DE102014118147A1

DE102014118147A1 - Monolithisches Kontaktsystem und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102014118147A1
Application number: DE102014118147.6A
Authority: DE
Inventors: Mohandas Nayak; Janakiraman Narayanan; Linda Yvonne Jacobs; Nagaveni Karkada; Shalini Thimmegowda; Mallikarjuna Heggadadevanapura THAMMAIAH
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Abb SpA It
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2015-06-18
Also published as: IN2013CH05861A; CN104715940B; US20150170846A1; US10008341B2; CN104715940A

Abstract

Es sind ein Schutzschalter mit einer monolithischen Struktur und ein Herstellungsverfahren offenbart. Die monolithische Struktur enthält einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist. Der Verbundwerkstoff weist eine metallische Matrix und eine zweite Phase auf, die in der metallischen Matrix angeordnet ist. Das Verfahren zum Herstellen der monolithischen Struktur enthält ein Einbringen eines ersten Pulvers in einen ersten Bereich einer Form, Einbringen eines zweiten Pulvers in einen zweiten Bereich der Form und Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander. Der erste Bereich der Form entspricht einem Kontaktabschnitt, und der zweite Bereich entspricht einem Armabschnitt der monolithischen Struktur des Schutzschalters.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kontaktarmanordnung mit einem elektrischen Kontakt in einem elektrischen Schutzschalter. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Schutzschalter, der eine monolithische Kontaktarmkonstruktion aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Kontakte und Kontaktarmanordnungen sind auf dem Gebiet von Schutzschaltern allgemein bekannt. Kontaktarmanordnungen mit elektrischen Kontakten zur Zulassung und Unterbrechung eines elektrischen Stroms werden nicht nur in elektrischen Schutzschaltern, sondern auch in anderen elektrischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Leistungsschaltern mit Dreh-Doppelunterbrechern, Leistungsschützen, Relais, Lastschaltern und Trennschaltern, verwendet werden.
Die primäre Funktion einer Kontaktarmanordnung besteht darin, einen elektrischen Stromträger bereitzustellen, der in der Lage ist, betätigt zu werden, um den Kontakt von einem zweiten Kontakt zu trennen, um das Herstellen und Unterbrechen eines elektrischen Stromflusses in einer elektrischen Schaltung zu ermöglichen.
Der Kontakt ist im Allgemeinen mit dem Kontaktarm, der gewöhnlich, jedoch nicht notwendigerweise, aus einer Kupferlegierung besteht, verbunden. Die Kontakte werden im Allgemeinen mit dem Arm durch einen Hartlötprozess unter Verwendung einer Hartlotlegierung verbunden. Der Einsatz einer Hartlotlegierung an der Verbindungsstelle kann zu Hohlräumen und Defekten an der Verbindungsstelle führen. Diese Prozessfehler können während eines Störlichtbogenereignisses als Wärmetaschen wirken und eine primäre Ursache für einen Kontaktausfall werden. Somit besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Verbindung zwischen dem Kontakt und Arm, die thermische, elektrische und mechanische Belastungen aushalten, eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Kontakt und dem Arm ergeben und die Zuverlässigkeit der Anordnung während eines Betriebs der Hostvorrichtung verbessern kann. Das System und Verfahren, wie sie hierin präsentiert werden, sind darauf gerichtet, diesen Bedarf zu decken.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform ist ein Schutzschalter mit einer monolithischen Struktur offenbart. Die monolithische Struktur enthält einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist. Der Verbundwerkstoff weist eine metallische Matrix und eine zweite Phase auf, die in der metallischen Matrix angeordnet ist.
In dem zuvor erwähnten Schutzschalter kann die metallische Matrix Kupfer, Silber oder Kombinationen von diesen aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Phase ein Carbid, ein Oxid, Kohlenstoff oder Kombinationen von diesen aufweisen.
In einer Konfiguration weist die metallische Matrix Kupfer auf, und die zweite Phase weist Wolframcarbid auf.
In einer anderen Konfiguration weist die metallische Matrix Silber auf, und die zweite Phase weist Cadmiumoxid auf.
Die zweite Phase kann ein Metall aufweisen.
In dem Schutzschalter der zuletzt erwähnten Art kann die Matrix Silber aufweisen, und die zweite Phase kann Nickel, Wolfram, Molybdän oder Kombinationen von diesen aufweisen.
Insbesondere kann der Verbundwerkstoff in etwa 50 Gewichts% bis 80 Gewichts% Wolfram aufweisen.
In dem Schutzschalter einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die monolithische Struktur ferner ein Bindemittel oder ein Sinterhilfsmittel aufweisen.
Insbesondere kann das Bindemittel oder das Sinterhilfsmittel Zink, Zinn, Aluminium, Magnesium, Silber, Kobalt, Nickel, Eisen oder Kombinationen von diesen aufweisen.
Der Schutzschalter einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen Verbindungsbereich aufweisen, der zwischen dem Armabschnitt und dem Kontaktabschnitt angeordnet ist, wobei der Verbindungsbereich eine eutektische Zusammensetzung aufweisen kann.
In einer Konfiguration weist der Kontaktabschnitt ferner einen Gradienten der chemischen Zusammensetzung auf.
In einer Ausführungsform ist ein Schutzschalter mit einer monolithischen Struktur offenbart. Die monolithische Struktur enthält einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist. Der Verbundwerkstoff weist eine Silbermatrix und eine zweite Phase auf, die in der Silbermatrix angeordnet ist. Der Kontaktabschnitt weist ferner einen Gradienten der chemischen Zusammensetzung auf.
In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Schutzschalters offenbart. Das Verfahren zum Herstellen des Schutzschalters enthält das Verfahren zum Herstellen einer monolithischen Struktur. Das Verfahren zum Herstellen der monolithischen Struktur enthält ein Einbringen eines ersten Pulvers, das einen Verbundwerkstoff aufweist, in einen ersten Bereich einer Form und Einbringen eines zweiten Pulvers, das Kupfer aufweist, in einen zweiten Bereich der Form und Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander. Der erste Bereich der Form entspricht einem Kontaktabschnitt, und der zweite Bereich entspricht einem Armabschnitt der monolithischen Struktur des Schutzschalters.
