[go: up one dir, main page]

EP0099066A1 - Process for manufacturing a composite article from chromium and copper - Google Patents

Process for manufacturing a composite article from chromium and copper Download PDF

Info

Publication number
EP0099066A1
EP0099066A1 EP83106620A EP83106620A EP0099066A1 EP 0099066 A1 EP0099066 A1 EP 0099066A1 EP 83106620 A EP83106620 A EP 83106620A EP 83106620 A EP83106620 A EP 83106620A EP 0099066 A1 EP0099066 A1 EP 0099066A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
copper
temperature
furnace temperature
until
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP83106620A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0099066B2 (en
EP0099066B1 (en
Inventor
Horst Dr. Kippenberg
Heinrich Dr. Hässler
Manfred Hühnlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=25803079&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0099066(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from DE19823226604 external-priority patent/DE3226604A1/en
Priority claimed from DE19833322866 external-priority patent/DE3322866A1/en
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0099066A1 publication Critical patent/EP0099066A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0099066B1 publication Critical patent/EP0099066B1/en
Publication of EP0099066B2 publication Critical patent/EP0099066B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26Impregnating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H01H1/0206Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite material from chrome and copper as a contact material for medium-voltage vacuum circuit breakers.
  • the composite material CrCu with about 40 to 60% Cr has already proven itself as a contact material for vacuum circuit breakers.
  • the component Cu ensures sufficient electrical and thermal conductivity, while the framework material Cr both reduces burn-off and, with its low melting point of about 2173 K compared to tungsten, eliminates the risk of harmful thermal electron emission.
  • the Cr greatly reduces the tendency of the contact pieces to weld and has good gettering properties.
  • Porous blanks produced by pressing or pouring metal powder which either consist of pure Cr powder or in which one or more other powder additives are mixed with the Cr powder to achieve a liquid phase during sintering.
  • the subsequent sintering in a high vacuum or pure protective gas at temperatures from 1573 K to 1773 K leads to a desired formation of sinter bridges between the powder grains, so that an increase in the framework strength takes place, which allows problem-free handling of the porous sintered blanks after the sintering process.
  • the blanks are then placed in impregnation molds or placed on impregnation pads, receive an amount of impregnation metal, in this case copper, corresponding to the pore volume, and are in turn heated in a high vacuum or pure protective gas above the melting temperature of the impregnation metal.
  • impregnation metal in this case copper
  • the porous framework occurs due to capillary forces.
  • the invention is therefore based on the object to develop a new method with which it is possible to produce a high-quality contact material made of chrome and copper, which meets the requirements of vacuum medium-voltage circuit breakers up to 36 kV operating voltage and breaking currents above 30 kA, and in which the aforementioned sources of error as well as the use of Cu powder with a high oxygen content are avoided.
  • the object is achieved in that Cr-powder is poured into a ent q aste a shape that a piece of oxygen-poor copper is placed on the Cr-powder, in that subsequently the mold is closed with a porous cover, that then the Mold degassed in a high vacuum oven at room temperature until a pressure of better than 10 -4 mb is reached, then the furnace temperature is raised to a temperature as high as possible below the melting temperature of copper, that this furnace temperature is kept constant until a constant furnace pressure of better than 10 -4 mb is reached, and that the furnace temperature is then further increased without intermediate cooling to a final value of 100 K to 200 K above the melting temperature of the copper and this temperature is maintained until the porosity contained in the Cr powder mixture is completely filled by the liquid copper is.
  • the furnace temperature just below the melting point of copper can be 1273 K ⁇ 20 K in a technical implementation. At this temperature, the furnace is kept constant for about an hour, an internal furnace pressure in the range of 10 -5 mb being preferably achieved.
  • the holding time at the temperature above the melting point of copper is preferably 20 to 30 minutes.
  • the Cr powder should have a particle size distribution of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, but preferably in proportions of at least 150 ⁇ m; in the second case the particle size can be below this, in the range from 25 ⁇ m.
  • electrolytically produced chromium which also has a maximum oxygen content of 500 ppm.
  • the Cr powder produced from this can have a particle size distribution which is smaller than in the case of chromium produced thermally, for example with particle sizes from 25 pm. Otherwise, the individual sub-process steps are carried out according to the first example.
  • the blank produced according to the above examples is cooled under vacuum. After cooling, the Cr-Cu composite block can be broken down into contact pieces of the required geometry. If metallographic cuts of the material are produced, it can be seen that the composite material produced with the method according to the invention has practically no strength-increasing sintered bridges and practically no pores. With the new process, contact pieces can be reproducibly produced on Cr-Cu basis, which have suitable properties for medium-voltage vacuum circuit-breakers.
  • titanium and zirconium as alloy components for copper can improve the getter properties; on the other hand, iron, cobalt or Nickel can be added to the Cr powder in order to improve the wetting properties.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird Cr-Pulver in eine entqaste Arbeitsform, insbesondere aus Graphit, geschüttet., Auf dieses Cr-Pulver wird ein Stück aus sauerstoffarmem Kupfer gelegt. Anschließend wird die Arbeitsform met einem porösen Deckel, insbesondere aus Graphit, verschlossen. Die Arbeitsform wird dann in einem Hochvakuumofen bei Raumtemperatur solange entgast, bis ein Druck von besser als 10-4 mb erreicht ist. Danach wird die Ofentemperatur auf eine möglichst hohe Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer erhöht. Diese Ofentemperatur wird solange konstant gehalten, bis ein Ofeninnendruck von besser als 10-4 mb erreicht ist. Anschließend wird ohne Zwischenabkühlen die Ofentemperatur weiter langsam erhöht bis zu einem Endwert von 100 K bis 200 K oberhalb der Schmelztemperatur des Kupfers und diese Temperatur solange beibehalten, bis die in der Cr-Pulverschüttung enthaltene Porosität vollständig vom flüssigen Kupfer ausgefüllt ist.In the method according to the invention, Cr powder is poured into a degassed working mold, in particular made of graphite. A piece of oxygen-poor copper is placed on this Cr powder. The working mold is then closed with a porous cover, in particular made of graphite. The working form is then degassed in a high vacuum oven at room temperature until a pressure of better than 10 -4 mb is reached. The furnace temperature is then raised to a temperature as high as possible below the melting point of copper. This furnace temperature is kept constant until an internal furnace pressure of better than 10- 4 mb is reached. The furnace temperature is then slowly increased without intermediate cooling to a final value of 100 K to 200 K above the melting temperature of the copper and this temperature is maintained until the porosity contained in the Cr powder fill is completely filled by the liquid copper.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes aus Chrom und Kupfer als Kontaktwerkstoff für Mittelspannungs-Vakuum-Leistungsschälter.The invention relates to a method for producing a composite material from chrome and copper as a contact material for medium-voltage vacuum circuit breakers.

