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WO2015090865A1 - Verfahren zur herstellung von kontaktmaterialstücken für vakuumschaltröhren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kontaktmaterialstücken für vakuumschaltröhren Download PDF

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WO2015090865A1
WO2015090865A1 PCT/EP2014/075596 EP2014075596W WO2015090865A1 WO 2015090865 A1 WO2015090865 A1 WO 2015090865A1 EP 2014075596 W EP2014075596 W EP 2014075596W WO 2015090865 A1 WO2015090865 A1 WO 2015090865A1
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WO
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layer
contact material
metal powder
contact
carrier
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PCT/EP2014/075596
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Pohle
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/048—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by powder-metallurgical processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for producing contact material pieces of vacuum interrupters.
  • the contact material pieces are produced, for example, in a sintering process, by hot pressing, or by casting and forming.
  • the contact material pieces are usually constructed of various metallic components, one component of which has a very high electrical conductivity and another component has a high mechanical and thermal capacity, for example copper as a first component and chromium as a second component.
  • Such contact material pieces are used, for example, in vacuum interrupters as contact discs on a contact carrier or as a contact carrier itself and on the one hand require very good electrical conductivity properties in order to be able to conduct a guided over the vacuum interrupter current, and on the other hand good properties in terms of mechanical and thermal resistance, because at Switching operations occur in a vacuum interrupter arcs, which lead to a large thermal load on the contact material pieces.
  • the object of the present invention is to specify a method for the production of contact material pieces for vacuum interrupters, with which a rapid and cost-effective production is made possible. This is achieved according to the invention by a method for producing contact material pieces for vacuum interrupters, comprising the steps: a) applying a first layer of metal powder on a support; b) Selective melting of the applied layer by means of
  • Radiation meltable layer thickness and e) applying a further layer of metal powder to the solidified first layer, and repeating the further method steps b) to e) to form a contact material piece, wherein the metal powder has at least two components, a first of which has a high electrical conductivity and a second has high mechanical and thermal capacity.
  • Such a method enables a rapid and inexpensive production of contact material pieces for vacuum interrupters, because in this method step by step or layer by layer of a contact material piece by applying a powder layer and selectively melting this metal powder layer is formed by a high-energy radiation.
  • Melting in the sense of the present invention can be a complete melting or a selective melting or sintering.
  • a high-energy radiation a laser beam can be used with particular preference, although other high-energy radiation sources such as electron beams or the like are conceivable, which lead to a selective melting of the applied layer of metal powder.
  • the compression before solidification can be done differently, for example, when completely molten layer below the influence of gravity by abandonment of the ball arrangement of the particles of the powder layer, or by merely fused particles by diffusion effects.
  • the beam can be used in an appropriately focused or defocused manner or it can be used
  • the layer thickness depends, in addition to the type of radiation used and the speed of travel of the jet, mainly on the grain size of the metallic powders used.
  • the typically applied layer thickness is between 20 and 250 ⁇ , according to the molten and solidified layer is lowered by 20 to 250 ⁇ before the next layer is applied and melted.
  • a layer thickness of 20 to 100 ⁇ is preferably applied.
  • the zone melted or sintered by the radiation must be thicker than the layer thickness of the freshly applied powder layer, so that, upon melting or sintering of the uppermost layer, a cohesive connection with the underlying previous layer is formed accordingly.
  • the contact material piece is a contact piece, wherein step b) of the selective melting is carried out according to predetermined geometric data of the contact piece to be produced.
  • CAD data are used to control the laser beam, so that it selectively melts the metal powder according to the geometry of the contact piece to be formed, thereby producing a three-dimensional "rapid manufacturing" method for producing contact pieces
  • the final production of this is done directly by this method Contact pieces where no further post-processing is required.
  • Layer thickness is typically 0.5 mm to 2 mm.
  • the carrier on which the first powder layer is applied is a switching contact carrier.
  • a switch contact carrier in the context of the present invention is the switch contact carrier, which is used directly in the vacuum interrupter and is used as a power supply pin for switching contact, so that the contact material is applied by the inventive method directly on this carrier and further process steps for connecting a contact piece with a Switch contact carrier of the vacuum interrupter advantageously omitted.