Das Verfahren kann ein Vereinigen des ersten Pulvers mit dem zweiten Pulver enthalten, um eine monolithische Struktur zu schaffen, die den Armabschnitt und den Kontaktabschnitt aufweist. Ferner kann das erste Pulver einen Verbundwerkstoff aufweisen, und das zweite Pulver kann Kupfer aufweisen.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Vereinigen des ersten Pulvers mit dem zweiten Pulver ein uniaxiales gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in der Form aufweisen.
Ferner kann das Vereinigen des ersten Pulvers mit dem zweiten Pulver ein uniaxiales gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in einer heißen Form aufweisen.
In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Einbringen der Pulver in die Form ein Einbringen des ersten Pulvers in einen elastomeren Beutel, der einen ersten Bereich aufweist, der hinsichtlich der Gestalt dem ersten Bereich der Form entspricht, und Einbringen des zweiten Pulvers in den Elastomerbeutel aufweisen, der einen zweiten Bereich aufweist, dessen Gestalt dem zweiten Bereich der Form entspricht.
In einer Implementierung weist das Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander ein kaltes isostatisches gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in der Form auf.
In einer weiteren Implementierung weist das Vereinigen ferner ein gemeinsames Sintern des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in einer kontrollierten Atmosphäre auf.
Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein Vermischen des Kupferpulvers und des Verbundwerkstoffpulvers mit einem Epoxidharz und einem Härtemittel vor dem Einbringen in die Form aufweisen.
Zusätzlich weist die Form ein Polymermaterial auf.
In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines Schutzschalters offenbart. Das Verfahren zum Herstellen des Schutzschalters enthält ein Verfahren zum Herstellen einer monolithischen Struktur. Das Verfahren zum Herstellen der monolithischen Struktur enthält ein Einbringen eines ersten Pulvers mit etwa 20 Gewichts% Silber und 80 Gewichts% Wolfram in einen ersten Bereich einer Form, Einbringen eines Kupferpulvers in einen zweiten Bereich der Form und Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander. Der erste Bereich der Form entspricht einem Kontaktabschnitt, und der zweite Bereich entspricht einem Armabschnitt der monolithischen Struktur des Schutzschalters. Das Vereinigen enthält ein uniaxiales gemeinsames Verpressen der Pulver in dem ersten und dem zweiten Bereich der Form, um eine ungesinterte monolithische Struktur zu schaffen, die den Armabschnitt und den Kontaktabschnitt aufweist, kaltes isostatisches Verpressen der ungesinterten monolithischen Struktur, um eine verdichtete ungesinterte monolithische Struktur zu schaffen, und gemeinsames Sintern der verdichteten ungesinterten monolithischen Struktur in einem Temperaturbereich von etwa 1000°C bis etwa 1020°C für etwa eine Stunde in einer Atmosphäre, die Wasserstoff und Stickstoff aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schutzschaltersystems, das einen Armabschnitt und einen Kontaktabschnitt aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Darstellung einer monolithischen Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Form, die verwendet wird, um eine monolithische Struktur herzustellen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4A zeigt eine Mikrostruktur eines Armabschnitts und eines mit diesem herkömmlich verbundenen Kontaktabschnitts eines Schutzschaltersystems;
4B zeigt eine Mikrostruktur der monolithischen Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
5 zeigt einen graphischen Vergleich der Härte einer herkömmlich verbundenen Struktur eines Schutzschalters mit der Härte der monolithischen Struktur, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren enthalten Ausführungsformen, die eine Kontaktarmanordnung mit einer verbesserten Verbindung zwischen dem Kontakt und dem Arm betreffen, wodurch der Kontaktarmanordnung ermöglicht wird, thermischen, elektrischen und mechanischen Belastungen standzuhalten.
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen, die folgen, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ und „das“ mehrere in Bezug genommene Elemente, sofern der Zusammenhang nicht deutlich was anderes aussagt.
In dem hierin verwendeten Sinne bezieht sich der Ausdruck „benachbart“ oder „nächster“, wenn er im Zusammenhang mit der Erläuterung unterschiedlicher Zusammensetzungen oder der Struktur von Bereichen oder Oberflächen verwendet wird, auf „unmittelbar nächster“, und er bezieht sich auch auf die Situation, in der andere Komponenten, die zwischen den erläuterten Komponenten vorhanden sind, in Bezug auf die Zusammensetzungen bzw. die Struktur wenigstens irgendeiner einzelnen der Komponenten nicht stark variieren.
Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, ist ein beispielhaftes Schutzschaltersystem 10 veranschaulicht. Das Schutzschaltersystem 10 enthält einen stationären Arm 20 mit einem festen Kontakt 22, der mit dem Arm 20 an einer Verbindungsstelle 24 verbunden ist. Der feste Kontakt 22 weist eine feste Lichtbogenüberschlagsoberfläche 26 auf. Das Schutzschaltersystem enthält ferner einen beweglichen Arm 30 mit einem beweglichen Kontakt 32, der mit dem Arm 30 an einer Verbindungsstelle 34 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 32 weist eine Lichtbogenüberschlagsoberfläche 36 auf.
Während eines Betriebs tritt ein elektrischer Lichtbogen zwischen zwei Kontakten 22 und 32 an den Lichtbogenüberschlagsoberflächen 26, 36 auf, wenn ein Fehlerstrom oder ein Kurzschluss auftritt. Die starke Hitze, die durch den elektrischen Lichtbogen erzeugt wird, kann beide Lichtbogenüberschlagsoberflächen 26 und 36 schmelzen, und eine schlechte Verbundfestigkeit zwischen den Kontakten 22, 32 und den Armen 20, 30 an der Verbindungsstelle 24 bzw. 34 kann einen Defekt der Kontakte zwischen den Armen 20 bzw. 30 und den Kontakten 22 bzw. 32 zur Folge haben.
Der Kürze wegen werden verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels eines Armabschnitts 40 mit dem Kontaktabschnitt 42, die eine Verbindungsstelle 44 aufweisen, wie in 2 veranschaulicht, weiter beschrieben. Der Armabschnitt 40 und der Kontakt 42 können die Teile eines ortsfesten Arms 20, eines beweglichen Arms 30 oder eines beliebigen sonstigen Arms sein, der in dem Schutzschalter verwendet wird, je nach der Konstruktion und der Anwendung der Schutzschalter.