Als Kontaktmaterial für Vakuum-Leistungsschalter hat sich bereits der Verbundwerkstoff CrCu mit etwa 40 bis 60 % Cr gut bewährt. Dabei gewährleistet die Komponente Cu eine hinreichende elektrische und thermische Leitfähigkeit, während das Gerüstmaterial Cr sowohl abbrandmindernd als auch mit seinem im Vergleich zu Wolfram niedrigen Schmelzpunkt von etwa 2173 K die Gefahr einer schädlichen thermischen Elektronenemission beseitigt. Außerdem setzt das Cr die Verschweißneigung der Kontaktstücke stark herab und besitzt gute Gettereigenschaften.The composite material CrCu with about 40 to 60% Cr has already proven itself as a contact material for vacuum circuit breakers. The component Cu ensures sufficient electrical and thermal conductivity, while the framework material Cr both reduces burn-off and, with its low melting point of about 2173 K compared to tungsten, eliminates the risk of harmful thermal electron emission. In addition, the Cr greatly reduces the tendency of the contact pieces to weld and has good gettering properties.

Für die Herstellung des Verbundwerkstoffes CrCu kommen aufgrund der Mischungslücke im System Cr-Cu für den gewünschten Konzentrationsbereich von etwa 40 bis 60 % Cr-Gehalt nur pulvermetallurgische Verfahren in Betracht. Am gebräuchlichsten ist das Herstellen von Preßkörpern aus Cr-Pulver oder CrCu-Pulvermischunqen, deren Poren nach der Sinterung mit flüssigem Cu aufgefüllt werden. Derartige Sintertränkverfahren sowie auch die übrigen bekannten pulvermetallurgischen Verfahren sind wegen der Oxidationsneiqung des Chroms schwierig zu beherrschen. Insbesondere besteht die Gefahr, durch schlechte Benetzbarkeit einzelner Kornflächen oder Passivschichtbildung Poren- oder Tränkfehler zu erhalten. Auch wenn diese nur in der Größenordnung von 5 bis 50 um liegen, kann durch sie eine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens bewirkt werden. In der Praxis ergibt sich daraus eine gewisse Streubreite im Ausschaltvermögen.For the production of the composite material CrCu, only powder metallurgical processes can be considered due to the mixture gap in the Cr-Cu system for the desired concentration range of approximately 40 to 60% Cr content. The most common is the production of compacts from Cr powder or CrCu powder mixtures, the pores of which are filled with liquid Cu after sintering. Such sintering impregnation processes and also the other known powder metallurgy processes are difficult to master because of the oxidation tendency of the chromium. In particular, there is a risk of poor wettability of individual grain surfaces or passive layer formation to obtain pore or watering defects. Even if they are only in the order of 5 to 50 μm, they can have an adverse effect on the switching behavior. In practice, this results in a certain spread in the breaking capacity.

