DE102012218134A1

DE102012218134A1 - Verbundwerkstoff, Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, Kontaktfilm für elektrischen Kontakt, leitfähiger Füllstoff und Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt, welche den Verbundwerkstoff verwenden, und Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs

Info

Publication number: DE102012218134A1
Application number: DE102012218134A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Miyake
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: DE102012218134B4; US20130081855A1; US9305676B2; JP2013079429A; JP5505392B2

Abstract

Es wird ein Verbundwerkstoff bereitgestellt, der eine Metallmatrix aus einem Metall und ein Reduktionsmittel (25) einschließt. Das Reduktionsmittel (25) ist in der Metallmatrix dispergiert und ist in der Lage, ein Oxid (22) des Metalls bei Raumtemperatur zu reduzieren. Das Reduktionsmittel (25) reduziert das Oxid (22) des Metalls zu dem Metall, auch wenn das Oxid (22) des Metalls auf einer Oberfläche des Verbundwerkstoffs gebildet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, einen Kontaktfilm für elektrischen Kontakt, einen leitfähigen Füllstoff und eine Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt, welche den Verbundwerkstoff verwenden.
HINTERGRUND
Herkömmlicherweise wird ein elektrischer Kontakt, wie beispielsweise ein Verbinder, aus einer Kupferelektrode oder einer Kupferlegierungselektrode hergestellt. Die Elektrode wird mit Nickel beschichtet und wird dann die Außenoberfläche der Elektrode mit Zinn beschichtet.
Wenn sich die Temperatur der Anwendungsumgebung ändert, unterliegt eine elektronische Vorrichtung mit einer elektrischen Verbindung an einem elektrischen Kontakt einer wiederholten Ausdehnung und Kontraktion aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des für die Vorrichtung verwendeten Materials. Demgemäß unterlegt der elektrische Kontakt einem wiederholten Reiben durch Mikroverschiebungen.
Aufgrund des wiederholten Reibens durch Mikroverschiebungen kann an einem Kontaktbereich der elektrische Kontakt abgenutzt bzw. abgewetzt werden und kann eine Oxidation der Zinnbeschichtung des elektrischen Kontakts stattfinden. Folglich kann der Kontaktwiderstand zunehmen und kann die elektronische Vorrichtung einer Fehlfunktion unterliegen.
1 ist eine Darstellung, die einen Kontaktfilm für elektrischen Kontakt gemäß dem Stand der Technik aufzeigt. Wenn die Kontaktfilme 11a, 11b für elektrischen Kontakt aufgrund eines wiederholten Reibens durch Mikroverschiebungen abgenutzt sind, bildet sich an der Grenzfläche ein Oxid 12. Folglich nehmen die Widerstände der Kontaktfilme 11a, 11b für elektrischen Kontakt zu und unterliegt daher die elektronische Vorrichtung einer Fehlfunktion.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, kann eine Außenoberfläche der Elektrode nach dem Beschichten mit Nickel mit Gold beschichtet werden. Wenn die Außenoberfläche der Elektrode mit Gold beschichtet ist, findet eine Oxidation auch dann nicht statt, wenn ein Reiben durch Verschiebung stattfindet. Somit findet keine Erhöhung des Kontaktwiderstands aufgrund Oxidation statt.
Unter Umständen, bei denen ein Reiben durch Mikroverschiebung über einen langen Zeitraum stattfindet, kann jedoch auch ein Goldbeschichtungsfilm aufgrund des Reibens durch Mikroverschiebung abgenutzt werden. Wenn der Goldbeschichtungsfilm auf der Oberfläche des elektrischen Kontakts vollständig abgenutzt ist, wird ein unter dem Gold angeordneter Nickelbeschichtungsfilm freigelegt und findet aufgrund des Reibens durch Mikroverschiebung eine Oxidation des Nickels statt. Als Folge davon erhöht sich der Kontaktwiderstand. Um in Bezug auf die reibenden Verschiebungen eine ausreichende Lebensdauer sicherzustellen, ist es daher notwendig, die Dicke des Goldbeschichtungsfilms zu erhöhen, was die Kosten erhöht.