In dem hierin verwendeten Sinne ist ein „Abschnitt“ 40 eines Arms der Körperteil, der mit dem Kontaktabschnitt 42 an der Verbindungsstelle 44 verbunden ist. Wie oben beschrieben, ist eine hohe Zuverlässigkeit der Verbindung des Armabschnitts 40 mit dem Kontaktabschnitt 42 an der Verbindungsstelle 44 für eine längere Lebensdauer der elektrischen Schaltanlage erwünscht. Die Verbindungsstelle 44 wird in den meisten der herkömmlichen elektrischen Schaltanlagen normalerweise durch Hartverlöten oder Verschweißen des Kontaktabschnitts 42 mit Armabschnitt 40 erzeugt. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein neues Verfahren zum Herstellen der Kontakt-Arm-Verbindungsstelle 44 ohne Verwendung der Hartlötung oder Schweißung bereit, so dass dadurch Hohlräume in der Verbindungsstelle 44 beseitigt sind.
In einer Ausführungsform enthält ein Schutzschaltsystem 10 eine monolithische Struktur 38, die einen Armabschnitt 40 und einen Kontaktabschnitt 42 enthält, wie in 2 veranschaulicht. Der Armabschnitt 40 enthält Kupfer als einen Bestandteil der Materialzusammensetzung. Der Armabschnitt 40 kann Kupfer, eine Legierung aus Kupfer oder einen Verbundstoff aus Kupfer enthalten. Der Armabschnitt 40 weist eine beträchtliche elektrische Leitfähigkeit (von wenigstens 90% der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer) und eine beträchtliche Stabilität (von wenigstens 90% der mechanischen, thermischen und Oxidationsstabilität von Kupfer) bei der Atmosphäre und Betriebstemperatur einer Schaltanlage auf. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Armabschnitt 40 aus im Wesentlichen 100% Kupfer hergestellt. In dem hierin verwendeten Sinne wird „im Wesentlichen 100%“ verwendet, um die beabsichtigte 100%-ige Zusammensetzung zu definieren, kann aber irgendwelche Verunreinigungen enthalten, die das Verhalten des Armabschnitts 40 nicht unzulässig beeinträchtigen würden, und würde ferner irgendwelche Verunreinigungen enthalten, die während der Verarbeitung zunächst an dem Körper oder den Oberflächen aufgenommen werden würden. In dem hierin verwendeten Sinne sind die erwähnten Prozentsätze Gewichtsprozentsätze.
In einer Ausführungsform enthält der Kontaktabschnitt 42 einen Verbundwerkstoff. Der Verbundwerkstoff des Kontaktabschnitts 42 kann eine metallische Matrix und eine zweite Phase aufweisen, die in dieser metallischen Matrix angeordnet ist. Die metallische Matrix kann Kupfer, Silber oder eine Kombination aus Kupfer und Silber aufweisen. Silber wird aufgrund seiner hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit und seiner beträchtlichen Reaktionsträgheit gegenüber Sauerstoff und Stickstoff als exzellentes Kontaktmaterial angesehen. Silber weist jedoch einen niedrigen Schmelzpunkt auf, was es zum Aufschmelzen und Anhaften anfällig macht. Ferner ist Silber ein kostspieliger Werkstoff, um in großen Mengen eingesetzt zu werden. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden in einer Ausführungsform Silberlegierungen oder Metallmischungen gemeinsam mit Silber verwendet, um die Härte zu erhöhen.
Die zweite Phase, die in der metallischen Matrix angeordnet ist, kann ein Metall, eine Legierung, ein Carbid, ein Oxid, ein Nitrid, Kohlenstoff oder beliebige Kombinationen von diesen aufweisen. In dem hierin verwendeten Sinne kann der „Kohlenstoff“ in einer freien Form vorliegen, ohne ein Bestandteil irgendwelcher anderen Verbindungen zu sein. In einer Ausführungsform liegt der Kohlenstoff der zweiten Phase in der Graphitform vor. Somit kann der Verbundwerkstoff des Kontaktabschnitts 42 in einer Ausführungsform Silber-Graphit (alternativ Silber-Kohlenstoff) in einer Mischform aufweisen, in der das Silber die Matrix bildet und der Kohlenstoff das zweite Phasenmaterial bildet. Das Silber und der Kohlenstoff reagieren im Allgemeinen nicht miteinander, um eine Verbindung zu bilden.
In einer Ausführungsform enthält die zweite Phase Wolfram, Molybdän, Nickel oder irgendwelche Kombinationen von diesen. In einer Ausführungsform können die Matrix und die zweite Phase in einer Metallgemischform vorliegen. Ein „Metallgemisch“, wie hierin verwendet, ist eine Mischung des Matrixmetalls mit einem Metall, einem Nichtmetall, einer Legierung oder einer Verbindung aus einem Metall und einem Nichtmetall.
In einer Ausführungsform sind Nickel, Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän, Cadmiumoxid oder Wolframcarbid als einzelne zweite Phasen enthalten, die in einer Matrix angeordnet sind, die Silber, Kupfer oder Silber und Kupfer enthält. In einer Ausführungsform enthält der Verbundwerkstoff Silber-Graphit, Silber-Wolfram, Silber-Nickel, Silber-Wolframcarbid, Silber-Molybdän oder beliebige Kombinationen von diesen. In einer Ausführungsform wird das Silber für eine höhere Temperaturstabilität, schnellere Lichtbogenauslöschung und reduzierte Erosion in einer Mischform gemeinsam mit Cadmiumoxid verwendet.
Die als ein Bestandteil der zweiten Phase vorhandenen Carbide können hochschmelzende Carbide sein. In einer Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff Silber in einer Mischform gemeinsam mit Wolframcarbid auf. Die Menge an Wolfram in dem Silber-Wolframcarbid-Metallgemisch kann größer als etwa 50% sein. In einer Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff des Kontaktabschnitts 42 Wolfram in einer Menge von etwa 50 Gewichts% bis etwa 80 Gewichts% auf. Diese Zusammensetzung verleiht dem Verbundwerkstoff eine höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit und ergibt einen verringerten Kontaktverschleiß.