Bei anderen bekannten Verfahren werden z.B. poröse Rohlinge durch Pressen oder Schütten von Metallpulver hergestellt, die entweder aus reinem Cr-Pulver bestehen oder bei denen zum Erzielen einer flüssigen Phase beim Sintern ein oder mehrere weitere Pulverzusätze dem Cr-Pulver zugemischt werden. Das anschließende Sintern im Hochvakuum oder reinem Schutzgas bei Temperaturen von 1573 K bis 1773 K führt zu einer gewünschten Ausbildung von Sinterbrücken zwischen den Pulverkörnern, so daß ein Anstieg der Gerüstfestigkeit erfolgt, der eine problemlose Handhabung der porösen-Sinterrohlinge nach dem Sinterprozeß erlaubt. In einem weiteren Arbeitsganq werden die Rohlinge dann in Tränkformen eingelegt oder auf Tränkunterlagen aufgelegt, erhalten als Auf- oder Unterlage eine dem Porenvolumen entsprechende Menge an Tränkmetall, in diesem Fall Kupfer, und werden wiederum im Hochvakuum oder reinem Schutzgas über die Schmelztemperatur des Tränkmetalls erhitzt. Hierbei tritt durch Kapillarkräfte eine Infiltration des porösen Gerüstes ein.In other known methods e.g. Porous blanks produced by pressing or pouring metal powder, which either consist of pure Cr powder or in which one or more other powder additives are mixed with the Cr powder to achieve a liquid phase during sintering. The subsequent sintering in a high vacuum or pure protective gas at temperatures from 1573 K to 1773 K leads to a desired formation of sinter bridges between the powder grains, so that an increase in the framework strength takes place, which allows problem-free handling of the porous sintered blanks after the sintering process. In a further work process, the blanks are then placed in impregnation molds or placed on impregnation pads, receive an amount of impregnation metal, in this case copper, corresponding to the pore volume, and are in turn heated in a high vacuum or pure protective gas above the melting temperature of the impregnation metal. In this case, infiltration of the porous framework occurs due to capillary forces.

Mit den vorstehend beschriebenen Tränkverfahren zur Herstellung der Cr-Cu-Verbundwerkstoffe lassen sich jedoch trotz sorgfältigster Arbeitsweise keine völlig fehlerfreien Tränkungen erzielen: Dafür sind im wesentlichen drei Gründe verantwortlich:

  • Beim Umchargieren der Öfen zwischen Sinter- und Tränkprozeß kommt es bei den stark getteraktiven Cr-Gerüsten zu einer Neubelegung der Gerüstoberfläche mit dünnen Oxid- bzw. chemiesorbierten Gashäuten, die die Benetzunq mit dem flüssigen Tränkmetall erschweren. Aus thermodynamischen Gründen treten diese Oxidationsprozesse bereits unterhalb von etwa 1000 K selbst im Hochvakuum und in reinem Schutzgas auf, da sich in wirtschaftlich anwendbaren Öfen keine Sauerstoff - partialdrücke unter 10-10 mb erzielen lassen. Als Resultat dieser Erscheinung treten Tränkfehler auf, die sich in Form von Mikrolunkern und Poren äußern.
With the impregnation processes described above for the production of the Cr-Cu composite materials, however, in spite of the most careful working method, it is not possible to achieve completely error-free impregnations: There are essentially three reasons for this:
  • When the furnaces are re-charged between the sintering and impregnation processes, the heavily getter-active Cr frameworks are reloaded with thin oxide or chemically sorbed gas skins, which make it difficult to wet them with the liquid impregnation metal. For thermodynamic reasons, these oxidation processes already occur below around 1000 K even in a high vacuum and in a pure protective gas, since no oxygen partial pressures below 10- 10 mb can be achieved in economically applicable furnaces. As a result of this phenomenon, impregnation errors occur, which are expressed in the form of microholes and pores.

Durch den Sinterprozeß und die damit verbundene Ausbildung von Sinterbrücken werden schlecht zugängliche Porenbereiche erhalten, die von flüssigem Tränkmetall gar nicht oder nur unvollkommen erreicht werden. Damit ist auch die Möglichkeit, reduzierende Substanzen wie z.B. Kohlenstoff über die flüssige Tränkmetallphase an das Gerüstmetall zu brinqen, eingeschränkt, so daß in diesen Restporenbereichen, die von der Sinterbrückenbildung herrühren, Restoxide vorhanden sind, die das Schaltvermögen des Werkstoffes beeinträchtigen.Due to the sintering process and the associated formation of sintered bridges, poorly accessible pore areas are obtained which are not or only incompletely reached by liquid impregnation metal. This also makes it possible to use reducing substances such as Bringing carbon to the scaffold metal via the liquid impregnation metal phase is restricted, so that residual oxides are present in these residual pore areas, which result from the formation of the sintered bridge, which impair the switching capacity of the material.

Durch die versteifende Wirkung fester Sinterbrücken wird die Möglichkeit des Gerüstmaterials zur Deformation beträchtlich verringert. Wird das mit Cu oder Legierungen davon imprägnierte Cr-Gerüst von der Infiltrationstemperatur des flüssigen Tränkmetalls abgekühlt, so tritt wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen Cr und Cu ein Volumendefizit auf, das durch einen gemeinsamen gleichmäßigen Schrumpf von Gerüst- und Tränkmetall nicht aufqefangen werden kann. Diese bekannte Erscheinung kann ebenfalls zu Fehlstellen und im Lichtmikroskop unsichtbaren Mikroporositäten führen, die die Qualität des Werkstoffes für Hochleistungsschaltaufgaben verschlechtern können.The stiffening effect of solid sintered bridges considerably reduces the possibility of the framework material for deformation. If the thereof impregnated with Cu or alloys Cr skeleton cooled from the infiltration temperature of the liquid infiltration metal, a volume deficit occurs due to different thermal expansions between Cr and Cu, which can not be efangen by a common uniform shrinkage of scaffolding and infiltration metal on q . This known phenomenon can also lead to imperfections and microporosities which are invisible in the light microscope and which can deteriorate the quality of the material for high-performance switching tasks.

