DE1303549B

DE1303549B - Verfahren zum Herstellen eines Sinter Verbundstoffes fur hochbelastbare elektri sehe Kontakte

Info

Publication number: DE1303549B
Application number: DES97894A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dr techn habil 8500 Nürnberg Edlmayr Franz Dipl Ing 8450 Amberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1972-03-23
Also published as: US3385677A; GB1122498A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterverbundstoffe«. für hochbelastbare elektrische Kontakte, bei dem in ein Silbergrundmetall Cadmiumoxidteilchen und Graphitteilchen gleichmäßig eingebaut werden.

Ks sind her. Ils schweißsichere, abriebfeste, gesinterte Verbundwerkstoffe auf Kupfer- oder Silberbasis beschrieben, die neben einem Metalloxid weiterhin Graphit und Strontiumkarbonat 'nthalten (Zeitschrift »Soviet Inventions Illustrated«, Februar 1963, Abschnitt 7 [Metallurgy], S. 9). Zur Herstellung dieser bekannten Sinterverbundkontaktwerkstoffe werden die einzelnen Bestandteile in Pulverform trocken gemischt, zu Kontaktformkörpern gepreßt und unter StickstoiT oder Wasserstoff gesintert. Die gesinterten Formkörper werden nachgepreßt und nochmals unter Schutzgas oder Kohlepulver gesintert. Diese bekannten Kontaktwerkstoffe enth 'ten neben Kupfer bzw. Silber, einem Metalloxid und Graphit auch noch Strontiumkarbonat. Sie werden aus einer üblichen Pulvermischung aus Silber- bzw. Kupferpulver, Mctalloxiclpulver. Graphitpulver und Strontiumkarbonatpulver hergestellt. Ein aus einer solchen Pulvcrmischiing durch Pressen, Sintern. Nachpressen und nochmaligem Sintern unter Schutzgas hergestellter Werkstoff weist ein Gefüge auf. bei dem die einzelnen Teilchen aneinandergrenzcn. Diese Konlaktwcrkstoffe sind jedoch für hochbelastete elektrische Kontakte ungeeignet wegen des hohen C-Gehaltes. Sie weisen zwar eine niedrige Schweißkraft, jedoch einen unerwünscht hohen Abbrandwcrt auf, da der Abbrand von Silber-Graphit mit steigendem Graphitgehalt zunimmt (»Metall«. 12 [1958]. S. 619 bis 622).

Weiterhin ist es bekannt, für Kontakte mit geringer Schweißneigung Werkstoffe der Systeme Metall-Metalloxid, vorwiegend solche, die Silber als Grundmetall enthalten, beispielsweise Silber-Cadmiumoxid oder Silber-Zinnoxid oder die Systeme Metall-Metalloid,, beispielsweise solche aus Silber-Graphit, zu verwenden (Fachbuch »Werkstoffe für elektrische Kontakte« von A. Keil, 1960, S. 265 bis 270). Auch diese bekannten Silber-Graphit-Kontakte mit einem Graphitgehalt von 5 bis K) Vo haben zwar eine sehr geringe Schweißneigung, erfüllen jedoch andere Kontakteigenschaften nicht hinreichend gut. Sie haben einen sehr großen Abbrand und können durch den leitenden Graphitstuub Überschlüge in den Schnltkammern einleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren zum Herstellen eines Sinterverbundstolles für hochbelastbare elektrische Kontakte anzugehen, der die obengenannten Mangel nicht aufweist. Ls hat sich gezeigt, daß Kontakte mit besonders guter Schweißsicherheit erhalten werden, wenn die Teilchengröße der Caclmiumoxidausscheidungen unter

5 μηι, insbesondere um 1 ₍im oder auch wesentlich darunter liegen und die eingelagerten Graphitteilchen kleiner als 10 ,im sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Silber-

Cadmiumoxid-Verbundpulver der Teilchengröße < 200 [im, in dem die durch innere Oxydation eingebauten Cadmiumoxidteilchen eine Teilchengröße von < 5 [im aufweisen, mit 1 bis 10 Gewichtsprozent Graphitpulver der Teilchengröße <10fim. bezogen

so auf das Gewicht des Silber-Cadmiumoxid-Pulverv innig vermischt, gepreßt und unter Stickstoff gesintert.

Das Cddmiumoxid wird bei der inneren Oxydation einer geeigneten Silberlegierung in sehr feiner

Verteilung erhalten. So entsteht z. B. ein geeignetes Silbei-Cadmiumoxid-Verbundpulver mit sehr feinen und gleichmäßig verteilten Cadmiumoxidausseheidungen im Silbergitter durch 4stündiges Erhitzen einer Silber-Cadmiumlegierung mit etwa 9°/i> Cadmium auf 600 C in der Luft oder in Sauerstoff.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sinterverbundstoff dient als Kontaktmatcri;il in I.uftschaltern. bevorzugt in Motorschutzschaltern bis 200 A Nennstrom. Auch bei schwierigen Schalt bedingungen wie Schalten von Motoren im Anlar,-bctrieb oder im Tipbetrieb sowie bei Kurzsch'jfschaltungen führten die Ko.uaku. zw '..einer Verschweißung. Sie eignen sich besonders für hochbela ·- bare elektrische Kontakte. Die Lebensdauer der Kontakte ist hinreichend lang, und der Übergangswiderstand ist nicht zu hoch.

