DD233237A1 - Verfahren zur herstellung eines kontaktwerkstoffes mit faserstruktur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes mit Faserstruktur senkrecht zur Kontaktflaeche. Aufgabengemaess sollen bei der Umformung von Drahtbuendeln verschiedenartiger Draehte Verfahrensstufen und -parameter so gestaltet werden, dass ausreichender mechanischer Zusammenhalt ohne Loesung oder Reaktion der verschiedenen Werkstoffe untereinander erreicht werden. Dies geschieht erfindungsgemaess dadurch, dass mindestens zwei stofflich unterschiedliche Drahtsorten, von denen mindestens eine ihrerseits pulvermetallurgisch hergestellt ist und die insgesamt Bestandteile enthalten, die zu chemischer Reaktion und/oder Loesung untereinander neigen, gebuendelt und bei Temperaturen, die noch keine merkliche Reaktion oder Vermischung bewirken, gemeinsam zu einem Faserverbundwerkstoff umgeformt werden.

Description

usführungsbeispiele

ie Erfindung wird nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert:

sispiel 1:

us mechanisch gemischtem Metallpulver der Zusammensetzung AgNi 70/30 und mischgefälltem Verbundpulver der jsammensetzung AgCdO 90/10 werden jeweils Blöcke der Abmessungen 08Ox 350 hydrostatisch gepreßt, gesintert, auf 0 6 der 0 4 stranggepreßt und schließlich auf 0 1,4 kalt gezogen.

wa 1100 Drahtabschnitte jedes dieser Werkstoffe werden gleichmäßig verteilt in eine Metallhülle (z.B. aus Ag oder Cu) mit den ußenabmessungen 08Ox 350 eingebracht, die Hülle evakuiert und dicht verschlossen. Der Bündelblock wird bei 400°C auf 0 ) stranggepreßt. Vom Strang werden Plättchen abgetrennt, zu Kontaktauflagen geprägt oder kalibriert. Die Zusammensetzung 5s fertigen Kontaktes ist AgNiCdO 80/15/5.

sispiel 2:

^rähte mit 0 1,5 aus reinem Eisen sowie aus einer Kupferlegierung der Zusammensetzung CuBiO, 3ZrO,5 werden im Verhältnis izu 55 gleichmäßig verteilt zu einem Bündel der Abmessungen 080x350 vereinigt. Bei Temperaturen um 500⁰C wird das jndel auf 0 4 stranggepreßt. Die so erhaltenen Drähte werden nochmals gebündelt auf 0 35 stranggepreßt, wobei die jsgangsmaße des zweiten Bündels denen des ersten gleichen. Vom Endprodukt der zweiten Strangpressung werden >ntaktscheiben 0 35 x 4 abgeschnitten. DerFeCu-Verbundwerkstoff weist Faserstruktur auf. Der Faserdurchmesser beiträgt weils50Mm.

iispiel 3:

5i einer Verfahrensweise, die ansonsten Beispiel 2 gleicht, wird vor dem zweiten Strangpressen mit 0,4Vol.% Wismut getränkt id das zweite Strangpressen bei Raumtemperatur durchgeführt. Das recht leicht schmelzende Wismut diffundiert beim Betrieb is Schaltkontaktes in gewissem Umfang in das bereits wismuthaltige Kupfer, stabilisiert aber zugleich das erwünschte Jngleichgewicht" der Phasen Cu und Fe.

Claims (4)

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen mit Faserstruktur aus drei oder mehr Komponenten durch Umformung von Drahtbündeln, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens zwei stofflich unterschiedliche Drahtsorten, von denen mindestens eine ihrerseits pulvermetallurgisch hergestellt ist und die insgesamt Bestandteile enthalten, die zu chemischer \ Reaktion und/oder Lösung untereinander neigen, gebündelt und bei Temperaturen, die noch keine merkliche Reaktion oder j Verminderung bewirken, gemeinsam zu einem Faserverbundwerkstoff umgeformt werden.

/2. Verfahren nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Umformung durch Strangpressen erfolgt.

3. Verfahren nach Punkt 1. oder 2., gekennzeichnet dadurch, daß die Hohlräume des Drahtbündels nach einem ersten Umformschritt bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der niedrigstschmelzenden Komponente des Bündels mit einem weiteren Metall getränkt werden.

