DD156922A1 - Verfahren zur herstellung eines inneroxydierten,fuegbaren silber-metalloxid-kontaktwerkstoffes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines inneroxydierten, fuegbaren, insbesondere loetbaren Silber-Metalloxid-Werkstoffes mit metalloxidfreier Fuegeseite fuer einen Einsatz als Werkstoff der Elektrotechnik. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines genannten Werkstoffes zu entwickeln, der eine hohe Bindefestigkeit in ...

Description

Verfaliren zur Herstellung eines inneroxydierten, fügbaren Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffes.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines inneroxydierten, fügbaren, insbesondere lötbaren Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffes mit metalloxidfreier Fügeseite.

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Kontaktwerkstoffe auf der Basis von Silber-Metalloxid, insbesondere von Silber-Kadmiumoxid, weisen eine !^geschieht aus Silber auf und werden überwiegend durch innere Oxyda-• tion einer entsprechenden Silberlegierung hergestellt. Unter innerer Oxydation versteht man die chemische Verbindung des Unedelmetalls, z.B. des Kadmiums, in der SiIberlegierung mit Sauerstoff, der bei erhöhter Temperatur durch die Oberfläche der Silberlegierung und des Silbers in das Innere des Werkstoffs eindiffundiert.

So ist es bekannt, lötfähige Platten aus Silber-Kadmiumoxid durch Kaltwalzplattieren eines Silber-Kadmium--Bleches mit einem Silberblech und nachfolgende innere Oxydation herzustellen (DE-AS 2.054.861). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß während der Oxydationsbehandlung

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die Haftfestigkeit der Silberschicht gemindert wird, weil Kadmiumoxid-Anreicherungen und Fehlstellen in der Plattierzone auftreten. ' . .

Es ist weiterhin bekannt, ein Silber-Kadmium-Blech durch Warmwalzpiattieren mit einer Silberschicht zu verbinden und zu inneroxydieren (DE-AS 2.054.861). Bei diesem Verfahren oxydiert das Silber-Kadmium-.Blech während der Erwärmung an, und außerdem treten ebenfalls die beschrie Denen Fehlstellen auf.

Es ist eine Vielzahl von Verfahren Dekanntgeworden, um für innerzuoxydierende Kontaktwerkstoffe eine möglichst feste Plattierung zwischen der Silberschicht und der Silber-Kadmium-Schicht herzustellen, beispielsweise durch Angießen von Silber an eine Silber-Kadmium-Platte (DE-AS 2.344.844) oder durch Explosionsplattieren von Silber und Silber-Kadmium (DE-AS 2.158/655).

Bekannt ist es weiterhin, die zu plattierenden Flächen sauber zu bürsten und beispielsweise eine Silberschicht durch Aufspritzen auf die Silber-Kadmium-Schicht aufzubringen (DE-AS 2.507.820) oder eine vorgewärmte Silberplatte mit einer nicht vorgewärmten Silber-Kadmium-Platte preßzuschweißen (DE-AS 2.054.861). An die Umformung der Plattierung schließt sich dann eine innere Oxydation in bekannter Weise an.

Sämtliche bekannten Verfahren weisen den Machteil auf, daß trotz gründlicher mechanischer Säuberung der Plattierflächen und trotz besonderer Vorkehrungen für den eigentlichen Plat ti er vor gang keine einwandfreie Haftung zwischen der Silberschicht und der Silber-Kadmium-Schicht nach der Oxydationsbehandlung eintritt. Bei der mechanischen Sauberung entstehen örtlich erhöhte Temperaturen, so daß sich eine teilweise Innenoxydation (Anoxydation) nicht vermeiden läßt.

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Während der inneren Oxydation kommt es zu Kadmiumoxid-, Anreicherungen in der Plattierzone und damit zur Herabsetzung der Haftung zwischen der Silberschicht und der Silber-Kadmiumoxid-Schicht, so daß die"Gefahr einer Werkstofftrennung in der Plattierebene beim Schaltbeitrieb wesentlich erhöht wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines allseitig inneroxydierbaren, fügbaren Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffes mit metalloxidfreier Fügeseite zu entwickeln, der eine hohe Bindefestigkeit in der Plattierebene aufweist und dadurch den Belastungen im Schaltgerät standhält.

