AT211411B - Verbundmetall hoher Dichte für hochbelastbare elektrische Kontakte - Google Patents

Description

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  Verbundmetall hoher Dichte für hochbelastbare elektrische
Kontakte 
Silber ist dank seiner physikalischen, chemischen und technologischen Eigenschaften für die Verwen- dung als Kontaktwerkstoff gut geeignet. Bei hohen elektrischen Belastungen reicht jedoch die Abbrand- festigkeit und die Schweisssicherheit des reinen Silbers nicht mehr aus. Es ist bekannt, die Abbrandfestig- keit und die Schweisssicherheit durch Zusätze, z. B. von Wolfram, Molybdän oder Nickel, zu steigern. Da diese Metalle in Silber sowohl im flüssigen als auch im festen Zustand keine Löslichkeit aufweisen, müs- sen die   betreffenden"Verbundmetalle"nach   dem   pulvermetallurgischen Verfahren   hergestellt werden.

   Die Abbrandfestigkeit eines   Kontaktwerkstoffes   ist weitgehend von seiner relativen Dichte   (Raumerftlllungs-   grad) abhängig : man ist daher bestrebt, eine möglichst vollständige   Dichtsintenmg   zu erzielen. Dies ist jedoch schwierig, wenn die Komponenten des Verbundmetalles einen wesentlich verschiedenen Schmelzpunkt aufweisen, wie es z. B. bei Wolfram, Molybdän und Nickel mit einem Schmelzpunkt von   3200 C   bzw. 25000 C bzw.   1452    C gegenüber Silber mit einem Schmelzpunkt von   9500   C der Fall ist. Sintert man nämlich oberhalb des Schmelzpunktes des Silbers, so tritt dieses zum Teil aus, und es wird trotz flüssiger Phase praktisch kein Dichteanstieg erreicht. 



   Verbundmetalle mit verhältnismässig hoher Dichte sind unter der Bezeichnung   Schwermetallegienin-   gen bekannt geworden. Sie bestehen aus   85% - 95So   Wolfram,   3%-10%   Nickel und   2%-5%   Kupfer. Die Ausgangspulvergemische dieser Stoffe lassen sich bei   einstündigem   Sinterung zwischen 14000C und 15000C bis fast zur theoretischen Dichte sintern. Es sind schon ähnliche dreikomponentige Werkstoffe beschrieben worden aus den Komponenten Wolfram oder   Molybdän,   Kupfer oder Silber und Nickel. Andere Veröffentlichungen betreffen dreikomponentige Kontaktstoffe, bei denen das Grundmetall ebenfalls aus zwei Metallen, beispielsweise aus Kupfer und Nickel oder aus Silber und Nickel besteht.

   Die Ursache des bei der Sinterung erzielten grossen Dichteanstieges liegt in dem Auftreten einer flüssigen Phase, in der das Wolfram löslich ist. Bei dem vorher erwähnten System Wolfram-Silber tritt dagegen kein Dichteanstieg auf, weil Wolfram, wie gesagt, auch in flüssigem Silber nicht löslich ist. 



   Gegenstand der Erfindung ist ein vierkomponentiges Verbundmetall für hochbelastbare elektrische Kontakte. Es ist aus mindestens 90 Gew.-% Silber und Wolfram-wovon der Wolframanteil auf   30-60   Volumenprozent bemessen ist-und aus zwei weiteren Komponenten zu je 0,   lao - 5go   aus den Metallen Kupfer, Nickel, Kobaltoder Eisen hergestellt. Die Prozent-Angabenbeziehen sich hier und-soweit nicht anders angegeben-im folgenden auf Gewichtsprozente. Die   Verbundmetalle nach der Erfindunglassen sich bei   niedrigerer Sintertempetatur als beiden erwähnten dreikomponentigen Kontaktwerkstoffen dicht sintem.Das Verbundmetall gemäss der Erfindung besitzt eine Dichte, die mindestens 95% der   theoretischenDichtebe'   trägt ; hierauf beruht seine besondere Belastbarkeit als elektrischer Kontakt.

   Die hohe Dichte wird erreicht durch die sich bei der Sinterung ausbildende flüssige Nickel-Kupfer-Phase, in der Wolfram bis zu einem Anteil von mehr als   20%   löslich ist. Beim Abkühlen nimmt die Löslichkeit des Wolframs stark ab, und es 
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 Wolfram in   Form ttmderTeilchen   eingebettet. Der so entstandene Kontaktwerkstoff ist praktisch porenfrei. 



  Die elektrische Leitfähigkeit setzt sich im wesentlichen additiv aus den Volumenanteilen des Wolframs und der Bindemetallegierung zusammen. Besonders vorteilhaft ist sein sehr niedriger   Konuktabergangs-   

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    Der Wol & amgehalt vlolmmanteil   zwischen 30 und 60   Vol.-%.   



