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Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte Da Kupfer im geschmolzenen Zustand bis zu 36. % Blei löst, können an sich KupferBlei-Legierungen auf dem Schmelzwege hergestellt werden. Um Bleiausseigerungen zu vermeiden und eine gleichmässige Verteilung des Bleies in Kupfer zu gewährleisten, sind besondere Massnahmen erforderlich, insbesondere muss ein schnelles Abkühlen der Schmelze durchgeführt werden. Die Löslichkeit von Blei in Kupfer nimmt mit abnehmender Temperatur ab und ist beim Schmelzpunkt des Bleies (327 C) praktisch Null. Dies ist die Ursache dafür, dass das Blei bei langsamen Abkühlen einer Kupfer-Bleischmelze infolge seiner hohen Dichte ausseigert. Bei raschem Abkühlen einer Kupfer-Bleischmelze liegt das Blei an den Korngrenzen der Kupferprimärkörner.
Dies ist sehr deutlich an der Bruchfläche zu sehen, die in den Bleibereichen liegt ; sie zeigt typische Bleifärbung. Die Festigkeit und Dehnung eines solchen Schmelzwerkstoffes ist verhältnismässig klein, und der Werkstoff mit dem vorgenannten Gefüge kann durch mechanische Verformung, z. B. durch Walzen, nur wenig verändert werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte. Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung wird ein Gemisch aus 6 o/o-30 o/o Bleipulver und 94 /o bis 70 0/0 Kupferpulver zwischen 1 tfcm2 und.
4 tfcm2 gepresst und anschliessend zwischen 7000 C und 9000 C gesintert. Durch Nachpressen mit 2 t/cm2 bis 10 tfcm2 erhält man einen, Kon- takt-Fertigformteil. Besonders bevorzugt wird eine Zusammensetzung von 10 % bis 15 % Bleipulver und 90 % bis 85 % Kupferpulver, beide Pulver mit einer Korngrösse unter 0, 06 mm. Es empfiehlt sich die Beimischung eines presserleichternden Zusatzes, von etwa 0, 5 %.
Hiefür eignet sich z. B. ein Stearinsäureester Durch das Verfahren gemäss der Erfindung kann bei dem Fertigformteil eine Bleikorn- grösse kleiner lez eine Kupferkorngrösse kleiner 50 li und ein Raumerfüllungsgrad von 0, 99 erreicht werden. Die Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozente.
Der Kupfer-Blei-Verbundwerkstoff gemäss der Erfindung weist praktisch die theoretische Kompaktdichte auf, und das Blei ist sehr feinteilig und gleichmässig im Kupfer verteilt, ohne dass sich die Bleiteilchen gegenseitig berühren. Es handelt sich also um einen Einlagerungsverbundstoff. Die oben angegebenen Press- und Sinterbedingungen ergeben optimale elektrische Kontakteigenschaften. Die Kupferkorngrösse ist wesentlich kleiner und die mechanische Festigkeit fast doppelt so gross wie bei einem entsprechend zusammengesetzten, auf dem Schmelzwege her- gestellten Legierungskörper.
Verfahren zur Herstellung von Kupfer-BleiVerbundwerkstoffen sind bereits vorgeschlaagen worden. Bei einem derartigen Verfahren wird grobes Kupferpulver mit flüssigen organischen Zusätzen verpresst und bei 9000 C bis 1000 C gesintert ; der hierbei entstehende Kupferskelettkörper wird anschliessend im Vakuum mit Blei getränkt. Nach einem andern Verfahren wird Bleipulver verkupfert und nach dem Sintern zu Bändern oder Blechen verwälzt. Schliesslich sind Verfahren beschrieben worden, bei denen aus einer Kupfer-BleiLegierung zunächst durch Druckverdüsung ein Kupfer-Blei-Legierungspulver gewonnen und aus diesem durch Pressen und Sintern das Kupfer-Blei-Verbundmetall hergestellt wird.
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der den nach den genannten Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffen erheblich überlegen ist.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung soll an Hand der beiden nachfolgenden Beispiele noch weiter erläutert werden, wobei ebenfalls die Prozentangaben Gewichtsprozente bedeuten : Beispiel 1 : 90 % Kupferpulver und 10 % Bleipulver, beide mit einer Korngrösse unter 0, 06 mm werden mit 0, 5 % Stearinsäureester innig gemischt und mit 1 t/cm2 in einer Matrize verpresst ; dabei ergibt sich eine Pressdichte von 6, 2 g/cm3. Die Sinterung erfolgt bei 9000 C während ¸ Stunde in Wasserstoffatmosphäre ; hierbei tritt eine flüssige Phase auf, die aus Blei mit etwa 5 % Kupfer besteht. Der Sinterkörper zeigt an der Oberfläche keine Bleiausseigerungen und enthält das Blei bei einer mittleren Korngrösse von 1 bis 3 sehr gleichmässig verteilt.
Dies ist für die spätere Verwendung des fertigen Formteiles als Kontaktkörper vorteilhaft. Die lineare Schrumpfung beim Sintern beträgt etwa 6 %, die Sinterdichte 7,6 g/cm3.
Die Sinterkörper lassen sich gut plastisch verformen. Durch Nachpressen bei 6 t/cm2 - 10 t/cm2 im gleichen Presswerkzeug, das für das Pressen des Pulvergemisches verwendet worden ist, erhält man einen massgenauen Fertigformkörper mit einer Nachpressdichte von 9,10 glom3; dies entspricht einer Raumerfül- luns von 0, 997.
Beispiel :
75 % Kupferpulver und 25 % Bleipulver, beide mit einer Korngrösse kleiner als 0, 06mm werden mit 0, 5 % Stearinsäureester innig gemischt und mit 1 t/cm2 in einer Matrize verpresst ; die Pressdichte beträgt 6, 85 g/cm3. Die Sinterung erfolgt bei 9000 C während 1/2 Stunde in Wasserstoffatmosphäre. Dabei tritt eine flüssige Phase auf, die neben Blei etwa 5 % Kupfer enthält. Der Sinterkörper zeigt keine Bleiausseigerungen und enthält das Blei bei einer mittleren Korngrösse von 8 jj-bis 10 ji sehr gleichmässig verteilt. Die lineare Schrumpfung beim Sintern beträgt 5 %, die Sinterdichte 8, 25 gfcm3. Der Sinterkörper lässt sich gut plastisch verformen.
Nach dem Nachpressen mit 6 t/cm bis 10 tfcm2 im gleichen Presswerkzeug, das für das Pressen des Pulvergemisches verwendet worden ist, erhält man einen massgenauen Fertigformkörper mit einer Nachpressdichte von 9,4 g/cm3, der eine Raumerfüllung von 0, 995 entspricht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines KupferBlei- Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte, insbesondere mit einem Raumerfüllungsgrad von 0, 99 und/oder einer Bleikorngrösse kleiner 10 ji und einer Kupferkorngrösse kleiner 50 ijl (Fertigformteil), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus 6 % - 30 % Bleipulver und 94 % - 70 % Kupferpulver zwischen
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zwischen 700 C und 900 C gesintert wird.