  • the proportion of the first component and the second component of the metal powder in the application of the layer are variable.
  • properties of the contact material piece or of the contact piece can thus be selectively adjusted in accordance with its use or corresponding properties necessary for the respective layer, because in particular during application of the respective layer of metal powder whose composition according to the position of the layer within the contact material piece, especially by varying the respective proportion of the first and the second component can be changed accordingly.
  • a high proportion of metal powder of the first component with high electrical conductivity can be used, whereas in the last-produced layer, a high proportion of the second component with high mechanical and thermal endurance properties can be advantageous Interposed layers, the proportion of the various components can be changed gradually.
  • further components can be fed to the powder layer before process step b) of the selective melting.
  • Such further components as, for example, tellurium, nickel, zirconium, metal oxides, or easily oxidizable fillers, for example graphite, carbon fibers, carbon nanofibers, if the process takes place under protective gas or in vacuo, can be processed in a simple manner with this production process and enable adjustment the properties of the contact material pieces according to the given uses.
  • the high-energy radiation is used for the analysis of the produced piece of contact material.
  • the beams can be modified by simple adaptation (eg, power reduction) so that they can be used for non-destructive imaging analysis of the contact material pieces made by the method of the present invention, for example when using laser beams as higher energy Radiation as a profilometer for evaluating surface roughness or, in the case of electron beams, as an electron microscope.
  • Figures 1 to 4 a schematic device for carrying out the method according to the invention for the production of contact material pieces in different process steps.
  • FIG. 1 shows a carrier 1, which is held and received in a receiving device 2 shown only schematically.
  • the carrier 1 can be designed differently, for example, rotationally symmetrical when disc-shaped contact material pieces or contact pieces for vacuum interrupters are to be made directly.
  • the carrier 1 can also be formed directly by a contact terminal bolt of a vacuum interrupter, so that in the further manufacturing process of the vacuum interrupter z. As well as the soldering of contact piece with contact pins omitted, because the contact piece is applied directly to the contact terminal bolt and connected to this materially.
  • a first layer 5 of metal powder is applied to the carrier 1 accommodated in the receiving device 2 via a powder feed 4 (for example a roller or a doctor blade), as shown in FIG.
  • a powder feed 4 for example a roller or a doctor blade
  • the reservoir 3 in this case has two or more chambers in which different materials or powder mixtures are contained with different compositions, wherein at least one first component is provided with a high electrical conductivity, for example copper in powder form in one of the chambers, and For example, chromium is provided as a second component with high mechanical and thermal capacity in a second chamber and according to a figurative not further executed control material from the reservoir 3 and the individual chambers according to the requirements of the contact material piece to be generated on the powder feed 4 to the carrier 1 is applied.
  • Layer 5 so as to provide, for example, a gradual transition from low chromium content in the first have made layer 5 to form high chromium content in the last layer produced.
  • oxidizable fillers eg graphite, carbon fibers, carbon nanofibers
  • a typical thickness of the layer 5 is between 20 and 250 ⁇ m, particularly advantageously between 20 and 100 ⁇ m, depending on the components used and the energy density of the energy-rich radiation.
  • Shown schematically in FIG. 3 is the selective reflow step of the applied layer 5 of metal powder by means of high-energy radiation, in the exemplary embodiment by laser radiation, at which reflow process the step of solidification of the layer 5 and the further step of lowering the layer 5 by one through the connect energy-rich radiation fusible thickness, such that after lowering the layer 5 to this by the high-energy radiation fusible thickness, a further layer of metal powder applied to the already molten and solidified first layer of metal powder and in turn can be melted by the high-energy radiation, wherein simultaneously a cohesive connection with the underlying layer is produced, as shown in FIGS. 2 to 4.

