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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines elektrischen Kontaktmaterials, auf ein elektrisches Kontaktmaterial und
eine Temperatur- bzw. Thermosicherung. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen
Kontaktmaterials, welches eine verbesserte Beständigkeit
realisieren kann, wenn dieses für einen elektrischen Kontakt
verwendet wird, der geöffnet und geschlossen wird. Die Erfindung
bezieht sich auch auf ein elektrisches Kontaktmaterial, das durch
das Verfahren hergestellt wird, sowie auf eine Thermosicherung,
welche aus dem elektrischen Kontakt gebildet wird.
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Hintergrund der Technik
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Herkömmlicher
Weise sind Ag und Ag-Legierungen als elektrische Kontaktmaterialien
verwendet worden, welche eine hohe elektrische Leitfähigkeit und
eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation
besitzen.
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Andererseits
bestand das Problem, dass der Kontakt, der einer hohen Temperatur
ausgesetzt ist, die aus einer Bogenentladung entsteht, die durch
einen elektrischen Strom induziert wird, der an und abgeschaltet
wird, ein Anhaften des geschmolzenen Kontakts verursacht. Beispielsweise
kann eine Anhaftung aufgrund von Schmelzen in einer Thermosicherung
auftreten, und zwar durch erzeugen einer Bodenentladung, die zwischen
einer bewegbaren Elektrode und einem Anschlussdraht induziert wird, die
verantwortlich dafür sind, dass ein Strom an oder abgeschaltet
wird.
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Im
Gegensatz dazu ist eine Thermosicherung, die frei von Anhaftungsproblemen
aufgrund des Schmelzens ist, in der internationalen Veröffentlichung
Nr.
WO 03/009323 beschrieben.
Diese Thermosicherung kann mit einer bewegbaren Elektrode vorgesehen
sein, die aus einem Material gebildet ist, welches durch Innenoxidation
einer Legierung erhalten wird, die zu 99 bis 80 Gewichtsanteilen
aus Ag und 1 bis 20 Gewichtsanteilen aus Cu besteht, um daraus eine
oxidarme Oberflächenschicht mit einer Dicke von 5 μm
oder weniger herzustellen, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser
der in der Legierung vorhandenen Oxidpartikel 0,5 bis 5 μm
beträgt.
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Gemäß der
Beschreibung ermöglicht das für die bewegbare
Elektrode der Thermosicherung, die in der internationalen Veröffentlichung
Nr.
WO 03/009323 offenbart
ist, verwendete Material, dass eine oxidarme Schicht auf seiner
Oberflächenschicht existiert, solange diese eine Dicke
von 5 μm oder weniger aufweist. Tatsächlich beträgt
gemäß den ersten bis achtzehnten Beispielen, die
in Patentdokument 1 beschrieben sind, die Dicke der oxidarmen Schicht
irgendeines Beispiels nicht 0 μm sondern 1 bis 4 μm, was
das Vorhandensein der oxidarmen Schicht auf der Oberflächenschicht
ermöglicht.
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Der
vorliegende Erfinder hat durch Studien herausgefunden, dass die
oxidarme Schicht, die auf der Oberflächenschicht vorhanden
ist, selbst wenn die Dicke von dieser 5 μm oder weniger
beträgt, leicht eine Adhäsion bzw. ein Anhaften
aufgrund des Schmelzens verursachen kann. Daher kann nicht gesagt
werden, dass ein elektrischer Kontakt, der aus dem Material besteht,
das in der internationalen Veröffentlichung Nr.
WO 03/009323 beschrieben
ist, das Problem des Anhaftens aufgrund von Schmelzen n zufriedenstellender
Weise gelöst hat.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts dieses Problems entwickelt.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials vorzusehen,
welches verhindert, dass dieses anhaftend schmilzt, selbst wenn
es hohen Temperaturen ausgesetzt ist, die von einer Bogenentlastung
herrühren, die durch einen elektrischen Strom induziert
wird, der an oder abgeschaltet wird. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung,
ein elektrisches Kontaktmaterial und eine Thermosicherung vorzusehen,
die unter Verwendung dieses Verfahrens erhalten werden.
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Der
vorliegende Erfinder hat eine intensive Forschung und Studien durchgeführt,
um das zuvor erwähnte Problem zu lösen. Als ein
Folge davon wurde herausgefunden, dass das zuvor erwähnte
Problem gelöst werden kann, und zwar durch Liefern eines
größeren als eines gegebenen Betrags an Sauerstoff
an den Ober flächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung einer
vorbestimmten Zusammensetzung. Dies hat zu der vorliegenden Erfindung geführt.
