DD219619A1

DD219619A1 - Verfahren zur herstellung von sinterwerkstoffen fuer vakuumschalterkontaktstuecke

Info

Publication number: DD219619A1
Application number: DD83257796A
Authority: DD
Inventors: Ilgwar Kalning; Hans-P Bahder; Bernd Deja
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-12-12
Filing date: 1983-12-12
Publication date: 1985-03-06
Also published as: EP0144846B1; JPS60149702A; ATE34873T1; DE3471806D1; EP0144846A2; EP0144846A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie und der Elektrotechnik. Das Ziel besteht in der oekonomischen Herstellung von Sinterwerkstoffen fuer Vakuumschalterkontaktstuecke, die ein schnelles, verlustloses Uebertragen von hohen Stroemen gewaehrleisten. Der Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Herstellung dieser Kontaktstuecke in einem nicht unterbrochenem Zyklus erfolgt und das Loesen des hochschmelzenden Matrixwerkstoffs im niedriger schmelzenden Traenkwerkstoff stark verringert wird, ist dadurch geloest, dass die Pulvermenge des Matrixwerkstoffes mit 30 bis 70 % der Pulvermenge des Traenkwerkstoffes und mit 1 bis 5 % bezogen auf die Endzusammensetzung eines Zusatzwerkstoffes, gemischt wird. Nach der Formgebung wird eine Auflage von mindestens der Restmenge des Traenkwerkstoffes aufgebracht. Die Sinterung erfolgt bei einer Temperatur unterhalb der Aufschmelztemperatur des Traenkwerkstoffes, mindestens jedoch bei der eutektischen Temperatur des Zusatzwerkstoffes mit dem Traenkwerkstoff ueber eine Dauer von 1 h, danach wird die Temperatur auf mindestens die Schmelztemperatur des Traenkwerkstoffes erhoeht, 30 Minuten gehalten und anschliessend eine Waermebehandlung bei einer Temperatur 100 bis 250 K unterhalb der Sintertemperatur durchgefuehrt. Die Erfindung ist zur Herstellung von Kontaktstuecken von Vakuumschaltern, insbesondere fuer Mittelspannungsschaltanlagen zwischen 10 und 84 kV geeignet.

Description

Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstoffen für v.akuumschalterkontaktstücke

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete Pulvermetallurgie und Elektrotechnik« Objekte, bei denen das erfindungsgemäüe Verfahren anwendbar ist, sind Werkstoffe für Kontaktstücke von elektrischen Vakuumschaltern, die insbesondere für Mittelspanhungsschaltanlagen zwischen IO und 84 kV einsetzbar sind·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist nach .der DE-.üS 25 21 504 ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Vakuumschaltsr oder Vakuumfunkenstrecken, wobei ein Skelettkörper durch Verprassen und Sintern aus einem hochschmelzenden Metallpulver hergestellt wird, danach· auf die Oberfläche des Skelettkörpers eine Platte aus einem Tränkwerkstoff mit niedrigerem Sctimelzpunk't aufgelegt wird und die Körper unter Va'kuum bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des niedrig schmelzenden Metalls . so lange erhitzt werden, bis Sauerstoffspuren aus der oberfläche der Metalle entfernt sind. Danach wird die Temperatur auf die Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden Metalles erhöht, wobei die Poren mit dem Tränkwerkstoff gefüllt wer-„d,en· Der Skelettkörper besteht dabei aus Chrom, der Tränkwerkstoff aus Kupfer, Silber oder aus einer Kupferlegierung, die < 0,3 % Zirkon, Tantal oder Titan enthält. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Sintern der Matrix und Tränken als getrennte Prozeßstofen durchgeführt

werden, die volle Leitfähigkeit des Kupfers oder der Kupferlegierung in solchen Kontakten' nicht voll ausgenutzt vyerden kann,da durch das Lösen der beiden Hauptkomponenten ineinander die'Leitfähigkeit¹ herabgesetzt wird, ein weiterer N_achteil besteht darin, daß die Verschweißneigung der Kontakte bei der Verwendung der angegebenen iVerkstoffe nicht ausgeschlossen werden kann, ·

Ziel der Erfindung . . '

