DE3116442C2

DE3116442C2 - Sinterkontaktwerkstoff

Info

Publication number: DE3116442C2
Application number: DE19813116442
Authority: DE
Inventors: Horst Prof.Dr. 8500 Nürnberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3116442A1; JPS57181341A

Abstract

Der Sinterkontaktwerkstoff gemäß der Erfindung besteht aus zwei getrennten Grundmetallen Silber und Kupfer. Die Grundmetalle liegen im Mikrogefüge getrennt voneinander vor. In den Grundmetallen sind das oder die Metalloxide verteilt. Die Art und die Menge des oder der Metalloxide sind in den Grundmetallbereichen gleich oder verschieden. Die Metalloxide sind wenigstens in einem Grundmetall mit einer Korngröße < 1 μm mit einer Häufung zwischen 0,1 und 0,5 μm und einer Korngröße 1 μm mit einer Häufung zwischen 1 und 5 μm verteilt. Der Silberanteil am Gesamtwerkstoff beträgt zwischen 10 und 80 Massen-% insbesondere zwischen 20 und 50 Massen-%.

Description

SnO₂, ZnO, CdO, Bi₂O₃, In₂O₃, CuO oder Sb₂O₃,

dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmetalle Silber und Kupfer im Gefüge voneinander getrennt vorliegen und daß im Silber als dem einen Grundmetall wenigstens eines der Metalloxide aus der genannten Gruppe mit einer Korngröße < 1 μπι mit einer Häufung zwischen 0,1 und 0,5 μπι und einer Korngröße >1 μπι mit einer Häufung zwischen 1 und 5 μπι verteilt ist, während eines der Metalloxide aus der genannten Gruppe mit einer Korngröße < 1 μπι und einer Häufung zwischen 0,1 und 0,5 μπι und einer Korngröße > 1 μπι mit einer Häufung zwischen 1 und 5 μπι an die Gefügekorngrenzen der Grundmetalle angelagert ist.

2. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silberanteil am Gesamtwerkstoff zwischen 20 und 50 Massen-% beträgt.

3. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 52,8 Massen-% Cu, 34,8 Massen-% Ag, 12 Massen-% CdO und 0,4 Massen-% Bi₂O₃ besteht.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für Schaltgeräte der Energietechnik bestehen für elektrische Kontaktstücke besondere Eigenschaftsforderungen. Bei Lichtbogenbelastung, wie sie bei Schaltvorgängen bei prellendem Ein- und beim Ausschalten auftreten, wird ein möglichst kleiner Materialabbrand und damit eine hohe Lebensdauer verlangt. Beim prellenden Einschalten soll ein möglichst hoher Strom geschaltet werden können, ohne daß dabei die Kontaktstücke verschweißen, d. h. eventuell gebildete Schweißbrücken müssen von den für die Kontaktöffnung vom Schaltgerät verfügbaren Kräfte noch getrennt werden können. Die als Schweißkraft definierte Größe soll daher möglichst klein sein. Eine dritte Hauptforderung ist die Erwärmung der Kontaktstücke bzw. der Anschußklemmen eines Schaltgerätes bei Dauerstromführung der Größe des Nenn.stromes. Für derartige Kontaktstücke sind bereits viele Werkstoffe meist mit hohem Silberanteil bekanntgeworden.

Durch die DE-PS 26 59 012 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und mindestens zwei eingelagerten Metalloxiden, mittels Pressen und Sintern eines Silber-Metalloxid-Verbundhplcannt hpi Hf»m pin

: Λ/prhiinHmilv^r \ir\r alle Metalloxide mit annähernd der gleichen Konzentration im Silber vor.

Der bekannte Werkstoff besteht vielmehr aus verschiedenen nebeneinanderliegenden mikroskopischen Bereichen, wobei in einem Bereich das eine Metalloxid bzw. eine Gruppe von Metalloxiden, im danebenliegenden Bereich jedoch ein anderes Metalloxid oder eine andere Gruppe von Metalloxiden im Silber enthalten sind. Es wechseln z. B. Bereiche aus AgMe(I)O mit Bereichen aus AgMe(Il)O nebeneinander ab, wobei Me(I) und Me(II) für verschiedene Unedelmetalle steht

Der Aufbau von Sinterkontaktwerkstoffen aus verschieden zusammengesetzten Bereichen ermöglicht es, durch den Metalloxidzusatz in dem einen Bereich einen Parameter des Eigenschaftsspektrums (z. B. Abbrand) zu verbessern, wobei jedoch die in diesem Bereich hervorgerufene Verschlechterung eines anderen Parameters im Eigenschaftsspektrum (z. B. Schweißkraft) durch den Metalloxidzusatz im benachbarten Bereich kompensiert oder überkompensiert wird, so daß insgesamt eine Verbesserung des ganzen Eigenschaftsspektrums des fertigen Werkstoffes erreicht wird.

