-
Gebiet der Erfindung
-
Verbundwerkstoffe auf der Basis von Silber mit eingelagerten Oxid- oder Kohlenstoffpartikeln (so genannte Kontaktwerkstoffe) lassen sich oft schlecht verschweißen und verlöten. Bei der Herstellung von Halbzeugen für elektrische Kontakte wird daher die Unterseite, d. h. die dem gegenüberliegenden Kontakt abgewandte Seite, des Kontaktwerkstoffs mit einer gut löt- oder schweißbaren Trägerschicht versehen, die oft aus Silber oder einer Silberlegierung besteht. Solche Trägerschichten werden oft durch Aufplattieren eines Silberbandes auf Kontaktwerkstoffe aufgebracht. Nachteilig ist hierbei, dass die Haftfestigkeit bei diesem Verfahren nicht immer den Anforderungen genügt. Bekannt ist es auch eine Verfahren zur Herstellung von Einzelkontakten, wobei auf eine Schicht aus Silberpulver eine Schicht aus Kontaktwerkstoffpulver aufgebracht, beide Pulverschichten gemeinsam verpresst und gesintert und so ein Halbzeug mit einer Vorderseite aus Kontaktwerkstoff und einer Rückseite aus löt- bzw. schweißbarem Silber bzw. Silberbasis erzeugt wird. Bandförmiges Halbzeug ist so jedoch nicht erhältlich.
-
Es ist weiter bekannt, einen Kontaktwerkstoffblock mit einem Silberrohr zu ummanteln und durch Verbundstrangpressen umzuformen. Durch Längsteilen eines auf diese Weise hergestellten Verbundstrangs ist ein Halbzeug mit einer Oberseite aus Kontaktwerkstoff und einer Unterseite aus Silber erhältlich. Herstellung eines geeigneten Silberrohres und Einpassen oder Herstellen eines Kontaktwerkstoffblocks in dem Silberrohr sind jedoch aufwändig.
-
Es ist weiter bekannt, einen Block aus Kontaktwerkstoff mit Silberpulver zu ummanteln, zu pressen, zu sintern und strangzupressen, wobei der Strang geteilt wird. Nachteilig ist hierbei, daß eine Matrize mit mehreren Öffnungen verwendet werden muss, was zu kürzeren Halbzeuglängen führt oder ein anschließendes einseitiges Entfernen der Silberschicht auf der späteren Kontaktseite erforderlich ist.
-
Kurze Beschreibung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig ein strangförmiges Halbzeug für elektrische Kontakte hergestellt werden kann, das eine für die elektrische Kontaktgabe bestimmte Oberseite aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis und eine Unterseite aus einem Trägermaterial, insbesondere Silber oder einer Silberlegierung, aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß derfolgenden Punkte:
- 1. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen, insbesondere bandförmigen, Halbzeugs für elektrische Kontakte, wobei das Halbzeug eine für die elektrische Kontaktgabe bestimmte Oberseite aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis hat, in welchem eines oder mehrere Metalloxide oder Kohlenstoff eingelagert sind, und einer den Kontaktwerkstoff tragenden gut löt- oder schweißbaren Trägerschicht mit den folgenden Schritten:
– Herstellen eines Blocks aus dem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis,
– Teilweises Ummanteln des Blocks aus dem Kontaktwerkstoff mit dem Material der Trägerschicht,
– Pressen des ummantelten Blocks zum Verdichten des Metallpulvers, um einen Verbundblock zu erhalten,
– Sintern des gepressten Verbundblocks, um einen gesinterten Verbundblock zu erhalten;
– Umformen des gesinterten Verbundblocks durch Strangpressen.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus dem Kontaktwerkstoff mit einem Metallpulver, welches aus dem Material der Trägerschicht besteht, ummantelt wird.
- 3. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen sowie deren Basislegierungen besteht.
- 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwerkstoff ein Silber-Metalloxid Verbundwerkstoff ist.
- 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwerkstoff auf Silberbasis Zinnoxid und/oder Zinkoxid und/oder Indiumoxid und/oder Kadmiumoxid enthält.
- 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ummanteln des Blocks aus dem Kontaktwerkstoff eine metallische Pulvermischung oder Bleche bzw. Folien aus Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen oder deren Basislegierungen verwendet wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ummanteln des Blocks aus dem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung verwendet wird.