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Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhre anzugeben, mit welchem eine schnelle und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist, wird ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhren vorgeschlagen, umfassend die Schritte: a) Aufbringen einer ersten Schicht aus Metallpulver auf einen Träger (1); b) Selektives Schmelzen der aufgebrachten Pulverschicht mittels energiereicher Strahlung (5); c) Erstarren der Schicht; d) Absenken der Schicht um eine durch die energiereiche Strahlung aufschmelzbare Schichtdicke; und e) Aufbringen einer weiteren Schicht aus Metallpulver auf die erstarrte erste Schicht, sowie Wiederholen der weiteren Verfahrensschritte b) bis e) bis zum Ausbilden eines Kontaktmaterialstückes, wobei das Metallpulver mindestens zwei Komponenten aufweist, von denen eine erste eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine zweite über hohe mechanische und thermische Belastbarkeit verfügt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken von Vakuumschaltröhren.
Bei aus dem landläufigen Stand der Technik bekannten Verfah- ren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken von Vakuumschaltröhren werden die Kontaktmaterialstücke beispielsweise in einem Sinterprozess , durch Heißpressen, oder durch Gießen und Umformen hergestellt. Die Kontaktmaterialstücke sind dabei üblicherweise aus verschiedenen metallischen Komponenten aufgebaut, von denen eine Komponente eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und eine weitere Komponente eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit aufweist, beispielsweise Kupfer als erste Komponente und Chrom als zweite Komponente. Derartige Kontaktmaterialstücke werden beispiels- weise in Vakuumschaltröhren als Kontaktscheiben auf einem Kontaktträger oder als Kontaktträger selbst eingesetzt und benötigen einerseits sehr gute elektrische Leitfähigkeitseigenschaften, um einen über die Vakuumschaltröhre geführten Strom führen zu können, und andererseits gute Eigenschaften bezüglich der mechanischen und thermischen Belastbarkeit, weil bei Schaltvorgängen in einer Vakuumschaltröhre Lichtbögen entstehen, welche zu einer großen thermischen Belastung der Kontaktmaterialstücke führen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhre anzugeben, mit welchem eine schnelle und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist. Erfindungsgemäß gelöst wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhren, umfassend die Schritte: a) Aufbringen einer ersten Schicht aus Metallpulver auf einen Träger ; b) Selektives Schmelzen der aufgebrachten Schicht mittels
energiereicher Strahlung; c) Verdichten und Erstarren der Schicht; d) Absenken der Schicht um eine durch die energiereiche
Strahlung aufschmelzbare Schichtdicke; und e) Aufbringen einer weiteren Schicht aus Metallpulver auf die erstarrte erste Schicht, sowie Wiederholen der weiteren Verfahrensschritte b) bis e) bis zum Ausbilden eines Kontaktmaterialstückes, wobei das Metallpulver mindestens zwei Komponenten aufweist, von denen eine erste eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf- weist und eine zweite über hohe mechanische und thermische Belastbarkeit verfügt.
Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuum- schaltröhren, weil bei diesem Verfahren Schritt für Schritt bzw. Schicht für Schicht eines Kontaktmaterialstückes durch Aufbringen einer Pulverschicht und selektives Schmelzen dieser Metallpulverschicht durch eine energiereiche Strahlung ausgebildet wird. Schmelzen im Sinne der vorliegenden Erfin- dung kann dabei ein vollständiges Aufschmelzen oder auch ein selektives Anschmelzen oder Sintern sein. Als energiereiche Strahlung kann besonders bevorzugt ein Laserstrahl angewendet werden, allerdings sind auch andere energiereiche Strahlungsquellen wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder derglei- chen denkbar, welche zu einem selektiven Schmelzen der aufgebrachten Schicht aus Metallpulver führen. Das Verdichten vor dem Erstarren kann dabei unterschiedlich geschehen, beispielsweise bei vollständig aufgeschmolzener Schicht unter dem Einfluss der Schwerkraft durch Aufgabe der Kugelanordnung der Teilchen der Pulverschicht, oder bei lediglich angeschmolzenen Teilchen durch Diffusionseffekte. Je nach Art und Energiedichte der Strahlung kann der Strahl angepasst fokus- siert oder defokussiert verwendet werden bzw. es kann der
Primärstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgespalten werden, um die Herstellungsgeschwindigkeit noch weiter zu erhöhen.