Es ist versucht worden, diese Störungen zu vermeiden. So kann z.B. Cr-Pulver und Cu-Pulver gemischt werden, dadurch unterbleibt eine direkte Berührung der Cr-Körner weitgehend und es bilden sich im anschließenden Sinterprozeß keine oder nur vereinzelte deformationsbehindernde Sinterbrücken aus. Obwohl dieser Fertigungsprozeß die sterische Behinderung der Cr-Partikel aufhebt, kann mit einem derartigen Werkstoff keine ausreichende Schaltleistung erzielt werden. Ursache dafür ist die Wechselwirkung zwischen dem üblicherweise mit etwa 500 ppm sauerstoffverunreinigtem Cu-Pulver und dem getteraktiven Cr-Pulver. Bereits unterhalb 1273 K, d.h. also 1000°C, wird dabei bei einsetzender Cu20-Dissoziation das oxidationsfreudige Cr-Pulver aufoxidiert. Wegen der hohen Oxidationswärme des Cr kommt es zur Ausbildung stabiler Oberflächenoxide, die durch eine normale Vakuumentgasung Dicht mehr entfernt werden können.Attempts have been made to avoid these disturbances. For example, Cr powder and Cu powder are mixed, this largely prevents direct contact of the Cr grains and no or only a few deformation-preventing sinter bridges form in the subsequent sintering process. Although this manufacturing process eliminates the steric hindrance of the Cr particles, a sufficient switching capacity cannot be achieved with such a material. The reason for this is the interaction between the Cu powder, which is usually contaminated with about 500 ppm of oxygen, and the getter-active Cr powder. Already below 1273 K, i.e. 1000 ° C, the oxidizing Cr powder is oxidized when Cu20 dissociation begins. Due to the high heat of oxidation of the Cr, stable surface oxides are formed, which can be removed more tightly by normal vacuum degassing.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, einen hochwertigen Kontaktwerkstoff aus Chrom und Kupfer herzustellen, der den Anforderungen von Vakuum-Mittelspannungs-Leistungsschaltern bis 36 kV Betriebsspannung und Ausschaltströmen oberhalb 30 kA genügt, und bei dem die vorerwähnten Fehlerquellen sowie zusätzlich die Verwendung von Cu-Pulver mit hohem Sauerstoffgehalt vermieden werden.The invention is therefore based on the object to develop a new method with which it is possible to produce a high-quality contact material made of chrome and copper, which meets the requirements of vacuum medium-voltage circuit breakers up to 36 kV operating voltage and breaking currents above 30 kA, and in which the aforementioned sources of error as well as the use of Cu powder with a high oxygen content are avoided.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Cr-Pulver in eine entqaste Form geschüttet wird, daß auf das Cr-Pulver ein Stück aus sauerstoffarmen Kupfer gelegt wird, daß anschließend die Form mit einem porösen Deckel verschlossen wird, daß dann die Form in einem Hochvakuumofen bei Raumtemperatur entgast wird, bis ein Druck von besser als 10-4 mb erreicht ist, daß danach die Ofentemperatur auf eine möglichst hohe Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Kupfer erhöht wird, daß diese Ofentemperatur solange konstant gehalten wird, bis ein konstanter Ofeninnendruck von besser als 10-4mb erreicht ist, und daß anschließend ohne Zwischenabkühlen die Ofentemperatur weiter erhöht wird bis zu einem Endwert von 100 K bis 200 K oberhalb der Schmelztemperatur des Kupfers und diese Temperatur solange beibehalten wird, bis die in der Cr-Pulvermischung enthaltene Porosität vollständig vom flüssigen Kupfer ausgefüllt ist.According to the invention the object is achieved in that Cr-powder is poured into a ent q aste a shape that a piece of oxygen-poor copper is placed on the Cr-powder, in that subsequently the mold is closed with a porous cover, that then the Mold degassed in a high vacuum oven at room temperature until a pressure of better than 10 -4 mb is reached, then the furnace temperature is raised to a temperature as high as possible below the melting temperature of copper, that this furnace temperature is kept constant until a constant furnace pressure of better than 10 -4 mb is reached, and that the furnace temperature is then further increased without intermediate cooling to a final value of 100 K to 200 K above the melting temperature of the copper and this temperature is maintained until the porosity contained in the Cr powder mixture is completely filled by the liquid copper is.

