CN103764319A - 生产一种用于电接触点和接触件的半成品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过挤出来生产金属半成品的新颖方法，并且涉及由此可获得的半成品并涉及可以从其生产的接触件。

Description

生产一种用于电接触点和接触件的半成品的方法
发明领域
具有结合的氧化物或碳颗粒的基于银的复合材料（所谓的触点材料）常常具有差的焊接和钎焊特性。在用于电接触点的半成品的生产中，该触点材料的底面（即，远离相对触点的面）因此具备有一个容易地可钎焊的或可焊接的载体层，该载体层常常由银或一种银合金组成。该类型的载体层常常通过将一个银带电镀到触点材料上来施加。在此情况下，不利的是该方法中的结合强度不总是满足这些要求。还已知的是一种用于生产单独接触点的方法，其中将一个触点材料粉末的层施加到一个银粉末层上，将这两个粉末层一起压制并且烧结并且以此方法生产一种半成品，该半成品具有一个由触点材料制成的正面和一个由可钎焊的或可焊接的银制成的或基于银的背面。然而，带状半成品以此方法是不可获得的。
进一步已知的是将一种触点材料块体用一个银管包封并且通过复合挤出使它成型。具有一个由触点材料制成的顶面和一个由银制成的底面的一种半成品可以通过纵向地划分一种以此方法生产的复合线股来获得。然而，一种适合的银管的生产以及在该银管中一种触点材料块体的装配或生产是复杂的。
进一步已知的是将一种由触点材料制成的块体用银粉末包封，进行压制，进行烧结并且进行挤出，其中该线股被划分。在此情况下不利的是必须使用一个具有多个开口的模口，导致更短的半成品长度，或者在稍后的触点面上要求随后单面去除该银层。
发明简要说明
本发明的一个目的是示出一种方法，其中有可能成本有效地生产一种用于电接触点的线股状半成品，该半成品具有一个顶面和一个底面，该顶面旨在用于制备该电接触点并且是由一种基于银的触点材料制成，该底面是由一种载体材料（尤其银或一种银合金）制成。
这个目的是通过根据以下各点所述的一种方法实现的：
1.一种生产用于电接触点的、线股状的尤其带状的半成品的方法，其中，该半成品具有一个顶面和一个载体层，该顶面旨在用于制备该电接触点并且是由一种基于银的触点材料制成，在该触点材料中结合了一种或多种金属氧化物或碳，该载体层承载该触点材料并且是容易地可钎焊的或可焊接的，所述方法具有以下步骤：
-从该基于银的触点材料生产一个块体，
-将由该触点材料制成的块体用该载体层的材料部分地包封，
-将该包封的块体压制以压实该金属粉末，以便获得一个复合块体，
-将该压制的复合块体烧结，以便获得一个烧结的复合块体，
-通过挤出使该烧结的复合块体成型。
2.根据点1所述的方法，其特征在于，将由该触点材料制成的块体用一种由该载体层的材料组成的金属粉末包封。
3.根据以上点中任一项所述的方法，其特征在于，该载体层由银、铜、镍、铝、铁以及它们的基体合金组成。
4.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该触点材料是一种银-金属氧化物复合材料。
5.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该基于银的触点材料包含氧化锡和/或氧化锌和/或氧化铟和/或氧化镉。
6.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，将一种由银、铜、镍、铝、铁或它们的基体合金制成的金属粉末混合物或片材或箔片用于包封由该触点材料制成的块体。
7.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，将该银粉末或由一种银基合金制成的粉末用于包封由该基于银的触点材料制成的块体。
8.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，使该包封的块体经受等静压的、优选冷等静压的压制。
9.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该挤出在600℃至950℃，尤其700℃至850℃的温度下进行。
10.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，通过挤出产生的线股或一部分线股的厚度是通过滚轧来减少。
11.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，修整该线股的两个侧面，这两个侧面从该制备触点的顶面延伸直到由该载体层形成的线股的容易地可钎焊的和可焊接的底面。