Wesen der Erfindung

Ausgehend von den bekannten Verfahren zur Herstellung eines allseitig inneroxydierbaren, fügbaren Silber-Kadmiumoxid-Kontaktwerkstoffes mit metalloxidfreier PUgeseite, die infolge einer Anoxydation der Plattierflächen durch die bei der mechanischen Säuberung entstehende Reibwärme und/oder infolge der relativ schnellen Sauerstoffdiffusion durch die Silberschicht zu einer Üxidanreicherung in der Plattierzone führen, liegt der üirfindung die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Herstellung eines fügbaren Silber-Metalloxid-Werkstoffes zu entwikkein, das eine Anoxydation bei der mechanischen Säuberung der Plattierflächen und einen ungehinderten Zutritt des Sauerstoffs bei der inneren Oxydation zur Plattierzone vermeidet und auch nach der inneren Oxydation eine nicht trennbare Plattierbindung gewährleistet»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die den zu inneroxydierenden Silber-Unedelmetall-Kontaktwerkstoff bildenden Platten an den Plattierflächen chemisch

oder elektrochemisch oder mittels Ionenbeschusses "behandelt werden,'um einen merklichen Oberflächenabtrag von etwa 1 bis 40 /um Dicke zu erzielen, daß die Platten unter Anwendung von Druck und Wärme ohne Bildung eines teigigen Zustandes miteinander verbunden werden, daß der Verbund einer Diffusionsglühung unter Luftabschluß in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900 ⁰C ohne Bildung eines teigigen Zustandes während.einer solchen Dauer unterzogen wird, daß eine merkliche Diffusion des Une deine tails aus dem Silber-Unedelmetall-^Werkstoff in die metalloxidfreie Fügeschicht, vorzugsweise von etwa 10 bis 200/Um Dicke, und damit ein Ausgleich der Unedelmetall-Konzentration über die Plattiergrenze hinweg eintritt, und daß der Verbund danach in an sich bekannter Weise allseitig inneroxydiert wird.

Die Erfindung v/ird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1:

Eine 60 mm dicke Platte aus einer Silber-Kadmium-Legierung mit einem Kadmiumgehalt von 13»4 Masse-% und eine 15 mm dicke Platte aus Feinsilber werden 120 s lang in 20%ige Salpetersäure von 70 C getaucht, so daß von den Plattierflächen eine Schicht von etwa 15/um abgetragen

ο v/ird. Die Platten v/erden danach gespült und bei 120 C getrocknet, unmittelbar danach mit ihren Plattierflächen aufeinandergelegt, auf eine Temperatur von 700 C vorge-

wärmt und mit einem Druck von 2.10 Pa warmpreßverschweißt. Der derart hergestellte Plattierverbund v/ird an eine Dicke von 4 mm kaltumgeformt und in einer Argonatmosphäre bei 700 °C/2 h wärmebehandelt, so daß das Kadmium der Silber-Kadmium-Legierung teilweise in die Feinsilberschicht diffundiert und eine Silber-Kadmium-Schicht

mit abnehmendem Kadmiumgehalt bildet, in der das Kadmium in einer Tiefe von etwa 60/um eine Konzentration gleich Null erreicht. Nach dieser Wärmebehandlung wird der Verbund bei 800 ⁰C in reinem Sauerstoff inneroxydiert, wodurch das Kadmium zu Kadmiumoxid oxydiert.

Beispiel 2 χ

Eine 15 Eim dicke Platte aus einer Silber-Zink-Legierung mit einem Zinkgehält von 4 Masse-% und eine 5 mm dicke

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Platte aus Peinsilber werden im Vakuum von 1 . 10 Torr als Katode geschaltet und eine Spannung von -3k V angelegt. Die Ionen des Restgases bombardieren die Plattierflächen der Platten und Lösen dabei Atome aus diesen Flächen heraus. Der Ionenbeschuß wird fortgesetzt, bis eine Schicht von etwa 2/um abgetragen ist.