Die Ofentemperatur dicht unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer kann bei einer technischen Durchführung bei 1273 K {± 20 K liegen. Bei dieser Temperatur wird der Ofen etwa eine Stunde konstant gehalten, wobei vorzugsweise ein Ofeninnendruck im Bereich von 10-5 mb erreicht wird. Die Haltezeit bei der Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegt vorzugsweise bei 20 bis 30 Minuten.The furnace temperature just below the melting point of copper can be 1273 K {± 20 K in a technical implementation. At this temperature, the furnace is kept constant for about an hour, an internal furnace pressure in the range of 10 -5 mb being preferably achieved. The holding time at the temperature above the melting point of copper is preferably 20 to 30 minutes.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kann aluminothermisch oder elektrolytisch hergestelltes Chrom verwendet werden. Im ersten Fall sollte das Cr-Pulver eine Teilchengrößenverteilung von 50 um bis 200 um haben, vorzugsweise aber mit Anteilen von mindestens 150 um; im zweiten Fall kann die Teilchengröße darunter und zwar im Bereich ab 25 µm liegen.Chromothermally or electrolytically produced chromium can be used for the process according to the invention. In the first case, the Cr powder should have a particle size distribution of 50 µm to 200 µm, but preferably in proportions of at least 150 µm; in the second case the particle size can be below this, in the range from 25 µm.

Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Arbeitsform aus Graphit zu verwenden, weil Kohlenstoff im flüssigen Kupfer in geringer Menge löslich ist und daher über einen Transport in der flüssigen Phase als Reduktionsmittel für Cr-Oxidverunreinigungen Anwendung findet.Furthermore, it has proven to be expedient to use a working form made of graphite, because carbon is soluble in the liquid copper in a small amount and is therefore used as a reducing agent for Cr oxide impurities via transport in the liquid phase.

Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist, daß kein festigkeitssteigernder Sinterprozeß mit Ausbildung von stabilen Sinterbrücken durchgeführt, sondern daß unmittelbar von der in einer Form befindlichen Cr-Pulverschüttung ausgegangen wird. Ohne Umchargieren des Ofens und zusätzliche Handhabung von Sinterrohlingen kann das Porenvolumen der Pulverschüttung vollständig mit flüssigem Kupfer aufgefüllt werden, so daß sich ein praktisch porenfreier Verbundwerkstoff ergibt.It is particularly advantageous in the invention that no strength-increasing sintering process with the formation of stable sintering bridges is carried out, but that the Cr powder fill located in a mold is used directly. Without recharging the furnace and additional handling of sintered blanks, the pore volume of the powder filling can be completely filled with liquid copper, so that a practically non-porous composite material results.

Anhand nachfolgender Ausführunqsbeispiele wird die Erfindung im einzelnen beschrieben:

  • Bei Verwendung von aluminothermisch hergestelltem Chrom mit einem maximalen Sauerstoffgehalt von 500 ppm wird das daraus erzeugte Cr-Pulver mit einer Teilchengröße mit Anteilen von mindestens 150 um in eine vorher entgaste Graphitform eingefüllt. Der Tiegel besitzt z.B. einen Durchmesser von 85 mm und eine Länge von 250 mm und wird bis zu einer Höhe von etwa 180 mm mit Cr-Pulver gefüllt. Auf das Cr-Pulver wird sauerstoffarmes Kupfer als massives Stück aufgelegt, das den restlichen Tiegelinhalt füllt. Der Tiegel wird mit einem porösen Graphitdeckel verschlossen und im Hochvakuumofen zunächst solange bei Raumtemperatur entgast, bis ein Druck im Bereich von 10-5 mb, also besser als 10-4 mb erreicht ist. Anschließend wird mit dem Aufheizen begonnen, das immer dann unterbrochen wird, wenn der Druck auf über 10-4 mb ansteiqt. Bei einer Temperatur von etwa 1273 K
    Figure imgb0001
    , also unterhalb der Schmelztemperatur von Kupfer (TSm = 1356 K), ist die eigentliche Entgasungstemperatur erreicht, die für eine Stunde, mindestens jedoch aber bis wieder ein Ofeninnendruck besser als 10-4 mb erreicht ist, beibehalten wird. Anschließend wird ohne Zwischenabkühlen die Temperatur weiter erhöht, bis zu einem Endwert, der 100 K bis 200 K oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegt. Die Temperatur kann z.B. 1473 K sein, wobei bei dieser Temperatur nach etwa 30 Minuten ein praktisch vollständiges Ausfüllen der Poren in der Cr-Schüttung mit flüssigem Kupfer erreicht ist.
The invention is described in detail with reference to the following examples:
  • When using aluminothermally produced chromium with a maximum oxygen content of 500 ppm, the Cr powder produced therefrom is filled into a previously degassed graphite mold with a particle size of at least 150 μm. The crucible, for example, has a diameter of 85 mm and a length of 250 mm and is filled with Cr powder up to a height of approximately 180 mm. Oxygen-poor copper is placed on the Cr powder as a solid piece that fills the remaining crucible contents. The crucible is closed with a porous graphite cover and degassed in a high vacuum oven at room temperature until a pressure in the range of 10 -5 mb, better than 10 -4 mb, is reached. The heating is then started, which is interrupted whenever the pressure rises to over 10 -4 mb. At a temperature of around 1273 K.
    Figure imgb0001
    , i.e. below the melting temperature of copper (T Sm = 1356 K), the actual degassing temperature has been reached, which is maintained for one hour, but at least until an internal furnace pressure is better than 10 -4 mb. The temperature is then increased further without intermediate cooling until a final value of 100 K is reached up to 200 K above the melting point of copper. The temperature can be, for example, 1473 K, at which temperature the pores in the Cr bed are practically completely filled with liquid copper after about 30 minutes.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird elektrolytisch hergestelltes Chrom verwendet, das einen maximalen Sauerstoffgehalt von ebenfalls 500 ppm hat. Das daraus erzeugte Cr-Pulver kann aber in diesem Fall eine Teilchengrößenverteilung haben, die kleiner als bei aluminothermisch hergestelltem Chrom ist, beispielsweise mit Teilchengrößen ab 25 pm. Ansonsten werden die einzelnen Verfahrensteilschritte entsprechend dem ersten Beispiel durchgeführt.In another embodiment, electrolytically produced chromium is used, which also has a maximum oxygen content of 500 ppm. In this case, however, the Cr powder produced from this can have a particle size distribution which is smaller than in the case of chromium produced thermally, for example with particle sizes from 25 pm. Otherwise, the individual sub-process steps are carried out according to the first example.