Die Schichtdicke hängt neben der Art der verwendeten Strah- lung und der Verfahrgeschwindigkeit des Strahls hauptsächlich von der Korngröße der verwendeten metallischen Pulver ab. Die typischerweise aufgebrachte Schichtdicke liegt zwischen 20 und 250 μπι, entsprechend wird die aufgeschmolzene und erstarrte Schicht um 20 bis 250μπι abgesenkt, bevor die nächste Schicht aufgebracht und aufgeschmolzen wird. Bei Verwendung von Feinpulvern wird typischerweise eine Schichtdicke von 20 bis 100 μπι bevorzugt angewendet.
Die durch die Strahlung aufgeschmolzene oder gesinterte Zone muss dicker sein als die Schichtdicke der frisch aufgebrachten Pulverschicht, damit beim Schmelzen bzw. Sintern der obersten Schicht auch entsprechend eine Stoffschlüssige Verbindung mit der darunter liegenden, vorherigen Schicht ausgebildet wird.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktmaterialstück ein Kontaktstück, wobei der Schritt b) des selektiven Schmelzens entsprechend vorgegebener Geometriedaten des herzustellenden Kontaktstückes ausge- führt wird. Mit anderen Worten dienen bei den Verfahren zur Herstellung von Kontaktstücken als Kontaktmaterialstücken CAD-Daten zur Ansteuerung des Laserstrahls, so dass dieser selektiv entsprechend der auszuformenden Geometrie des Kontaktstückes das Metallpulver aufschmilzt, wodurch ein dreidi- mensionales „Rapid Manufacturing" -Verfahren zur Herstellung von Kontaktstücken realisiert ist. Vorteilhafterweise geschieht durch dieses Verfahren direkt die Endfertigung von Kontaktstücken, bei denen keine weitere Nachbearbeitung mehr nötig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der der Träger, auf welchem die erste Pulverschicht aufgebracht wird, ein metallisches Vollmaterial, auf welchem eine dünne Schicht aus Kontaktmaterial erzeugt wird. Die
Schichtdicke beträgt dabei typischerweise 0,5 mm bis 2 mm. Dadurch läßt sich auf einfache und kostengünstige Weise ein zweiteiliges Kontaktstück erzeugen, welches vorteilhafte mechanische (z. B. Festigkeit, Bruchdehnung) und prozesstechnische Eigenschaften (z. B. Lötbarkeit) aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der Träger, auf welchem die erste Pulverschicht aufgebracht wird, ein Schaltkontaktträger. Ein Schaltkontaktträger im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei der Schaltkontaktträger, welcher direkt in der Vakuumschaltröhre eingesetzt ist und als Stromzuführungsbolzen zum Schaltkontakt verwendet wird, so dass das Kontaktmaterial durch das erfindungsgemäße Verfahren direkt auf diesen Träger aufgebracht wird und weitere Verfahrensschritte zum Verbinden eines Kontaktstückes mit einem Schaltkontaktträger der Vakuumschaltröhre vorteilhafter Weise entfallen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Anteil der ersten Komponente und der zweiten Komponente des Metallpulvers beim Aufbringen der Schicht veränderlich. Durch derartige veränderliche Anteile der ersten Kompo- nente und der zweiten Komponente des Metallpulvers beim Aufbringen der Schicht sind somit Eigenschaften des Kontaktmaterialstückes bzw. des Kontaktstückes entsprechend seiner Verwendung bzw. entsprechend für die jeweiligen Schicht notwendigen Eigenschaften gezielt einstellbar, weil insbesondere beim Aufbringen der jeweiligen Schicht aus Metallpulver deren Zusammensetzung entsprechend der Position der Schicht innerhalb des Kontaktmaterialstückes speziell durch Variierung des jeweiligen Anteils der ersten bzw. der zweiten Komponente entsprechend verändert werden kann. So kann beispielsweise bei der untersten, zuerst erzeugten Schicht ein hoher Anteil an Metallpulver der ersten Komponente mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden, wohingegen bei der zuletzt erzeugten Schicht ein hoher Anteil der zweiten Komponente mit hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeitseigenschaften von Vorteil sein kann, und bei dazwischen angeordneten Schichten kann