DE1208498B

DE1208498B - Verfahren zur Herstellung eines Sinterwerkstoffes fuer elektrische Kontakte

Info

Publication number: DE1208498B
Application number: DES57757A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ulrich Baumann; Dr Habil Horst Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-04-09
Filing date: 1958-04-09
Publication date: 1966-01-05
Also published as: FR1219802A; GB916921A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche KL: 40 b-1/04

Nummer: 1208 498

Aktenzeichen: S 57757 VI a/40 b

Anmeldetag: 9. April 1958

Auslegetag: 5. Januar 1966

Es sind Kontaktwerkstoffe bekanntgeworden, die aus Legierungen des Silbers mit Blei oder mit Bleioxyd, gegebenenfalls mit Zusätzen von Molybdän oder Wolfram, bestehen. Hierbei sind z. B, Blei- bzw. Bleioxydanteile von 1 bis 20% angegeben worden. Es ist bekannt, solche Legierungen auf dem Schmelz- oder Sinterwege herzustellen. Kontaktwerkstoffe dieser Art haben den Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Eine gute elektrische Leitfähigkeit ist aber für Kontaktwerkstoffe erforderlich, damit die Erwärmung der Kontakte in erträglichen Grenzen bleibt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterwerkstoffes für elektrische Kontakte aus 0,5 bis 20% Blei, Rest Silber oder eine der bekannten Silberkontaktlegierungen. Das Verfahren besteht darin, daß das Ausgangspulvergemisch einer Drucksinterung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Bleis, und während verhältnismäßig kurzer Zeit unterworfen wird mit der Maßgabe, daß das Blei im Silbergrundmetall fein verteilt und überwiegend nicht gelöst eingelagert wird.

Als Silberkontaktlegierungen sind Silberlegierungen bekanntgeworden mit überwiegendem Silberanteil und z. ß. folgenden Elementen als Legierungskomponenten: Silber, Kupfer, Gold, Beryllium, Magnesium, Zink, Cadmium, Quecksilber, Aluminium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Zinn, Blei, Ruthenium, Rhodium, Platin. Der Anteil dieser Legierungskomponenten liegt im allgemeinen zwischen 10 und 50%·

Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten elektrischen Kontakte sind den bisher aus diesen Stoffen hergestellten Kontakten durch ihre verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit erheblich überlegen. Hinzu kommt, daß diese Kontakte eine außerordentlich große Schweißsicherheit bei Kurzschluß-, Ab- und Draufschaltungen aufweisen. Wie oben schon erwähnt worden ist, sind die beim erfindungsgemäßen Verfah ren verwendeten Zusammensetzungen für elektrische Kontakte an sich bekannt. Bei diesen ist jedoch das Blei im Silber überwiegend gelöst, so daß sich der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Kontaktkörper, abgesehen von den obenerwähnten erheblich verbesserten Eigenschaften, auch seinem Aufbau nach von bekannten Kontaktwerkstoffen gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung wesentlich unterscheidet. Es war auch bekannt, daß gewisse Eigenschaften von pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffen, wie z. B. die elektrische Leitfähigkeit, durch Drucksintern verbessert werden können. Neu und überraschend ist jedoch, daß durch eine solche

Verfahren zur Herstellung eines Sinterwerkstoffes für elektrische Kontakte

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Ulrich Baumann, Berlin-Wilmersdorf;

Dr. habil. Horst Schreiner, Nürnberg

Bemessung der Drucksinterbedingungen, bei der das Blei im Silbergrundmetall fein verteilt und überwiegend nicht gelöst eingelagert wird, die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen sprunghaften Verbesserungen der Leitfähigkeit erzielt werden können.

Zur Verbesserung der Abbrandfestigkeit empfehlen sich Zusätze von abbrandfesten Metallpulvern bis zu 50 %> und zwar von Nickel, Chrom, Molybdän oder Wolfram, wie sie an sich für derartige Kontaktwerkstoffe bereits vorgeschlagen worden sind,

Besonders vorteilhaft ist eine Sintertemperatur zwischen 280 und 32O⁰C und eine Preßzeit von 1 bis 30 Sekunden. Mit zunehmender Preßzeit steigt die Festigkeit des Metalls etwas an. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch bei Temperaturen durchgeführt v/erden, die oberhalb der Schmelztemperatur des Bleis liegen, z. B. bei Temperaturen bis zu 500⁰C. Dabei tritt allerdings eine flüssige Phase auf, die die Diffusion des Bleis im Silber begünstigt. Dieser unerwünschte Effekt kann dadurch auf einen tragbaren Umfang begrenzt werden, daß die Preßzeit auf wenige Sekunden beschränkt wird.

Das Ausgangspulvergemisch kann nach der innigen Mischung direkt druckgesintert werden. Man kann aber auch das Ausgangspulvergemisch vor dem Drucksintern in an sich bekannter Weise kalt vorpressen. Als Ausgangssilberpulver kann auch ein Silberlegierungspulver, ζ. B. ein sogenanntes Hartsilberpulver mit einem Zusatz von 3 % Kupfer, verwendet werden.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird das Drucksinterverfahren und das Aufbringen des Kontakt-

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körpers auf den Kontaktträger in einem Arbeitsgang durchgeführt. Die Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger kann z. B. durch eine Warmpreßschweißung gebildet werden. In einem gemeinsamen Arbeitsgang kann aber auch eine Verlötung der beiden Teile durchgeführt werden. In diesem Fall wird zwischen die Grenzflächen der beiden Teile eine Lotzwischenschicht eingebracht. Auch eine mechanische Verbindung der beiden Kontaktteile kann in einem gemeinsamen Arbeitsgang mit dem Drucksintern hergestellt werden, z. B. dadurch, daß Kontaktträger und Kontaktkörper eine Schwalbenschwanzverbindung erhalten. Dies ist in den Fig. 1 und 2 angedeutet. Der Kontaktkörper ist jeweils mit 1 und der Kontakträger mit 2 bezeichnet.