4. Verfahren nach Punkt 1. bis 3., gekennzeichnet dadurch, daß durch radial differenzierte Verteilung der Drahtsorten und/oder ihrer Durchmesser und/oder Verwendung von Hüllrohren zusätzlich zur Faserstruktur eine makroskopische radiale Anisotropie erzeugt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes mit Faserstruktur senkrecht zur Kontaktfläche, wie er zur Optimierung der teilweise einander widerstrebenden Eigenschaften Leitfähigkeit, Abbrandfestigkeit und Lichtbogenlöschung in Schaltern für mittlere und höhere Ströme Anwendung findet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein bekannt ist der Einsatz schmelz-oder pulvermetallurgisch hergestellter Mehrstoffsysteme als Werkstoff für elektrische Kontakte.

Dabei werden im allgemeinen schmelzmetallurgisch untereinander lösliche, pulvermetallurgisch untereinander im schrnelzflüssigen Zustand nicht lösliche Komponenten kombiniert, um die Werkstoffe in bezug auf ihren Gebrauchswert zu optimieren oder ökonomische Effekte zu erzielen.

Bekannt ist weiterhin die Herstellung anisotroper, faserartiger Strukturen von Verbundkörpern durch Strangpressen und anschließendes Kaltziehen oder -walzen, wobei das Problem untereinander löslicher Phasen nicht bestand, weil entweder der Partner des kaum löslichen Kohlenstoffs selbst einphasig war (Ag) oder bereits vorher bewußt legiert wurde (CuAg) (Metall 37 [1983] 1, S. 35).

Bekannt ist weiterhin auch die Bündelung von Einmetall-Drähten und deren Strangpressen bzw. Drahtziehen zu einer anisotropen Faserstruktur, wo auch ineinander lösliche Komponenten beteiligt sind (DE 2.813.087, insbesondere Anspruch 13).

Diese sind aber zum Unterschied von der Erfindung durchweg schmelzmetallurgisch hergestellt und im übrigen sind die nach dieser Technologie erzeugten Werkstoffkombinationen vor allem für schwache Ströme geeignet, wo die Anforderungen an den Übergangswiderstand vor den anderen oben genannten Forderungen dominieren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit Faserstruktur, in den Phasen getrennt vorliegen, die bei üblicher schmelz- oder pulvermetallurgischer Herstellung miteinander reagieren oder ineinander löslich sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbundwerkstoffe der oben genannten Art durch Umformung von Drahtbündeln herzusteilen, wobei Verfahrensstufen und Parameter so zu gestalten sind, daß mechanisch haltbare Körper entstehen, ohne daß die Bedingungen für Reaktionen oder Lösung der Komponenten untereinander durchlaufen werden müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei stofflich unterschiedliche Drahtsorten, von denen mindestens eine ihrerseits pulvermetallurgisch hergestellt ist und die insgesamt Bestandteile enthalten, die zu chemischer Reaktion und/oder Lösung untereinander neigen, gebündelt und bei Temperaturen, die noch keine merkliche Reaktion oder Mischung bewirken, gemeinsam zu einem Faserverbundwerkstoff umgeformt werden.

Es ist zweckmäßig, wenn die Umformung durch Strangpressen erfolgt.

Es kann zweckmäßig sein, die Hohlräume der Drahtbündel nach einem ersten Umformschritt bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase des Bündels mit einem weiteren Metall zu tränken, das ebenfalls zweckmäßigerweise weitere physikalische oder chemische Reaktionen der Phasen der Drähte verhindert.

Schließlich kann es zur Realisierung neuer Gebrauchswerte bei Kontakten zweckmäßig sein, durch radial differenzierte Verteilung der Drahtsorten und/oder ihrer Durchmesser und/oder Verwendung von Hüllrohren im letzten Umformarbeitsgang zusätzlich zur Faserstruktur eine makroskopische radiale Anisotropie zu erzeugen.

Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten vermieden, die sich beispielsweise bei zunächst an sich möglicher pulvermetallurgischer Herstellung bspw. von FeCu-Werkstoffen oder Werkstoffen des Systems AgCdONi einstellen. Im ersten FaI! ist die elektrische Dauerfestigkeit durch Diffusion von Fe und Cu gefährdet, im zweiten kommt es bereits während de s Herstellung (Sinterung) zu Redox-Reaktionen im System Ni-Cd-O.

Durch die Tränkung nach erfolgter Umformung in einer Serie von Umformarbeitsgängen, kann besonders sicher den Voiumenanteil der Tränkphase steuern.