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Das
heißt, ein erster Aspekt eines Verfahrens zur Herstellung
eines elektrischen Kontaktmaterials gemäß der
vorliegenden Erfindung ist durch das Liefern eines Betrags an Sauerstoff
an einen Oberflächenschichtteil einer Legierung, der den
Betrag des Sauerstoffs übersteigt, der für einen
Innenoxidation von Cu erforderlich ist, um eine sauerstoffangereicherte
Schicht zu bilden, wobei die Legierung zu 1 bis 15 Massenprozent
aus Cu, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni und der Rest aus Ag
und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
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Hier
bezeichnet der Oberflächenschichtteil der Legierung den
Bereich in der Größenordnung von ungefähr
20 μm an der Legierungsoberfläche. Die sauerstoffangereicherte
Schicht ist auf dem Oberflächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung
gebildet, wobei Sauerstoff als Mischkristall vorhanden ist und diese
eine höhere Konzentration des Mischkristallsauerstoffs
als in der Ag-Cu-Ni-Legierungsmatrix am Mittelteil aufweist.
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Ein
zweiter Aspekt eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen
Kontaktmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung einem Innenoxidationsprozess
unterzogen wird, wobei die Legierung zu 1 bis 15 Massenprozent aus
Cu, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni und der Rest aus Ag und
unvermeidbaren Verschmutzungen besteht, und die Legierung einem
Sauerstoffkonzentrationsprozess zum Bilden einer sauerstoffange reicherten
Schicht unterzogen wird, um eine sauerstoffangereicherte Schicht
zumindest in einem Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe
von 0,1 μm oder mehr zu bilden.
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Ein
dritter Aspekt eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen
Kontaktmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung
ist durch Folgendes gekennzeichnet: Unterziehen einer Legierung
einem Innenoxidationsprozess, wobei die Legierung zu 1 bis 15 Massenprozent
aus CU, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni und der Rest aus Ag
und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei der Innenoxi dationsprozess
für 6 bis 60 Stunden bei einer Temperatur von 500 bis 770°C
und bei einem partiellen Sauerstoffdruck von 0,02 MPa oder mehr
und 1,0 MPa oder weniger ausgeführt wird; Verringern der
Temperatur; und Unterziehen der Legierung einem Sauerstoffkonzentrationsprozess,
welcher für 6 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 100
bis 300°C und bei einem partiellen Sauerstoffdruck von
0,02 MPa oder mehr und 1,0 MPa oder weniger ausgeführt wird.
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Ein
elektrisches Kontaktmaterial gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren
erhalten werden.
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Eine
Thermosicherung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine bewegbare Elektrode besitzt,
die aus dem elektrischen Kontaktmaterial gebildet ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials gemäß der
vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein elektrisches
Kontaktmaterial herzustellen, welches daran gehindert werden kann,
anhaftend zu schmelzen, selbst wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt
wird, die aus einer Bogenentladung resultieren, die durch einen
elektrischen Strom induziert wird, der an oder ausgeschaltet wird.
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Ferner
ist der elektrische Kontakt, der aus dem elektrischen Kontaktmaterial
gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist,
widerstandsfähig gegenüber Anhaften aufgrund von
Schmelzen und kann beispielsweise als eine bewegbare Elekt rode einer
Thermosicherung verwendet werden, um die Thermosicherung mit einer
guten Beständigkeit gegen Anhaftung aufgrund von Schmelzen
und mit guten Charakteristiken zu versehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittansicht, die den normalen Zustand einer Thermosicherung
mit einer bewegbaren Elektrode zeigt, die aus einem elektrischen
Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
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2 ist
eine Querschnittansicht, die die Thermosicherung zeigt, nachdem
diese geöffnet wurde;
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3 ist
eine Ansicht, die ein Beispielrelais mit einem stationären
Kontakt und einem bewegbaren Kontakt zeigt, auf das ein elektrisches
Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
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4 ist
eine Schnittfotografie, die mit einem Metallmikroskop genommen ist,
und zwar von einem elektrischen Kontaktmaterial, das gemäß einem
Beispiel vorbereitet wurde;
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5 ist
ein Elektronenmikroskopbild der Oberfläche eines elektrischen
Kontaktmaterials, das gemäß einem Beispiel vorbereitet
wurde (mit einer kleinen Vergrößerung aufgenommen);
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6 ist
ein Elektronenmikroskopbild der Oberfläche eines elektrischen
Kontaktmaterials, das gemäß einem Beispiel vorbereitet
wurde (mit einer starken Vergrößerung aufgenommen);
und
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7 ist
ein Diagramm, das die Ergebnisse darstellt, die durch die Verwendung
einer Glimmentladungsanalysevorrichtung GDA 750 (von der Rigaku
Corporation) erhalten wurde, um die Verteilung von Elementen in
der Tiefenrichtung in einem elektrischen Kontaktmaterial zu messen,
das gemäß einem Beispiel vorbereitet wurde.
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BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS
DER ERFINDUNG
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Eine
Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter unter
Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele erfolgen.
