Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Stoffes, welcher als Bestandteile ein erstes Metall und eine reduzierbare Komponente eines zweiten Metalls enthält.
Die Qualität solcher zusammengesetzter Stoffe hängt von der Verteilung des Oxids des zweiten Metalls innerhalb des ersten Metalls ab. Zur Herstellung von Stoffen hoher Qualität muss die Verteilung des Oxids innerhalb des ersten Metalls so gut und so gleichmässig wie möglich sein. Zu diesem Zweck ist es bekannt, eine Legierung des ersten und des zwei ten Metalls als Ausgangsstoff für die Herstellung des zusammengesetzten Stoffes zu verwenden, da die Verteilung des zweiten Metalls innerhalb des ersten Metalls in einer Legierungsstruktur besser und gleichmässiger ist als bei einem reinen Gemisch dieser Stoffe und Oxide. Wird die Legierung einer inneren Oxydation ausgesetzt, ist es möglich, das zweite
Metall zu oxydieren, wobei die Gleichverteilung innerhalb der Legiernngsstruktur nur sehr schwach gestört wird.
Damit die Oxydationszeiten so kurz wie möglich sind und damit die als Ausgangsmaterial verwendeten Oxidteilchen so fein wie möglich sind, geht man von der Legierung in Pulverform aus. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines solchen Stoffes beinhaltet daher das Schmelzen einer Legierung aus dem ersten und dem zweiten Metall, Umwandlung der geschmolzenen Legierung in Pulverform durch Zerstäuben in Gas oder Wasser und Durchführung einer inneren Oxyda tion der pulverförmigen Legierung. Mit diesem Verfahren erhält man einen pulverförmigen zusammengesetzten Stoff, aus welchem nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren die gewünschten Artikel hergestellt werden können.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt das erste Metall in Pulverform mit der in Pulverform vorliegenden reduzierbaren Komponente des zweiten Metalls gemischt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt das Pulvergemisch in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt wird, um eine in Pulverform vorliegende Legierung zwischen dem ersten und dem zweiten Metall zu bilden, und dass in einem dritten Verfahrensschritt die pulverförmige Legierung einer inneren Oxydation ausgesetzt wird, bei welcher das zweite Metall reoxydiert wird.
In der Legierung, welche in der zweiten Stufe durch Reduktion des Oxids des zweiten Metalls gewonnen wurde, ist die Teilchengrösse der pulverförmigen Legierung besser als bei Anwendung bekannter Zerstäubungsverfahren. Diese Verbesserung wird während des dritten Verfahrensschrittes, in welchem eine Oxydation stattfindet, beibehalten, so dass sich ein Material ergibt, welches besser ist als nach bekannten Verfahren hergestelltes Material. Das so gewonnene Material liegt in Pulverform vor, so dass die gewünschten Artikel nach bekannten Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt werden können. Das angegebene Verfahren lässt sich billiger durchführen als bisher bekannte Verfahren.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit der Herstellung eines aus Silber und Cadmiumoxid bestehenden Stoffes beschrieben
Als Ausgangsstoffe für das Verfahren dienen pulverförmiges Silber und pulverförmiges Cadmiumoxid. Die Teilchengrösse des Silberpulvers soll kleiner sein als etwa 0,04 mm, wobei die Mehrzahl der Teilchen etwa 20 m im Durchmesser oder kleiner sein sollte. Das Cadmiumoxidpulver sollte von höchstem Feinheitsgrad sein. Ist der gewünschte Feinheitsgrad nicht erhältlich, kann das Oxid durch Verbrennen von Cadmium in Luft hergestellt werden. Cadmiumoxid entweicht dann als ein Rauch, der kondensiert werden kann und aus dem Pulver des gewünschten Feinheitsgrades, nämlich mit einem Teilchendurchmesser zwischen 0,01 zm und 2,0 Um gewonnen wird.
Der erste Schritt des Verfahrens besteht im Mischen der zwei Pulverbestandteile entsprechend dem Mengenanteil, in welchem Silber und Cadmiumoxid in dem zusammengesetzten Stoff enthalten sein sollen. Als Beispiel können 90 Gew.-% Silber und 10 Gew.-olo Cadmiumoxid verwendet werden. In anderen Zusammensetzungen kann der Anteil von Cadmiumoxid von Spuren bis zu 20 Gew.-% betragen. Die Pulver werden dann in den gewünschten Mengen in einer Trocken -Trommelmühle miteinander gemischt, wobei vorzugsweise eine horizontal drehende Trommel verwendet wird. Der Mischvorgang wird während 24 Stunden durchgeführt. Danach wird das Pulvergemisch in einem Sieb von etwa 0,04 mm Maschenweite gesiebt, wobei klumpenförmige Zusammenballungen von Cadmiumoxid oder Silber aufgelöst werden.
Das gesiebte Pulver wird anschliessend nochmals in einer Trommel während 24 Stunden gemischt. In bestimmten Fällen erwiesen sich zwei Mischvorgänge von je einer Stunde Dauer als ausreichend. Derartige geringe Mischzeiten sind möglich, wenn die Verteilung des Cadmiums in vorgängigen Verfahrensschritten einen sehr hohen Grad erreicht hat, wobei im vorliegenden Verfahren die Mischungszeit nicht besonders kritisch ist, wie dies für bekannte Verfahren der Fall ist.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Pulvergemisch in Silber-Cadmiumlegierung umgewandelt. Das Pulvergemisch wird in einem geeigneten flachen Gefäss, beispielsweise einer Quarzschale, mit einer Schichtstärke von höchstens 1 cm ausgebreitet und auf eine Temperatur zwischen 200 und 700"C bei Anwesenheit von Wasserstoff erhitzt. In diesem Temperaturbereich reduziert der Wasserstoff das Cadmiumoxid zu Cadmium, welches in das Silber diffundiert, und eine Silber admium < Legierung bildet. Bei Temperaturen von oberhalb 321 0C ist Cadmium flüssig, so dass die Homogenisierung der Legierung in der Flüssigphase stattfindet. Die letzte Stufe der Homogenisierung besteht in einem Festkörperdiffusions-Prozess.
Es tritt auch eine Versinterung der Legierungsteilchen auf, was jedoch nach Möglichkeit vermieden werden sollte. Die Versinterung ist jedoch locker und kann niedrig gehalten werden, indem man im unteren Temperaturbereich arbeitet.
Die Versinterung kann auch mechanisch rückgängig gemacht werden, indem eine Reihe aus rostfreiem Stahl verwendet wird und das Produkt anschliessend in einem Sieb von 500 FLm Maschenweite gesiebt wird. Nach dem Sieben liegt die Legierung in Pulverform vor. Für den Reduktionsvorgang hat sich eine Temperatur von 4000C als geeignet erwiesen, wobei auch ein übermässiges Versintern und Cadmiumverluste aufgrund von Verdampfung vermieden werden.
Die Temperatur von 4000C sollte während einer Stunde beibehalten werden, wobei das Pulvergemisch mit einer Geschwindigkeit von 200"C/h auf diese Temperatur gebracht wird. Die auftretende minimale Verdampfung stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Zerstäubungsverfahren, dar, da es im vorliegenden Fall möglich ist, der Legierung zusätzliche Elemente beizugeben, welche einen geringen Schmelzpunkt besitzen und leicht flüchtig sind. Die Zugabe geringer Mengen derartiger Elemente kann die Eigenschaften des Endproduktes wesentlich beeinflussen, so beispielsweise die Grösse und die Form der Cadmiumoxidteilchen und auch die Qualität eines aus dem Material hergestellten Produktes.
Der im zweiten Verfahrensschritt vorgesehene Reduktionsprozess ist einfacher und billiger als bekannte Zerstäubungsverfahren. Ferner kann er kontinuierlich durchgeführt werden, indem ein Bandofen benutzt wird. In diesem Fall können automatische Misch- und Sieb einrichtungen beim ersten Verfahrensschritt benutzt werden.
Im dritten Verfahrensschritt wird das Legierungspulver einer inneren Oxydation ausgesetzt. Dies kann in einer beliebigen geeigneten oxydierenden Atmosphäre, beispielsweise in Luft oder Sauerstoff bei atmosphärischem Druck oder bei Druck, welcher über oder unter dem atmosphärischen Druck liegt, durchgeführt werden. Die Temperatur sollte dabei zwischen 350"C und dem Schmelzpunkt der Legierung liegen.
Die für die Oxydation erforderliche Zeit hängt von dem Partialdruck des Sauerstoffes in der Atmosphäre des verwendeten Ofens ab, ferner von dem Cadmiumanteil in der Legierung, von der angewandten Temperatur und von der Grösse und der Form der Teilchen des Legierungspulvers.
Diese Faktoren können in bekannter Weise festgelegt werden, wodurch die im zweiten Verfahrensschritt hergestellten Legierungspulver feiner sind als bisher bekannte Legierungspulver. Als Beispiel wurde ein Legierungspulver, nachdem es durch ein Sieb von 0,5 mm Maschenweite gesiebt worden war, in einen geeignetem flachen Gefäss, beispielsweise einem Quarz- oder Aluminiumbehälter gefüllt, und zwar in einer Schichtdicke von höchstens 1 cm. Anschliessend wurde es durch einen Bandofen bei 600"C geschickt. Das Pulver durchlief den Ofen in 15 min. und wurde während dieser Zeit für 2 min. auf der eingestellten Temperatur gehalten. Im Ofen befand sich Luft. Das Cadmium innerhalb der Legierungspulverteilchen wurde dabei in Cadmiumoxid umgewandelt.
Am Ende dieses dritten Verfahrensschrittes liegt das Material in Pulverform vor. Da das Cadmiumoxid innerhalb der Teilchen des Pulvers gebildet wurde, ist die Verteilung von Cadmiumoxid innerhalb des Pulvers innig und gleichmässig.
Nach der inneren Oxydation sollte das Material auf einen für die nachfolgende Bearbeitung gewünschten Feinheitsgrad gesiebt werden. In den Teilchen dieses Pulvers erscheint das Cadmiumoxid inselförmig mit einem Durchmesser zwischen 0,01 und 0,20 Ipm. Die innige und gleichmässige Verteilung der Cadmiumoxidinseln dieser Grösse beeinflusst die Härte des Materials. Wird das Material in einem Sieb mit einer Maschenweite von weniger als 0,149 mm gesiebt, besitzt das Pulver eine Dichte von etwa 15% der theoretischen Dichte und gute Fliesseigenschaften.
Die oben erwähnte Temperatur von 6000C kann in bestimmten Fällen auf 500"C abgesenkt oder auf 700"C angehoben werden. Eine Temperatur von 6000C ist jedoch ausreichend, auch wenn andere Elemente als Silber und Cadmium verwendet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das als Ausgangsmaterial verwendete Legierungspulver in der Form von Granulat von etwa 0,5 mm Korndurchmesser vorliegt, weil dann der Sauerstoff alle Teilchen in der 1 cm dicken Schicht, in welcher das Pulver ausgebreitet ist, erreichen kann. Liegt das Legierungspulver nicht in dieser Form vor, könnte es zu einer äusseren Oxydation kommen, so dass sich eine Schicht von Cadmiumoxid auf der Oberfläche der Teilchen bildet, was von Nachteil für das Endprodukt wäre. Auch bei zu schnellem Aufheizen sowie bei einer zu dicken Pulverschicht kann eine äussere Oxydation auftreten. Da die Legierung in Pulverform vorliegt, sind die für die innere Oxydation erforderlichen Zeiten auch bei relativ niedrigen Temperaturen kurz.
So kann beispielsweise eine pulverförmige Silber-Cadmium-Legierung mit 9,8 Gew.-O/o Cadmium vollständig in weniger als einer Minute intern oxydieren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Silber-Cadmiumoxid-Zusammensetzung für das Endprodukt erwünscht ist. Normalerweise werden derartige Artikel durch innere Oxydation eines aus Silber-Cadmium-Legierung bestehenden Festkörpers, in der Form des Endproduktes durchgeführt. Unter diesen Bedingungen kann die innere Oxydation eines 1 mm tiefen Bereiches der festen Legierung 100 Stunden dauern, dies sogar bei relativ hohen Temperaturen.
Das beschriebene Verfahren lässt sich auch auf andere zusammengesetzte Stoffe anwenden und nicht nur auf Stoffe, die aus Silber und Cadmiumoxid bestehen. So lassen sich beispielsweise Stoffe aus Silber und Zinnoxid oder Silber und Zinkoxid gemäss dem beschriebenen Verfahren verarbeiten.
Anstelle von Silber kann Kupfer verwendet werden, und zwar mit Cadmium- oder Zinkoxid. In diesem Fall müssen jedoch der Reoxydations- und der Sinterungsschritt des Verfahrens dahingehend modifiziert werden, dass das Kupfer während der Reoxydation des Cadmiums nicht oxydiert.
Das Verfahren lässt sich auch anwenden, wenn das zusammengesetzte Material Oxide eines dritten Metalls enthält, wobei das dritte Metall so bearbeitet wird, wie es bereits für das zweite Metall beschrieben ist. Das dritte Metall, beispielsweise Quecksilber kann dazu verwendet werden, um bestimmte Eigenschaften des zusammengesetzten Materials zu beeinflussen, und zwar im Hinblick auf eine günstige Anwendung des herzustellenden, zusammengesetzten Stoffes.
Das dritte Metall kann beispielsweise auch ein Alkalimetall sein, wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Caesium.
Die Alkalimetalle verhalten sich jedoch anders als es für das zweite Metall beschrieben wurde, da ihre Oxide äusserst stabil sind. Die Oxide der Alkalimetalle bleiben während der Reduktion und der Reoxydation des zweiten Metalls stabil.
Im Endprodukt ist das Alkalimetall dann als Oxid vorhanden.
Die auf die beschriebene Weise hergestellten Stoffe lassen sich für viele Anwendungsfälle verwenden, so zur Herstellung von elektrischen Kontakten. Da die Verwendung von Quecksilber zur Verbesserung von silberhaltigen elektrischen Kontakten bekannt ist, bietet sich die Zugabe von Quecksilber für diesen Anwendungsfall an.
Der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte zusammengesetzte Stoff liegt in Pulverform vor. Diese Form eignet sich besonders gut für die aus dem Material herzustellenden Gegenstände. Dabei kann das Verarbeitungsverfahren in drei Schritten durchgeführt werden. In einem ersten Schritt wird das pulverförmige Material in einer Pressform entsprechend dem gewünschten herzustellenden Artikel gepresst, im zweiten Verfahrensschritt wird der gepresste Körper gesintert, und im dritten Verfahrensschritt wird der gesinterte Körper auf die gewünschten Abmessungen gebracht.
Jeder dieser Schritte kann auch einzeln durchgeführt werden.
Im ersten Verfahrensschritt kann ein Druck zwischen 0,77 t/cm2 und 7,7 t/cm2 angewendet werden, wobei Drücke um 6,2 t/cm2 die besten Resultate liefern. Durch die Anwesenheit von Cadmiumoxid wird das Material spröde, wobei ein aus dem Material hergestellter Körper, der aus Pulver unter Anwendung eines derartigen Drucks hergestellt wird, eine Dichte von etwa 80% der theoretischen Dichte aufweist. Bei gleicher Teilchengrösse des Ausgangsmaterials und gleichem Druck wird eine weichere Substanz, wie beispielsweise reines Silber, auf eine Dichte von etwa 90% der theoretischen Dichte gebracht. Im zweiten Verfahrensschritt kann das Sintern bei Temperaturen zwischen 6000C und dem Schmelzpunkt des Materials (960,5"C) durchgeführt werden, wobei eine Temperatur von mindestens 7000C bevorzugt wird. Die Sinterzeit beträgt einige Minuten bis 24 Stunden oder länger.
