DE1087813B

DE1087813B - Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes fuer elektrische Kontakte

Info

Publication number: DE1087813B
Application number: DES54064A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Habil Horst Schreiner; Dipl-Phys Rudolf Scherbaum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-06-28
Filing date: 1957-06-28
Publication date: 1960-08-25
Also published as: CH373189A

Description

Verfahren zur.Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte Da Kupfer im geschmolzenen Zustand bis zu 360/a Blei löst, können an sich Kupfer-Blei-Legierungen auf dem Schmelzwege hergestellt werden. Um Bleiausseigerungen zu vermeiden und eine gleichmäßige Verteilung des Bleies in Kupfer zu gewährleisten, sind besondere Maßnahmen erforderlich, insbesondere muß ein schnelles Abkühlen der Schmelze durchgeführt werden. Die Löslichkeit von Blei in Kupfer nimmt mit abnehmender Temperatur ab und ist beim Schmelzpunkt des Bleies (327° C) praktisch Null. Dies ist die Ursache dafür, daß das Blei bei langsamem Abkühlen einer Kupfer-Blei-Schmelze infolge seiner hohen Dichte ausseigert. Bei raschem Abkühlen einer Kupfer-Blei-Schmelze liegt das Blei an den Korngrenzen der Kupferprimärkörner. Dies ist sehr deutlich an der Bruchfläche zu sehen, die in den Bleibereichen liegt; sie zeigt typische Bleifärbung. Die Festigkeit und Dehnung eines solchen Schmelzwerkstoffes ist verhältnismäßig klein, und der Werkstoff mit dem vorgenannten Gefüge kann durch mechanische Verformung, z. B. durch Walzen, nur wenig verändert werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden 6 bis 300/a Bleipulver und 94 bis 70% Kupferpulver innig gemischt, mit einem Druck zwischen 1 und 4 t/cm2 gepreßt und anschließend zwischen 700 und 900° C gesintert. Durch Nachpressen mit 2 bis 10 t/cm2 erhält man einen Kontakt-Fertigformteil. Besonders bevorzugt wird eine Zusammensetzung von 10 bis 151)/o. Bleipulver und 90 bis 85% Kupferpulver, beide Pulver mit einer Korngröße unter 0,06 mm. Es empfiehlt sich die Beimischung eines preßerleichternden Zusatzes, vorzugsweise von etwa 0,5 %-. Hierfür eignet sich z. B. ein Stearinsäureester. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung kann bei dem Fertigformteil eine Bleikorngröße kleiner als 10 [,, eine Kupferkorngröße kleiner als 50 #L und ein Raumerfüllungsgrad von 0,99 erreicht werden.
Der Kupfer-Blei-Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung weist praktisch die theoretische Kompaktdichte auf, und das Blei ist sehr feinteilig und gleichmäßig im Kupfer verteilt, ohne daß sich die Bleiteilchen gegenseitig berühren. Es handelt sich also um einen Einlagerungsverbundstoff. Die oben angegebenen Preß- und Sinterbedingungen ergeben optimale elektrische Eigenschaften. Die Kupferkorngröße ist wesentlich kleiner und die mechanische Festigkeit fast doppelt so groß wie bei einem entsprechend zusammengesetzten, auf dem Schmelzwege hergestellten Legierungskörper..
Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffen sind bereits vorgeschlagen worden. Bei einem derartigen Verfahren wird grobes Kupferpulver mit flüssigen organischen Zusätzen verpreßt und bei 900 bis 1000° C gesintert; der hierbei entstehende Kupferskelettkörper wird anschließend -- im Vakuum mit Blei getränkt. Nach einem anderen Verfahren wird Bleipulver verkupfert und nach dem Sintern zu Bändern oder Blechen verwalzt. Schließlich sind Verfahren beschrieben worden, bei denen aus einer Kupfer-Blei-Legierung zunächst durch Druckverdüsung ein