Nach vollständiger Porenfül'lung wird der gemäß obigen Beispielen hergestellte Rohling unter Vakuum abgekühlt. Nach dem Erkalten kann der Cr-Cu-Verbundblock in Kontaktstücke der erforderlichen Geometrie zerlegt werden. Werden metallographische Anschliffe des Werkstoffes hergestellt, so ist erkennbar, daß der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff praktisch keine festigkeitssteigernden Sinterbrücken und praktisch keine Poren aufweist. Mit dem neuen Verfahren können somit reproduzierbar auf Cr-Cu- Basis Kontaktstücke erzeugt werden, welche geeignete Eigenschaften für Mittelspannungs-Vakuum-Leistungsschalter haben.After the pores have been completely filled, the blank produced according to the above examples is cooled under vacuum. After cooling, the Cr-Cu composite block can be broken down into contact pieces of the required geometry. If metallographic cuts of the material are produced, it can be seen that the composite material produced with the method according to the invention has practically no strength-increasing sintered bridges and practically no pores. With the new process, contact pieces can be reproducibly produced on Cr-Cu basis, which have suitable properties for medium-voltage vacuum circuit-breakers.

Bei dem auf Cr-Cu-Basis beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in an sich bekannter Weise weitere Elemente als Zusätze verwendbar: Beispielsweise können einerseits durch Titan und Zirkon als Legierungsbestandteile zum Kupfer die Gettereigenschaften verbessert werden; andererseits können Eisen, Kobalt oder Nickel dem Cr-Pulver zugesetzt werden, um dadurch die Benetzunqseigenschaften zu verbessern.In the exemplary embodiments described on the basis of Cr-Cu, further elements can be used as additives in a manner known per se: on the one hand, titanium and zirconium as alloy components for copper can improve the getter properties; on the other hand, iron, cobalt or Nickel can be added to the Cr powder in order to improve the wetting properties.