In einer Ausführungsform weist der Kontaktabschnitt 42 einen Gradienten auf. Der Ausdruck „Gradient“, wie er hierin verwendet wird, bedeutet, dass sich der Wert eines charakteristischen Parameters der Struktur bei einer Veränderung der Position in der Richtung von der Lichtbogenüberschlagsoberfläche zu der Verbindungsstelle hin verändert. Der charakteristische Parameter kann z.B. die Zusammensetzung, Dichte, Dicke, Reaktionsfähigkeit oder Mikrostruktur sein. In einer Ausführungsform ist der Gradient die Zusammensetzung des Kontaktabschnitts 42. In einer Ausführungsform weist der Kontaktabschnitt 42 einen Gradienten in der chemischen Zusammensetzung des Metallgemisches auf.
In einer Ausführungsform verläuft der Gradient von einer Lichtbogenüberschlagsoberfläche 46 zu der Verbindungsstelle 44. In einer anderen Ausführungsform verläuft der Gradient von der Lichtbogenüberschlagsoberfläche zu dem Zentrum 48 des Kontaktabschnitts 42. In dieser Ausführungsform ist eine hinsichtlich des Gewichts gemittelte Konzentration der zweiten Phase in einem Zwischenbereich 48 (wie z.B. dem Zentrum) des Kontaktabschnitts 42 deutlich höher als die Konzentration der zweiten Phase an der Lichtbogenoberfläche 46 oder der Verbindungsstelle 44 im Vergleich zu der Konzentration von Silber oder Kupfer in diesen jeweiligen Regionen.
Wie oben erwähnt, enthält das Schutzschaltersystem 10 in einer Ausführungsform die monolithische Struktur 38 (2). In dem hierin verwendeten Sinne ist eine „monolithische Struktur“ eine kontinuierliche Struktur, die im Wesentlichen frei von Hohlräumen an der Verbindungsregion 44 ist. Eine Verbindungsstelle 44 wird als im Wesentlichen frei von Hohlräumen angesehen, wenn der prozentuelle Anteil der Hohlräume an der Verbindungsregion 44 kleiner als 5% des gesamten Grenzflächenbereichs der Verbindungsregion 44 ist. In der Struktur 38 ist der Grenzflächenbereich der Verbindungsregion 44 der Kontaktbereich zwischen dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42.
Eine typische hartgelötete Verbindungsregion zwischen einem Armabschnitt und einem Kontaktabschnitt eines Schutzschalters kann mehr als etwa 10 Volumenprozent von Hohlräumen in ihrer Verbindungsregion aufweisen und wird somit nicht derart angesehen, dass sie eine monolithische Struktur des Arms und des Kontaktes zusammen ergibt.
Ferner beträgt eine prozentuale Bindung zwischen dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42 an der Verbindungsregion 44 der monolithischen Struktur mehr als 98%. In dem hierin verwendeten Sinne ist eine „prozentuale Bindung“ ein prozentualer Anteil der Körner des Armabschnitt 40, die mit den Körner des Kontaktabschnitts 42 an der Verbindungsregion 44 verbunden sind, im Vergleich zu der gesamten Anzahl von Körnern des Armabschnitts 40, die in der Verbindungsregion 44 vorhanden sind. Es sollte verstanden werden, dass die „Körner des Armabschnitts“, wie hierin verwendet, diejenigen Körner bezeichnen, die wenigstens ein einziges Korn des Kontaktabschnitts 42 als einen nächsten Nachbarn aufweisen. Die prozentuale Bindung zwischen einem Armabschnitt und einem Kontaktabschnitt einer herkömmlichen Verbindung, wie beispielsweise einer Hartlotverbindung, ist gewöhnlich kleiner als etwa 85%.
Eine erhöhte prozentuale Bindung zwischen dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42 reduziert einen gemeinsamen Widerstand und verbessert die Wärmeübertragung zwischen dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42 an der Verbindungsregion 44, und sie verhindert ferner einen Kontaktdefekt an der Verbindungsregion 44. In einer Ausführungsform beträgt die prozentuale Bindung der monolithischen Struktur an der Verbindungsstelle mehr als etwa 99%.
In einer Ausführungsform ist eine prozentuale Dichte der Verbindungsregion 44 mit der prozentualen Dichte des Armabschnitts 40 oder der prozentualen Dichte des Kontaktabschnitts 42 vergleichbar. Abhängig von dem Material und der Zusammensetzung des Armabschnitts 40 und des Kontaktabschnitts 42 können die absoluten Dichten des Armabschnitts 40 und des Kontaktabschnitts 42 und somit der Verbindungsregion 44 unterschiedlich sein. In dem hierin verwendeten Sinne ist eine „prozentuale Dichte“ jedoch die Dichte des Abschnitts/ der Region als ein Prozentsatz der theoretischen Dichte dieses Materials. Die prozentuale Dichte der Verbindungsregion 44 wird als mit der prozentualen Dichte des Armabschnitts 40 und des Kontaktabschnitts 42 vergleichbar angesehen, falls die Differenz der prozentualen Dichtewerte weniger als 5 Prozentpunkte beträgt. In einer Ausführungsform beträgt die prozentuale Dichte der monolithischen Struktur im Ganzen etwa 96%. In einer Ausführungsform beträgt die prozentuale Dichte der Verbindungsregion 44 etwa 96% der theoretischen Dichte der Materialzusammensetzung der Verbindungsregion.
In einer Ausführungsform weist die monolithische Struktur 38 eine Verbindungsregionhärte auf, die innerhalb von etwa 5% der Härte des Armabschnitts 40, der Härte de Kontaktabschnitts 42 oder der Härte von sowohl dem Armabschnitt 40 als auch dem Kontaktabschnitt 42 liegt. In einer Ausführungsform ist die Härte des Monoliths an der Verbindungsregion 44 mit der Härte des Armabschnitts 40 oder der Härte des Kontaktabschnitts 42, welche immer die kleinere von den beiden ist, vergleichbar (d.h. der Unterschied ist kleiner als 5%).
In einer Ausführungsform weist die monolithische Struktur 38 eine mechanische Festigkeit an der Verbindungsregion 44 auf, die mit der mechanischen Festigkeit des Armabschnitts 40 oder des Kontaktabschnitts 42 vergleichbar ist. Die mechanische Festigkeit wird als mit dem Armabschnitt vergleichbar angesehen, falls der Festigkeitswert innerhalb von 90% des mechanischen Festigkeitswertes des Armabschnitts liegt.