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Ein
elektrisches Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt
eine sauerstoffangereicherte Schicht auf dem Oberflächenschichtteil
einer Ag-Cu-Ni-Legierung. Die Legierung besteht zu 1 bis 15 Massenprozent
aus CU, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni und der Rest aus Ag
und unvermeidbaren Verunreinigungen. Die sauerstoffangereicherte
Schicht wird durch Liefern einer Sauerstoffmenge an den Oberflächenschichtteil
der Legierung, die die Sauerstoffmenge übersteigt, die
für die Innenoxidation des Cu erforderlich ist, erhalten.
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[Hinsichtlich des Cu]
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Bei
der Innenoxidation dient Cu der Lieferung von CuO-Partikeln in der
Ag-Cu-Ni-Legierung. Die Ag-Cu-Ni-Legierung, die CuO-Partikel aufweist, die
in einem Bereich von ihrer Oberfläche zu einer vorbestimmten
Tiefe oder weiter verstreut sind, verursacht kaum ein Anhaften aufgrund
von Schmelzen, wenn die Legierung als ein elektrischer Kontakt für das
An- oder Abschalten eines elektrischen Stroms eingesetzt wird.
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Der
Cu-Gehalt, der in der Ag-Cu-Ni-Legierung innenoxidiert werden soll,
muss 1 bis 15 Massenprozent betragen. Ein Cu-Gehalt von weniger
als einem Massenprozent führt zu einer zu geringen Anzahl
von CuO-Partikeln in der Ag-Cu-Ni-Legierung, wodurch bewirkt wird,
dass ein Anhaften aufgrund von Schmelzen schnell auftritt, wenn
die Legierung als ein elektrischer Kontakt für das An-
oder Abschalten eines elektrischen Stroms verwendet wird. Andererseits,
wenn der Cu-Gehalt oberhalb von 15 Massenprozent liegt, bewirkt,
selbst wenn der Sauerstoff durch die Innenoxidation in die Ag-Cu-Ni-Legierung gezwungen
wird, eine große Anzahl von Cu-Atomen in der Legierung,
dass sich Sauerstoff mit dem Cu zu einem Oxidfilm verbindet, bevor
dieser durch die Oberfläche hindurch geht. Dies führt
dazu, dass keine CuO-Partikel in der Legierung verstreut sind. Der auf
der Oberfläche gebildet Oxidfilm führt zu einem signifikanten
Anstieg des Kontaktwiderstands.
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CuO-Partikel
dienen der Hemmung des Anhaftens aufgrund von Schmelzen, wenn die Ag-Cu-Ni-Legierung
als ein elektrischer Kontakt für das An- und Abschlaten
eines elektrischen Stroms verwendet wird. Die CuO-Partikel sind
vorzugsweise in einem Bereich von der Oberfläche der Ag-Cu-Ni-Legierung
bis zu einer Tiefe von 5 μm oder mehr verstreut, wobei
der durchschnittliche Partikeldurchmesser vorzugsweise 5 μm
oder weniger beträgt.
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[Hinsichtlich des Ni]
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Ni
dient dazu, die CuO-Partikel feiner zu machen. CuO-Partikel mit
einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von mehr als 5 μm
bewirken einen übermäßigen Anstieg des
Kontaktwiderstands, wodurch die Legierung ungeeignet für
ein elektrisches Kontaktmaterial gemacht wird.
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Der
Ni-Gehalt in der Ag-Cu-Ni-Legierung, die innenoxidiert werden soll,
muss 0,01 bis 0,7 Massenprozent betragen. Ein Ni-Gehalt von weniger
als 0,01 Massenprozent ist nicht ausreichend, um die CuO-Partikel
feiner zu machen. Andererseits ist es für einen gewöhnlichen
Lösungsprozess unmöglich, einen Ni-Gehalt von
mehr als 0,7 Massenprozent zu liefern.
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[Hinsichtlich der sauerstoffangereicherten
Schicht]
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Wie
oben beschrieben, besitzt die sauerstoffangereicherte Schicht, welche
auf dem Oberflächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhanden
ist, Sauerstoff in Mischkristallform in einer Ag-Matrix, und zwar
mit einer höheren Sauerstoffkonzentration als in der Ag-Matrix
im Mittelteil. Die sauerstoffangereicherte Schicht dient dazu, zu
verhindern, dass CuO reduziert wird, selbst wenn eine Bogenentladung
auftritt, während ein elektrischer Kontakt, der aus der Ag-Cu-Ni-Legierung
mit verstreuten CuO-Partikeln besteht, zum An- oder Abschalten des
Stroms ver wendet wird. Ferner sind in der Ag-Cu-Ni-Legierung Sauerstoffatome
thermodynamisch stabiler, wenn sie mit dem Cu in CuO kombiniert
sind, als wenn sie in Mischkristallform in der Ag-Cu-Ni-Legierung
vorliegen. Dies stellt sicher, dass stets CuO-Partikel in der sauerstoffangereicherten
Schicht vorhanden sind.