Die japanischen Patentanmeldungen JP-A-54-69531 , JP-A-6-330392 , JP-A-2008-248294 offenbaren, als Beispiele von elektrischen Kontakten, Filme in denen in einer Metallmatrix unter Verwendung eines Verbundbeschichtungsverfahrens mit Gleitmittel gefüllte Mikrokapseln dispergiert werden, um die Lebensdauer in Bezug auf die reibenden Verschiebungen ohne einen dicken Goldbeschichtungsfilm zu erhöhen.
In den Filmen beträgt die minimale Dispersionsgröße der Mikrokapseln ungefähr 3 μm und beginnt eine Gleitfunktion, nachdem die Abnutzung bis zu einem gewissen Ausmaß fortgeschritten ist. Somit ist der Effekt einer eingeschränkten Abnutzung nicht ausreichend. Da darüber hinaus die Filme keine Funktion zur Beschränkung der Oxidation einer Oberfläche eines elektrischen Kontakts aufweisen, kann ein Oxidfilm auf dem elektrischen Kontakt ausgebildet werden und kann der Kontaktwiderstand zunehmen.
Das japanische Patent Nr. 4,176,081 offenbart eine Elektrode, bei der auf einer Beschichtungsoberfläche ein abgesenkter Bereich vorgesehen ist und die Beschichtungsfläche dann mit einer Fluorverbindung imprägniert wird. Auch bei dieser Elektrode treten die oben beschriebenen Probleme auf.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, der eine lange Lebensdauer in Bezug auf die reibenden Verschiebungen aufweist. Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind das Bereitstellen einer Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, eines Kontaktfilms für elektrischen Kontakt, eines leitfähigen Füllstoffs und einer Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt, welche den Verbundwerkstoff verwenden, und das Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung des Verbundwerkstoffs, der Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, des Kontaktfilms für elektrischen Kontakt und des leitfähigen Füllstoffs.
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff eine Metallmatrix aus einem Metall und ein Reduktionsmittel, das in der Metallmatrix dispergiert ist und in der Lage ist, ein Oxid des Metalls bei Raumtemperatur zu reduzieren.
Auch wenn auf einer Oberfläche des Verbundwerkstoffs ein Oxid des Metalls gebildet wird, reduziert das Reduktionsmittel das Oxid des Metalls zu dem Metall. Somit kann der Verbundwerkstoff eine lange Lebensdauer in Bezug auf die reibenden Verschiebungen bereitstellen.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist die erfindungsgemäße Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt aus dem Verbundwerkstoff gemäß dem ersten Aspekt hergestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt ist der erfindungsgemäße Kontaktfilm für elektrischen Kontakt aus dem Verbundwerkstoff gemäß dem ersten Aspekt herstellt.
Gemäß einem vierten Aspekt ist der erfindungsgemäße leitfähige Füllstoff aus dem Verbundwerkstoff gemäß dem ersten Aspekt hergestellt.
Gemäß einem fünften Aspekt umfasst die erfindungsgemäße Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit der ersten Elektrode steht, wobei eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt gemäß dem zweiten Aspekt ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt umfasst die erfindungsgemäße Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit der ersten Elektrode steht, und einen Kontaktfilm für elektrischen Kontakt gemäß dem dritten Aspekt, der eine Oberfläche von einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode bedeckt.
Gemäß einem siebten Aspekt umfasst die erfindungsgemäße Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt eine erste Elektrode, einen Zwischenschichtfilm, der aus dem leitfähigen Füllstoff gemäß dem vierten Aspekt oder einem Klebstoff, in welchem der leitfähige Füllstoff gemäß dem vierten Aspekt dispergiert ist, hergestellt ist, und eine zweite Elektrode, die über den Zwischenschichtfilm in Kontakt mit der ersten Elektrode steht.