Eine herkömmliche Verbindung, wie beispielsweise eine Hartlotverbindung, kann bei einer Betriebstemperatur, die in der Nähe der Temperatur des Schmelzpunkts des Hartlotmaterials, das an der Verbindungsstelle verwendet wird, liegt oder größer als diese Temperatur ist, Delaminationsprobleme an der Verbindungsregion erfahren. Eine monolithische Struktur 38 von verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung weist derartige Delaminationsprobleme an der Verbindungsregion 44 aufgrund des Fehlens eines Hartlotmaterials nicht auf.
In einer Ausführungsform enthält die monolithische Struktur 38 des Schutzschalters 10 ein Bindemittel, ein Sinterhilfsmittel oder ein Bindemittel und ein Sinterhilfsmittel. Ein „Bindemittel“, wie hierin verwendet, erhöht die Benetzbarkeit und die Fließfähigkeit der Zusammensetzung, mit der er vermischt ist. Ein „Sinterhilfsmittel“ ist ein Material, das eine Sinterung einer Zusammensetzung bei einer geringeren Temperatur im Vergleich zu der Sintertemperatur einer Zusammensetzung ohne das Sinterhilfsmittel unterstützt. Materialien, wie beispielsweise Zink, Zinn, Aluminium, Magnesium, Silber, Kobalt, Nickel, Eisen oder beliebige Kombinationen von diesen, können als ein Bindemittel, ein Sinterhilfsmittel oder als beides verwendet werden. In einem Beispiel werden Kobalt, Zink, Zinn, Magnesium oder Aluminium als Bindemittel verwendet. Silber kann als ein Sinterhilfsmittel für Kupfer verwendet werden. In ähnlicher Weise können Nickel und Eisen als Sinterhilfsmittel verwendet werden. In einem Beispiel wird Kobalt als ein Bindemittel für den Verbundwerkstoff mit Wolframcarbid als eine zweite Phase verwendet.
An der Verbindungsregion 44 treffen das Material des Armabschnitts 40 und das Material des Kontaktabschnitts 42 aufeinander. Die Verbindungsregion kann von beliebiger Gestalt sein, abhängig von dem Herstellungsverfahren und der Konstruktionsanforderung der Anwendungen. Z.B. ist die Verbindungsregion 44 in einer Ausführungsform ein kreisförmiger Querschnitt der Verbindungsregion zwischen dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42, wie in 2 veranschaulicht. Die Verbindungsregion kann von einer beliebigen anderen Gestalt oder Kontur sein, die einen größeren Grenzflächenbereich zur Verbindung des Armabschnitts 40 mit dem Kontaktabschnitt 42 bereitstellt.
An der Verbindungsregion 44 kann das Material des Armabschnitts 40 mit dem Material des Kontaktabschnitts 42 reagieren. Die Reaktion kann eine starke Verbindung zwischen den beiden Abschnitten ermöglichen. Die Zusammensetzung des Armabschnitts 40 und die Zusammensetzung des Kontaktabschnitts 42 an der Verbindungsregion 44 können die Festigkeit der Verbindungsregion 44 beeinflussen. In einer Ausführungsform sind die Zusammensetzungen des Armabschnitts 40 und des Kontaktabschnitts 42 an der Verbindungsstelle 44 derart ausgelegt, dass durch die Reaktion zwischen den beiden Zusammensetzungen eine starke Bindung erreicht wird.
In einer Ausführungsform ist der Armabschnitt 40 aus einem Kupfermaterial hergestellt, und der Kontaktabschnitt 42 ist ein Verbundwerkstoff, der eine Kupfermatrix aufweist. Die zweite Phase des Verbundwerkstoffs kann ein Carbid oder ein Oxid sein. In einer Ausführungsform ist der Kontaktabschnitt 42, der mit dem Kupferarmabschnitt 40 verbunden ist, ein Verbundwerkstoff aus Kupfer und Wolframcarbid.
In einer Ausführungsform ist der Armabschnitt 40 aus einem Kupfermaterial hergestellt, und der Kontaktabschnitt 42 ist ein Verbundwerkstoff, der eine Silbermatrix aufweist. In einer Ausführungsform enthält die Verbindungsregion 44 eine eutektische Zusammensetzung aus den Komponenten des Armabschnitts 40 und des Kontaktabschnitts 42.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung, die hierin offenbart sind, umfassen ein Verfahren zum Herstellen eines Schutzschalters mit der monolithischen Struktur 38. Ausführungsformen des Verfahrens enthalten ein Ausgehen von Pulverformen sowohl des Armabschnitts 40 als auch des Kontaktabschnitts 42 und ein anschließendes Vereinigen/Verfestigen dieser miteinander, um die endgültige monolithische Struktur 38 zu schaffen. Einige beispielhafte Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Struktur gehen von Pulvern aus, die nachstehend offenbart sind. Jedoch werden sich Fachleuten auf dem Gebiet viele Variationen und Modifikationen der hier beschriebenen Verfahren erschließen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Schutzschalters enthält ein Verwenden einer Form 50, um die monolithische Struktur 38 zu erzeugen, wie in 3 veranschaulicht. Die Form 50 enthält wenigstens zwei Bereiche, einen ersten Bereich 52 und einen zweiten Bereich 54. Der erste Bereich 52 der Form 50 entspricht dem Kontaktabschnitt 42 des Schutzschalters, und der zweite Bereich 54 entspricht dem Armabschnitt 40 des Schutzschalters. Zwei Pulver – ein erste Pulver und ein zweites Pulver – wurden gesondert zubereitet. Das erste Pulver entspricht dem Kontaktabschnitt 42 der endgültigen monolithischen Struktur 38 und enthält Materialien, die dem Material des Kontaktabschnitts 42 an der monolithischen Struktur 38 entsprechen. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet „Materialien, die dem Material des Kontaktabschnitts 42 entsprechen“ das Material, das letztendlich nach der Verarbeitung das Material des Kontaktabschnitts 42 wird. In einer Ausführungsform besteht das erste Pulver aus den ungesinterten Pulvern des Verbundwerkstoffmaterials des Kontaktabschnitts 42, wie an früherer Stelle offenbart, wobei das Verbundwerkstoffmaterial eine metallische Matrix und eine zweite Phase, die in der Matrix angeordnet ist, enthält.
Das zweite Pulver entspricht dem Material des Armabschnitts 40 und enthält Kupfer. Das zweite Pulver kann Kupferpulver, Pulver einer Kupferlegierung oder ein Kupferverbundwerkstoffpulver sein.
Das Verfahren weist ferner ein Einbringen des ersten Pulvers in den ersten Bereich 52 der Form 50 und Einbringen des zweiten Pulvers in einen zweiten Bereich 54 der Form 50 auf. Abhängig von den Randbedingungen der Konstruktion und der Leichtigkeit der Packungsverfahren kann der erste Bereich 52 oder der zweite Bereich 54 mit den jeweiligen Pulvern gefüllt werden. In einer Ausführungsform wird der erste Bereich 52 mit dem ersten Pulver gefüllt, bevor der zweite Bereich 54 mit dem zweiten Pulver gefüllt wird, um die Packungsbildung zu erleichtern.
Die ersten und zweiten Pulver können anschließend vereinigt/verfestigt werden, um die monolithische Struktur 38 mit dem Armabschnitt 40 und dem Kontaktabschnitt 42 zu bilden. In einer Ausführungsform enthält die Vereinigung/Verfestigung ein Verpressen der Pulver und Sintern.
Die hierin verwendete Form 50 kann eine steife Form sein, die aus einem Metall, einer Legierung, aus Keramik, einem Polymer oder einem Verbundwerkstoff hergestellt ist. Die Pulver können unmittelbar in die steife Form eingefüllt und anschließend mit einem oder mehreren Stempeln verdichtet werden. Das erste Pulver in dem ersten Bereich 52 und das zweite Pulver in dem zweiten Bereich 54 werden in der Form zusammen verdichtet (alternativ „gemeinsam verdichtet“ oder „gemeinsam verpresst“). Die Form 50 und der Stempel oder die Stempel, die eingesetzt werden, können ausgelegt sein, um ein Freigeben des verdichteten Pulvers zu ermöglichen. Z.B. wird in einer Ausführungsform eine Form 50 gemeinsam mit zwei Stempeln – einem (nicht veranschaulichten) oberen Stempel und einem (nicht veranschaulichten) unteren Stempel – verwendet, um die Pulver zu verdichten. Das verdichtete Pulver kann in Form eines ungesinterten Körpers aus der Form 50 entnommen werden, nachdem der obere und der untere Stempel entfernt werden.
Die Vereinigung/Verfestigung kann unter Verwendung verschiedener Verfahren und Kombinationen von Schritten durchgeführt werden. Z.B. werden in einer Ausführungsform das erste Pulver und das zweite Pulver unter Verwendung einer steifen Form unter Anwendung eines uniaxialen Drucks, einer Freigabe des verdichteten ungesinterten Körpers aus der Form 50 und einer anschließenden Sinterung zur Entgasung gemeinsam verdichtet. In einer anderen Ausführungsform werden die Pulver durch ein heißes uniaxiales Verpressen oder ein Spark-Plasma-Sinterverfahren in der Form 50 gemeinsam verdichtet, um die endgültige gesinterte monolithische Struktur 38 zu erhalten. Die Temperatur bei der gemeinsamen Erhitzung der Pulver zusammen mit der uniaxialen Verdichtung kann, je nach dem Material der Form, des Kontaktabschnitts und des Armabschnitts, in einem Bereich von etwa 400°C bis etwa 750°C liegen.
In einer Ausführungsform ist die Form 50 aus einem Polymermaterial hergestellt, und sie kann nach dem Verdichtungsschritt unter Anwendung einer leichten Erwärmung leicht entfernt werden. In einer Ausführungsform enthalten das erste Pulver und das zweite Pulver irgendein Sinterhilfsmittel oder ein Bindemittel, um eine einfachere und bei einer geringeren Temperatur durchgeführte Verdichtung zu unterstützen. In einer Ausführungsform wird ein Epoxidharz und ein Härtemittel mit dem ersten und dem zweiten Pulver vermischt, bevor die Pulver in die Form 50 eingebracht werden, um eine stärkere Bindung des Pulvers in dem ungesinterten und dem gesinterten Körper zu unterstützen.
In einer Ausführungsform werden die Pulver unter Verwendung einer flexiblen Form gemeinsam mit der zuvor beschriebenen steifen Form verdichtet. Die flexible Form kann eine hohle Nachbildung der monolithischen Struktur 38 mit einer berechneten Änderung der Größe sein. Z.B. kann der Schwund der Materialien aufgrund der Sinterung berechnet werden, und die flexible Form kann mit einer entsprechenden Zunahme der Dimensionen ausgelegt werden, um den auf die Sinterung zurückzuführenden Schwund zu berücksichtigen. Die Dimensionen der steifen Form 50 mit oder ohne die Verwendung der flexiblen Form können ebenfalls angepasst werden, um den Schwund aufgrund des Sinterns zu berücksichtigen.
Ein Beispiel für eine flexible Form ist ein elastomerer Beutel, wobei ein erster Abschnitt des Elastomerbeutels dem ersten Abschnitt 52 der Form 50 entspricht und ein zweier Abschnitt des Elastomerbeutels dem zweiten Abschnitt 54 der Form 50 entspricht. Die Materialien, die dem Kontaktabschnitt 42 entsprechen, können zuerst in den ersten Abschnitt des Elastomerbeutels eingefüllt werden, und anschließend können die Materialien, die dem Armabschnitt 40 entsprechen, in den zweiten Abschnitt des Elastomerbeutels eingefüllt werden. Der gefüllte Elastomerbeutel kann abgedichtet und im Innern der Form 50 eingesetzt und der Verdichtung ausgesetzt werden.
Die Pulver im Innern der flexiblen Formen, wie beispielsweise dem Elastomerbeutel, können einer isostatischen Verpressung unterworfen werden. In Abhängigkeit von dem Material der flexiblen Form kann ein kaltes isostatisches Press-(CIP) oder ein heißes isostatisches Press(HIP)-Verfahren verwendet werden, um die Pulver, die dem Kontaktabschnitt 42 und dem Armabschnitt 40 entsprechen, zusammen, gemeinsam zu verpressen. In Abhängigkeit von dem eingesetzten Pressverfahren und der Dichte, die erreicht wird, kann der verdichtete ungesinterte Körper ferner gesintert werden. In einer Ausführungsform wird ein CIP-Verfahren verwendet, um das erste und das zweite Pulver gemeinsam zu verdichten, und der erhaltene ungesinterte Körper wird zur weiteren Vereinigung und Verstärkung einer Sinterung unterworfen. In einer Ausführungsform werden die Pulver zunächst gemeinsam uniaxial verpresst, um den ungesinterten Körper zu bilden, und anschließend kalt isostatisch oder heiß isostatisch verpresst, um den ungesinterten Körper weiter zu verdichten, bevor irgendeine Sinterung durchgeführt wird, wie erforderlich.