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Die
CuO-Partikel besitzen einen Schmelzpunkt von 1000°C oder
höher, was höher als der Schmelzpunkt der Ag-Cu-Ni-Legierung
von ungefähr 810°C ist. Auf diese Weise wird bei
der Ag-Cu-Ni-Legierung mit einer vorbestimmten Menge an CuO-Partikeln
oder mehr, die auf dem Oberflächenschichtteil vorhanden
sind, kaum ein Anhaften aufgrund von Schmelzen verursacht, selbst
wenn eine Bodenentladung unter Verwendung eines elektrischen Kontakts induziert
wird, der aus der Ag-Cu-Ni-Legierung gebildet ist.
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Es
kann jedoch eine Bogenentladung auftreten, wodurch bewirkt wird,
dass CuO-Partikel in Kupferrohstein reduziert und eine oxidarme
Schicht mit einer Oxidkonzentration von weniger als 1 Massenprozent
auf dem Oberflächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung erzeugt
wird. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass der geringere Betrag
an CuO-Partikeln, die in der oxidarmen Schicht enthalten sind, ein
Anhaften aufgrund von Schmelzen verursacht.
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Im
Gegensatz dazu weist die sauerstoffangereicherte Schicht eine hohe
Sauerstoffkonzentration auf und verhindert auf diese Weise, dass
die CuO-Partikel reduziert werden, selbst wenn eine Bogenentladung
beim An- oder Abschalten des Stroms auftritt, wodurch verhindert
wird, das eine oxidarme Schicht erzeugt wird. Demgemäß verhindert
das Vorhandensein der sauerstoffangereicherten Schicht auf dem Oberflächenschichtteil
der Ag-Cu-Ni-Legierung das Auftreten von Anhaften aufgrund von Schmelzen.
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Die
sauerstoffangereicherte Schicht besitzt vorzugsweise eine Dicke
von 0,1 μm oder mehr von der Legierungsoberfläche
aus. Beim Auftreten einer Bogenentladung während der Strom
an- oder abgeschaltet wird, ist die sauerstoffangereicherte Schicht mit
einer Dicke von weniger als 0,1 μm von der Legierungsoberfläche aus
nicht ausreichend, um die Reduzierung von CuO zu verhindern oder
den präventiven Effekt für eine lange Zeit aufrechtzuerhalten.
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[Hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens]
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Eine
Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrischen
Kontaktmaterials gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun erfolgen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist durch das Liefern einer Sauerstoffmenge an einen Oberflächenschichtteil
einer Ag-Cu-Ni-Legierung gekennzeichnet, die die Sauerstoffmenge übersteigt
die für die Innenoxidation von Cu erforderlich ist, um
eine sauerstoffangereicherte Schicht zu bilden, wobei die Legierung
zu 1 bis 15 Massenprozent aus Cu, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent
aus Ni und zu der Rest aus Ag und unvermeidbaren Verunreinigungen
besteht.
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Jede
Komponente der Ag-Cu-Ni-Legierung, an die Sauerstoff geliefert wird,
und die sauerstoffangereicherte Schicht sind so, wie sie oben beschrieben
wurden und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. Die folgende
Beschreibung ist hauptsächlich auf den Prozess des Lieferns
von Sauerstoff in die Legierung gerichtet.
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Der
Prozess des Lieferns von Sauerstoff in die Legierung kann als Innenoxidationsprozess
und Sauerstoffanreicherungsprozess implementiert werden.
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[Innenoxidationsprozess]
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Die
Innenoxidation ist ein Phänomen, in dem Sauerstoffatome
in Metall diffundieren, um Oxid innerhalb des Metalls zu bilden.
Dieses Phänomen tritt auf, da Sauerstoffatome in das Metall
schneller diffundieren als Metallatome die Oberfläche erreichen, wodurch
bewirkt wird, dass sich kein Oxidfilm auf der Oberfläche
des Metalls bildet. Dieses Phänomen wird bei einer speziellen
Legierung beobachtet, beispielsweise einer Ag-Legierung.
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Der
Innenoxidationsprozess wird unter drei Bedingungen ausgeführt:
der thermischen Behandlungstemperatur, dem partiellen Sauerstoffdruck
und der thermischen Behandlungszeit.
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Die
thermische Behandlungstemperatur liegt vorzugsweise bei 600°C
bis 800°C. Eine thermische Behandlungstemperatur von weniger
als 600°C ermöglicht es den Sauerstoffatomen nicht
in ausreichender Weise in die Ag-Cu-Ni-Legierung zu diffundieren,
wodurch es erschwert wird, in dieser in ausreichender Weise in einem
Bereich von der Legierungsoberfläche zu einer bestimmten
Tiefe oder tiefer eine Innenoxidation durchzuführen. Andererseits besitzt
die Ag-Cu-Ni-Legierung, die zu 1 bis 15 Massenprozent aus Cu und
zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni besteht, einen Schmelzpunkt
von ungefähr 810°C und schmilzt daher bei einer
thermischen Behandlungstemperatur von mehr als 800°C.
