaktwerkstoffe in der Elektrotechnik", Akademie-Verlag Berlin, 1962, S. 67 bis 74.

Bei einem Kontakt für einen Vakuumunterbrecher sind die folgenden Eigenschaften von Bedeutung:

• 1.) im Stromunterbrecher müssen gute Unterbrecherei­ genschaften vorliegen;
• 2.) hohe Spannungsfestigkeit;
• 3.) geringer Kontaktwiderstand;
• 4.) niedrige Schmelzbindekraft;
• 5.) niedrige Kontakterosion; und
• 6.) geringer Abreißstrom.

Es ist bisher schwierig gewesen, einen praktisch verwend­ baren Kontakt herzustellen, welcher die obigen Eigenschaf­ ten allesamt in ausreichendem Maße aufweist. Man hat dem­ gemäß bisher keinen Kontakt verwendet, welcher bestimmte, wichtige Eigenschaften zeigt, obgleich andere Eigenschaf­ ten unbefriedigend sind. Solche Kontakte hat man je nach der Verwendung in einem Vakuumunterbrecher gewählt. Bei Vakuumunterbrechern verwendet man z. B. in der Hauptsache für den Kontakt eine Kupfer-Wismut-Legierung (Cu-Bi). Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Kontakt aus einer Cu- Bi-Legierung die folgenden Nachteile hat. Ein Kontakt aus einer Cu-Bi-Legierung mit weniger als 0,5 Gew.-% Bi hat einen großen Abreißstrom, während ein Kontakt aus einer Cu-Bi-Legierung mit mehr als 0,5 Gew.-%Bi eine relativ geringe Spannungsfestigkeit hat. Wenn der Abreißstrom groß ist, so kommt es zu einer überhöhten Spannung zwischen den Kontakten. Wenn die Spannungsfestigkeit gering ist, so kann der Kontakt nicht in Hochspannungsschaltungen verwen­ det werden.

Andererseits ist es bekannt, daß ein Kontakt aus Wolfram im Vakuum eine hohe Spannungsfestigkeit hat. Wolfram ist jedoch ein hitzefestes Metall mit ausgeprägter thermioni­ scher Emission und geringem Metalldampfdruck. Daher können von einem Kontakt aus Wolfram keine guten Unterbrecherei­ genschaften erwartet werden. Wolfram hat eine geringe Leitfähigkeit, so daß der Kontaktwiderstand zwischen den Kontakten groß ist. Es ist daher schwierig, einen allein aus Wolfram bestehenden Kontakt in einem Stromunterbrecher für hohe Ströme zu verwenden, und zwar unter dem Gesichts­ punkt der Temperaturerhöhung.

Es ist bekannt, Kupfer zuzusetzen, um die genannten Nach­ teile des Wolframkontakts zu überwinden. Eine Kupfer- Wolfram-Legierung eignet sich als Substrat für einen Kon­ takt mit einer hohen Spannungsfestigkeit. Nun wird aber der Abreißstrom der Kupfer-Wolfram-Legierung durch die Unterbrechereigenschaften des Kupfers und durch die Un­ terbrechereigenschaften des Wolframs und durch die Grenz­ fläche zwischen dem Kupfer und dem Wolfram beeinflußt so­ wie durch das Verhältnis von Kupfer zu Wolfram. Der Ab­ reißstrom steigt mit steigendem Verhältnis von Kupfer zu Wolfram (Gew.-%) im Gemisch aus Kupfer und Wolfram. An­ dererseits sinkt der Abreißstrom mit Verringerung des Durchmessers der Wolframteilchen bei konstantem Verhältnis von Kupfer zu Wolfram (Gew.-%). Das Phänomen hat die fol­ genden Ursachen:

Die Leitfähigkeit des Kupfers ist wesentlich höher als die Leitfähigkeit des Wolframs, d. h. in den kleinen Stromre­ gionen besteht ein offensichtliches Nebenschlußphänomen in der Nähe des Abreißstroms. Demgemäß fließt der Strom hauptsächlich durch die Kupferteile. Wenn das Wolframske­ lett aus kleineren Teilchen von Wolframpulver gebildet wird, so ist die Kupferkomponente fein und gleichmäßig verteilt, wodurch die zusammenhängenden Bereiche der Kup­ ferkomponente verringert sind. Der Teil der Kupferkompo­ nente, der fein und gleichmäßig verteilt ist, hat eine ge­ ringere Wärmekapazität, so daß man bei gleicher Stromstär­ ke eine höhere Temperatur erhält und der Abreißstrom ver­ ringert wird, und zwar im Vergleich mit der zusammenhän­ genden Masse der Kupferkomponente.