12.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该线股的这些侧面是通过切割或铣削来修整的。
13.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，生产一个近似圆柱形的烧结块体，将其侧表面在挤出之前进行车削。
14.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该块体是通过该挤出，从一个矩形的或圆柱形的形状成型为一个具有矩形截面的形状。
15.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该触点材料是通过粉末冶金来获得的。
16.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，这三个步骤：
-从该基于银的触点材料生产一个块体，
-将由该触点材料制成的块体用该载体层的材料部分地包封，并且
-将用该金属粉末包封的块体压制以压实该金属粉末，以便获得一个复合块体，
是同时进行的。
17.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该载体层的材料包含金属氧化物，尤其与所用的触点材料相同的金属氧化物。
18.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该载体层的材料和该触点材料不同于彼此。
19.根据以上点之一所述的方法，其特征在于，该包绕角小于360°或90°至270°或120°至180°或100°至130°。
20.由根据以上点之一所述的方法生产的一种半成品，尤其一种带状半成品。
21.一种电接触件，该电接触件是通过从根据点20所述的半成品切割并且任选地使该切割物成型而生产的。
附图简述
图1示出了一个圆柱形（=圆形截面）复合块体100，其由一种载体材料102部分包封的一种触点材料101组成，其中该包绕角α表示由连接至截面103的中心点的两条线104跨越的包封范围。
图2示出了一个方形（=矩形截面）复合块体，其由一种载体材料202部分包围的触点材料201制成，其中该包绕角在图2a中是270°，在图2b中是180°并且在图2c中是90°。
发明详细说明
在该方法中，从一种基于银的触点材料生产一种块体，并且将所生产的块体用银粉末或由一种银基合金制成的粉末部分地包封并且被压制以压实该粉末包封。
在该方法中，可以使用一种触点材料，该触点材料是一种银-金属氧化物复合材料。可以使用的金属氧化物尤其是氧化锡、氧化锌、氧化铟、氧化碲、氧化铜、氧化镉、氧化铋、氧化钨、氧化钼或它们的组合。在此情况下，有可能所用的触点材料含有多种金属氧化物。类似地，有可能该触点材料仅含有一种单一的金属氧化物。优选的是该触点材料的金属氧化物组分主要由氧化锡组成。作为对于金属氧化物的一个替代或除了金属氧化物之外，所用的基于银的触点材料还可以含有例如处于石墨或碳化钨的形式的碳。其他触点材料可以是，例如，具有碳化钨的银、具有碳化钨和碳的银、具有钨的银。
这些触点材料可以与一种作为载体层的材料组合来使用。银、铜、镍、铝、铁以及它们的基体合金适合作为该载体层的材料。还适合的是银基合金，如银镍合金或具有20%镍比例的银镍合金（AgNi20），但还有铜与镍、铜与银或铜与锡、青铜或另外黄铜的合金。如果常见金属用作该载体层的材料或如果常见金属是存在的，例如在银-镍合金中，该另外的处理可以在排除氧气的情况下发生，这可以例如通过在氮气气氛中工作，或者在粉末冶金处理的情况下，通过使用这些粉末颗粒的一个有机涂层作为一种烧结助剂来实现。
由触点材料制成的块体可以通过粉末冶金来生产。在这个方面，从触点材料生产该块体的这些步骤以及用一种银粉末或由一种银基合金制成的粉末的部分包封和压制的步骤可以顺序地或同时地进行。
如果该块体从触点材料的生产以及该部分包封和压制是顺序地进行的，该块体可以从触点材料，例如，通过将银粉末与金属氧化物粉末（例如碲、铟、锡、锌、铜、镉、铋、钼、钨或它们的组合的金属氧化物粉末）混合，进行压制，并且然后进行烧结来生产。
在本发明的另一个实施例中，将银粉末与一种常见的金属粉末（如碲、铟、锡、锌、铜、镉、铋、钼、钨或它们的组合）混合，进行压制并且然后在氧化气氛中进行烧结，以便氧化这些常见金属颗粒形成金属氧化物颗粒。