der Anteil der verschiedenen Komponenten entsprechend graduell verändert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Pulverschicht vor dem Verfahrensschritt b) des selektiven Schmelzens weitere Komponenten zuführbar. Derartige weitere Komponenten wie beispielsweise Tellur, Nickel, Zirkon, Metalloxi- de, oder auch leicht oxidierbare Füllstoffe, beispielsweise Graphit, Kohlefasern, Kohlenstoffnanofasern, wenn das Verfahren unter Schutzgas oder im Vakuum stattfindet, sind mit diesem Herstellungsverfahren in einfacher Weise verarbeitbar und ermöglichen die Einstellung der Eigenschaften der Kontaktma- terialstücke entsprechend der vorgegebenen Verwendungszwecke.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die energiereiche Strahlung zur Analyse der hergestellten Kontaktmaterialstückes verwendet. Typischerwei- se lassen sich die Strahlen durch einfache Anpassung (z. B. Verringerung der Leistung) so modifizieren, dass sie zur nicht-zerstörenden, bildgebenden Analyse der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Kontaktmaterialstücke verwendet werden können, beispielsweise bei der Verwendung von Laserstrahlen als energiereicher Strahlung als Profilo- meter zur Bewertung der Oberflächenrauheit oder im Fall von Elektronenstrahlen als Elektronenmikroskop.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und ei- nes Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figuren 1 bis 4 eine schematische Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken in verschiedenen Verfahrensschritten .
Figur 1 zeigt einen Träger 1, welcher in einer lediglich schematisch dargestellten Aufnahmevorrichtung 2 gehalten und aufgenommen ist. Der Träger 1 kann dabei unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise rotationssymmetrisch, wenn scheibenförmige Kontaktmaterialstücke oder Kontaktstücke für Vakuumschaltröhren direkt hergestellt werden sollen. Der Träger 1 kann dabei auch direkt durch einen Kontaktanschlussbolzen einer Vakuumschaltröhre gebildet sein, so dass beim weiteren Fertigungsprozess der Vakuumschaltröhre z. B. auch das Verlöten von Kontaktstück mit Kontaktanschlussbolzen entfällt, weil das Kontaktstück hier direkt auf dem Kontaktanschlussbolzen aufgebracht und mit diesem stoffschlüssig verbunden ist. Aus einem Vorratsbehälter 3 wird über eine Pulverzuführung 4 (beispielsweise eine Rolle oder ein Rakel) , wie in der Figur 2 dargestellt, eine erste Schicht 5 aus Me- tallpulver auf den in der Aufnahmevorrichtung 2 aufgenommenen Träger 1 aufgebracht. Der Vorratsbehälter 3 weist dabei zwei oder auch mehrere Kammern auf, in welchen unterschiedliche Materialen bzw. PulVermischungen mit unterschiedlichen Zusam- mensetzungen enthalten sind, wobei mindestens eine erste Komponente mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer in Pulverform in einer der Kammern vorgesehen ist, und beispielsweise Chrom als zweite Komponente mit hoher mechanischer und thermischer Belastbarkeit in einer zweiten Kammer vorgesehen ist und entsprechend einer figürlich nicht weiter ausgeführten Steuerung Material aus dem Vorratsbehälter 3 bzw. der einzelnen Kammern entsprechend den Anforderungen an das zu erzeugende Kontaktmaterialstück über die Pulverzuführung 4 auf den Träger 1 aufgebracht wird. Da- bei können die unterschiedlichen Komponenten in unterschiedlichen Zusammensetzungen in der jeweils zu erzeugenden
Schicht 5 aufgebracht werden, um so beispielsweise einen graduellen Übergang von geringem Chromgehalt in der ersten er- zeugten Schicht 5 zu hohem Chromgehalt in der letzen erzeugten Schicht auszubilden.
Durch Vormischen der Metallpulver oder durch die Verwendung von Core-Shell-Partikeln lassen sich auf einfache Weise homogen zusammengesetzte Pulverschichten auftragen. Ebenso können den PulVermischungen in den Vorratsbehältern auch weitere vorteilhafte Zuschlagstoffe (wie z. B. Tellur, Nickel, Zir- kon, Metalloxide) beigemischt werden.