Aus der US-PS 31 25 441 ist bereits die Verwendung von Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffen mit einem gesinterten und in Wasserstoffatmosphäre getränkten Wolframskelett als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter bekannt. Aus H. Schreiner "Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte " 1964, S. 148 ff sind Wolfram-Kupfer-Tränk­ werkstoffe bekannt, deren gesinterte Wolframgerüste mit lediglich 10% Kupfer getränkt werden, sowie Ver­ fahren zu deren Herstellung. Aus Industrie-Elektrik und Elektronik, 18 (1973), Nr. 20, S. 484-486 ist be­ kannt, daß die Schalteigenschaften von Wolfram-Kupfer- Tränkwerkstoffen mit lediglich 10 Gew.-% Kupfer von der Korngröße des Wolframpulvers abhängen. Ferner sind gemäß "Kontaktwerkstoffe in der Elektrotechnik", 1962, S. 67 bis 74 bei Verfahren zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen durch Tränken Teilchendurchmesser von weniger als 1 µm erwähnt worden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kontakt für einen Vakuumunterbrecher herzustellen, welcher einen geringen Abreißstrom aufweist, bei dem die Kupferkomponen­ te fein und gleichmäßig verteilt ist und welcher geringe Schweißneigung aufweist sowie eine große Härte, einen günstigen Kontaktwiderstand und eine günstige Bogenzeit beim Unterbrechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, welche eine graphische Darstellung der Bezie­ hung des Durchmessers des Wolframpulvers und des Abreiß­ stroms zeigt.

Die Figur zeigt den Abreißstrom von Kontakten aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung, welche hergestellt wurden durch Infiltrieren von Kupfer in Wolframskelette. Diese wurden jeweils aus Wolframpulver hergestellt, dessen durch­ schnittlicher Teilchendurchmesser etwa 0,5 µm bzw. 1 µm bzw. 3 µm betrug. Der Abreißstrom des Kontakts aus Kupfer- Wolfram ist klein. Wenn der durchschnittliche Teilchen­ durchmesser der Wolframteilchen unterhalb 1 µm liegt, so ist der Abreißstrom eines daraus hergestellten Kontakts bemerkenswert gering.

Erfindungsgemäß beträgt der Kupfergehalt 14 bis 4,5 Gew.-%. Das Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte des Skeletts aus Wolfram liegt im Bereich von 70 bis 90%. Wie oben erläutert, wird die Spannungsfestigkeit erhöht und der Unterbrecherstrom wird gesenkt, wenn der Kupfergehalt (Gew.-%) bei dem Vakuumunterbrecher gesenkt wird. Wenn der Kupfergehalt unterhalb 14 Gew.-% liegt, so ist der Abreißstrom äußerst gering.

Das Wolframskelett mit einem hohen Verhältnis der schein­ baren Dichte zur wahren Dichte kann hergestellt werden durch Sinterung bei hoher Temperatur, z. B. bei etwa 2000°C. Es ist bevorzugt, einen Vakuumofen zu verwenden, und zwar im Hinblick auf die maximale Temperatur bei der Sinterung im Vergleich zu einem Ofen mit einer Atmosphäre. Ein Skelett aus Wolfram mit einem Verhältnis der scheinba­ ren Dichte zur wahren Dichte von mehr als 70% wird herge­ stellt durch Vakuumsinterung nach einem Pulvermetallurgie­ verfahren, und das Kupfer wird in das Wolframskelett in­ filtriert, wobei man den Kontakt aus der Kupfer-Wolfram- Legierung erhält.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kontakt hat eine hohe Spannungsfe­ stigkeit, da ein starkes Wolframskelett vorhanden ist und da der Kupfergehalt gering ist (Gew.-%). Der Abbrand des Kontakts bei hoher Strombelastung ist aus den gleichen Gründen ebenfalls gering.

Der größte Vorteil besteht jedoch in dem geringen Abreiß­ strom, da das Kupfer gleichmäßig und fein verteilt ist. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kontakt für einen Vakuumunterbrecher hat darüber hinaus weitere vorteilhafte Eigenschaften. Diese zeigen sich insbesondere bei der Prüfung der Schweißneigung, der Härte, des Kontaktwiderstandes und der Lichtbogenzeit beim Unterbrechen.

Dieser Kontakt eignet sich hervorragend für Vakuumunter­ brecher, da er eine hohe Spannungsfestigkeit, eine große Stromfestigkeit und einen sehr geringen Abreißstrom auf­ weist.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kontakts für einen Vakuumunterbrecher aus einem Wolframskelett mit infiltriertem Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Wolframpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 1 µm im Vakuum zu einem Wolframskelett mit einem Verhältnis der scheinbaren Dichte zur wahren Dichte von 70% bis 90% sintert und 4,5 bis 14 Gew.-% Kupfer infiltriert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kupfer unter einer Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum infiltriert.