•Das Ziel der Erfindung besteht in der ökonomischen Herstellung von Sinterwerkstoffen für Vakuumschalterkontaktstücke, die ein schnelles, verlustarmes übertragen, Zu- und Abschalten von hohen Strömen in Mittelspannungsanlagen gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Herstellung von Sinterwerkstoffen für Va- ' kuumschalterkontaktstücke in einem nicht unterbrochenem Zyklus erfolgt und das Losen des hochschmelzenden Mat rixvyerkstof fes , in dem niedriger schmelzenden Tränkwerkstoff stark verringert wird» Srfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst , daß e'ine Mischung hergestellt wird, die aus ,der Gesamtpulvermenge des hochschmelzenden Matrixwerkstoffes, 30 bis 70 % der Pulvermenge des niedriger schmelzenden Tränkwerkstoffes und 1 bis 5 %, bezogen auf die Endzusammensetzung, eines Züsatzwerkstoffes, der, mit dem Tränkwerkstoff ein £utektikum bei. der Sintertemperatur bildet, mit dem Matrixwerkstofτ eine metallurgische Reaktion eingeht, und bei einer Wärmebehandlung dispers verteilt ausgeschieden wird, besteht, Die Pulver, die zweckmäBigerweise eine KorngröiSe von 0,06 bis 0,16 mm aufweisen, werden zu einem Formkörper verpreiot* Die Restmenge des verwendeten Tränkwerkstoffes „ dia mindestens dem durch einen Vorversuch ermittelten Porenvolumen äquivalent ist, kann zweckmäSigerweise als'Auflage'aufgepreßt werden, ebenso kann die Auflage dem Preßling in Form einer korn-

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paktsn Platte gleicher Grundfläche aufgelegt werden» .Die ,7eri<stGftkoinbination¹ wird in einen Ofen eingebracht und die Sinterung unter Vakuum ,· günstig ist. ein Druck von -ClO^ Fa,.bei einer Temperatur ,unterhalb der AufSchmelztemperatur cles Tränkwerkst offes, mindestens jedoch bei der Temperatur des cutektikums, das sich zwischen dem Tränkwerkstoff und dem Zusatzvverkstoff bildet, über eine Dauer von >_ 1 h durchgeführt, wobei gleichzeitig eine entgasung des Sinterkörpers stattfindet. Durch die Bildung einer flüssigen Phase wird eine sinterfordernde Wirkung erzielt. Die durch den Zusatzwerkstoff herabgesetzte Oberflächenspannung des Tränkwerkstoffes bewirkt, daß dieser-bere.its in feine Poren eingesogen wird, wodurch die nachfolgende Tränkung positiv beeinflußt wird, Weiterhin geht der Zusatzwerkstoff mit dem höher schmelzenden Matrixwerkstoff eine metallurgische Reaktion ein, wobei: eine kohärente Cberfiächenschicht den Matrixwerkstoff umgibt und Lösungsvorgänge zwischen den Hatrixwerkstoff und dam beim nachfolgenden Tränkvorgang naenfliegenden Tränkwerkstoff hemmt, Mach der Sinterung wird die Temperatur auf mindestens die Schmelztemperatur des Tränkwerkstoffes erhöht, > 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, wobei die Füllung der Poren . bis auf einen Restporengehalt -^ 1 % bei gleichzeitiger weiterer Entgasung des Sinterkörpers stattfindet, . Danach wird die Temperatur auf 100 bis 250 i< unterhalb der Sintertemperatur erniedrigt und eine 'wärmebehandlung· von > i h durchgeführt. Dabei scheidet sich der Zusatzwerkstoff aus der eutektischen Legierung und der möglicherweise geringe Anteil von gelöstem Matrixwerkstoff infolge mit sinkender Temperatur abnehmender Löslichkeit im Tränkwerkstoff feindispers verteilt ausa Diese Ausscheidungen bewirken eine Versprödung der Phasengrenze Matrixwerkstoff - Tränkwerkstoff,und hemmen damit die Verschweioneigung,

Das nachfolgende Ausführungsbeispial beschreibt eine besonders günstige Werkstoffkombination, die für Kontaktstücke von iiittelspannungsanlagen zwischen 10 und 34 kV die technischen Anforderungen erfüllt.