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Der
partielle Sauerstoffdruck beträgt vorzugsweise 0,02 MPa
oder mehr und 1,0 MPa oder weniger. Ein partieller Sauerstoffdruck
von weniger als 0,02 MPa macht es schwierig, eine ausreichende Menge
an Sauerstoff zu liefern, die für die Innenoxidation in
die Ag-Cu-Ni-Legierung erforderlich ist. Andererseits macht ein
partieller Sauerstoffdruck von mehr als 1,0 MPa oder mehr die Ausrüstung
für den Innenoxidationsprozess unwirtschaftlich schwer.
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Die
thermische Behandlungszeit beträgt vorzugsweise 24 bis
60 Stunden. Eine thermische Behandlungszeit von weniger als 24 Stunden
macht es schwierig, eine ausreichende Menge an Sauerstoff in die
Ag-Cu-Ni-Legierung zu liefern, die für die Innenoxidation
erforderlich ist. Andererseits trägt eine thermische Behandlungszeit
von mehr als 60 Stunden nur zu einem leichten Anstieg der Sauerstoffmenge bei,
die an die Ag-Cu-Ni-Legierung geliefert wird, verglichen mit einer
thermischen Behandlungszeit von 60 Stunden. Es ist daher unwirtschaftlich,
eine thermische Behandlungszeit von mehr als 60 Stunden einzusetzen.
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[Sauerstoffanreicherungsprozess]
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Im
Fall der Ag-Cu-Ni-Legierung sind die Sauerstoffatome thermodynamisch
stabiler, wenn sie mit Cu in CuO verbunden sind, als wenn sie als
Mischkristall in der Ag-Cu-Ni-Legierung vorliegen. Daher verbinden
sich Sauerstoffatome, die in der Ag-Cu-Ni-Legierung als Mischkristall
vorhanden und in die Legierung diffundiert sind, mit benachbarten Cu-Atomen,
wenn überhaupt, zu CuO. Demgemäß ist
es notwenig, um zu ermögliche, dass Sauerstoffatome als
Mischkristall in der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhanden sind, eine größere
Menge von Sauerstoff in die Ag-Cu-Ni- Legierung zu liefern, als
für die Innenoxidation des Cu erforderlich ist.
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Um
es zu ermöglichen, dass Sauerstoffatome als Mischkristall
in der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhanden sind, und um die sauerstoffangereicherte Schicht
in einem vorbestimmten Bereich von der Legierungsoberfläche
aus, beispielsweise in einem Bereich von 0,1 μm oder mehr
von der Oberfläche aus, zu bilden, ist es notwendig einen
angemessenen Sauerstoffanreicherungsprozess nach dem Innenoxidationsprozess
auszuführen.
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In
diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, nachdem der Innenoxidationsprozess
unter den zuvor erwähnten Bedingungen ausgeführt
wurde, die Temperatur abzusenken und dann zusätzlich den Sauerstoffanreicherungsprozess
für 6 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 100 bis 300°C
mit einem partiellen Sauerstoffdruck von 0,02 MPa oder mehr und
1,0 MPa oder weniger auszuführen. Dies erhöht
die Menge der Sauerstoffatome, die als Mischkristall auf dem Oberflächenschichtteil
der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhanden sind, weiter. Da die Menge des
als Mischkristall in der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhandenen Sauerstoffs
bei niedrigeren Temperaturen erhöht werden kann, kann die
maximale Menge an Sauerstoff, der als Mischkristall vorhanden ist,
bei thermischen Behandlungstemperaturen von 100 bis 300°C
erhöht werden. Die thermischen Behandlungstemperaturen
von 100 bis 300°C bewirken jedoch, dass die Sauerstoffatome
mit verringerten Geschwindigkeiten diffundieren. Auf diese Weise steigt
durch den Sauerstoffanreicherungsprozess innerhalb dieses Temperaturbereichs
die Menge der Sauerstoff atome, die als Mischkristall vorhanden sind,
nur in dem Oberflächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung
an.
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Andererseits
ist es wichtig, um zu verhindern, dass ein Anhaften aufgrund von
Schmelzen bei einem elektrischen Kontakt auftritt, der aus der Ag-Cu-Ni-Legierung
gebildet ist, zu verhindern, dass CuO-Partikel in dem Oberflächenschichtteil
reduziert werden. Daher wird der anfängliche Innenoxidationsprozess
bei thermischen Behandlungstemperaturen von 600 bis 800°C
ausgeführt, um CuO-Partikel in einem Bereich von der Oberfläche
der Ag-Cu-Ni-Legierung bis zu einer bestimmten Tiefe zu erzeugen.