- 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der ummantelte Block isostatisch, vorzugsweise kaltisostatisch, gepresst wird.
- 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressen bei Temperaturen von 600°C bis 950°C, insbesondere 700°C bis 850°C, durchgeführt wird.
- 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des durch Strangpressen erzeugten Strangs oder eines Teilstrangs durch Walzen reduziert wird.
- 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flanken des Stranges, welche sich von der Kontakt gebenden Oberseite bis zur von der Trägerschicht gebildeten gut löt- und schweißbaren Unterseite des Stranges erstrecken, getrimmt werden.
- 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass das Trimmen der Flanken des Stranges durch Schneiden oder Fräsen durchgeführt wird.
- 13. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass ein annährend zylindrischer gesinterter Block hergestellt wird, dessen Mantelfläche vor dem Strangpressen abgedreht wird.
- 14. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Block durch das Strangpressen von einer rechteckigen oder zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt wird.
- 15. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwerkstoff pulvermetallurgisch erhalten wird.
- 16. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schritte
– Herstellen eines Blocks aus dem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis,
– Teilweises Ummanteln des Blocks aus dem Kontaktwerkstoff mit dem Material der Trägerschicht, und
– Pressen des mit dem Metallpulver ummantelten Blocks zum Verdichten des Metallpulvers, um einen Verbundblock zu erhalten, simultan durchgeführt werden.
- 17. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägerschicht Metalloxide, insbesondere die gleichen Metalloxide wie der verwendete Kontaktwerkstoff, enthält
- 18. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägerschicht und der Kontaktwerkstoff voneinander verschieden sind.
- 19. Verfahren nach einem der vorstehenden Punkte, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschlingungswinkel kleiner als 360° oder 90° bis 270° oder 120° bis 180° oder 100° bis 130° beträgt.
- 20. Halbzeug, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Punkte, insbesondere bandförmiges Halbzeug.
- 21. Elektrisches Kontaktstück, hergestellt durch Abschneiden vom dem Halbzeug gemäß Punkt 20 und optionalem Umformen des Abschnitts.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen zylinderförmigen (= kreisförmiger Querschnitt) Verbundblock 100, der aus einem Kontaktwerkstoff 101 besteht, welcher teilweise von einem Trägermaterial 102 ummantelt ist, wobei der Umschlingungswinkel α den ummantelten Umfang angibt, der durch zwei Linien 104 aufgespannt wird, die mit dem Mittelpunkt des Querschnitts 103 verbunden sind.
-
2 zeigt einen quaderförmigen (= rechteckiger Querschnitt) Verbundblock aus Kontaktmaterial 201, der von einem Trägermaterial 202 teilweise umschlossen ist, wobei der Umschlingungswinkel in
-
2a 270°, in 2b 180° und in 2c 90° beträgt.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
Bei dem Verfahren wird ein Block aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis hergestellt, der hergestellte Block mit Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung teilweise ummantelt und zum Verdichten des Pulvermantels gepresst.
-
Bei dem Verfahren kann ein Kontaktwerkstoff verwendet werden, der ein Silber-Metalloxid-Verbundwerkstoff ist. Als Metalloxide können insbesondere Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumoxid, Telluroxid, Kupferoxid, Kadmiumoxid, Wismutoxid, Wolframoxid, Molybdänoxid oder deren Kombinationen verwendet werden. Dabei ist es möglich, dass der verwendete Kontaktwerkstoff mehrere Metalloxide enthält. Ebenso ist es möglich, dass der Kontaktwerkstoff nur ein einziges Metalloxid enthält. Bevorzugt besteht die Metalloxidkomponente des Kontaktwerkstoffs überwiegend aus Zinnoxid. Als Alternative oder zusätzlich zu Metalloxiden kann der verwendete Kontaktwerkstoff auf Silberbasis auch Kohlenstoff enthalten, beispielsweise in Form von Grafit oder Wolframcarbid. Andere Kontaktwerkstoffe können zum Beispiel Silber mit Wolframcarbid, Silber mit Wolframcarbid und Kohlenstoff, Silber mit Wolfram sein.