Gemäß einem achten Aspekt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs gemäß dem ersten Aspekt ein Beschichtungsbad hergestellt, das ein Metallsalz des Metalls umfasst, wird das Reduktionsmittel so in dem Beschichtungsbad aufgelöst oder mit dem Beschichtungsbad vermischt, dass es in einem kolloidalen Zustand vorliegt, und wird in dem Beschichtungsbad ein zu beschichtendes Teil elektrolytisch beschichtet, um so den Verbundwerkstoff zu erhalten, indem auf dem zu beschichtenden Teil ein Eutektoid aus dem Metall und dem Reduktionsmittel ausgebildet wird.
Gemäß einem neunten Aspekt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt der Verbundwerkstoff durch das Herstellungsverfahren gemäß dem achten Aspekt hergestellt und wird das auf dem zu beschichtenden Teil ausgebildete Eutektoid verarbeitet.
Gemäß einem zehnten Aspekt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kontaktfilms für elektrischen Kontakt der Verbundwerkstoff durch das Herstellungsverfahren gemäß dem achten Aspekt hergestellt, ist das zu beschichtende Teil eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt und ist das auf dem zu beschichtenden Teil ausgebildete Eutektoid der Kontaktfilm für elektrischen Kontakt.
Gemäß einem elften Aspekt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Füllstoffs der Verbundwerkstoff durch das Herstellungsverfahren gemäß dem achten Aspekt hergestellt und wird zur Ausbildung des leitfähigen Füllstoffs das auf dem zu beschichtenden Teil ausgebildete Eutektoid abgelöst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
In den Zeichnungen ist:
1 eine Darstellung, die Kontaktfilme gemäß dem Stand der Technik aufzeigt, bei denen ein Oxid des Zinns ausgebildet ist;
2 eine Darstellung, die eine Reduktion eines auf einem elektrischen Kontakt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Oxids aufzeigt;
3A eine Darstellung, die eine TEM-Aufnahme zeigt, bei der ein Reduktionsmittel in einer Matrix dispergiert ist, und ist 3B eine erläuternde Ansicht der in 3A gezeigten Darstellung;
4A eine Darstellung, die das Ergebnis einer Mapping-Analyse aufzeigt, bei der ein Reduktionsmittel in einer Matrix dispergiert ist, und ist 4B eine erläuternde Ansicht der in 4A gezeigten Darstellung;
5 eine Darstellung, die einen Reibe/Verschiebungstest aufzeigt; und
6 eine Tabelle, die die Herstellungsbedingungen und die Ergebnisse des Reibe/Verschiebungstests aufzeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Untersuchungen durch im Hinblick auf ein Verfahren, mit dem die Lebensdauer in Bezug auf die reibenden Verschiebungen bei einem elektrischen Kontakt bei geringen Kosten erhöht werden kann.
Als Ergebnis der Untersuchungen fanden die Erfinder heraus, dass, wenn ein elektrischer Kontakt ausgebildet wird unter Verwendung eines Verbundwerkstoffs, in welchem ein Reduktionsmittel, das in der Lage ist, ein Oxid eines Metalls bei Raumtemperatur zu reduzieren, in einer Metallmatrix des Metalls für eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, einem Kontaktfilm für elektrischen Kontakt oder einem leitfähigen Füllstoff dispergiert ist, das Reduktionsmittel in der Elektrode, dem Film oder dem leitfähigen Füllstoff das Oxid des Metalls zu dem Metall reduziert, auch wenn das Metall aufgrund eines wiederholten Reibens durch Mikroverschiebung an einer Kontaktstelle oxidiert ist.
Die Erfinder fanden darüber hinaus heraus, dass der Verbundwerkstoff ausgebildet werden kann durch Zugeben des Reduktionsmittels und, falls notwendig, eines Komplexierungsmittels zu einem Beschichtungsbad, das ein Metallsalz des Metalls als eine Hauptkomponente enthält, und Durchführen eines elektrolytischen Beschichtens, so dass auf einem zu beschichtenden Teil ein Eutektoid aus dem Metall und dem Reduktionsmittel ausgebildet wird.