Im Anschluss daran wird der Sauerstoffanreicherungsprozess bei thermischen
Behandlungstemperaturen von 100 bis 300°C ausgeführt,
um die Menge des als Mischkristall vorhandenen Sauerstoffs in dem
Oberflächenschichtteil der Ag-Cu-Ni-Legierung zu erhöhen.
Diese Reihung von Prozessen ist effektiv bei der Verhinderung des
Anhaftens aufgrund von Schmelzen.
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Dieser
Sauerstoffanreicherungsprozess kann ebenfalls als ein weiterer Prozess
ausgeführt werden, und zwar im Anschluss nachdem der Innenoxidationsprozess
bei einer thermischen Behandlungstemperatur von 600 bis 800°C
ausgeführt worden ist. D. h. dieser zusätzliche
Prozess kann beispielsweise ausgeführt werden, um die Temperatur
in einer Umgebung eines partiellen Sauerstoffdrucks von 0,02 MPa
oder mehr und 1,0 MPa oder weniger graduell zu senken, und um es
dann zu ermöglichen, dass die Legierung diesem für
6 bis 24 Stunden bei Temperaturen ausgesetzt wird, die von 100 bis 300°C
reichen.
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[Anwendung auf Produkte]
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, kann das elektrische
Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise für eine bewegbare
Elektrode 12 für eine Thermosicherung 10,
wie sie in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, verwendet
werden. 1 ist eine Querschnittansicht,
die die Thermosicherung 10 in dem normalen Zustand darstellt
und 2 ist eine Querschnittansicht, die selbige darstellt,
nachdem diese geöffnet wurde.
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Wie
in 1 gezeigt, besteht die Thermosicherung 10 hauptsächlich
aus einem Metallgehäuse 12, einer bewegbaren Elektrode 14,
Zuleitungsdrähten 16 und 18, einem Isolationsmaterial 20,
Druckfedern 22 und 24 und einem temperaturempfindlichen Material 26.
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Die
bewegbare Elektrode 14 kann sich in Kontakt mit der Innenoberfläche
des Metallgehäuses 12 bewegen, welches elektrisch
leitend ist. Die Druckfeder 22 ist zwischen der bewegbaren
Elektrode 14 und dem Isolationsmaterial 20 vorgesehen, während
die Druckfeder 24 zwischen der bewegbaren Elektrode 14 und
dem temperaturempfindlichen Material 26 angeordnet ist.
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In
dem in 1 gezeigten normalen Zustand befindet sich jede
der Druckfedern 22 und 24 in einem zusammengepressten
Zustand. Die Druckfeder 24 ist stärker für
die Expansion unter Spannung gesetzt als die Druckfeder 22,
so dass die bewegbare Elektrode 14 zu dem Isolationsmaterial 20 hin
gedrängt wird, und die bewegbare Elektrode wird in Kontakt
mit dem Zuleitungsdraht 16 gebracht. Demgemäß strömt
bei der Verbindung der Zuleitungsdrähte 16 und 18 mit
der Leitungsführung einer Elektronikvorrichtung, ein elektrischer
Strom durch den Zuleitungsdraht 16, die bewegbare Elektrode 14,
das Metallgehäuse 12 und den Zuleitungsdraht 18,
und zwar in dieser Reihenfolge.
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Das
temperaturempfindliche Material kann aus einer organischen Substanz,
wie beispielsweise Adipinsäure mit einem Schmelzpunkt von
150°C gebildet sein. Wenn die vorbestimmte Betriebstemperatur
erreicht wird, wird das temperaturempfindliche Material 26 aufgeweicht
und geschmolzen, so dass die Druckfeder 24 von der Last
entlastet wird und expandiert. Demgemäß wird die
Druckfeder 22 aus dem zusammengepressten Zustand entlastet
und expandiert, wodurch bewirkt wird, dass die bewegbare Elektrode 14 und
der Zuleitungsdraht 16 voneinander getrennt werden und
der Stromfluss dadurch unterbrochen wird.
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Die
Thermosicherung, die der Unterbrechung des Stroms auf diese Weise
dient, wenn eine vorbestimmte Temperatur erreicht wird, kann mit
der Leitungsführung einer Elektronikvorrichtung oder Ähnlichem
verbunden sein. Dies macht es möglich, Schäden
an oder ein Feuer in einem Hauptkörper der Vorrichtung
zu verhindern, welche durch ein Überhitzen der Vorrichtung
verursacht werden könnten.
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Wenn
die bewegbare Elektrode 14 und der Zuleitungsdraht 16 voneinander
getrennt sind, kann eine mikroskopische Bogenentladung zwischen
der bewegbaren Elektrode 14 und dem Zuleitungsdraht 16 auftreten.