-
Diese Kontaktwerkstoffe können in Kombination mit einem Material als Trägerschicht eingesetzt werden. Als Material der Trägerschicht geeignet sind Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen sowie deren Basislegierungen. Geeignet sind weiter Silberbasislegierungen, wie Silber-Nickellegierungen oder Silber-Nickellegierungen mit 20% Nickelanteil (AgNi20), aber auch Legierungen von Kupfer mit Nickel, Kupfer mit Silber oder Kupfer mit Zinn, Bronzen oder auch Messing. Werden unedle Metalle als Material der Trägerschicht verwendet oder sind unedle Metalle enthalten, wie zum Beispiel in Silber-Nickellegierungen, so kann die weitere Verarbeitung unter Sauerstoffausschluß statt finden, was z. B. durch Arbeiten in einer Stickstoffatmosphäre oder bei pulvermetallurgischer Verarbeitung durch Verwendung eines organischen Überzugs der Pulverpartikel als Sinterhilfsmittel erreicht werden kann.
-
Der Block aus Kontaktwerkstoff kann pulvermetallurgisch hergestellt werden. Hierbei können diese Schritte des Herstellens des Blocks aus Kontaktwerkstoff und der Schritt des teilweisen Ummantelns mit einem Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung und Pressen sowohl sequentiell als auch simultan erfolgen.
-
Werden Herstellung des Blocks aus Kontaktwerkstoff und teilweises Ummanteln und Pressen sequentiell durchgeführt, so kann das Herstellen des Blocks aus Kontaktwerkstoff beispielsweise geschehen, indem Silberpulver mit Metalloxidpulver vermischt, wie beispielsweise Metalloxidpulvern von Tellur, Indium, Zinn, Zink, Kupfer, Cadmium, Wismut, Molybdän, Wolfram oder deren Kombinationen, verpresst und anschließend gesintert wird.
-
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird Silberpulver mit einem unedlen Metallpulver wie Tellur, Indium, Zinn, Zink, Kupfer, Cadmium, Wismut, Molybdän, Wolfram oder deren Kombinationen, vermischt, gepresst und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre gesintert, so dass durch Oxidation der unedlen Metallpartikel Metalloxidpartikel entstehen.
-
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Legierung von Silber mit einem oder mehreren unedlen Metallen, insbesondere Tellur, Indium, Zinn, Zink, Kupfer, Cadmium, Wismut, Molybdän, Wolfram oder deren Kombinationen, schmelzmetallurgisch erhalten und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt, so dass durch Oxidation der unedlen Metallpartikel Metalloxidpartikel entstehen. Der Block aus Kontaktmaterial kann optional zur Erhöhung der Duktilität einer Wärmebehandlung unterworfen werden, die eine Vergröberung der Oxide durch Ostwald-Reifung und hierdurch Verbesserung der Duktilität bewirkt (s. Sakairi et al., Holm Conference an Electrical Contacts – 1982, S. 77–85).
-
Nachdem auf eine der obigen Weisen ein Block aus einem Kontaktmaterial erhalten wurde, wird in einem zweiten Schritt der Block aus Kontaktwerkstoff mit dem Material der Trägerschicht teilweise ummantelt. Der Block kann beispielsweise mit einem Kupfer- oder Silberpulver, oder Pulver aus einer Silberbasislegierung, teilweise ummantelt und anschliessend zum Verdichten des Pulvermantels gepresst werden. Das Pressen kann isostatisch erfolgen, und zwar kalt- oder heißisostatisch. Als Material der Trägerschicht geeignet sind Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen sowie deren Basislegierungen wie oben beschrieben. Wird eine Legierung als Material der Trägerschicht eingesetzt, so können Legierungspulver oder Mischungen aus Elementpulvern eingesetzt werden und sind gleichermaßen geeignet.
-
Der folgende Schritt des teilweisen Ummantelns kann aber auch so ausgeführt werden, daß ein Teil der Oberfläche des Blocks aus einem Kontaktmaterial bis zur gewünschten Tiefe entfernt und anschließend mit dem Material der Trägerschicht wieder aufgefüllt wird.