Es werden nachfolgend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Unter Bezug auf 2 werden Kontaktfilme für elektrischen Kontakt 21a, 21b beschrieben, die aus einem Verbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind. In dem Verbundwerkstoff ist ein Reduktionsmittel 25 dispergiert.
Wenn sich die Temperatur einer Anwendungsumgebung des elektrischen Kontakts ändert oder wenn der elektrische Kontakt vibriert, findet an einem Kontaktbereich für einen elektrischen Kontakt ein wiederholtes Reiben durch Mikroverschiebungen statt. Folglich nutzt sich der elektrische Kontakt ab, wird an dem Kontaktbereich das Metall des elektrischen Kontakts oxidiert und bildet sich ein Oxid 22 des Metalls an einer Grenzfläche des elektrischen Kontakts.
Da das Reduktionsmittel 25 in dem Verbundwerkstoff dispergiert ist, wird das Reduktionsmittel 25 freigelegt, wenn sich der elektrische Kontakt abnutzt.
Das Reduktionsmittel 25 ist in der Lage, das Oxid 22 des Metalls der Metallmatrix bei Raumtemperatur zu reduzieren. Somit reduziert das frei liegende Reduktionsmittel 25 das Oxid 22 des Metalls zu dem Metall.
Als Folge davon kann eine Erhöhung des Kontaktwiderstands beschränkt werden, kann die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontakts verbessert werden und kann die Lebensdauer des elektrischen Kontakts erhöht werden. Wenn der elektrische Kontakt bei einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, kann eine Fehlfunktion aufgrund der Erhöhung des Widerstands des elektrischen Kontakts beschränkt werden.
In dem Verbundwerkstoff ist das Reduktionsmittel 25 in der Metallmatrix des Metalls dispergiert. Somit weist der Verbundwerkstoff eine Leitfähigkeit auf und kann der elektrische Kontakt aus dem Verbundwerkstoff hergestellt werden.
In einem anderen Beispiel kann eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Elektrode mit dem Verbundwerkstoff bedeckt sein. In einem weiteren Beispiel kann eine aus Kupfer oder Kupferlegierung hergestellte Elektrode mit Nickel beschichtet sein und kann dann eine Außenoberfläche der Elektrode mit dem Verbundwerkstoff bedeckt sein.
In einem weiteren Beispiel können zwei Elektroden über eine Zwischenschicht in Kontakt stehen, die aus einem leitfähigen Füllstoff hergestellt ist, der hergestellt ist aus dem Verbundwerkstoff oder einem Klebstoff, in welchem ein aus dem Verbundwerkstoff hergestellter leitfähiger Füllstoff dispergiert ist.
In jedem der Fälle, in denen der Verbundwerkstoff für die Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, den Kontaktfilm für elektrischen Kontakt oder den leitfähigen Füllstoff verwendet wird, wird aufgrund des Reibens durch Mikroverschiebung das Metall abgenutzt und oxidiert und reduziert das durch die Abnutzung freigelegte Reduktionsmittel das oxidierte Metall. Der Verbundwerkstoff kann auch für mehrere von der Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, dem Kontaktfilm für elektrischen Kontakt und dem leitfähigen Füllstoff verwendet werden.
Das Metall und das in dem Verbundwerkstoff enthaltene Reduktionsmittel sind nicht beschränkt, insofern das Reduktionsmittel in der Lage ist, das Oxid des Metalls bei Raumtemperatur zu oxidieren. Das Reduktionsmittel kann ausgewählt werden aus Reduktionsmitteln, die in der Lage sind, ein Metalloxid ohne Auflösen des Metalloxids bei Raumtemperatur zu reduzieren. Im Hinblick auf die Kosten und die Leitfähigkeit kann das Metall beispielsweise Kupfer, eine Kupferlegierung, deren Hauptbestandteil Kupfer ist, Zinn oder eine Zinnlegierung, deren Hauptbestandteil Zinn ist, sein.
Wenn das Metall Kupfer ist oder eine Kupferlegierung, deren Hauptbestandteil Kupfer ist, ist das Reduktionsmittel in der Lage, Kupferoxid zu reduzieren. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel mindestens eines umfassen von L-Ascorbinsäure, D-Araboascorbinsäure, Acetaldehyd-2,4-dinitrophenylhydrazon, 4-Hydrazinobenzoesäure, Diethylhydroxylamin, 1,3-Dihydroxyacetondimer, Dehydroascorbinsäure, 2,3-Diketogulonsäure, L-Xyloson, 2-Ketoglutaraldehyd und Reduktinsäure.
Wenn das Metall Zinn ist oder eine Zinnlegierung, deren Hauptbestandteil Zinn ist, ist das Reduktionsmittel in der Lage, Zinnoxid zu reduzieren. Das Reduktionsmittel kann beispielsweise mindestens eines sein von Dibenzylhydroxylamin und 1,3-Dihydroxyacetondimer.
Der Verbundwerkstoff, in dem das Reduktionsmittel in der Metallmatrix dispergiert ist, kann beispielsweise wie nachfolgend beschrieben hergestellt werden. In einem Beschichtungsbad, das als Hauptkomponente ein Metallsalz des Metalls enthält, wird das Reduktionsmittel, das in der Lage ist, das Oxid des Metalls bei Raumtemperatur zu reduzieren, gegeben. Das Reduktionsmittel wird gleichmäßig aufgelöst oder ergibt eine kolloidale Lösung, wenn das Reduktionsmittel sich nicht auflöst. Falls notwendig, wird ein Komplexierungsmittel zu dem Beschichtungsbad gegeben, und es wird das zu beschichtende Teil elektrolytisch beschichtet. Als Folge davon wird auf dem zu beschichtenden Teil ein Eutektoid aus der Metallmatrix und dem Reduktionsmittel ausgebildet.
Durch das oben beschriebene Verfahren können Mikroteilchen des Reduktionsmittels als polykristalline Substanz gleichmäßig in der Metallmatrix dispergiert werden. Wenn der Verbundwerkstoff aufgrund eines wiederholten Reibens durch Mikroverschiebung abgenutzt wird, kann somit das Reduktionsmittel immer eine Reduktionsfunktion ausüben und kann eine Erhöhung des Kontaktwiderstands beschränkt werden.
Ob das Reduktionsmittel als Mikroteilchen einer polykristallinen Substanz gleichmäßig in der Metallmatrix dispergiert ist, kann mittels einer TEM-Aufnahme oder einer Mapping-Analyse begutachtet werden.
Das Reduktionsmittel schließt Kohlenstoff ein. Wenn die Konzentration des Reduktionsmittels in dem Verbundwerkstoff derart definiert ist, dass die Konzentration des Kohlenstoffs gleich oder größer als 1 Masse-% der Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs ist, können Mikroteilchen des Reduktionsmittels von 20 nm bis 50 nm als polykristalline Substanz gleichmäßig in der Metallmatrix dispergiert werden und kann die oxidationsbeschränkende Wirkung des Verbundwerkstoffs deutlich verbessert werden.
Wie in 3A und 3B aufgezeigt, sind Mikroteilchen des Reduktionsmittels als polykristalline Substanz gleichmäßig in der Metallmatrix dispergiert. Wie in 4A und 4B aufgezeigt, ist die Größe des dispergierten C gleich oder geringer als 20 nm.
Eine aus dem Verbundwerkstoff hergestellte Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt kann gebildet werden durch Bilden eines Eutektoids aus dem Metall und dem Reduktionsmittel auf einem zu beschichtenden Teil unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens und Verarbeiten des Eutektoids. Das zu beschichtende Teil ist nicht beschränkt. Im Hinblick auf die Ablöseeigenschaft kann das zu beschichtende Teil beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens kann durch Beschichten einer Oberfläche eines zu beschichtenden Teils ein Kontaktfilm für elektrischen Kontakt ausgebildet werden, der aus dem Verbundwerkstoff besteht. Im vorliegenden Fall kann das zu beschichtende Teil eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt sein, die hergestellt ist aus Kupfer, Messing oder Phosphorbronze, oder kann eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt sein, die hergestellt ist aus Kupfer, Messing oder Phosphorbronze und die mit beispielsweise Nickel bedeckt ist.