Ebenfalls gleichzeitig mit dem Drucksintervorgang kann auf der Kontaktfläche und/oder auf der Gegenfläche eine Raster- oder Profilprägung vorgenommen werden.

Der Vorteil eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Kontaktes gegenüber Kontakten, deren Kontaktkörper aus bekannten, ähnlich zusammengesetzten Stoffen bestehen, sei an folgenden Beispielen erläutert:

Beispiel 1

Ein Silber-Blei-Sinterkörper, der bei 650⁰C während einer halben Stunde in Wasserstoff gesintert worden ist, weist eine Sinterdichte von 9,03 g/cm³ und eine elektrische Leitfähigkeit von 10,2 m/ ßrnrn² auf. Durch Nachpressen mit 10 t/cm² erhält der Sinterkörper eine Dichte von 10,29 g/cm³ und eine elektrische Leitfähigkeit von 12,6 m/Ω mm². Dagegen erzielt man mit einem gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Sinterkörper gleicher Zusammensetzung folgende Werte:

Das Ausgangspulvergemisch wird mit lt/cm² vorgepreßt. Es erhält dadurch eine Preßdichte von 7,4 g/cm³. Das Drucksintern erfolgt bei einem Druck von 3 t/cm² bei einer Temperatur von 300° C und während 20 Sekunden. Dabei erreicht man eine Dichte von 10,02 g/cm³ und eine elektrische Leitfähigkeit von 40,5m/Omm². Der Kontaktkörper gemäß der Erfindung besitzt also eine um annähernd 300% bessere elektrische Leitfähigkeit als ein entsprechender Kontaktkörper herkömmlicher Art. Verwendet man einen Bleizusatz von 20% statt 10% wie im vorgenannten Beispiel, so erreicht man bei den vorerwähnten Herstellungsbedingungen eine elektrische s° Leitfähigkeit von 32 m/Omm^a.

Beispiel 2

Ein Silber-Blei-Nickel-Pulvergemisch mit dem Mischungsverhältnis 60 :10 :30 wird mit 1 t/cm² kalt vorgepreßt und anschließend bei 280⁰C während 20 Sekunden mit 6 t/cm² druckgesintert. Hierbei erreicht man eine Dichte von 9,85 g/cm³; diese entspricht einem Raumerfüllungsgrad von 0,99. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 23 m/i3mm² und liegt damit um 160% höher als bei einem in herkömmlicher Weise hergestellten Körper gleicher Zusammensetzung. Durch den Nickelzusatz ist die Abbrandfestigkeit des Kontaktwerkstoffes verbessert, während die hohe Schweißsicherheit bei Kurzschluß-, Ab- und Draufschaltungen — bedingt durch den überwiegend nicht gelösten Bleianteil — erhalten geblieben ist.

Beispiel 3

Ein Silber-Blei-Wolfram-Pulvergemisch mit dem Mischungsverhältnis 70 :15 :15 wird mit 1 t/cm² kalt vorgepreßt und anschließend bei 300° C während Sekunden mit 6 t/cm² druckgesintert. Dabei erreicht man eine Dichte von 11,1 g/cm³; diese entspricht einem Raumerfüllungsgrad von 0,97. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 33,1 m/Omm². Ein in herkömmlicher Weise hergestellter Körper gleicher Zusammensetzung weist dagegen eine Leitfähigkeit von nur 9 m/Omm² auf. Bei hoher Schweißsicherheit besitzt der Werkstoff dank seines Wolframgehaltes eine erhöhte Abbrandfestigkeit.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Sinterwerkstoffes für elektrische Kontakte mit großer Schweißsicherheit und erheblich verbesserter elektrischer Leitfähigkeit, aus 0,5 bis 20% Blei, Rest Silber oder eine der bekannten Silberkontaktlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einer Drucksinterung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Bleis, und während verhältnismäßig kurzer Zeit unterworfen wird, mit der Maßgabe, daß das Blei im Silbergrundmetall fein verteilt bleibt und überwiegend nicht gelöst eingelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silbergrundmetall eine Silberlegierung, z. B. eine Hartsilberlegierung mit einem Zusatz von 3 % Kupfer, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kontaktkörper ein Zusatz von bis zu 50% Nickel-, Chrom-, Molybdän- oder Wolframpulver verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei einer Temperatur zwischen 280 und 320⁰C durchgeführt und die Preßzeit auf 1 bis 30 Sekunden bemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch vor dem Drucksintern in an sich bekannter Weise kalt vorgepreßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksintern und das Aufbringen des Kontaktkörpers auf den Kontaktträger in einem Arbeitsgang durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper und der Kontaktträger durch Warmpreßschweißung miteinander verbunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper und der Kontaktträger miteinander verlötet werden und daß hierzu zwischen beiden eine Lotzwischenschicht eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper und der Kontaktträger mechanisch miteinander, z. B. mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Drucksintern gleichzeitig eine Raster- oder Profil-

prägung der Kontaktfläche und/oder der Gegenfläche des Kontaktkörpers durchgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 649 958, 717 881; Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 40 (1949) S. 213; Metall, Bd. 8 (1954), S. 612;

Metals Handbook, 1948, S. 1115;

W. Hofmann, Blei und Bleilegierungen, 1941, S. 50;

R. K i e f f e r und W. H ο t ο p, Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, 1943, S. 140,144,155;

F. Eisenkolb, Die neuere Entwicklung der Pulvermetallurgie, 1955, S. 317.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen