CN102395389B - 电触头和电触片半成品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造细条形，特别是带状电触头半成品的方法，其中半成品有一包括由银基复合材料制成的用于电气连接的顶层，复合材料中嵌入一种或多种金属氧化物或碳，以及一由易于焊接或易于锡焊的贱金属制成的负载层，其用于负载复合材料，包括以下步骤：﹣采用粉末冶金法将银基复合材料制成一块；﹣使用易于焊接或易于钎焊的贱金属粉末覆盖包括复合材料的块；﹣挤压覆盖有金属粉末的块使金属粉末压紧；﹣在还原气体或惰性气体或真空中烧结挤压后的块，防止来自复合材料的银以及来自覆盖银基复合材料块的贱金属的液态低温共熔体的形成；﹣将烧结块进行挤压成型；﹣形成一具有包括复合材料的顶层和包括贱金属的底层的局部细条。

Description

电触头和电触片半成品及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电触头半成品的制造方法，包括由银基复合材料制成的用于电气连接的顶层，复合材料中嵌入一种或多种金属氧化物或碳，复合材料上有一由易于焊接或易于锡焊的金属制成的负载层。

背景技术

嵌入金属氧化物或碳颗粒的银基复合材料不能焊接或锡焊，或者焊接非常困难。由于这个原因，当制造电触头半成品时，电触头材料的底层有一负载层，其包括易于焊接或易于锡焊的金属。而银负载层可通过铺设银条而相对较容易的用于电触头材料中，可使用的可焊接的负载层包括更为便宜的铜或其它贱金属，但有很多问题。与银相反，暴露于空气时铜会很快氧化，因此由于存在一氧化层，即使在加压及高温时，铜条与电触头材料也不会粘合或粘合的很薄弱。

欧洲专利EP0299099B1提供了一种由银基复合材料制成的小的接触块，其通过在惰性气体或还原性气体的环境下将小接触块与金属薄片或金属粉末层高温压合在一起使得金属氧化物颗粒嵌入在可焊接或锡焊的负载层中。该使用单一冲压工艺的半成品也可从德国专利DE3212005C2中得知，其公开了一种由两个层模压在一起，然后再在惰性气氛中烧结制成的产品，其底层由铜粉末制成，顶层由银和金属氧化物的复合粉末制成。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，使得带状电触头半成品的制作更为经济，其包括由银基复合材料制成的用于电气连接的顶层以及一由易于焊接或易于锡焊的金属制成的负载层。

所述目的通过一具有权利要求1的特征的方法实现。本发明的有益改进为从属权利要求的主题。

本发明的方法中，首先采用粉末冶金法制造一包括银基复合材料的块，例如将银粉末与金属氧化物粉末混合，挤压，然后再烧结。例如，也能够将银粉末与贱金属粉末混合，挤压，然后在氧化气氛中烧结，其中金属氧化物颗粒由贱金属颗粒的氧化形成。

在第二个步骤中，上述冶金粉末形成的块表面包裹有一层由易于焊接或易于钎焊的金属制成的粉末，其用于形成制成的半成品的负载层，然后采用等静压成型，优选地压力为500bar到2500bar。用于形成负载层的贱金属可以是镍、铁或铜以及它们的合金、铜与铜基合金，尤其是黄铜是特别优选的。

优选地等静压成型块在非氧化条件下进一步进行产品烧结步骤。因此该压缩块能够在，例如，还原气体、惰性气体或在真空中烧结。烧结用于防止来自银的复合材料及贱金属的液态低温共熔体的形成，其中贱金属包裹了由银基复合材料制成的块。

液态低温共熔体的形成可简单的通过在低于共熔体形成温度的温度下进行烧结来避免，也就是说，例如，使用铜作为贱金属时，温度低于779℃，该温度为银-铜共熔体的形成温度。不过，液态低温共熔体的形成也能够通过在包括复合材料及贱金属粉末形成的包裹层的块之间设置一作为扩散隔膜的中间层。这样一个中间层能够特别通过在由包括复合材料制成的块上缠绕金属薄片形成一扩散隔膜。复合材料块缠绕后，将贱金属粉末放在缠绕的块四周并通过等静压成型法进行结合。典型的由铁、镍或钴及它们的合金制成的中间层适合作为扩散隔膜，其中镍和镍的合金尤其适合。在完成的半成品中作为扩散隔膜的中间层厚度优选地尺寸至少为3μm，特别的至少5μm，优选地10μm到50μm。

特别优选的实施例中，烧结首先在还原气体中进行，优选的在氢气中，温度低于700℃，然后在惰性气体中进行烧结，优选的在氮气中，或较高温度的真空中，优选地至少750℃。这样，第一步的烧结步骤，在还原气体中，可能存在贱金属粉末的颗粒的氧化物层，例如，铜的，能被还原；但不会还原金属氧化物颗粒，例如，复合材料的锡氧化物或锌氧化物颗粒。第二步的烧结步骤，在惰性气体或真空中，烧结温度可以升高，这样金属粉末颗粒相互能够紧密结合并与复合材料块紧密结合。

烧结后，该块进行挤压成型，优选的其为热压工作。然后该块形成至少一个局部细条(strand)，其具有包括复合材料的顶层及包括贱金属(basemetal)的易于焊接或钎焊的底层。优选地通过挤压成型在该细条纵向上分割使其形成两个该种局部细条。当然，也可以垂直于分隔面进行其他的纵向分割。因此优选地两个局部细条应该理解为至少两个。不过，通过去除由挤压成型形成的细条的一边上的贱金属，例如通过铣削，也可以仅形成一个局部细条，这样其露出一包括复合材料的表面。

烧结后，贱金属一般有足够的强度粘合到该块上，这样该块能够进行形状调整使其能够插入挤压模具中并完全匹配。例如，一近似圆柱形块能够通过挤压及之后的烧结制成，挤出成型前其侧面区域进行车削从而使其与挤出模具尺寸相符。优选地该块进行挤压成型，从一圆柱形成型为一具有矩形截面的形状。

挤压成型优选地在至少600℃的温度下进行，更有选地在700℃到950℃之间。这样度量的优点在于可通过挤压成型将产品压的更紧。更有利的是，能够使细条具有一为理论密度的99.9％的相对密度。

通过在纵向分开挤压成型形成的细条，得到的半成品具有一包括银基复合材料的层，其形成了作为触头的半成品的顶层，同时具有一包括易于焊接或易于钎焊的贱金属的负载层。

从触头顶层延伸至细条易于焊接和易于钎焊的底层的细条的两侧优选地进行整削，特别是可通过切割或铣削。这样，其能够保证半成品的进一步加工过程中，或者是在其后的半成品电触头使用过程中，不会有负载层的物质出现在接触表面，从而影响其性能。通过挤压成型工艺形成的细条的两侧可以选择性地在细条的纵向分割之前或之后进行。

可优选地通过轧压，特别是冷轧工艺来减少挤出成型形成的细条的厚度。这样，带状半成品特别有利于生产。优选地轧压在细条纵向分割之后进行，也就是说，一个局部细条或多个局部细条进行轧压。进一步，细条的厚度优选地在轧压过程中其厚度减少不超过其初始厚度的50％，这样可避免半成品的机械性能被削弱。特别的当厚度减少超过50％时，所述材料有可能变的太硬。特别优选地细条的厚度在轧压过程中其厚度减少为其初始厚度的30-50％。

根据本发明的有益改进，抗氧化金属粉末用于包裹复合材料块，也就是说，包括贱金属的粉末颗粒包裹由复合材料制成的块，通过有机涂层保护其不被氧化。这样，可防止阻碍烧结过程的干扰氧化物层的形成。优选使用有机涂层，这样烧结过程其不会有残留物挥发，例如，通过蒸发。

本发明方法中优选使用的复合材料是银金属氧化物复合材料。可优选使用的金属氧化物可以是锡氧化物和/或锌氧化物和/或铟氧化物和/或镉氧化物。也可以使用，例如，铋氧化物或钨氧化物。本发明中可使用的复合材料包括多种金属氧化物。类似的，复合材料也可以只包含一种金属氧化物。复合材料的金属氧化物成分优选的主要包括锡氧化物。作为替换，或除了金属氧化物，使用的银基电触头材料也可以包括碳，例如以石墨的形态。

覆有贱金属粉末的复合材料块优选地进行冷等静压成型。冷等静压成型可容易的在室温下进行。一般来说，冷等静压成型也能够在高温下进行，不过优选的冷等静压成型温度为贱金属在大气中的氧的存在下最不可能被氧化的温度。

具体实施方式

为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

一包括银基电触头材料的圆柱形块通过混合银粉末和锡氧化物粉末、冷等静压成型，然后再进行烧结制成。该块，例如，可以包括重量百分比8％到14％的金属氧化物，其余量为银。

复合材料块缠绕有由镍或镍铁合金制成的薄片。缠绕后的块再包裹抗氧化的铜或黄铜粉末，然后进行冷等静压成型。

冷等静压成型块在还原气体中进行烧结，例如在氢气中，在700℃下，例如烧结30min到1h，然后在氮气中烧结，从800℃到900℃，例如烧结2到5h。烧结块再进行车削，这样其能够插入挤压模中并与其完全匹配。然后上述块在750℃到775℃下通过挤压成型从圆柱形变成一具有矩形截面的形状。

通过上述方式制成的细条的几个侧面进行切割后，细条沿其纵向被分割开。该方法形成的局部细条再经过冷轧，使其厚度减少30％至50％，例如，45％。制成的带状半成品包括一负载层，其厚度近似为复合材料层的10％到20％。同时通过切掉半成品的某些部分，再根据具体应用进行成型能够将其制成电触片。

实施例2

一包括银基电触头材料的圆柱形块通过混合银粉末和石墨粉末、冷等静压成型，然后再进行烧结制成。该块，例如，可以包括重量百分比2％到5％的碳，其余量为银。复合材料块包裹有铜或铜基合金粉末，在氢气中，750℃到775℃下，烧结若干小时。烧结块进一步采用上述实施例中的工艺进行处理。

Claims (23)

1.一种制造细条状电触头半成品的方法，其中半成品有一包括由银基复合材料制成的用于电气连接的顶层，复合材料中嵌入一种或多种金属氧化物或碳，以及一由易于焊接的贱金属制成的负载层，其用于负载复合材料，包括以下步骤：

﹣采用粉末冶金法将银基复合材料制成一圆柱形块；

﹣使用易于焊接的贱金属粉末包裹包括复合材料的块四周；

﹣挤压包裹有金属粉末的块使金属粉末压紧，这里被包裹的块进行等静压成型；

﹣在还原气体或惰性气体或真空中烧结挤压后的块，防止来自复合材料的银以及来自包裹银基复合材料块的贱金属的液态低温共熔体的形成；

﹣将烧结块进行挤压成型，所述块从圆柱形变成具有一矩形截面的形状的细条；

﹣形成一具有包括复合材料的顶层和包括贱金属的底层的局部细条，其中所述局部细条是通过挤压成型的方法将上述细条纵向上分割开形成的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：复合材料为银-金属氧化物复合材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：银基复合材料包含锡氧化物和/或锌氧化物和/或铟氧化物和/或镉氧化物。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：烧结在还原气体中，在低于700℃的温度下进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：烧结首先在还原气体中在低于700℃的温度下进行，然后在惰性气体中或在真空中在更高的温度下进行。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粉末包括镍、铁、铜或铜基合金，用于包裹包括银基复合材料的块。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：铜与银的合金，或者铜与锡的合金，或者铜与镍的合金作为铜基合金使用。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：金属粉末颗粒通过一有机涂层避免氧化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：有机涂层和烧结条件是选择的，这样在烧结过程中涂层不会挥发出残留物。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：被包裹的块进行冷等静压成型。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：冷等静压成型温度为贱金属在大气中的氧的存在下最不可能被氧化的温度。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：烧结在一银和贱金属不会形成液态共熔体的温度下进行。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：挤压成型形成的细条或局部细条的厚度通过轧压减少。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：轧压减少的厚度不超过50％。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从触头顶层延伸至细条易于焊接的底层的细条的两侧进行整削。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制成一圆柱形的烧结块，挤压成型前其侧面区域进行车削。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：作为扩散隔膜的中间层设置在复合材料块和贱金属粉末形成的包裹层之间。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：通过使用由形成扩散隔膜的材料制成的薄片缠绕包括复合材料的块形成中间层。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：作为扩散隔膜的中间层通过将金属以粉末形态包裹在复合材料四周，再通过等静压成型将其与复合材料结合形成。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：作为扩散隔膜的中间层由铁、镍和/或钴形成。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：在完成的半成品中作为扩散隔膜的中间层厚度尺寸至少为3μm。

22.一种半成品，由上述任一项权利要求所述的方法制成。

23.一种电触片，通过切割权利要求22所述的半成品并进行切割部件成型制成。