Die durch den Sintervorgang erreichte Verdichtung des Materials ist relativ gering und von der Sintertemperatur nur wenig abhängig. In der Praxis haben sich Sinterzeiten zwischen 1 und 2 Stunden als angemessen erwiesen. Der Sintervorgang kann in Luft, Sauerstoff oder einem inerten Gas durchgeführt werden. Eine leicht reduzierende Atmosphäre kann dann verwendet werden, wenn der Sauerstoffpartialdruck oberhalb des Gleichgewichts mit Cadmiumoxid bei der Sintertemperatur liegt. Der Sintervorgang kann auch im Vakuum durchgeführt werden, obwohl dies umständlich ist. Die Wahl der Sinteratmosphäre geschieht gemäss den Anforde rungen an den aus dem Material herzustellenden Gegenstand.
So wird beispielsweise für die Herstellung von Silber-Cadmiumoxid-Kontakten mit einer feinen Silberschicht auf einer Oberfläche zum besseren Verlöten der Sintervorgang in Luft dtirchgeführt. Soll jedoch der Kontakt mit einer Kupferschicht anstelle der Silberschicht überzogen sein, empfiehlt sich eine leicht reduzierende Atmosphäre, welche zu schwach ist, um das Cadmiumoxid zu reduzieren, aber stark genug, um die Bildung von Kupferoxid an der Verbindungsfläche zwischen Kupfer und dem Silber-Cadmiumoxid-Material zu verhin dem.
Im dritten Verfahrensschritt wird der gesinterte Körper auf die gewünschten Masse gebracht und die Dichte des Materials erhöht. In diesem Verfahrensschritt können Dichtewerte von mehr als 97% der theoretischen Dichte erreicht werden. Die Art der Verarbeitung hängt von den Abmessungen des gewünschten Körpers ab. Der Körper kann auch in einem separaten Verfahrens schritt auf andere Weise auf die gewünschten Masse gebracht werden.
Es wurde gefunden, dass in einem auf die beschriebene Weise hergestellten Artikel keine wesentlichen Schwankungen der durchschnittlichen Teilchengrösse auftraten. Dies ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber bekannten Verfahren.
Werden aus dem Material elektrische Kontakte hergestellt, werden Schwankungen der elektrischen Eigenschaften weitgehend ausgeschaltet bzw. vollständig eliminiert. Die durchschnittliche Grösse der Cadmiumoxid-Teilchen und die Verteilung von Cadmiumoxid in dem hergestellten Artikel wird durch die Press- und Smterbedingungen beeinflusst. Hohe Sintertemperaturen, lange Sinterzeiten und niedriger Partialdruck des Sauerstoffes in der bei der Sinterung vorhandenen Atmosphäre erzeugen relativ grosse Gadmiumoxidteilchen.
Den grössten Einfluss hat in diesem Zusammenhang die Sintertemperatur. Die mittlere Teilchengrösse des Silbers ist klein, d.h. einige,um im Durchmesser. Bei einem aus dem zusammengesetzten Stoff hergestellten Artikel wird die Bil dting von zusammenhängenden, körnigen Streifen oder Gebieten von Cadmiumoxid vermieden. Da sich entlang solchen Stellen Brüche einstellen können, ist die Unterdrückung dieser Erscheinungen äusserst vorteilhaft. Das zusammengesetzte Material lässt sich leicht mit anderen Stoffen verbinden, was bei der Herstellung von zusammengesetzten Artikeln, wie elektrischen Kontakten, die aus Silber-Cadmiumoxid mit zusätzlich aufgebrachtem Kupfer bestehen, von Vorteil.
Bei der Herstellung des zusammengesetzten Materiales sind demgemäss verschiedene Möglichkeiten der Beeinflussung gegeben. Ferner lässt sich auch das Verfahren zur Herstellung von Artikeln aus diesem Material gut beherrschen. Sind die gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Artikels genau bekannt, kann die Herstellung des Materials so durchgeführt werden, dass die gewünschten Bedingungen und Eigenschaften des Endproduktes möglichst weitgehend erfüllt werden.
The invention relates to a method for producing an electrically conductive substance which contains as constituents a first metal and a reducible component of a second metal.
The quality of such composites depends on the distribution of the oxide of the second metal within the first metal. In order to produce high quality materials, the distribution of the oxide within the first metal must be as good and as even as possible. For this purpose it is known to use an alloy of the first and the second metal as a starting material for the production of the composite material, since the distribution of the second metal within the first metal in an alloy structure is better and more uniform than in a pure mixture of these Substances and oxides. If the alloy is subjected to internal oxidation, it is possible to do the second
To oxidize metal, the uniform distribution within the alloy structure being disturbed only very weakly.
So that the oxidation times are as short as possible and so that the oxide particles used as the starting material are as fine as possible, the alloy is based on powder form. A known method for producing such a substance therefore involves melting an alloy of the first and second metals, converting the molten alloy into powder form by atomization in gas or water and carrying out an internal oxidation of the powdery alloy. With this process, a powdery composite material is obtained, from which the desired articles can be produced by known powder-metallurgical processes.
The present invention is characterized in that in a first process step the first metal in powder form is mixed with the reducible component of the second metal present in powder form, that in a second process step the powder mixture is heated in a reducing atmosphere to form an alloy present in powder form between the first and the second metal, and that in a third process step the powdery alloy is subjected to an internal oxidation in which the second metal is reoxidized.
In the alloy that was obtained in the second stage by reducing the oxide of the second metal, the particle size of the powdery alloy is better than when known atomization processes are used. This improvement is maintained during the third process step, in which an oxidation takes place, so that a material results which is better than material produced by known processes. The material obtained in this way is in powder form, so that the desired articles can be produced by known methods of powder metallurgy. The specified method can be carried out more cheaply than previously known methods.
In the following, embodiments of the invention are described in connection with the production of a substance consisting of silver and cadmium oxide
Powdered silver and powdery cadmium oxide serve as starting materials for the process. The particle size of the silver powder should be less than about 0.04 mm, with the majority of the particles being about 20 m in diameter or smaller. The cadmium oxide powder should be of the highest degree of fineness. If the desired degree of fineness cannot be obtained, the oxide can be produced by burning cadmium in air. Cadmium oxide then escapes as a smoke which can be condensed and is obtained from the powder of the desired degree of fineness, namely with a particle diameter between 0.01 μm and 2.0 μm.
The first step of the process consists in mixing the two powder components according to the proportions in which silver and cadmium oxide are to be contained in the composite material. As an example 90% by weight silver and 10% by weight cadmium oxide can be used. In other compositions, the trace amount of cadmium oxide can be up to 20% by weight. The powders are then mixed with one another in the desired quantities in a drying drum mill, preferably using a horizontally rotating drum. The mixing process is carried out for 24 hours. The powder mixture is then sieved in a sieve with a mesh size of about 0.04 mm, whereby lump-shaped agglomerations of cadmium oxide or silver are dissolved.
The sieved powder is then mixed again in a drum for 24 hours. In certain cases, two mixing processes of one hour each proved sufficient. Such short mixing times are possible when the distribution of the cadmium has reached a very high degree in previous process steps, the mixing time not being particularly critical in the present process, as is the case for known processes.
In a second process step, the powder mixture is converted into a silver-cadmium alloy. The powder mixture is spread out in a suitable flat vessel, for example a quartz bowl, with a layer thickness of no more than 1 cm and heated to a temperature between 200 and 700 "C in the presence of hydrogen. In this temperature range, the hydrogen reduces the cadmium oxide to cadmium, which in the silver diffuses and a silver admium <alloy forms. At temperatures above 321 ° C, cadmium is liquid, so that the homogenization of the alloy takes place in the liquid phase. The last stage of the homogenization consists in a solid-state diffusion process.
Sintering of the alloy particles also occurs, but this should be avoided if possible. However, the sintering is loose and can be kept low by working in the lower temperature range.