Abhängig von der chemischen Zusammensetzung und der Größe der ersten und zweiten Pulver und den endgültigen charakteristischen Eigenschaften der monolithischen Struktur 38, die erhalten werden sollen, kann die Sintertemperatur je nach Bedarf variiert werden. In einer Ausführungsform werden die gemeinsam verpressten Pulver in einem Temperaturbereich von etwa 650°C bis etwa 1200°C gesintert. In einer Ausführungsform liegt die Sintertemperatur in dem Bereich von etwa 1000°C bis etwa 1020°C. In einigen Ausführungsformen kann die Sinteratmosphäre kontrolliert werden, um die Eigenschaften der erzeugten endgültigen monolithischen Struktur 38 zu steuern. Z.B. muss das benötigte endgültige Produkt in einigen Ausführungsformen der Erfindung sauerstofffrei sein oder nur eine minimale Menge von Sauerstoff aufweisen. In derartigen Situationen kann der verdichtete ungesinterte Körper unter einer kontrollierten Atmosphäre gesintert werden, bei der die Menge an Sauerstoff in der Umgebung des Sinterkörpers kontrolliert wird. Z.B. wird in einer Ausführungsform der Grünkörper, der durch das uniaxiale oder isostatische Verpressen erhalten wird, in einer Wasserstoff-, Stickstoff- oder einer Formiergasatmosphäre gesintert. In einer Ausführungsform des heißen Verpressens oder heißen isostatischen Verpressens wird die Atmosphäre um die Pulver herum während des Verpressschrittes gesteuert, um sauerstofffrei zu sein.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele veranschaulichen Materialien, Verfahren und Ergebnisse entsprechend speziellen Ausführungsformen und sollten als solche nicht derart ausgelegt werden, als würden sie den Ansprüchen Beschränkungen auferlegen. Alle Komponenten sind von üblichen Anbietern kommerziell erhältlich.
In einem Beispiel wurde ein Verbundwerkstoffpulver, das Silber als ein Matrixmaterial aufwies, mit Wolfram, Wolframcarbid, Nickel oder Kohlenstoff als die zweite Phase als das erste Pulver verwendet, um den Kontaktabschnitt 42 der monolithischen Struktur 38 zu bilden. Kupferpulver wurde als das zweite Pulver zur Erzeugung des Armabschnitts 40 verwendet. Kupferpulver und die Pulver der Metallmatrix und der zweiten Phase hatten typischerweise eine Partikelgröße in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 200 Mikrometer. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass andere Partikelgrößen verwendet werden können, um den Armabschnitt 40 und den Kontaktabschnitt 42 zu gestalten.

Beispielhafte Zusammensetzungen einiger Materialien des Kontaktabschnitts 42 sind in der Tabelle 1 angegeben. Ferner können die Zusammensetzung und die Struktur der Lichtbogenüberschlagsoberfläche 46 und der Verbindungsstelle 44 als ein Ergebnis routinemäßiger Experimente variiert werden, um eine weiter verbesserte monolithische Struktur 38 zu schaffen. Tabelle 1

Armabschnitt	beispielhafte Zusammensetzungen des Kontaktab schnitts (Gewichts%)
100% Cu	Ag (40-90) – Ni (60-10)
100% Cu	Ag (20-50) – WC (75-48) – Ni (2-5)
100% Cu	Ag (93-99) – C (7-1)
100% Cu	Ag (20-50) – W (80-50)

In erster Linie wurden vier Verfahren für die Herstellung der vorstehend erwähnten monolithischen Struktur 38 untersucht. In einem Verfahren wurde ein Pressen-Sintern-Wiederpressen(PSR)-Verfahren verwendet, das eine uniaxiale Belastung von etwa 6–12 Tonnen über einem Querschnittsbereich von etwa 5 bis 17 cm² verwendete, um den Kontaktabschnitt 42 und den Armabschnitt 40 zunächst gemeinsam zu verdichten. Die verdichtete Struktur wurde in einem Temperaturbereich von etwa 650°C bis etwa 1200°C für eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten bis etwa 60 Minuten in einer inerten Atmosphäre von etwa 2–4% Wasserstoff in Stickstoff oder Argon gesintert.
In einem zweiten Verfahren wurden die Pulver in einen Elastomerbeutel eingebracht und anschließend in einer Form 50 mit einem Druck von etwa 250 bis 415 MPa kalt isostatisch gemeinsam verpresst. Die erhaltene ungesinterte Struktur wurde anschließend in einem Temperaturbereich von etwa 650°C bis etwa 1200°C für eine Zeitdauer von etwa 10 Minuten bis etwa 60 Minuten in einer inerten Atmosphäre von etwa 2–4% Wasserstoff in Stickstoff oder Argon gesintert.
In einem heißen Verpressverfahren wurden die Ausgangspulver und Mischungen einer uniaxialen Belastung von etwa 20–45 Tonnen über einer Querschnittsfläche von etwa 5–17 cm² ausgesetzt, in einem Temperaturbereich von etwa 650°C bis etwa 750°C für eine Zeitdauer von etwa 10–60 Minuten verpresst.
In einem weiteren Verfahren wurde ein Spark-Plasma-Sinter(SPS)-Verfahren verwendet, um den Armabschnitt 40 und den Kontaktabschnitt 42 miteinander zu verbinden. Ein Druck von etwa 30–50 MPa und eine effektive Sintertemperatur von etwa 650°C bis etwa 775°C wurde für eine Haltezeit einer Dauer von etwa 2–10 Minuten verwendet, um die Struktur zu verdichten.