在本发明的另一个实施例中，一种银与一种或多种常见金属（尤其碲、铟、锡、锌、铜、镉、铋、钼、钨或它们的组合）的合金是通过熔融冶金获得的，并且然后在氧化气氛中进行热处理，以便氧化这些常见金属颗粒形成金属氧化物颗粒。为了增加延展性，可以使由触点材料制成的块体任选地经受一个热处理，其引起通过奥斯特瓦尔德熟化导致的氧化物的粗化以及该延展性上的结果的改进（参见Sakairi等人，电接触点霍尔姆会议（HolmConference on Electrical Contacts）-1982，第77页至第85页）。
一旦已经在以上方法之一（在一个第二步骤中）获得一种由触点材料制成的块体，将该由触点材料制成的块体用该载体层的材料部分地包封。可以将该块体例如用一种铜或银粉末、或由一种银基合金制成的粉末部分地包封，并且然后压制以压实该粉末包封。该压制可以是等静压压制，准确地说冷或热等静压压制。如上所述的，银、铜、镍、铝、铁以及它们的基体合金适合作为该载体层的材料。如果一种合金用作该载体层的材料，可以使用合金粉末或元素粉末的混合物，并且这些是同等地适合的。
然而，随后的部分包封步骤还可以按这种方式来进行，使得将由触点材料制成的块体的表面的一部分向下去除至所希望的深度并且然后再次用该载体层的材料填充。
这可以使用由该载体层的材料制成的（即，由银、铜、镍、铝、铁和它们的基体合金制成的）粉末来完成，该载体层的材料是通过热喷涂，如火焰喷涂或冷气体喷涂，或者通过用一种由该载体层的材料制成的粉末填充、以及随后压制和烧结来施加的。在此情况下，还可以将其他金属粉末混合到由该载体层的材料制成的粉末（如例如银、铜、镍、铝、铁）中，以便从而通过粉末冶金生产由一种基体合金（即，一种主要由这种金属组成的合金）制成的一个包封。通过举例，可以使用与一种常见金属粉末如例如镍混合的一种银粉末，以便获得例如一种银基合金如AgNi20作为该载体层的材料。
类似地，该载体层的材料可以按一种或多种适当地成形的金属片材的形式来施加，其再次填充该去除的部分。这种类型的金属片材可以通过常见方法如烧结，可能使用一个粉末基底、焊接、等静压压制、拧紧等等来固定。
以上实施例描述了一种顺序的程序。如果该块体从触点材料的生产以及该部分包封和压制同时进行，有可能使用一种由触点材料制成的粉末或一种银粉末与金属氧化物粉末的混合物，如例如具有碲、铟、锡、锌、铜、镉、铋、钨、钼或它们的组合的金属氧化物粉末的混合物，并且可以将该粉末或混合物引入到一个配备有分隔板的模具中。同时，或在一个随后的步骤中，将该触点材料或者银粉末和金属氧化物粉末的粉末床或混合物用一种由该载体层的材料制成的粉末（如银粉末或一种银基合金的粉末）部分地包封，其中将该载体层的材料的粉末引入到由分隔板与用于生产该触点材料的粉末分开的区域中，将这些分隔板移除并且然后进行压制以压实该粉末包封，以便获得一个（压制的）复合块体。
在本发明的另一个实施例中，可以将该载体层的材料以一种或多种适当地成形的金属片材或箔片的形式放入该模具中，并且可以引入用于生产该触点材料的粉末。然后，该压制可以是等静压压制，准确地说冷或热等静压压制。
与包封相比，“部分包封”被理解为意味着不将由触点材料制成的块体的一部分用该载体层的材料（如例如该银粉末或由一种银基合金制成的粉末）在表面上包封，并且因此在该方法的过程中，该触点材料的一部分一直保持为不被载体材料覆盖并且是暴露的。由触点材料制成的块体的覆盖度由该包绕角来表明。这在图1中更详细地进行解释。复合块体100由部分触点材料101以及载体材料102的部分包封组成。如果该复合块体的截面的中心点103和该包封的最外端通过直线被连接，那么这两条直线跨越该包绕角。对于使用该载体材料的由触点材料制成的块体的包封（即，完全包围），该包绕角一直是360°，并且对于部分包封，它因此是小于360°。在本发明的一个实施例中，该包绕角是在90°与270°之间，在本发明的一个另外的实施例中，它是在120°与180°之间，并且在本发明的一个另外的实施例中，它是在100°与130°之间。图2示出了在具有一个矩形截面的触点材料块体上的不同包绕角270°、180°和90°，但还可能的是，例如，该截面是圆的。
在所有以上实施例中，将这些粉末在500巴至10000巴、或500巴至2000巴、或800巴至1200巴的压力下进行压制。所用的压制方法可以是等静压压制。该等静压压制可以在室温下（冷等静压）或在升高的温度下（热等静压）进行。以此方法获得一种复合块体。