The sintering can also be reversed mechanically by using a row made of stainless steel and then sifting the product in a sieve with a mesh size of 500 FLm. After sieving, the alloy is in powder form. A temperature of 4000C has proven to be suitable for the reduction process, in which case excessive sintering and cadmium losses due to evaporation are also avoided.
The temperature of 4000 ° C. should be maintained for one hour, the powder mixture being brought to this temperature at a rate of 200 ° C./h. The minimal evaporation that occurs represents a significant advantage over known atomization processes, since it is possible in the present case to add additional elements to the alloy, which have a low melting point and are highly volatile. The addition of small amounts of such elements can significantly influence the properties of the end product, such as the size and shape of the cadmium oxide particles and also the quality of a product made from the material .
The reduction process provided in the second process step is simpler and cheaper than known atomization processes. Furthermore, it can be carried out continuously using a belt furnace. In this case, automatic mixing and screening devices can be used in the first process step.
In the third process step, the alloy powder is subjected to internal oxidation. This can be carried out in any suitable oxidizing atmosphere, for example in air or oxygen at atmospheric pressure or at pressure which is above or below atmospheric pressure. The temperature should be between 350 "C and the melting point of the alloy.
The time required for the oxidation depends on the partial pressure of the oxygen in the atmosphere of the furnace used, on the proportion of cadmium in the alloy, on the temperature used and on the size and shape of the particles in the alloy powder.
These factors can be determined in a known manner, as a result of which the alloy powders produced in the second process step are finer than previously known alloy powders. As an example, an alloy powder, after it had been sieved through a sieve of 0.5 mm mesh size, was filled into a suitable flat vessel, for example a quartz or aluminum container, in a layer thickness of at most 1 cm. It was then sent through a belt furnace at 600 ° C. The powder ran through the furnace in 15 minutes and was held at the set temperature for 2 minutes during this time. There was air in the furnace. The cadmium within the alloy powder particles was in Converted to Cadmium Oxide.
At the end of this third process step, the material is in powder form. Since the cadmium oxide was formed within the particles of the powder, the distribution of cadmium oxide within the powder is intimate and uniform.
After internal oxidation, the material should be sieved to the degree of fineness required for subsequent processing. In the particles of this powder, the cadmium oxide appears as islands with a diameter between 0.01 and 0.20 Ipm. The intimate and even distribution of the cadmium oxide islands of this size influences the hardness of the material. If the material is sieved in a sieve with a mesh size of less than 0.149 mm, the powder has a density of about 15% of the theoretical density and good flow properties.
The above-mentioned temperature of 6000C can be lowered to 500 "C or increased to 700" C in certain cases. However, a temperature of 6000C is sufficient, even if elements other than silver and cadmium are used.
It has proven to be advantageous if the alloy powder used as the starting material is in the form of granules with a grain diameter of about 0.5 mm, because then the oxygen can reach all the particles in the 1 cm thick layer in which the powder is spread. If the alloy powder is not in this form, external oxidation could occur, so that a layer of cadmium oxide forms on the surface of the particles, which would be disadvantageous for the end product. External oxidation can also occur if the product is heated up too quickly or if the powder layer is too thick. Since the alloy is in powder form, the times required for internal oxidation are short even at relatively low temperatures.
For example, a powdery silver-cadmium alloy with 9.8% by weight of cadmium can completely oxidize internally in less than a minute. This is particularly advantageous when a silver-cadmium oxide composition is desired for the end product. Normally, such articles are made by internal oxidation of a solid made of silver-cadmium alloy in the form of the final product. Under these conditions, the internal oxidation of a 1 mm deep area of the solid alloy can take 100 hours, even at relatively high temperatures.
The procedure described can also be applied to other composite substances and not only to substances consisting of silver and cadmium oxide. For example, substances made from silver and tin oxide or silver and zinc oxide can be processed using the method described.
Instead of silver, copper can be used with cadmium or zinc oxide. In this case, however, the reoxidation and sintering steps of the process must be modified so that the copper does not oxidize during the reoxidation of the cadmium.
The method can also be used when the composite material contains oxides of a third metal, the third metal being processed as has already been described for the second metal. The third metal, for example mercury, can be used to influence certain properties of the composite material, specifically with a view to a favorable application of the composite material to be produced.
The third metal can also be, for example, an alkali metal, such as lithium, sodium, potassium, rubidium or cesium.
However, the alkali metals behave differently from what was described for the second metal, since their oxides are extremely stable. The oxides of the alkali metals remain stable during the reduction and reoxidation of the second metal.
The alkali metal is then present as an oxide in the end product.
The substances produced in the manner described can be used for many applications, for example for the production of electrical contacts. Since the use of mercury to improve electrical contacts containing silver is known, the addition of mercury is recommended for this application.
The composite material produced by the process described is in powder form. This shape is particularly suitable for the objects to be produced from the material. The processing procedure can be carried out in three steps. In a first step, the powdery material is pressed in a press mold according to the desired article to be produced, in the second process step the pressed body is sintered, and in the third process step the sintered body is brought to the desired dimensions.
Each of these steps can also be carried out individually.
In the first process step, a pressure between 0.77 t / cm2 and 7.7 t / cm2 can be used, with pressures around 6.2 t / cm2 giving the best results. The presence of cadmium oxide makes the material brittle, a body made from the material, which is made from powder using such a pressure, has a density of about 80% of the theoretical density. With the same particle size of the starting material and the same pressure, a softer substance such as pure silver is brought to a density of about 90% of the theoretical density. In the second process step, the sintering can be carried out at temperatures between 6000 ° C. and the melting point of the material (960.5 ° C.), a temperature of at least 7000 ° C. being preferred. The sintering time is a few minutes to 24 hours or longer.
The compression of the material achieved by the sintering process is relatively low and only slightly dependent on the sintering temperature. In practice, sintering times between 1 and 2 hours have proven to be appropriate. The sintering process can be carried out in air, oxygen or an inert gas. A slightly reducing atmosphere can be used when the oxygen partial pressure is above equilibrium with cadmium oxide at the sintering temperature. The sintering process can also be carried out in a vacuum, although this is cumbersome. The choice of the sintering atmosphere is made according to the requirements of the object to be manufactured from the material.
For example, for the production of silver-cadmium oxide contacts with a fine silver layer on a surface for better soldering, the sintering process is carried out in air. However, if the contact is to be coated with a copper layer instead of the silver layer, a slightly reducing atmosphere is recommended, which is too weak to reduce the cadmium oxide, but strong enough to prevent the formation of copper oxide at the interface between the copper and the silver-cadmium oxide -Material to prevent.
In the third process step, the sintered body is brought to the desired mass and the density of the material is increased. In this process step, density values of more than 97% of the theoretical density can be achieved. The type of processing depends on the dimensions of the desired body. The body can also be brought to the desired mass in a separate process step in another way.
It was found that no significant fluctuations in the average particle size occurred in an article produced in the manner described. This is a significant advance over known methods.
If electrical contacts are made from the material, fluctuations in the electrical properties are largely eliminated or completely eliminated. The average size of the cadmium oxide particles and the distribution of cadmium oxide in the manufactured article is influenced by the pressing and smtering conditions. High sintering temperatures, long sintering times and low partial pressure of oxygen in the atmosphere present during sintering produce relatively large gadmium oxide particles.
The sintering temperature has the greatest influence in this context. The mean particle size of the silver is small, i.e. some to in diameter. In an article made from the composite fabric, the formation of contiguous, granular strips or areas of cadmium oxide is avoided. Since breaks can occur along such points, the suppression of these phenomena is extremely advantageous. The composite material can easily be combined with other substances, which is advantageous in the manufacture of composite articles, such as electrical contacts made of silver-cadmium oxide with additionally applied copper.
In the manufacture of the composite material, there are accordingly various ways of influencing it. Furthermore, the process for producing articles from this material can also be well mastered. If the desired properties of the article to be produced are precisely known, the production of the material can be carried out in such a way that the desired conditions and properties of the end product are met as far as possible.