Zur weiteren Erläuterung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung angegeben.

B e i s ρ i c 1 1

97 e eines Silber-Cadmiumoxid-Verbundpulvers 88.12" mit einer Teilchengröße < 200 |.m wurde mit 3 g Graphitpulver der Teilchengröße < 1O₁Im innig gemischt und mit einem Druck von 6 Mp cm² /u einem Formkörper gepreßt und der Preßkörper anschließend 1 Stunde bei 800 bis 900 C unter Stickstoff gesintert. Der erhaltene Sinterkörper wird mit

6 bis 10 Mp cm* nachgepreßt und durch Trommeln entgratet. Mit diesen Werkstoffen konnten bei Motorsehut/sehaltcrn bis /ti größten Kurzschlußströmen Verschweißungen vermieden werden. Die zwischen den Kontaktstücken entstehende Schweißbrücke laßt sich mit kleinen öffnungskräften (<500p) öffnen.

Beispiel 2

In eine Matrize wird so viel Silberpulver gegeben, daß eine Preßhöhe von 0,3 mm entsteht. Auf das Silberpulver wird Silber-Cadmiumoxid-Verbundpulver / Kohlepulver - Gemisch der Zusammensetzung 84/12/4 gefüllt, daß eine Preßhöhe von 2.7 mm entsteht. Die Füllhöhen betragen für das Silberpulver 1 mm, für die Ag-CdO-C-Pulvermischung 8.8 mm.

If

pie beiden Schichten werden gemeinsam gepreßt mit fi Mp/cm-'; es wird eine Preßelichte )';■ = 8,3 g/cm" erhalten. Nach dem Sintern bei 900° C in StiekstofT-litmosphäre während einer Stunde und Nachpressen jiei H) Mp/cm'- wird trommelcntgratet. Die Nachrireßdichte beträgt y_NI, = 8,7 g/cm". Der Raumerfüllungsgrad liegt bei μ = 0,997 (theoretische Dichte Vn, — 8,73 g/cm¹¹). Es wurde ein zweischichtiger Preßliiirper erhalten. Auf der Silberschicht konnte der Kontakt einwandfrei hart gelötet werden. Die Kon- m takte eigneten sich besonders zum Einsetzen in iichaligeräien, beispielsweise Motorschutzschaltern, bis 200 A Nennstrom.

Weitere Einzelheiten sind aus der Zeichnung ersichtlich.

In Fig. J ist der nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren hergestellte Kontaktwerkstoff aus Silber-Cadmiumoxid-Graphit 1 mit der gut lötfähigen Reinlilberschicht 2 durch Hartlöten mit dem Silberlot 3 mit dem Trägermetall 4 v.u einem Schaltorgan verbunden. Das Trägennetall kann a is Kupfer, Messing, Bronze od. dgl. bestehen.

In F i g. 2 ist an der Befestigungsseite des Silber-Cadmiumoxid-Graphit-Kontaktmai:erials 1 ein mit dem Trägermetall 4 schweißfähiges; Metall 5 als Auf-Iageschicht vorgesehen. Nach dem Schweißen, z. B.

auf einem Kondensatorimpulsschweißgenti, bildet sich die während des Schweißvorganges uulgescnmolzene Schweißlinse 6 aus, die beide Metallkomponenten 5 und 4 legiert enthält. Die auf das gewählte I ragemietall Kupfer, Messing oder Bronze nach dem Impulsschweißverfahren gut schweißfähigen Metalle sind bekannt und werden nach ihren Schweißeigenschaften ausgewählt (z. B. Silberlegierungen mit Kupfer, Nickel-Kupfer-Legierungen usw.).

In Fig. 3 ist ein Schema des Mikrobildes eines Schnittes senkrecht zur Preßdichtung durch den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontaktwerkstoff dargestellt. Im Mikrobild bei lOOfacher Vergrößerung sieht man die im Silber-Grundmetall 9 sehr" fein und gleichmäßig eingelagerten CdO-Teilchen 7 und die im Silber ebenfalls eingelagerten Graphitteilchen 8. Durch die Einlagerung von CdO-Teilchen und Graphitteilchen in Silber sind diese räumlich voneinander getrennt. Dadurch kommt 3S bei der Sintertemperatur zwisw-en CdO und dem Graphit zu keiner Reduktionsreaktioir, und beide Einlagerungskomponenten bleiben im Silber erhalten. Darauf beruhen die günstigen Kontakteigenschaften — insbesondere die geringe Schweißneigung bei kleinem Kontaktwiderstand und geringem Kontaktabbrand — des erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines Sinterverbundsti)(Ies für hochbelastbare elektrische Kontakte, bei dem in ein Silbergrundmetall Cadmiumoxidteilchen und Graphitteilchen gleichmäßig eingebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silber-Cadmiumoxid-Verbundpulver der Teilchengröße < 200 [im, in dem die durch innere Oxydation eingebauten Cadmiumoxidteilchen eine Teilchengröße von < 5 |im, insbesondere um 1 um oder wesentlich darunter, aufweisen, mit 1 bis 10 Gewichtsprozent Graphit der Teilchengröße <10μΐη, bezogen auf das Gewicht des Silber-Cadmiumoxid-Verbundpulvers, vermischt, gepreßt und unter StickstoiT gesintert werden.