   Die Herstellung des Verbundmetalles gemäss der Erfindung erfolgt nach dem bekannten pulvermetallurgischen Verfahren. Die Sinterung wird im allgemeinen in an sich bekannter Weise in inener oderSchutzgasatmosphäre durchgeführt. Für Kontakte von Vakuumschaltern erfolgt die Sinterung im Hochvakuum, vorzugsweise bei einem Druck kleiner   10-3   Torr. Dabei ist darauf zu achten, dass die Sintertemperatur bereits vor dem Auftreten der flüssigen Phase so langsam gesteigert wird, dass die Poren des Presskörpers für die Entgasung geöffnet bleiben. Ein restlicher Gasausbruch tritt bei der flüssigen Phase auf. 



   Nachstehend werden Beispiele mit Daten über die Zusammensetzung und das Herstellungsverfahren angegeben : 
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 l : Es wird von einem Wolfram-Silber-Kupfer-Nickel-Gemisch mitdenAnteilen50/40/5/5Wolfram teilweise löslich ist. Durch die Sinterung steigt die Pressdichte von 7,55 g/cm3 auf 12,95   gl cm 3.   



  Bei einer theoretischen Dichte von 13, 28g/cm3 entspricht dies einem Raum erfüllungsgrad von 0, 975. Das Verbundmetall ist   inderkältenoch   plastisch verformbar und lässt sich bis zurpraktisch theoretischen Dich- 
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 von 8,02   g/cm3   auf 13, 4   g/cm3 ;   dies entspricht einem Raumerfüllungsgrad von 0,968. Die Leitfähigkeit beträgt 32   m/ss   mm2. Bei einer entsprechenden Vakuumsinterung mit einem Druck kleiner    10-3   Torr erreicht man praktisch die theoretische Dichte.

   Das so hergestellte Verbundmetall zeichnet sich durch einen günstigen Übergangswiderstand   aus ; erbeträgt bei   einer Kontaktlast von 1, 5 kg 0,21 m      und liegt damit nur etwa doppelt so hoch wie der unter   glelcnen   Bedingungen bei Reinsilber gemessene Übergangswiderstand. Hiemit ist der Kontaktwerkstoff durch seine gute Abbrandfestigkeit und Schweisssicherheit auch für Luftschütze geeignet. 



   Das Gefüge dieses Kontaktstoffes ist in einer etwa 500 fachen Vergrösserung in der Zeichnung darge- 
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 von 8,0 g/cm2wird durch dieSinterung auf   12, 35 g/cm8. gesteigert ;   dies entspricht einem Raumerfüllungsgrad von 0,89. Ein entsprechend zusammengesetzter und gesinterter Presskörper ohne den Kupfer-NickelZusatz besitzt dagegen nur eine Sinterdichte von 8, 70   g/cm,   ergibt also praktisch keinen Dichteanstieg beim Sintern. Dieses Beispiel zeigt, dass schon verhältnismässig sehr   kleine Kupfer- Nickel- Zusätze   den erfindungsgemässen Effekt ergeben. 



   Beispiel4 :EininnigesWolfram-Silber-Kupfer-Kobalt-GemischmitdenAnteilen54/44/1/1wird   mit 1 t/cm2 verpresst und dabei eine Pressdichte von 7, 85 g/cm2 erreicht. Durch einstündiges Sintern bei 11500 C in Wasserstoffatmosphäre steigt die Dichte auf 13,04 g/cms an ; dies entspricht einem Raumer-   füllungsgrad von etwa 0,84. Durch   Kaltnachpressen   erhält man praktisch den theoretischen Wert. 



   Beispiel 5: Ein inniges Wolfram-Silber-Eisen-Nickel-Gemisch mit den Anteilen 64/34/1/1 wird mit 1 t/cm2 gepresst und während einer Stunde bei 11000 C in Wasserstoffatmosphären gesintert. Dabei steigt die   Pressdichte   von 8, 0 g/cm3 auf 13, 5   g/cm3 all ;   dies entspricht einem   Raumerfüllungsgrad   von 0,92. Auch dieses Verbundmetall lässt sich durch Kaltnachpressen praktisch bis auf den theoretischen Wert verdichten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verbundmetall hoher Dichte für hochbelastbare elektrische Kontakte, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens 90 Gew.-% Silber und Wolfram-wovon der Wolframanteil auf   30-60 Vol.-% bemes-   
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 balt oder Eisen besteht.

Claims (1)

1. 2. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmetalles nach Anspruch l, nach dem pulvermetallurgischen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung im Hochvakuum, vorzugsweise bei einem Druck Meiner 10-3 Torr, durchgeführt und die Sintertemperatur bereits vor deip Auftreten der flüssigen Phase so langsam gesteigert wird, dass die Poren des Presskörpers für die Entgasung geöffnet bleiben.