Vom Stand der Technik, beispielsweise der DE-PS 8 07 416, sind bereits Kontaktwerkstoffe auf Edelmetall-Metalloxidbasis bekannt, bei denen Silber als Edelmetall teilweise durch Kupfer ersetzt werden kann. Da Silber und Kupfer ineinander lösbar sind und Mischkristalle bilden, wird üblicherweise von einer homogenen Matrix ausgegangen, wobei gemäß der DE-OS 24 58 476 entweder das Silber oder das Kupfer dominieren kann und in dieser Matrix beispielsweise Cadmiumoxid gleichmäßig eingebaut ist. Die Sinterung muß in inerter Atmosphäre erfolgen.
Aus der DE-AS 17 58 610 ist ein Sinterverbundwerkstoff bekannt, bei dem im Silber als Grundmetall feinteilige Metalloxide eingelagert sind und zusätzlich feinteiliges Blei vorhanden ist. Der Wirkzusatz Blei verringert die Schweißneigung.

Wenn in einem Werkstoff auf Silber-Kupfer-Basis Metalloxide von unedleren Metallen vorhanden sein sollen, muß sichergestellt sein, daß Kupfer bei der Sinterung nicht oxidiert. In der DD-PS 52 506 ist dazu ein Herstellungsverfahren angegeben, bei dem ein Fällungspulver aus Kupfer und Cadmium einer partiellen Reduktion unterzogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sinterkontaktwerkstoff mit Silber und Kupfer gefügemäßig zu verbessern, daß der Silberanteil möglichst klein gehalten werden kann und dennoch gleich gute Abbrand- und Schweißkraftwerte wie beim Stand der Technik vorliegen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 und 3 geben bevorzugte Konzentration des Silberanteils bzw. der übrigen Komponenten von Kontaktwerkstoffen gemäß der Erfindung an.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
Für Kontaktstücke mit niedrigem Silberanteil, vor allern für Niederspannungs-Schaltgeräte der Energie-

Achnil· ι R ^!"»hüt?^ wirH <ain im I ir»litKr\orAn aKhranH.

dem Pressen mit wenigstens einem weiteren Silber-Metalloxid-Verbundpulver innig vermischt wird, welches sich in der Metalloxid-Komponente von dem ersten Verbundpulver unterscheidet. In dem auf diese Weise hergestellten Sinterkontaktwerkstoff sind die Metalloxide nicht gleichmäßig über den gesamten Sinterkontaktwerkstoff verteilt. Es liegen nicht in jedem Bereich fester Werkstoff mit geringer Schweißkraft gefordert.

Der im Beispiel beschriebene Kontaktwerkstoff besteht aus 52,8 Massen-% Cu, 34,8 Massen-% Ag, 12 Massen-% CdO und 0,4 Massen-% Bi₂O₃. Dieser wird zur Erzielung des gewünschten Gefüges folgendermaßen hergestellt:

Aus einer AgCdBi-Legierung wird durch Verdü-

sung und innere Oxidation ein Verbundpulver aus AgCdOBi₂O₃ mit 12 Massen-% CdO und I Massen-% Bi₂O₃ hergestellt. Die Teilchengröße liegt bei <0,2 mm. Aus 40 Massen-% dieses Pulvers und einer Pulvermischung aus 88% Elektrolyse-Kupferpulver der Teilchengröße <10μπι und 12 Massen-% CdO-PuIver der Teilchengröße < 5 μίτι wird eine Pulvermischung hergestellt, in der die Komponenten möglichst gleichmäßig verteilt sind. Die Pulvermischung wird mit einem Druck von 400MN/m² in einer Matrize zu einem Formteil verdichtet Anschließend wird der Preßkörper bei 750⁰C eine Stunde lang in Stickstoffatmosphäre gesintert

Zur Vermeidung von Oxidverlusten ist es zweckmäßig, die Wärmebehandlung der geschichteten Kontaktstücke in einem abgedeckten Kasten vorzunehmen, in dem sich einige CdO-Tabletten befinden. Durch Nfchpressen mit einem Preßdruck von 800 MPa wird das Formteil auf die gewünschte Endform des Kontaktstükkes gebracht. Der Raumerfüllungsgrad soll 0,99 erreichen oder überschreiten, damit eine hohe Abbrandfestigkeit im Lichtbogen erhalten wird.

Für höhere Verdichtungsgrade wird ein Warmpressen bei 600⁰C und 600 MPa, eine weitere Wärmebehandlung bei 750⁰C während einer halben Stunde in Stickstoffatmosphäre und einem Kaltnachpressen mit 800 MPa durchgeführt.

Die Formteilkontaktstücke zeigten auf einem Prüfschalter bei einem Einschaltstrom von 1000 A gleich gute Abbrand- und Schweißkraftwerte wie eine AgCdO12-Qualität mit optimierten Kontakteigenschaften. Der Kontaktwiderstand nach prellendem Einschalten liegt in der Häufigkeitsverteilung etwa 20 bis 50% höher und ist damit für Niederspannungsschaltgeräte der Energietechnik wie z. B. für Schütze, geeignet.

Wegen des geringeren Silberaufwandes im Vergleich zu AgCdO 12 ist der Werkstoff gemäß der Erfindung besonders wirtschaftlich. Anstelle der im Beispiel angeführten Metalloxide können auch andere geeignete Metalloxide verwendet werden, wie z. B.

SnO₂, ZnO, In₂O₃, CuO, Sb₂O₃.

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Claims

Patentansprüche:

1. Sinterkontaktwerkstoff bestehend aus Silber als erstem Grundmetall mit einem Anteil zwischen IC und 80 Massen-% sowie Kupfer als weiterem Grundmetall und als Rest mindestens einem Metalloxid aus der Gruppe