Eine Mikrostruktur aus einem herkömmlich gelöteten Kupferarmabschnitt 60 und einem Kontaktabschnitt 62 auf Silbermatrixbasis, wie in 4A veranschaulicht, wird mit der monolithischen Struktur 38 nach 4B mit dem Kupferarmabschnitt 40 und einem Kontaktabschnitt 42 aus einem Verbundwerkstoff mit 70% Ag, 30% Ni, die unter Verwendung der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, verglichen. Die Mikrostruktur der herkömmlich gelöteten Beispiele zeigt an der Verbindungsstelle 64 Hohlräume 68. Es wurde festgestellt, dass die Menge der Hohlräume in einem Bereich von etwa 10–15 Volumen% liegt.
Die monolithische Struktur 38, die durch gemeinsames Verpressen und gemeinsames Sintern erzeugt wurde, ergab eine defektfreie Verbindungsstelle 44, wie in 4B veranschaulicht. Die für die monolithische Struktur 38 erhaltene Dichte betrug etwa 96% der theoretischen Dichte. Ein mechanischer Scherversuch zeigte, dass die monolithische Struktur 38, die durch die vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt wurde, bis 2060 Newton nicht versagte.
5 zeigt den Härtewert der monolithischen Struktur 38 im Vergleich zu einem kommerziellen Beispiel. Die Härte des Monoliths (~80kg/mm² bis ~130kg/mm²) ist höher als bei dem kommerziellen Beispiel (~75kg/mm²).
Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleuten auf dem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es sollte deshalb verstanden werden, dass die beigefügten Ansprüche dazu vorgesehen sind, all derartige Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen, zu umfassen.
Es sind ein Schutzschalter mit einer monolithischen Struktur und ein Herstellungsverfahren offenbart. Die monolithische Struktur enthält einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist. Der Verbundwerkstoff weist eine metallische Matrix und eine zweite Phase auf, die in der metallischen Matrix angeordnet ist. Das Verfahren zum Herstellen der monolithischen Struktur enthält ein Einbringen eines ersten Pulvers in einen ersten Bereich einer Form, Einbringen eines zweiten Pulvers in einen zweiten Bereich der Form und Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander. Der erste Bereich der Form entspricht einem Kontaktabschnitt, und der zweite Bereich entspricht einem Armabschnitt der monolithischen Struktur des Schutzschalters.

Claims

Schutzschalter, der aufweist: eine monolithische Struktur, die aufweist: einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei der Verbundwerkstoff eine metallische Matrix und eine zweite Phase, die in der Matrix angeordnet ist, aufweist.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei die metallische Matrix Kupfer, Silber oder Kombinationen von diesen aufweist; und/oder wobei die zweite Phase ein Carbid, ein Oxid, Kohlenstoff oder Kombinationen von diesen aufweist.
Schutzschalter nach Anspruch 1, wobei die zweite Phase ein Metall aufweist; wobei die Matrix vorzugsweise Silber aufweist und die zweite Phase vorzugsweise Nickel, Wolfram, Molybdän oder Kombinationen von diesen aufweist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die monolithische Struktur ferner ein Bindemittel oder ein Sinterhilfsmittel aufweist; wobei das Bindemittel oder das Sinterhilfsmittel vorzugsweise Zink, Zinn, Aluminium, Magnesium, Silber, Kobalt, Nickel, Eisen oder Kombinationen von diesen aufweist.
Schutzschalter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Verbindungsregion aufweist, die zwischen dem Armabschnitt und dem Kontaktabschnitt angeordnet ist, wobei die Verbindungsregion eine eutektische Zusammensetzung aufweist.
Schutzschalter, der aufweist: eine monolithische Struktur, die aufweist: einen Armabschnitt, der Kupfer aufweist, und einen Kontaktabschnitt, der einen Verbundwerkstoff aufweist, wobei der Verbundwerkstoff eine Silbermatrix und eine zweite Phase, die in der Matrix angeordnet ist, aufweist, wobei der Kontaktabschnitt ferner einen Gradienten der chemischen Zusammensetzung aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Schutzschalters, das aufweist: Einbringen eines ersten Pulvers in einen ersten Bereich einer Form, wobei der erste Bereich einem Kontaktabschnitt des Schutzschalters entspricht; Einbringen eines zweiten Pulvers in einen zweiten Bereich der Form, wobei der zweite Bereich einem Armabschnitt des Schutzschalters entspricht; und Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander, um eine monolithische Struktur zu bilden, die den Armabschnitt und den Kontaktabschnitt aufweist, wobei das erste Pulver einen Verbundwerkstoff aufweist und das zweite Pulver Kupfer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Vereinigen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers miteinander wenigstens eines aufweist von: uniaxiales gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in der Form; uniaxiales gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in einer heißen Form; kaltes isostatisches gemeinsames Verpressen des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in der Form; und gemeinsames Sintern des ersten Pulvers und des zweiten Pulvers in einer kontrollierten Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Einbringen der Pulver in die Form ein Einbringen des ersten Pulvers in einen Elastomerbeutel, der einen ersten Bereich aufweist, dessen Gestalt dem ersten Bereich der Form entspricht, und Einbringen des zweiten Pulvers in den Elastomerbeutel aufweist, der einen zweiten Bereich aufweist, dessen Gestalt dem zweiten Bereich der Form entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines Schutzschalters, das aufweist: Einbringen eines Verbundwerkstoffpulvers, das etwa 20 Gewichts% selber und 80 Gewichts% Wolfram aufweist, in einen ersten Bereich einer Form, wobei der erste Bereich einem Kontaktabschnitt des Schutzschalters entspricht; Einbringen eines Kupferpulvers in einen zweiten Bereich der Form, wobei der zweite Bereich einem Armabschnitt des Schutzschalters entspricht; uniaxiales gemeinsames Verpressen der Pulver in dem ersten und dem zweiten Bereich der Form, um eine ungesinterte monolithische Struktur zu bilden, die den Armabschnitt und den Kontaktabschnitt aufweist; kaltes isostatisches Verpressen der ungesinterten monolithischen Struktur, um eine verdichtete ungesinterte monolithische Struktur zu bilden; und gemeinsames Sintern der verdichteten ungesinterten monolithischen Struktur in einem Temperaturbereich von etwa 1000°C bis etwa 1020°C für etwa eine Stunde in einer Atmosphäre, die Wasserstoff und Stickstoff aufweist.