Die Platten werden mit ihren Plattierflächen aufeinandergelegt, auf 650 ⁰C vorgewärmt und mittels Warmwalzen an eine Dicke von 10 mm verschweißt. Wach einem Kaltwalzen an eine Dicke von 3 nun wird der Verbund bei 800 °C/1 h in sauerstofffreiem Schutzgas wärmebehandelt, so daß das Zink der Silber-Zink-Legierung teilweise in die Peinsilberschicht diffundiert und eine etwa 50/um dicke Zone mit bis auf Null stetig abfallendem Zinkgehalt bildet. Der Verbund wird danach bei 850 ⁰C in reinem Saue: Zink in Zinkoxid überzuführen.

nach bei 850 ⁰C in reinem Sauerstoff inneroxydiert, um das

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß durch die -Art der Plattierflächenbehandlung eine zuverlässige Entfernung störender Verunreinigungsschichten bei .Vermeidung einer Anoxydation erzielt wird. Durch das Aufbringen eines ausreichend hohen Plattierdruckes und die Anwendung einer ausreichend hohen Plattiertemperatür wird eine vollständige Bindung der Plattierpartner erreicht. Diese Bindung innerhalb des Plattierverbundes wird bei der inneren Oxydation durch eindiffundierenden Sauerstoff nicht geschwächt, da die errindungsgemäße vorhergehende

Wärmebehandlung eine Diffusion des oxydierbaren Unedelmetails in den unedelmetallfreien Plattierpartner bewirkt. Infolge dieser Diffusion über die Plattiergrenze hinweg wird die Diffusionsgeschwindigkeit des durch die unedelmetallfreie Seite des Plattierverbundes eindringenden Sauerstoffs vermindert. Die innere Oxydation des Unedelmetalls setzt bereits ein, bevor der Sauerstoff die Plattiergrenze erreicht, so daß ein ungehindertes Eindringen des Sauerstoffs an die Plattiergrenze und damit ein Anhäufen von Metalloxid an der Plattiergrenze, das zum Ablösen der einzelnen Schichten führen kann, vermieden wird.

Infolge der günstigen Ausbildung der Grenzfläche sind die Bindekräfte zwischen inneroxydierters und nichtoxydiertem Teil des Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffes derart hoch, daß ein '!rennen innerhalb des Werkstoffes im elektrischen Schaltbetrieb nicht eintritt. Koniaktstücke aus einem erfindungsgemäß hergestellten Werkstoff fallen auch dann nicht aus, wenn im Schaltbetrieb die gesamte metalloxidhaltige Schicht abgebrannt ist.

Claims (8)

_*- 204 187 Patentanspruchs

1. Verfahren zur Herstellung eines inneroxydierten, füg-

• baren Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffes mit metalloxidfreier Fugeseite durch Plattieren einer Silber-Unedel· metall-Schicht mit einer Silberschicht unter Anwendung von Druck und Wärme ohne Bildung eines teigigen Zustandes, Walzen des Plattierverbundes und anschließende innere Oxydation, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierflächen chemisch oder elektrochemisch oder durch Ionenbeschuß behandelt, die Plattierpartner in an sich bekannter Weise mit-einander plattiert werden, der Verbund einer Wärmebehandlung unter Luftabschluß in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900 C ohne Bildung eines teigigen Zustandes während einer solchen Dauer unterzogen wird, daß ein Konzentrationsausgleich des Unedelmetalles über die Plattiergrenze hinweg eintritt, und danach in an sich bekannter Weise allseitig inneroxydiert wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierflächen 10 bis 300 s lang chemisch oder elektrochemisch behandelt werden.

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische oder elektrochemische Behandlung in einer Lösung aus Salpetersäure oder Schwefelsäure oder aus einem Gemisch dieser Säuren oder aus Cyaniden oder aus Thiosulfaten erfolgt.

4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Plattierflächen durch IonenDeschuß in einer Argonatmosphäre bei einem -Mruck von 1. 10** bis 1 . 10"¹ Torr erfolgt.

5« Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Plattierflächen durch Ionenbeschuß bei einer Gleichspannung von -1 bis «5 kV erfolgt.

6. Verfahren nach Punkt 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem inerten Gas oder im Vakuum erfolgt.

7. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Wärmebehandlung nach der gewünscnten Dicke der Übergangszone, in der der Unedelmetall~K.onzentrationsausgleich erfolgt, bestimmt wird.

8. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung beendet wird, bevor das Unedelmetall bis an die Fügeseite diffundiert ist.