Ein aus dem Verbundwerkstoff hergestellter leitfähiger Füllstoff kann hergestellt werden durch Ausbilden eines Eutektoids aus dem Metall und dem Reduktionsmittel auf einem zu beschichtenden Teil unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens und Ablösen des Eutektoid-Verbundwerkstoffs von dem zu beschichtenden Teil. Das zu beschichtende Teil ist nicht beschränkt. Zum Beispiel kann das zu beschichtende Teil aus Edelstahl hergestellt sein, so dass der Verbundwerkstoff leicht abgelöst werden kann.
In dem Fall, dass ein Kupferbeschichtungsbad, dem als Reduktionsmittel L-Ascorbinsäure zugegeben wurde, verwendet wird und durch ein Verbundbeschichtungsverfahren ein Reduktionsmittelverbundfilm ausgebildet wird, werden in dem Beschichtungsbad stabile Metallkomplexkationen eines Dreikomponentensystems von [Cu/L-Ascorbinsäure/Ligand]+ gebildet, wenn mindestens eines von 1,10-Phenanthrolin und 2,2'-Bipyridyl als Komplexierungsmittel zugegeben wird.
Wenn ein elektrolytisches Beschichten mit den Metallkomplexkationen des Dreikomponentensystems durchgeführt wird, kann ein Eutektoid aus Kupfer und mehr Reduktionsmittel ausgebildet werden als vergleichsweise in dem Fall, bei dem das Komplexierungsmittel nicht zugegeben wird. Es kann beispielsweise ein Eutektoid aus Kupfer und dem Reduktionsmittel von gleich oder mehr als 1 Masse-% ausgebildet werden. Wenn dieser Verbundwerkstoff für den elektrischen Kontakt verwendet wird, kann folglich die oxidationsbeschränkende Funktion bei dem Reiben deutlich verbessert werden.
In einem Beschichtungsbad, in dem ein Reduktionsmittel, das bei Raumtemperatur eine Reduktionsfunktion aufweist, direkt gelöst ist, ist es schwierig, die Menge des Eutektoids des Reduktionsmittels zu stabilisieren, da das Reduktionsmittel sich mit der Zeit zersetzt. Wenn jedoch L-Ascorbinsäure als eine Reduktionsmittelkomponente verwendet wird, kann eine geeignete Menge an reduktionsaktiver Komponente stabil abgeschieden werden.
Der Grund hierfür liegt in den Eigenschaften der Zersetzungsprodukte der L-Ascorbinsäure. L-Ascorbinsäure wird der Reihe nach zu Dehydroascorbinsäure, 2,3-Diketogulonsäure, L-Xyloson, 2-Ketoglutaraldehyd und Reduktinsäure abgebaut. Alle Zersetzungsprodukte besitzen ein starkes Reduktionsvermögen und werden Reduktone genannt.
L-Ascorbinsäure, welches ein Ausgangsmaterial ist, und Reduktinsäure, welches ein Zersetzungsprodukt ist, besitzen eine Keto-Endiol-Struktur und zeigen eine starke Reduktionsaktivität auf. Somit kann der Abbau des Reduktionsmittels in dem Beschichtungsbad zugelassen werden und kann das Beschichtungsbad für eine Massenproduktion eingesetzt werden.
Wenn L-Ascorbinsäure als die Reduktionsmittelkomponente verwendet wird und die Metallkomplexkationen wie oben beschrieben gebildet werden, kann somit auf stabile Weise eine große Menge des Eutektoids des Reduktionsmittels sichergestellt werden.
Auf eine vergleichbare Weise wie bei L-Ascorbinsäure können D-Araboascorbinsäure, Acetaldehyd-2,4-dinitrophenylhydrazon und 4-Hydrazinobenzoesäure, Diethylhydroxylamin, 1,3-Dihydroxyacetondimer verwendet werden.
In den Fällen, bei denen ein Amin wie Diethylhydroxylamin als das Reduktionsmittel verwendet wird, werden aus dem Reduktionsmittel in dem Beschichtungsbad Kationen. Somit kann das Eutektoid aus der Metallmatrix und dem Reduktionsmittel auf dem zu beschichtenden Teil ohne das Komplexierungsmittel ausgebildet werden.
Es werden nachfolgend Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Beispielen wird Kupfer als ein Matrixmetall und wird L-Ascorbinsäure als ein Reduktionsmittel verwendet. Das Beschichtungsbad enthält Kupfersulfat (CuSO₄), Schwefelsäure (H₂SO₄), das Reduktionsmittel und ein Komplexierungsmittel in Konzentrationen, wie sie in 6 aufgezeigt sind. Als Kathode werden Elektroden verwendet, die aus Phosphorbronze (C5210H) hergestellt sind und eine Dicke von 0,64 mm aufweisen, und werden bei der in 6 aufgeführten Stromdichte beschichtet. Demgemäß werden Kontaktelektroden für elektrischen Kontakt gebildet, die bedeckt sind mit Kupferbeschichtungsfilmen mit dispergiertem Reduktionsmittel und einer Dicke von 10 μm.
Die Kontaktelektroden für elektrischen Kontakt werden mit einem Reibe/Verschiebungstest behandelt. In dem in 5 aufgezeigten Reibe/Verschiebungstest wird eine Prägeprobe 31 mit einer Last beaufschlagt, so dass sie in Kontakt mit einer Beschichtungsprobe 32 kommt, und wird der Kontaktwiderstand mittels eines Widerstandsmessgeräts 33 mit 4-Leiteranschluss gemessen. Die Last wird auf 3 N eingestellt, die Amplitude wird auf 50 μm eingestellt und die Frequenz wird auf 1 Hz eingestellt.
Die Bedingungen bei der Herstellung der Proben und die Ergebnisse des Reibe/Verschiebungstests werden in 6 aufgezeigt.
Wenn wie oben beschrieben der Verbundfilm verwendet wird, kann eine Erhöhung des Kontaktwiderstands aufgrund eines Reibens beschränkt werden im Vergleich mit einer Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt, die mit einer herkömmlichen Beschichtung behandelt wurde. Insbesondere wenn das Reduktionsmittel Kohlenstoff einschließt und die Konzentration des Reduktionsmittels derart definiert ist, dass die Konzentration des Kohlenstoffs gleich oder mehr als 1 Masse-% der Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs ist, kann eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt ausgebildet werden, die wirksam eine Erhöhung des Kontaktwiderstands aufgrund eines Reibens beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 54-69531 A [0008]
JP 6-330392 A [0008]
JP 2008-248294 A [0008]
JP 4176081 [0010]

Claims

Verbundwerkstoff umfassend: eine Metallmatrix aus einem Metall und ein Reduktionsmittel (25), das in der Metallmatrix dispergiert ist und in der Lage ist, ein Oxid (22) des Metalls bei Raumtemperatur zu reduzieren.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel (25) Kohlenstoff einschließt und die Konzentration des Reduktionsmittels (25) so definiert ist, dass die Konzentration des Kohlenstoffs gleich oder größer als 1 Masse-% der Gesamtmasse des Verbundwerkstoffs ist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reduktionsmittel (25) in der Lage ist, das Oxid (22) des Metalls zu reduzieren ohne ein Auflösen des Oxids (22) des Metalls.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Reduktionsmittel (25) mindestens eines einschließt von L-Ascorbinsäure, D-Araboascorbinsäure, Acetaldehyd-2,4-dinitrophenylhydrazon, 4-Hydrazinobenzoesäure, Diethylhydroxylamin, 1,3-Dihydroxyacetondimer, Dehydroascorbinsäure, 2,3-Diketogulonsäure, L-Xyloson, 2-Ketoglutaraldehyd und Reduktinsäure und das Metall Kupfer oder Kupferlegierung, deren Hauptkomponente Kupfer ist, einschließt.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Reduktionsmittel (25) mindestens eines von Dibenzylhydroxylamin und 1,3-Dihydroxyacetondimer einschließt und das Metall Zinn oder Zinnlegierung, deren Hauptkomponente Zinn ist, einschließt.
Kontaktelektrode (21a) für elektrischen Kontakt, die aus dem Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 1–5 hergestellt ist.
Kontaktfilm für elektrischen Kontakt, der aus dem Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 1–5 hergestellt ist.
Leitfähiger Füllstoff, der aus dem Verbundwerkstoff gemäß einem der Ansprüche 1–5 hergestellt ist.
Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt umfassend: eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit der ersten Elektrode steht, wobei eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt gemäß Anspruch 6 ist.
Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt umfassend: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit der ersten Elektrode steht, und den Kontaktfilm für elektrischen Kontakt gemäß Anspruch 7, der eine Oberfläche von einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode bedeckt.
Kontaktstruktur für elektrischen Kontakt umfassend: eine erste Elektrode, einen Zwischenschichtfilm, der aus dem leitfähigen Füllstoff gemäß Anspruch 8 oder einem Klebstoff, in welchem der leitfähige Füllstoff gemäß Anspruch 8 dispergiert ist, hergestellt ist, und eine zweite Elektrode, die über den Zwischenschichtfilm in Kontakt mit der ersten Elektrode steht.
Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs gemäß einem der Ansprüche 1–5, umfassend: Herstellen eines Beschichtungsbads, das ein Metallsalz des Metalls enthält, Auflösen des Reduktionsmittels (25) in dem Beschichtungsbad oder Vermischen des Reduktionsmittels (25) in dem Beschichtungsbad, so dass der Zustand einer kolloidalen Lösung erhalten wird, und elektrolytisches Beschichten eines zu beschichtenden Teils in dem Beschichtungsbad, um so den Verbundwerkstoff zu erhalten, indem auf dem zu beschichtenden Teil ein Eutektoid aus dem Metall und dem Reduktionsmittel ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, das ferner das Zugeben eines Komplexierungsmittels in das Beschichtungsbad vor dem elektrolytischen Beschichten umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei das Metallsalz Kupfersalz ist, das Reduktionsmittel (25) mindestens eines von L-Ascorbinsäure und D-Araboascorbinsäure einschließt und das Komplexierungsmittel mindestens eines von 1,10-Phenanthrolin und 2,2'-Bipyridyl einschließt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei das Metall Kupfer einschließt und das Reduktionsmittel (25) in dem Eutektoid mindestens eines von Dehydroascorbinsäure, 2,3-Diketogulonsäure, L-Xyloson, 2-Ketoglutaraldehyd und Reduktinsäure, welches Zersetzungsprodukte von L-Ascorbinsäure oder D-Araboascorbinsäure sind, ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt umfassend: Herstellen des Verbundwerkstoffs mittels des Herstellungsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 12–15 und Verarbeiten des auf dem zu beschichtenden Teil gebildeten Eutektoids.
Verfahren zur Herstellung eines Kontaktfilms für elektrischen Kontakt umfassend: Herstellen des Verbundwerkstoffs durch das Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 12–15, wobei das zu beschichtende Teil eine Kontaktelektrode für elektrischen Kontakt ist und das auf dem zu beschichtenden Teil gebildete Eutektoid der Kontaktfilm für elektrischen Kontakt ist.
Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Füllstoffs umfassend: Herstellen des Verbundwerkstoffs durch das Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 12–15 und Ablösen des auf dem zu beschichtenden Teil gebildeten Eutektoids, um den leitfähigen Füllstoff auszubilden.