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Ausfünrungsbeispiel . . ·

Ss wird eine Mischung aus 50 Hasse-^ technisch reinem Chrompulver {ChromgehaIt 98 ^, Teilchengröße O₁I bis 0,16 mm) . 47,5 Hasse-;'i reduziertem Kupferpulver (Kupfergehalt > 99^8 ;_J# Teilchengröße.O,06 mm) und 2,5 Ha sse-',ό Bor (amorphes Bor 95 ;₀ hergestellt, mit einem Druck von 250 MPa zu Formkörpern verpreSt, deren Dichte 75 ;i der theoretischen Dichte beträgt» Die dem Porenvqlumen entsprechende Menge von Kupferpulver und ein Überschuß von 10 % wird ebenfalls mit einem Druck von 250 MPa -zu Formkörpern gleicher Grundfläche gepreßt und den aus der Pulvermischung hergestellten rormkörpern aufgelegt«,Die paarweise aufeinander gelegten Formkörper v/erden in einem Vakuumofen charchiert und nach dem Evakuieren- auf einen Druck von iO" Pa bei 1050 ⁰C 2 h unter Bildung einer durch das niedrig schmelzende cutektikum Cu-3 bewirkten flüssigen Phase bei gleichzeitiger Entgasung gesintert, ',iah- rend der Sinterung führt eine metallurgische Reaktion zur Bildung von Chromborid. Danach wird die Temperatur auf 115O⁰C erhöht und l h auf dieser gehalten» Dabei schmilzt die.Auflage und dringt mit fortschreitender weiterer Entgasung in den Sinterkörper ein,

Der Vakuumofen wird anschließend auf 9GQ. ⁰C abgekühlt und 2 h auf dieser.Temperatur gehalten, während dieser Wärmebehandlung scheidet sich das Bor aus der eutektischen Legierung Cu-3 in Form eines feindispers verteilten Gefügebestandteiles aus. Der durch das gebildete Chromborid stark eingeschränkte Anteil von gelöstem Chrom wird aus der Tränklegierung ebenfalls feindispers ausgeschieden»

Claims

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crfindungsanspruch . . .

:L« Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstoffen für Vakuumschalterkontaktstücke, die aus einen die Matrix bildenden Metall !Bit hohem Schmelzpunkt und einem die Zwischenraums ausfüllenden Tränkwerkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt bestehen, pulvermetallurgisch hergestellt wurden durch Mischen von Pulvern, Vorpressen, Sintern und Tränken unter Vakuum, gekennzeichnet dadurch, daß die Pulvormenge des Hatrixwerkstoffes mit ZQ bis 70 .% der Pulvermenge des Tränkwerkstoffes und mit 1 bis 5 %_t bezogen auf die cndzusammensetzung , eines Zusatzwerkstoffes, der mit dem Tränkwerkstoff bei der Sintertemperatur ein cutektikum bildet, mit dem Matrixwerkstoff eine metallurgische.· Reaktion eingeht, wobei eine kohärente Oberflächenschicht gebildet wird, die den Mat rixwerkstof f umgibt , und bei einer Wärmebehandlung dispers verteilt ausgeschieden wird, gemischt wird, nach der Formgebung eine Auflage von mindestens der Restmenge des Tränkwerkstoffes aufgebracht wird, die Sinterung bei einer Temperatur unterhalb der Aufschmelztemperatur des Tränkwerkstoffes, mindestens-jedoch bei der eutektischen Temperatur des Zusatzwerkstoffes mit dem Tränkwerkstoff über eine Dauer von > 1 h durchgeführt wird, danach die Temperatur auf die Schmelztemperatur des Tränkwerkstoffes oder darüber erhöht wird, >_ 30 Minuten gehalten wird und danach eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur 100 bis 250 K unterhalb der Sintertemperatur durchgeführt wird,
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Sinterung, Tränkung und 'Wärmebehandlung in einem nicht unterbrochenem Zyklus durchgeführt werden.
3, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Metallpulver der Teilchengröße 0,1 bis 0,16 mm verwendet wird.
4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Auflage aus Tränkwerkstoff bei der Formgebung aufgepreßt vvi rd, '