Insbesondere ist es wahrscheinlich, dass die Bogenentladung auftritt,
wenn die bewegbare Elektrode 14 und der Zuleitungsdraht 16 langsam voneinander
getrennt werden. Die bewegbare Elektrode 14, die aus dem
elektrischen Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet
ist, ermöglicht jedoch, dass nur eine kleine Menge von
CuO-Partikeln reduziert wird, wenn eine Bogenentladung auftritt. Auf
diese Weise wird ein Anhaften zwischen der Elektrode 14 und
dem Zuleitungsdraht 16 aufgrund von Schmelzen nachhaltig
unter drückt.
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Das
elektrische Kontaktmaterial gemäß einem beispielhaften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise
nicht nur für die bewegbare Elektrode einer Thermosicherung, sondern
auch für einen elektrischen Kontakt zum An- oder Abschalten
von elektrischem Strom eingesetzt werden. Beispielsweise kann das
Material ebenfalls vorzugsweise für einen stationären
Kontakt 32 und einen bewegbaren Kontakt 34 eines
Relais 30, wie es in 3 gezeigt
ist, verwendet werden. 3 zeigt ein bewegbares Kontaktstück
(Kontaktfeder) 36, einen Anschluss 38, einen Anker
(bewegbares Eisenstück) 40, eine Rückstellfeder 42,
eine Spule 44, einen Eisenkern 46 und ein Joch 48.
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[Beispiel]
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Um
die Legierung aus 95,5 Massenprozent Ag, 4,0 Massenprozent Cu und
0,5 Massenprozent Ni zusammenzusetzen, wurde jedes Metall auf einer Messskala
gewogen, geschmolzen, gegossen, dann auf eine Dicke von 2 mm gerollt
und nach dem Ausrollen auf eine Größe von 30 cm
mal 30 cm geschnitten.
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Die
resultierende Legierung wurde dem Innenoxidationsprozess in einem
Innenoxidationsofen bei einer thermischen Behandlungstemperatur
von 700°C, bei einem partiellen Sauerstoffdruck von 0,5 MPa
für eine thermische Behandlungszeit von 48 Stunden ausgesetzt.
Nachfolgend wird die Legierung, wobei der partielle Sauerstoffdruck
auf 0,5 MPa gehalten wird, auf 300°C für 12 Stunden
gehalten, um den Sauerstoffanreicherungsprozess zu durchlaufen.
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Nachdem
der Sauerstoffanreicherungsprozess ausgeführt wurde, wird
die Legierung auf Raumtemperatur abgekühlt und dann in
der Richtung der Dicke geschnitten, um den Schnitt durch das Metallmikroskop
zu betrachten. 4 zeigt die Schnittfotografie,
die durch das Metallmikroskop genommen wurde. In 4 zeigen
die schwarzen Punkte CuO-Partikel an und die weißen Punkte
zeigen Ag-Cu-Ni-Legierungsteile an. Wie aus der 4 erkannt
werden kann, sind die CuO-Partikel von der Legierungsoberfläche
aus in der Legierung in einer gleichmäßigen Verteilung
verstreut. 4 zeigt einen Schnitt von der
Legierungsoberfläche bis zu einer Tiefe von ungefähr
150 μm, in dem Bereich in dem keine Schicht vorhanden ist,
die arm an CuO-Partikeln ist.
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5 und 6 sind
Elektronenmikroskopbilder, die die Oberfläche der Legierung
zeigen, die auf Raumtemperatur nach dem Innenoxidationsprozess abgekühlt
wurde. Wie aus der Skala erkannt werden kann, die an dem Boden der
Schnittfotografie angezeigt ist, wurde die Fotografie der 6 mit
einer stärkeren Vergrößerung aufgenommen
als die der 5. In 5 und 6 zeigen
die schwarzen Punkte CuO-Partikel an, während die weißen
Punkte Ag-Cu-Ni-Legierungsteile anzeigen. Wie aus den 5 und 6 gesehen
werden kann, wurden die CuO-Partikel auf der Legierungsoberfläche
in einer im Allgemeinen gleichmäßigen Verteilung
verstreut.
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7 ist
ein Diagramm, das die Ergebnisse darstellt, die unter Verwendung
einer Glimmentladungsanalysevorrichtung GDA 750 (von der Rigaku Corporation)
erhalten wurden, um die Verteilung der Elemente in der Tiefenrichtung
der Legierung zu messen, die auf die Raumtemperatur abgekühlt
wurde, nachdem sie dem Innenoxidationsprozess ausgesetzt wurde.
Die horizontale Achse stellt die Tiefe von der Oberfläche
aus dar, und die vertikale Achse stellt die vorhandene Menge jedes
Elements dar. 7 zeigt die ungeeichten Daten
an, wobei die numerischen Werte auf der vertikalen Achse nicht quantitativ
sind. Obwohl das Verhältnis des Vorhandenseins jedes Elements
nicht aus der 7 erkannt werden kann, kann
auf diese Weise herausgelesen werden, wie die vorhandene Menge jedes
Elements in der Tiefenrichtung von der Legierungsoberfläche aus
variiert.