-
Dies kann durch Pulver aus dem Material der Trägerschicht, also aus Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen sowie deren Basislegierungen geschehen, welches entweder durch thermisches Spritzen wie Flammspritzen oder Kaltgasspritzen aufgebracht wird oder durch Auffüllen mit einem Pulver aus dem Material der Trägerschicht mit anschließendem Pressen und Sintern. Dem Pulver aus dem Material der Trägerschicht (wie zum Beispiel Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen) kann dabei auch anderes Metallpulver beigemischt sein, um so auf pulvermetallurgischem Weg einen Mantel aus einer Basislegierung, also einer überwiegend aus diesem Metall bestehenden Legierung, zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Silberpulver in Mischung mit einem unedlen Metallpulver wie z. B. Nickel eingesetzt werden, um als Material der Trägerschicht beispielsweise eine Silberbasislegierung wie AgNi20 zu erhalten.
-
Ebenso kann das Material der Trägerschicht in Form eines oder mehrerer entsprechend geformter Bleche aufgebracht werden, welche den entfernten Teil wieder auffüllen. Derartige Bleche können durch gängige Verfahren wie Sintern, gegebenenfalls mit Pulverunterlage, Schweißen, isostatisches Pressen, Schrauben oder Ähnlichem befestigt werden.
-
Die vorstehenden Ausführungsformen beschreiben eine sequentielle Vorgehensweise. Werden Herstellung des Blocks aus Kontaktwerkstoff und teilweises Ummanteln und Pressen simultan durchgeführt, so kann ein Pulver aus einem Kontaktwerkstoff oder eine Mischung von Silberpulver mit Metalloxidpulver eingesetzt werden, wie beispielsweise Mischungen mit Metalloxidpulvern von Tellur, Indium, Zinn, Zink, Kupfer, Cadmium, Wismut, Wolfram, Molybdän oder deren Kombinationen, und in eine mit Trennblechen versehen Form gefüllt werden. Gleichzeitig oder in einem folgenden Schritt wird die Pulverschüttung bzw. das Gemisch aus Kontaktwerkstoff oder Silberpulver und Metalloxidpulver teilweise mit einem Pulver aus dem Material der Trägerschicht (wie Silberpulver oder Pulver einer Silberbasislegierung) teilweise ummantelt, indem das Pulver des Materials der Trägerschicht in den mit Trennblechen von dem Pulver zur Herstellung des Kontaktwerkstoffes abgetrennten Bereich gefüllt, die Trennbleche entfernt und anschliessend zum Verdichten des Pulvermantels gepresst wird, um einen (gepressten) Verbundblock zu erhalten.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Material der Trägerschicht in Form eines oder mehrerer entsprechend geformter Bleche oder Folien in die Form eingelegt und das Pulver zur Herstellung des Kontaktwerkstoffes eingefüllt werden. Das Pressen kann dann isostatisch erfolgen, und zwar kalt- oder heißisostatisch. „Teilweises Ummanteln” ist im Gegensatz zum Ummanteln so zu verstehen, daß ein Teil des Blocks aus Kontaktwerkstoff an der Oberfläche nicht mit dem Material der Trägerschicht wie beispielsweise dem Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung ummantelt wird, so daß im Verlauf des Verfahrens stets ein Teil des Kontaktwerkstoffes von Trägermaterial unbedeckt bleibt und freiliegt. Der Grad der Abdeckung des Blockes aus Kontaktwerkstoff wird durch den Umschlingungswinkel angegeben. Dieser ist in 1 näher erläutert. Der Verbundblock 100 besteht zu einem Teil aus Kontaktwerkstoff 101 und einer teilweisen Ummantelung aus Trägermaterial 102. Verbindet man den Mittelpunkt 103 des Querschnitts des Verbundblocks und die äußersten Enden der Ummantelung durch Geraden, so spannen beide Geraden den Umschlingungswinkel α auf. Bei der Ummantelung (also einer vollständigen Umschließung) eines Blocks aus Kontaktmaterial mit dem Trägermaterial beträgt der Umschlingungswinkel immer 360°, bei einer teilweisen Ummantelung beträgt er folglich weniger als 360°. In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt der Umschlingungswinkel zwischen 90° und 270°, in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen 120° und 180° und in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen 100° und 130°. In 2 sind verschiedene Umschlingungswinkel von 270°, 180° und 90° an einem Kontaktwerkstoffblock mit rechteckigem Querschnitt dargestellt, wobei der Querschnitt natürlich auch rund sein kann.
-
Das Pressen der Pulver kann bei allen vorstehenden Ausführungsformen bei Drücken von 500 bar bis 10000 bar, oder von 500 bar bis 2000 bar, oder 800 bar bis 1200 bar geschehen. Als Pressverfahren kann isostatisches Pressen Verwendung finden. Das isostatische Pressen kann bei Raumtemperatur (kaltisostatisch) oder bei erhöhten Temperaturen (heißisostatisch) durchgeführt werden. Auf diese Weise wird ein Verbundblock erhalten.
-
Der (vorteilhaft kaltisostatisch gepresste) Verbundblock wird in einem weiteren Herstellungsschritt gesintert und anschliessend durch Strangpressen umgeformt. Das Sintern sollte in einer Atmosphäre erfolgen, bei welcher das unedle Metall nicht oxidiert und die Metalloxide nicht zersetzt werden, wie im Vakuum oder unter Stickstoffatmosphäre. Da das Kontaktmaterial und das Trägermaterial beim Sintern oder Pressen unterschiedliche Schwindungen aufweisen, kann es leicht zu Verzug und Rissbildung beim Sintern kommen. Für das Verfahren kann es jedoch von Vorteil sein, wenn der durch Sintern erhaltene gesinterte Verbundblock verzugsarm und rissfrei ist. Dies kann geschehen, indem der gepresste Verbundblock hochdicht gepresst wird, was beispielsweise durch hydraulisches Pressen bei Drücken von 1000 bis 10000 Bar, oder 500 bar bis 2000 bar und Temperaturen von Raumtemperatur, also etwa 20°C, bis 500°C geschehen kann. Alternativ dazu kann auch das Schwindungsverhalten beim Pressen und Sintern durch Abstimmen der Materialien aufeinander kontrolliert werden. Da das Kontaktmaterial meist vorgegeben ist, kann die Abstimmung oft nur über das Trägermaterial erfolgen. Die Abstimmung kann über die Stöchiometrie des Trägermaterials kontrolliert und beispielsweise eine Silberbasislegierung eingesetzt werden. Geeignet sind hierbei beispielsweise Silber-Nickellegierungen, wie Silber-Nickellegierungen mit 20% Nickelanteil (AgNi20). Diese können entweder erschmolzen und verdüst als Pulver eingesetzt, aber auch über eine metallische Pulvermischung aus Elementpulvern von Silber und Nickel erhalten werden. Ebenfalls geeignet ist Silber mit Oxidzusätzen, beispielsweise Zinnoxid. Das Oxid kann über eine Pulvermischung des Oxids mit Silber erhalten werden, wobei das Oxid in geringeren Mengen als im Kontaktwerkstoff zugesetzt werden sollte um die Verschweiß- bzw.
-
Verlötbarkeit nicht signifikant zu verschlechtern. Eine weitere Möglichkeit der Kontrolle des Schwindungsverhaltens ist die Auswahl der Pulverteilchengröße. Hierbei kann ein guter Effekt durch Auswahl eines Metall- oder Legierungspulvers zur Herstellung des Trägermaterials mit einer höheren Teilchengröße als der Teilchengröße des Metallpulvers für die Herstellung des Kontaktwerkstoffs erzielt werden. Im Allgemeinen kann in diesem Fall das Metall- oder Legierungspulver zur Herstellung des Trägermaterials eine mittlere Partikelgröße D50 von > 50 μm und das Metallpulver für die Herstellung des Kontaktwerkstoffs eine mittlere Partikelgröße D50 von 1–20 μm aufweisen.
-
Nach dem Sintern haftet das Material der Trägerschicht (Silber bzw. Silberbasislegierung) in der Regel bereits ausreichend stark an dem Block, so dass dieser formgebend bearbeitet und damit ein passgenaues Einsetzen in ein Strangpresswerkzeug erfolgen kann. Beispielsweise kann durch isostatisches Pressen und anschließendes Sintern wie oben beschrieben ein annährend zylindrischer Verbundblock hergestellt werden, dessen Mantelfläche vor dem Strangpressen abgedreht werden kann, um eine Reinigung der Oberfläche zu erzielen oder falls erforderlich eine Anpassung an die Innenabmessungen eines Strangpresswerkzeugs zu bewirken. Dann kann der Verbundblock durch das Strangpressen von einer zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt, das gewünschte Halbzeug, umgeformt werden. Diese Vorgehensweise besitzt gewisse Vorteile beim Einsatz von Verbundblöcken mit Gewichten bis etwa 60 kg.
-
Alternativ dazu kann in einem analogen Verfahren auch ein Verbundblock mit rechteckigem Querschnitt hergestellt und ebenso weiterverarbeitet werden. Diese Vorgehensweise erleichtert die Ausrichtung des mit dem Material der Trägerschicht belegten Teils des Verbundblocks in Bezug auf die Matrize der Strangpresse und besitzt gewisse Vorteile beim Einsatz von Verbundblöcken mit Gewichten bis etwa 10 kg.
-
Der (gesinterte) Verbundblock wird in einem weiteren Verfahrensschritt durch Strangpressen umgeformt. Dazu wird der Verbundblock üblicherweise auf Temperaturen von 600°C bis 900°C oder von 700°C bis 800°C erhitzt und in einen auf 300°C bis 600°C, meist 450°C bis 550°C, wie etwa 500°C, vorgeheizten Strangpresscontainer eingelegt. Es können sowohl direktes als auch indirektes Verbundstrangpressen zur Anwendung kommen, wobei sich mit dem indirekten Verbundstrangpressen gute Ergebnisse erzielen lassen, da durch indirektes Verbundstrangpressen bei der Warmumformung ein über die Länge gleichmäßigerer Werkstofffluss und Schichtdickenverhältnis erreicht werden. Dabei wird der Verbundblock in das Werkzeug einer Strangpresse eingelegt und der mit dem Material der Trägerschicht belegte Teil des Verbundblocks in Bezug auf die Matrize der Strangpresse so ausgerichtet, daß die Belegung mit der Trägerschicht auf der gewünschten Seite des Stranges erzielt wird. Anschließend wird durch das Strangpressen ein Strang mit einer Oberseite aus Kontaktwerkstoff und einer Unterseite aus dem Material der Trägerschicht, wie Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Eisen sowie deren Basislegierungen, wie Silber-Nickellegierungen oder Silber-Nickellegierungen mit 20% Nickelanteil (AgNi20), Legierungen von Kupfer mit Nickel, Kupfer mit Silber oder Kupfer mit Zinn, Bronzen oder Messing.
-
Das Strangpressen wird bevorzugt bei Temperaturen von 600°C bis 950°C, insbesondere 700°C bis 850°C, durchgeführt. Durch das Strangpressen kann vorteilhaft hohe Verdichtung erreicht werden, so daß der Strang eine relative Dichte von 99,9% der theoretisch möglichen Dichte hat.
-
Das Strangpreßverfahren kann durch weitere Anpassungen wie dem Matrizendesign (Anpassen von Einlaufwinkel und Führungslänge) sowie der Preßparameter beim Strangpressen (Anpassen der Preßgeschwindigkeit, Blocktemperatur, Verhältnis von Blockdurchmesser zu Blocklänge) an die jeweiligen spezifischen Gegebenheiten und die gewünschten Produkte angepasst werden.
-
In einer Ausführungsform werden die beiden Flanken des Strangs, welche sich von der kontaktgebenden Oberseite bis zur gut löt- und schweißbaren Unterseite des Strangs erstrecken, besäumt, insbesondere durch Schneiden oder Fräsen. Die gleiche Wirkung kann durch Teilen des Strangs erreicht werden, indem der Strang zweimal einige Millimeter von den Seitenkanten des Strangs entfernt geteilt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei der weiteren Verarbeitung des Halbzeugs oder beim späteren Gebrauch eines mit dem Halbzeug hergestellten elektrischen Kontakts kein Material der Trägerschicht auf die Kontaktfläche gelangt und deren Funktion beeinträchtigt.
-
Anschließend kann die Dicke des durch Strangpressen erzeugten Strangs optional durch Walzen, insbesondere durch Kaltwalzen, reduziert werden. Eine Dickenreduktion von höchstens 50% der ursprünglichen Dicke ist beim Kaltwalzen empfehlenswert, um eine zu starke Veränderung der mechanische Eigenschaften des Halbzeugs zu vermeiden, wie zum Beispiel einer Erhöhung der Härte.
-
Gegebenenfalls wird das Kaltwalzen in mehreren Stufen mit geringerer Dickenreduktion und Wärmebehandlungen durchgeführt. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Dicke des Strangs beim Walzen um 30 bis 50% seiner ursprünglichen Dicke reduziert. In einer werteren Ausführungsform der Erfindung wird die Dicke des Stranges durch Warmwalzen auf weniger als die Hälfte reduziert und durch Kaltwalzen auf Endmaß gebracht. Aus dem so erhaltenen strang- bzw. bandförmigen Halbzeug können elektrische Kontaktstücke durch an sich bekannte Verfahren hergestellt werden, wie durch Abschneiden oder Ausstanzen von dem Halbzeug, und gegebenenfalls Umformen des Abschnitts.
-
Ausführungsbeispiele:
-
- 1. Durch Mischen von Silberpulver und Zinnoxidpulver, kaltisostatisches Pressen und anschließendes Sintern wird ein zylindrischer Block aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis hergestellt. Dieser Block kann beispielsweise zu 8 bis 14 Gewichtsprozent aus Metalloxid und im Übrigen aus Silber bestehen. Ein Drittel der Mantelfläche des Kontaktwerkstoffblocks wird mit Silberpulver ummantelt und dann kaltisostatisch verpresst. Der isostatisch gepresste Block wird dann unter Luft bei 800°C bis 900°C gesintert, beispielsweise für 2 bis 5 Stunden. Der gesinterte Block wird wenn notwendig anschliessend abgedreht, damit er maßgenau in eine Strangpresse eingesetzt werden kann. Bei entsprechender Prozessauslegung ist ein Abdrehen nicht notwendig. Der Block wird dann durch Strangpressen bei einer Temperatur von 750°C bis 800°C von seiner zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt.
Die Flanken des so erzeugten Strangs werden abgeschnitten. Das aus diese Weise hergestellte bandförmige Halbzeug hat eine Trägerschicht, deren Dicke etwa 10% bis 30% der Dicke der Kontaktwerkstoffschicht ausmacht und kann zur Herstellung elektrischer Kontaktstücke verwendet werden, indem auf die erforderliche Enddicke abgewalzt, von dem Halbzeug Abschnitte abgeschnitten und gemäß den Anforderungen einer spezifischen Anwendung umgeformt werden.
- 2. Durch Mischen von Silberpulver und mit 8 bis 14 Gewichtsprozent Zinnoxidpulver wird eine Pulvermischung erhalten. Diese wird in eine mit Trennblechen versehene, zylindrische Form für kaltisostatisches Pressen gefüllt, wobei die Trennbleche ein Oberflächensegment abtrennen, welches ca. ein Drittel der Oberfläche des zu erhaltenden Verbundblocks ausmacht. In diesen durch die Trennbleche aufgespannten Hohlraum wird gleichzeitig ein Silberpulver gefüllt. Sobald die Form gefüllt ist, werden die Trennbleche durch Herausziehen entfernt, kaltisostatisch gepresst und gesintert. Der isostatisch gepresste Block wird dann unter Luft bei 800°C bis 900°C gesintert, beispielsweise für 2 bis 5 Stunden. Ein Drittel des Kontaktwerkstoffblocks ist mit Silberpulver ummantelt. Der Block wird dann durch Strangpressen bei einer Temperatur von 750°C bis 800°C von seiner zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt und die Flanken des Strangs abgeschnitten. Das aus diese Weise hergestellte bandförmige Halbzeug hat eine Trägerschicht, deren Dicke etwa 10% bis 30% der Dicke der Kontaktwerkstoffschicht ausmacht und kann zur Herstellung elektrischer Kontaktstücke verwendet werden, indem von dem Halbzeug Abschnitte abgeschnitten und gemäß den Anforderungen einer spezifischen Anwendung umgeformt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Sakairi et al., Holm Conference an Electrical Contacts – 1982, S. 77–85 [0015]