在一个另外的生产步骤中，将该复合块体（已经有利地使其经受冷等静压压制）烧结并且然后通过挤出来成型。该烧结在其中该常见金属不氧化并且这些金属氧化物不被分解的气氛中（如是在真空或在氮气气氛下的情况）进行。因为该触点材料和该载体材料在烧结或压制的过程中具有不同的收缩度，翘曲和开裂在烧结过程中可能容易发生。然而，对于该方法，可以有利的是通过烧结获得的烧结复合块体具有低翘曲度并且没有裂纹。这可以通过将该压制的复合块体压制为高密度而实现，其可以例如通过在1000巴至10000巴、或500巴至2000巴的压力下并且在从室温，即大致20℃，至500℃下的液压压制来进行。作为对其的一种替代，在压制和烧结过程中的收缩行为还可以通过将这些材料彼此匹配来控制。因为该触点材料通常是预先指定的，该匹配可以常常仅通过该载体材料来完成。该匹配可以通过该载体材料的化学计量来控制，并且可以使用例如一种银基合金。在此方面适合的是，例如，银镍合金，如具有20%镍比例的银镍合金（AgNi20）。这些可以在熔融和雾化的形式中用作一种粉末，或另外可以经由一种由银和镍的元素粉末制成的金属粉末混合物来获得。具有氧化物添加剂（例如氧化锡）的银同样是适合的。该氧化物可以经由一种氧化物与银的粉末混合物来获得，其中该氧化物应该以比该触点材料中更小的量值来添加，以便不显著损害磨损和钎焊特性。控制该收缩行为的一种另外的可能方法是选择粉末粒径。在此方面，可能的是通过选择具有的粒径大于用于生产该触点材料的金属粉末的粒径的一种用于生产该载体材料的金属或合金粉末来实现良好效果。总体而言，在此情况下，用于生产该载体材料的金属或合金粉末可以具有>50μm的平均粒径D50，并且用于生产该触点材料的金属粉末可以具有1μm-20μm的平均粒径D50。
在该烧结之后，该载体层的材料（银或银基合金）总体上已经在足够程度上结合至该块体，并且因此这可以被成型并因此可以被插入一个具有精确配合的挤出工具中。通过举例，如上所述的，等静压压制和随后的烧结使得可能生产一个近似圆柱形的复合块体，可以将该复合块体的侧表面在挤出之前进行车削，以便清洁该表面，或者如果要求的话，以导致适配于一种挤出工具的内部尺寸。然后，通过该挤出，该复合块体可以从一个圆柱形形状变成具有一个矩形截面的形状（该所希望的半成品）来成型。该程序在使用称重高达约60kg的复合块体上具有某些优势。
作为对其的一种替代，在一种类似的方法中，还可以生产一种具有一个矩形截面的复合块体并且类似地进一步进行处理。该程序有助于涂覆有该载体层的材料的那部分复合块体相对于该挤出机的模口的取向，并且在使用称重高达约10kg的复合块体上具有某些优势。
在一个另外的方法步骤中，该（烧结的）复合块体通过挤出来成型。为此，通常将该复合块体加热至600℃至900℃或700℃至800℃的温度，并且引入一个预加热至300℃至600℃，通常450℃至550℃，例如500℃的挤出容器中。可以使用直接和间接复合挤出两者，其中间接复合挤出使得可能实现良好的结果，因为在该热成型过程中通过间接复合挤出实现了在长度上更均一的材料流和层厚度比率。在此情况下，将该复合块体放入一个挤出机的模具中，并且涂覆有该载体层的材料的那部分复合块体相对于该挤出机的模口以这样的方式进行取向，使得在该线股的所希望的面上实现用该载体层的涂覆。然后，通过挤出，制造一种线股，该线股具有一个由触点材料制成的顶面和一个由该载体层的材料制成的底面，该载体层的材料为如银、铜、镍、铝、铁以及它们的基体合金，如银-镍合金或具有20%镍比例（AgNi20）的银-镍合金，铜与镍、铜与银或铜与锡、青铜或黄铜的合金。
该挤出优选在600℃至950℃，尤其700℃至850℃的温度下进行。该挤出可以有利地实现高的压实度，并且因此该线股具有理论上可能密度的99.9%的相对密度。
该挤出方法可以适配于这些对应的特殊条件和通过另外的调节，如模口设计（进入角和引导长度的调整）的这些所希望的产品，以及还有用于该挤出的压制参数（该压制速度、块体温度、块体直径与块体长度的比例的调整）。
在一个实施例中，尤其通过切割或铣削来修整该线股的两个侧面，这两个侧面从该线股的触点制备顶面延伸直到该容易地可钎焊的和可焊接的底面。通过划分该线股可以实现相同的效果，其中将该线股在离该线股的侧边几毫米的距离处划分两次。这使得可能确保在该半成品的另外的处理过程中或在使用该半成品生产的一种电接触点的稍后的使用过程中，没有该载体层的材料传递到该触点表面上并且损害其功能。然后，通过挤出产生的线股的厚度可以任选地通过滚轧，尤其通过冷滚轧来减少。在该冷滚轧过程中，推荐该初始厚度的最多50%的厚度减少，以便避免该半成品的机械特性上的过多改变，例如硬度上的增加。
如果适当的话，该冷滚轧在具有较小厚度减少程度和热处理的多个阶段中进行。在本发明的一个实施例中，在该滚轧过程中，将该线股的厚度减少它的初始厚度的30%至50%。在本发明的一个另外的实施例中，将该线股的厚度通过热滚轧减少为小于一半并且通过冷滚轧处理为最终尺寸。可以通过已知方法本身，如通过从该半成品的切割或穿孔，以及可能地该切割物的成型，从由此获得的线股状或带状的半成品生产电接触件。
实例：
1.通过将银粉末与氧化锡粉末混合、冷等静压压制和随后的烧结来生产一个由基于银的触点材料制成的圆柱形块体。通过举例，该块体可以在一定程度上由按重量计8%至14%的金属氧化物组成，剩余部分为银。将该触点材料块体的侧表面的三分之一用银粉末包封并且然后经受冷等静压压制。然后将已经经受等静压压制的块体在800℃至900℃下在空气下烧结例如2小时至5小时。如果必要的话，然后将该烧结的块体车削，以便可以将它插入到一个具有精密配合的挤出机中。如果将该方法适当配置，那么不要求车削。然后，通过在750℃至800℃温度下挤出，将该块体从它的圆柱形形状成型成具有一个矩形横断面的形状。将由此产生的线股的侧面切断。以此方法生产的带状半成品具有一个厚度总计为该触点材料层的厚度的约10%至30%的载体层，并且可以用于生产电接触件，其中对该所要求的最终厚度进行滚轧，将切割物从该半成品切割并且将这些根据特殊应用的要求来成型。
2.通过将银粉末与按重量计8%至14%的氧化锡粉末混合来获得一种粉末混合物。将该粉末混合物引入到一个配备有分隔板的圆柱形模具中以进行冷等静压压制，其中这些分隔板隔开一个表面区段，该表面区段占该有待获得的复合块体的表面的大致三分之一。同时将一种银粉末引入到由这些分隔板跨越的中空空间中。一旦已经该模具已经被填充，就通过拉出将这些分隔板移除，进行冷等静压压制并且进行烧结。然后将已经经受等静压压制的块体在800℃至900℃下在空气下烧结例如2小时至5小时。将该触点材料块体的三分之一用银粉末包封。然后，通过在750℃至800℃温度下挤出，将该块体从它的圆柱形形状成型成具有一个矩形截面的形状，并且切断该线股的侧面。以此方法生产的带状半成品具有一个厚度总计为该触点材料层的厚度的约10%至30%的载体层，并且可以用于生产电接触件，其中从该半成品中切割出切割物并且将这些根据特殊应用的要求来成型。

Claims (10)

1.一种生产用于电接触点的、线股状的尤其带状的半成品的方法，其中，该半成品具有一个顶面和一个载体层，该顶面旨在用于制备该电接触点并且是由一种基于银的触点材料制成，在该触点材料中结合了一种或多种金属氧化物或碳，该载体层承载该触点材料并且是容易地可钎焊的或可焊接的，所述方法具有以下步骤：
-从该基于银的触点材料生产一个块体，
-将由该触点材料制成的块体用该载体层的材料部分地包封，
-将该包封的块体压制以压实该金属粉末，以便获得一个复合块体，
-将该压制的复合块体烧结，以便获得一个烧结的复合块体，
-通过挤出使该烧结的复合块体成型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将一种由该载体层的材料组成的金属粉末用于包封由该触点材料制成的块体。
3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该载体层的材料选自下组，该组由以下各项组成：银、铜、镍、铝、铁以及它们的基体合金。
4.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，该基于银的触点材料包含氧化锡和/或氧化锌和/或氧化铟和/或氧化镉。
5.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，将一种由银、铜、镍、铝、铁或它们的基体合金制成的金属粉末混合物或片材或箔片用于包封由该触点材料制成的块体。
6.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，该银粉末或由一种银基合金制成的粉末用于包封由该基于银的触点材料制成的块体。
7.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，使该包封的块体经受等静压压制。
8.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，该挤出在600℃至950℃的温度下进行。
9.通过如以上权利要求之一所述的方法生产的一种半成品，尤其一种带状半成品。
10.一种电接触件，该电接触件是通过从如权利要求9所述的半成品切割并且使该切割物成型而生产的。
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