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Die
vorhandene Menge von Ag, Cu, und Ni ist im Allgemeinen in der Tiefenrichtung
von der Legierungsoberfläche aus komstant. Im Gegensatz dazu
ist die vorhandene Menge an Sauerstoff in einem Bereich von der
Legierungsoberfläche bis zu einer Tiefe von ungefähr
2 μm herausragend immens, so dass der Bereich bei einer
Tiefe von ungefähr 5 μm ungefähr die
Hälfte der vorhandenen Menge in dem Bereich von der Legierungsoberfläche
bis zu einer Tiefe von ungefähr 2 μm besitzt.
Der Bereich bei einer Tiefe von ungefähr 20 μm
besitzt ungefähr ein Drittel der vorhandenen Menge für
den Bereich bis zu einer Tiefe von ungefähr 5 μm,
während die vorhandene Menge an Sauerstoff in Bereichen
bei Tiefen von mehr als 20 μm im Allgemeinen konstant ist.
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Andererseits
sind, wie in 4 gezeigt, CuO-Partikel verstreut
und gleichmäßig in der Legierung von der Legierungsoberfläche
bis zu einer Tiefe von ungefähr 150 μm verstreut.
Daher kann in 7 der Sauerstoff, der zu der
Oberfläche in einem Bereich von dieser bis zu einer Tiefe
von weniger als 20 μm zunimmt, als der Sauerstoff angesehen
werden, der als Mischkristall in der Ag-Cu-Ni-Legierung vorhanden
ist. In dem Bereich bei Tiefen von mehr als 20 μm, wo die
Sauerstoffmenge im Allgemeinen konstant ist, wird angenommen, dass
das Meiste des Sauerstoffs in Form von CuO vorhanden ist, und fast keine
sauerstoffangereicherte Schicht vorhanden ist.
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Wie
daraus erkannt werden kann, ist in dem Bereich von der Legierungsoberfläche
bis zu einer Tiefe von ungefähr 2 μm Sauerstoff
besonders reichlich als Mischkristall in der Ag-Cu-Ni-Legierung
vorhanden, und die CuO-Partikel sind ebenfalls so zahlreich vorhanden
wie die in einem Bereich von Tiefen von mehr als ungefähr
2 μm. Es wird folglich angenommen, dass ein elektrischer
Kontakt, der aus der resultierenden Legierung gebildet ist, schwerlich
ein Anhaften aufgrund von Schmelzen verursachen wird.
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Die
resultierende Legierung wurde verwendet, um eine bewegbare Elektrode
zu bilden, um den Strom wiederholt an- und abzuschalten, während eine
Bogenentladung verursacht wurde. Dies zeigt, dass die Anzahl der
Male des An- und Abschaltens des Stroms, die wiederholt wurde bis
ein Anhaften aufgrund auftretenden Schmelzens verbessert wurde,
und zwar um ungefähr 10% verglichen mit der bewegbaren
Elektrode einer herkömmlichen Thermosicherung.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Das
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials gemäß der
vorliegenden Erfindung ermöglicht es, ein elektrisches
Kontaktmaterial herzustellen, welches daran gehindert werden kann,
anhaftend zu schmelzen, selbst wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt
ist, die von einer Bogenentladung resultieren, die durch einen elektrischen
Strom induziert wird, der an- oder abgeschaltet wird.
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Ferner
ist ein elektrischer Kontakt, der aus dem elektrischen Kontaktmaterial
gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist,
widerstandsfähig gegenüber Anhaften aufgrund von
Schmelzen. Beispielsweise kann der Kontakt als eine bewegbare Elektrode
einer Thermosicherung verwendet werden, wodurch die Thermosicherung
widerstandsfähig gegenüber Anhaften aufgrund von
Schmelzen gemacht wird und diese mit guten Charakteristiken ausgestattet
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials ist
vorgesehen, welches verhindern kann, dass dieses anhaftend geschmolzen wird,
selbst wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die von einer
Bogenentladung resultieren, die durch einen elektrischen Strom induziert
wird, der an- oder abgeschaltet wird. Darüber hinaus wird
ein elektrisches Kontaktmaterial vorgesehen, welches durch das Verfahren
hergestellt wird, sowie eine Thermosicherung.
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Ein
Oberflächenschichtteil einer Legierung, die zu 1 bis 15
Massenprozent aus Cu, zu 0,01 bis 0,7 Massenprozent aus Ni und der
Rest aus Ag und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wird mit einer
Sauerstoffmenge beliefert, die die Sauerstoffmenge übersteigt,
die für die Innenoxidation von Cu erforderlich ist, um
eine sauerstoffangereicherte Schicht zu bilden. Diese Legierung
kann als ein elektrisches Kontaktmaterial dienen.
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Dieses
elektrische Kontaktmaterial wird in eine bewegbare Elektrode geformt,
welche wiederum für eine Thermosicherung eingesetzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/009323 [0004, 0005, 0006]