Die Handhabung der genannten Zusätze bei Cr-Cu-Verbundwerkstoffen ist im Zusammenhang mit der Erfindunq beherrschbar und ändert nichts Grundsätzliches am beschriebenen Herstellungsverfahren.The handling of the additives mentioned for Cr-Cu composites is manageable in connection with the invention and does not change anything fundamental in the production process described.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes aus Chrom und Kupfer als Kontaktwerkstoff für Mittelspannungs-Vakuum-Leistungsschalter, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Cr-Pulver wird in eine entgaste Arbeitsform geschüttet, b) auf das Cr-Pulver wird ein Stück aus sauerstoffarmem Kupfer gelegt, c) anschließend wird die Arbeitsform mit einem porösen Deckel verschlossen, d) dann wird die Arbeitsform in einem Hochvakuumofen bei Raumtemperatur entgast, bis ein Druck von besser als 10-4 mb erreicht ist, e) danach wird die Ofentemperatur auf eine möglichst hohe Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Kupfer erhöht, f) diese Ofentemperatur wird solange konstant gehalten, bis ein konstanter Offeninnendruck von besser als 10-4 mb erreicht ist, g) anschließend wird ohne Zwischenabkühlen die Ofentemperatur weiter erhöht bis zu einem Endwert von 100 K bis 200 K oberhalb der Schmelztemperatur des Kupfers und diese Temperatur solange beibehalten, bis die in der Cr-Pulverschüttung enthaltene Porosität vollständig vom flüssigen Kupfer ausgefüllt ist. 1. A method for producing a composite material from chrome and copper as a contact material for medium-voltage vacuum circuit breakers, characterized by the following process steps: a) Cr powder is poured into a degassed working mold, b) a piece of low-oxygen copper is placed on the Cr powder, c) the work mold is then closed with a porous lid, d) then the working mold is degassed in a high vacuum oven at room temperature until a pressure of better than 10 -4 mb is reached, e) then the furnace temperature is raised to a temperature as high as possible below the melting temperature of copper, f) this furnace temperature is kept constant until a constant internal pressure of better than 10 -4 mb is reached, g) the furnace temperature is then further increased without intermediate cooling to a final value of 100 K to 200 K above the melting temperature of the copper and this temperature is maintained until the porosity contained in the Cr powder fill is completely filled by the liquid copper. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ofentemperatur bei Verfahrensschritt e) 1273 K
Figure imgb0002
ist.
2. The method according to claim 1, characterized in that the furnace temperature in process step e) 1273 K.
Figure imgb0002
is.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck bei Verfahrensschritt d) und f) im Bereich von 10-5 mb liegt.3. The method according to claim 1, characterized in that the pressure in process steps d) and f) is in the range of 10 -5 mb. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Haltezeit bei Verfahrensschritt f) etwa eine Stunde ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the holding time in step f) is about one hour. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbezeit bei Verfahrensschritt g) 20 bis 30 Minuten ist.5. The method according to claim 1, characterized in that the half time in step g) is 20 to 30 minutes. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung von aluminothermisch hergestelltem Chrom das daraus erzeugte Cr-Pulver eine Teilchengrößenverteilung zwischen 50 um und 200 um hat.6. The method according to claim 1, characterized in that when using aluminothermic chromium, the Cr powder produced therefrom has a particle size distribution between 50 microns and 200 microns. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß Cr-Pulver mit einer Teilchengröße mit Anteilen von mindestens 150 µm verwendet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that Cr powder is used with a particle size in proportions of at least 150 microns. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung von elektrolytisch hergestelltem Chrom das daraus erzeugte Cr-Pulver eine Teilchengrößenverteilung zwischen 25 um und 200 um hat.8. The method according to claim 1, characterized in that when using electrolytically produced chromium, the Cr powder produced therefrom has a particle size distribution between 25 µm and 200 µm. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Arbeitsform aus Graphit verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a working form made of graphite is used.
EP83106620A 1982-07-16 1983-07-06 Process for manufacturing a composite article from chromium and copper Expired - Lifetime EP0099066B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3226604 1982-07-16
DE19823226604 DE3226604A1 (en) 1982-07-16 1982-07-16 Process for the preparation of a composite material based on Cr/Cu for medium-voltage vacuum power switches
DE3322866 1983-06-24
DE19833322866 DE3322866A1 (en) 1983-06-24 1983-06-24 Process for the production of a composite material of chromium and copper

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0099066A1 true EP0099066A1 (en) 1984-01-25
EP0099066B1 EP0099066B1 (en) 1986-05-07
EP0099066B2 EP0099066B2 (en) 1992-07-22

Family

ID=25803079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP83106620A Expired - Lifetime EP0099066B2 (en) 1982-07-16 1983-07-06 Process for manufacturing a composite article from chromium and copper

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4503010A (en)
EP (1) EP0099066B2 (en)
DE (1) DE3363383D1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0231767A1 (en) * 1986-01-10 1987-08-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Contact material for vacuum circuit breaker
GB2249318B (en) * 1990-10-22 1994-06-15 Raybestos Prod Co Metallic friction facing material and its production
WO1997014163A1 (en) * 1995-10-10 1997-04-17 Abb Patent Gmbh Process and device for making a contact
EP0903760A3 (en) * 1997-09-01 1999-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Vacuum valve

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0760623B2 (en) * 1986-01-21 1995-06-28 株式会社東芝 Contact alloy for vacuum valve
JP2640142B2 (en) * 1989-06-05 1997-08-13 三菱電機株式会社 Contact material for vacuum switch tube and its manufacturing method
SE9100396D0 (en) * 1991-02-08 1991-02-08 Sandvik Ab SET FOR PREPARATION OF A COMPONENT BODY
US5701993A (en) * 1994-06-10 1997-12-30 Eaton Corporation Porosity-free electrical contact material, pressure cast method and apparatus
US7832857B2 (en) * 2008-08-18 2010-11-16 Levinson Dennis J Microbial cellulose contact lens
AT11814U1 (en) * 2010-08-03 2011-05-15 Plansee Powertech Ag METHOD FOR THE POWDER METALLURGIC MANUFACTURE OF A CU-CR MATERIAL
RU2751861C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж-дение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2751865C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1513972A (en) * 1966-03-11 1968-02-16 Mallory Metallurg Prod Ltd Powder metallurgy improvements
FR2251898A1 (en) * 1973-11-16 1975-06-13 Siemens Ag
DE2521504A1 (en) * 1974-05-23 1975-12-04 English Electric Co Ltd PROCESS FOR PRODUCING AN ELECTRODE FOR VACUUM SWITCH OR VACUUM SPARK GANG
GB2024258A (en) * 1978-05-31 1980-01-09 Mitsubishi Electric Corp Contact for vacuum interrupter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1194674A (en) * 1966-05-27 1970-06-10 English Electric Co Ltd Vacuum Type Electric Circuit Interrupting Devices
DE2240493C3 (en) * 1972-08-17 1978-04-27 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Penetration composite metal as a contact material for vacuum switches and process for its manufacture
DE2619459C3 (en) * 1976-05-03 1978-11-09 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Sintered composite material as a contact material for vacuum medium-voltage circuit breakers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1513972A (en) * 1966-03-11 1968-02-16 Mallory Metallurg Prod Ltd Powder metallurgy improvements
FR2251898A1 (en) * 1973-11-16 1975-06-13 Siemens Ag
DE2521504A1 (en) * 1974-05-23 1975-12-04 English Electric Co Ltd PROCESS FOR PRODUCING AN ELECTRODE FOR VACUUM SWITCH OR VACUUM SPARK GANG
GB2024258A (en) * 1978-05-31 1980-01-09 Mitsubishi Electric Corp Contact for vacuum interrupter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0231767A1 (en) * 1986-01-10 1987-08-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Contact material for vacuum circuit breaker
GB2249318B (en) * 1990-10-22 1994-06-15 Raybestos Prod Co Metallic friction facing material and its production
WO1997014163A1 (en) * 1995-10-10 1997-04-17 Abb Patent Gmbh Process and device for making a contact
CN1070635C (en) * 1995-10-10 2001-09-05 Abb·专利有限公司 Method and device for manufacturing contacts
EP0903760A3 (en) * 1997-09-01 1999-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Vacuum valve
US6107582A (en) * 1997-09-01 2000-08-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Vacuum valve