Da der erfindungsgemäße Prozess typischerweise unter Schutzgas oder Vakuum stattfindet sind leicht oxidierbare Füllstoffe (z. B. Graphit, Kohlefasern, Kohlenstoffnanofasern) mit diesem Herstellungsverfahren ohne weiteren Aufwand verarbeit- bar.
Eine typische Dicke der Schicht 5 liegt dabei zwischen 20 und 250 μπι, besonders vorteilhaft zwischen 20 und 100 μπι, je nach verwendeten Komponenten und der Energiedichte der energierei- chen Strahlung. In Figur 3 schematisch dargestellt ist der selektive Aufschmelzschritt der aufgebrachten Schicht 5 aus Metallpulver mittels energiereicher Strahlung, im Ausführungsbeispiel durch Laserstrahlung, an welchen Aufschmelzpro- zess sich der Schritt des Erstarrens der Schicht 5 und der weitere Schritt des Absenkens der Schicht 5 um eine durch die energiereiche Strahlung aufschmelzbare Dicke anschließen, derart, dass nach Absenken der Schicht 5 um diese durch die energiereiche Strahlung aufschmelzbare Dicke eine weitere Schicht aus Metallpulver auf die bereits aufgeschmolzene und erstarrte erste Schicht aus Metallpulver aufgebracht und wiederum mittels der energiereichen Strahlung aufgeschmolzen werden kann, wobei gleichzeitig eine Stoffschlüssige Verbindung mit der darunter liegenden Schicht erzeugt wird, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt.
Die Verwendung eines Lasers oder eines Elektronenstrahls als energiereiche Strahlung zum Schmelzen der aufgebrachten Metallpulverschichten ermöglicht dabei insbesondere in einfa- eher Weise auch eine Ansteuerung mittels CAD-Daten, um dadurch beim Aufschmelzprozess bereits die auszuformende Geometrie eines Kontaktstückes für eine Vakuumschaltröhre in einfacher Weise zu realisieren, ohne insbesondere spätere aufwändige spanende oder andere Umformungsprozesse zu benöt gen. Durch die Auslenkung des Strahls mittels Spiegeln oder elektromagnetischen Feldern kann so beispielsweise eine ggf notwendige Schlitzung des Kontaktstückes für AMF- oder RMF- Kontaktsysteme von Vakuumschaltröhren ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste
1 Träger
2 Aufnahmevorrichtung
3 Vorratsbehälter
4 Pul erZuführung
5 Schicht
6 Laser- oder Elektronenstrahl
7 Spiegel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialstücken für Vakuumschaltröhren, umfassend die Schritte: a) Aufbringen einer ersten Schicht (5) aus Metallpulver auf einen Träger (1) ; b) Selektives Schmelzen der aufgebrachten Pulverschicht (5) mittels energiereicher Strahlung (6); c) Verdichten und Erstarren der Schicht (5) ; d) Absenken der Schicht (5) um eine durch die energiereiche Strahlung aufschmelzbare Schichtdicke; und e) Aufbringen einer weiteren Schicht aus Metallpulver auf die erstarrte erste Schicht (5) , sowie Wiederholen der weiteren Verfahrensschritte b) bis e) bis zum Ausbilden eines Kontaktmaterialstückes, wobei das Metallpulver mindestens zwei Komponenten aufweist, von denen eine erste über eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine zweite über hohe mechanische und thermische Belastbarkeit verfügt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Kontaktmaterialstück ein Kontaktstück ist, wobei der
Schritt b) des selektiven Schmelzens entsprechend vorgegebener Geometriedaten des herzustellenden Kontaktstückes ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Träger (1) aus einem Vollmaterial besteht.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Träger (1) ein Schaltkontaktträger ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Anteil der ersten Komponente und der zweiten Komponente des Metallpulvers beim Aufbringen der Schicht veränderlich sind .
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Pulverschicht (5) vor dem Verfahrensschritt b) des selektiven Schmelzens weitere Komponenten zuführbar sind.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die energiereiche Strahlung zur Analyse der hergestellten Kontaktmaterialstückes verwendet wird.
PCT/EP2014/075596 2013-12-17 2014-11-26 Verfahren zur herstellung von kontaktmaterialstücken für vakuumschaltröhren Ceased WO2015090865A1 (de)

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