Kupfer-Blei-Legierungspulver gewonnen und aus diesem durch Pressen und Sintern das Kupfer-Blei-Verbundmetall hergestellt wird. Alle dieseVerfahren sind wesentlich komplizierter und aufwendiger als das Verfahren gemäß der Erfindung, abgesehen davon, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zu einem Kontaktwerkstoff führt, der den nach den genannten Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffen erheblich überlegen ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll an Hand der beiden nachfolgenden Beispiele noch weiter erläutert werden: Beispiel 1 90% Kupferpulver und 10°/o Bleipulver, beide mit einer Korngröße unter 0,06 mm, werden mit 0,5°/o Stearinsäureester innig gemischt und mit 1 t/cm2 in einer Matrize verpreßt; dabei ergibt sich eine Preßdichte von 6,2 g/cm3.:Die Sinterung erfolgt bei 900° C während 1/2 Stunde in Wasserstoffatmosphäre; hierbei tritt eine flüssige Phase auf, die aus Blei mit etwa 5% Kupfer besteht. Der Sinterkörper zeigt an der Oberfläche keine Bleiausseigerungen und enthält das Blei bei einer mittleren Korngröße von 1 bis 3 [. sehr gleichmäßig verteilt. Dies ist für die spätere Verwendung des fertigen Formteiles als Kontaktkörper vorteilhaft. Die lineare Schrumpfung beim Sintern beträgt etwa 6°%, die Sinterdichte 7,6 g/cm3. Die Sinterk5rper lassen sich gut plastisch verformen. Durch Nachpressen bei 6 bis 10 t/CM2 im gleichen Preßwerkzeug, das für das Pressen des Pulvergemisches verwendet worden ist, erhält man einen maßgenauen Fertigformkörper mit einer Nachpreßdichte von 9,10 g/cm3; dies entspricht einer Raumerfüllung von 0,997. Beispiel 2 75% Kupferpulver und 25% Bleipulver, beide mit einer Korngröße kleiner als 0,06 mm, werden mit 0,5 0/0 Stearinsäureester innig gemischt und mit 1 t/CM2 in einer Matrize verpreßt; die Preßdichte beträgt 6,85 g/cm3. Die Sinterung erfolgt bei 900° C während 1/2 Stunde in Wasserstoffatmosphäre. Dabei tritt eine flüssige Phase auf, die neben Blei etwa 50/a Kupfer enthält. Der Sinterkörper zeigt keine Bleiausseigerungen und enthält das Blei bei einer mittleren Korngröße von 8 bis 10 I, sehr gleichmäßig verteilt. Die lineare Schrumpfung beim Sintern beträgt 5%, die Sinterdichte 8,25 g/Cm3. Der Sinterkörper läßt sich gut plastisch verformen. Nach dem Nachpressen mit 6 bis 10 t/cm2 im gleichen Preßwerkzeug, das für das Pressen des Pulvergemisches verwendet worden ist, erhält man einen maßgenauen Fertigformkörper mit einer Nachpreßdichte von 9,4 g/cm3, der eine Raumerfüllung von 0;995 entspricht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Blei-Verbundwerkstoffes für elektrische Kontakte, dadurch gekennzeichhet, daß 6 bis 300/a Bleipulver und 94 bis 70% Kupferpulver innig gemischt, mit einem Druck zwischen 1 und 4 t/CM2 gepreßt und anschließend zwischen 700 und 900° C gesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzielung eines Raumerfüllungsgrades von etwa 0,99, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterkörper mit 2 bis 10 t/CM2 zu einem Kontakt-Fertigformteil nachgepreßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 15% Bleipulver und 90 bis 85 0/a, Kupferpulver verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskorngröße des Blei- und des Kupferpulvers unter 0,06 mm gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,. daß den Ausgangspulvern ein _preßerleichternder Zusatz, vorzugsweise von etwa 0,5%, beigemischt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als preßerleichternder Zusatz ein Stearinsäureester beigemischt wird.