Also Published As

Publication number Publication date
DE3363383D1 (en) 1986-06-12
US4503010A (en) 1985-03-05
EP0099066B2 (en) 1992-07-22
EP0099066B1 (en) 1986-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0115292B1 (en) Process for manufacturing copper-chromium alloys by melting, for use as contact material in vacuum power switches
DE3729033C2 (en)
EP0480922B1 (en) PROCESS FOR PRODUCING A CuCr CONTACT MATERIAL FOR VACUUM SWTICHES
EP1212160A1 (en) Mixture of two particulate phases used in the production of a green compact that can be sintered at higher temperatures
EP0099066B1 (en) Process for manufacturing a composite article from chromium and copper
DE4019441A1 (en) METHOD FOR PRODUCING PRESSING BODIES
DE3518855A1 (en) MELTING ELECTRODE FOR THE PRODUCTION OF NIOB-TITANIUM ALLOYS
DE2522832A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING CHROME-COPPER CONTACTS FOR VACUUM SWITCHES AND CONTACTS PRODUCED BY THIS PROCESS
EP0183017B2 (en) Sintering process for prealloyed tungsten powder
DE2709278B2 (en) Sintered impregnating material for electrical contact pieces and process for its production
EP0474628B1 (en) Process for producing a cucr contact material for vacuum switches and appropriate contact material
DE3406535C2 (en)
DE69411803T2 (en) Electrode and method of making an electrode material
DE1533374B1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A PENETRATING COMPOSITE METAL
DE3226604A1 (en) Process for the preparation of a composite material based on Cr/Cu for medium-voltage vacuum power switches
DE3322866A1 (en) Process for the production of a composite material of chromium and copper
DE69011421T2 (en) Sintered contact material for vacuum switches and method for manufacturing the same.
AT14884U1 (en) metal filter
DE3808123A1 (en) Process for producing sintered parts of finely particulate metal or ceramic powders
DE3347550C2 (en)
DE3907022C2 (en)
DE69016797T2 (en) Vacuum switch contact materials and manufacturing methods.
DE2712555C3 (en) Process for making an interpenetrating composite metal from tungsten, silver and copper
DE69532175T2 (en) Composition for electrical contacts and manufacturing processes
DE3614642A1 (en) CONTACT MATERIAL FOR A VACUUM SWITCH

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): CH DE FR GB LI SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19840705

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): CH DE FR GB LI SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 3363383

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19860612

ET Fr: translation filed
PLBI Opposition filed

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009260

26 Opposition filed

Opponent name: DODUCO KG DR. EUGEN DUERRWAECHTER

Effective date: 19870131

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19900614

Year of fee payment: 8

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 19900724

Year of fee payment: 8

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 19900727

Year of fee payment: 8

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 19901024

Year of fee payment: 8

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Effective date: 19910706

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Effective date: 19910707

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Effective date: 19910731

Ref country code: CH

Effective date: 19910731

PLBN Opposition rejected

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009273

PLAE Information related to rejection of opposition modified

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009299REJO

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Effective date: 19920331

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

27O Opposition rejected

Effective date: 19911022

D27O Information related to the rejection of opposition deleted
REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PUAH Patent maintained in amended form

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009272

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: PATENT MAINTAINED AS AMENDED

27A Patent maintained in amended form

Effective date: 19920722

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B2

Designated state(s): CH DE FR GB LI SE

EN3 Fr: translation not filed ** decision concerning opposition
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19930915

Year of fee payment: 11

EUG Se: european patent has lapsed

Ref document number: 83106620.4

Effective date: 19920210

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Effective date: 19950401

APAC Appeal dossier modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS NOAPO

APAC Appeal dossier modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS NOAPO

APAH Appeal reference modified

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSCREFNO