DE1483300B2

DE1483300B2 - Verfahren zum Herstellen von durch Lichtbogen belasteten elektn sehen Kontakten

Info

Publication number: DE1483300B2
Application number: DE1483300A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. Dr. 8500 Nuernberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-20
Filing date: 1965-07-20
Publication date: 1973-10-11
Also published as: DE1483300A1; GB1152837A; US3366463A; FR1488488A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von durch Lichtbogen belasteten elektrischen Kontakten bei dem ein Sinterformteil aus wenigstens einem hochschmelzenden Metall und mindestens einem weiteren Metall als Benetzungszusatz mit einem niedrigschmelzenden Metall getränkt wird.

Kontakte für hohe elektrische Belastungen müssen die Forderung einer hohen Abbrandfestigkeit gegen beim Schalten entstehende Lichtbogen erfüllen. Gleichzeitig sollen die Kontakte eine möglichst hohe . elektrische Leitfähigkeit und möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Diese Eigenschaften werden von z. B. aus der deutschen Patentschrift 1160 642 bekannten Durchdringungsverbundmetallen aus einem Kupfer und Nickel enthaltenden Wolframsintergerüst, welches als Tränkmetall Kupfer oder Silber oder eine Kupfer-Silber-Legierung enthält, befriedigend erfüllt. Bei der Herstellung dieser Durchdringungsverbundmetalle-wird zunächst aus dem Metallpulver der hochschmelzenden Komponente durch Pressen und Sintern ein poröses Metallgerüst hergestellt. Auf dieses wird dann das Tränkmetall aufgelegt und geschmolzen und dadurch die Tränkung des Metällgerüstes mit der niedriger schmelzenden Komponente herbeigeführt. Bei der Herstellung des bekannten Verbundmetalles soll ferner das aufgelegte Tränkmetall im Überschuß bemessen sein, um eine leicht lötbare Schicht aus Tränkmetall zu erhalten. Wegen der Ungleichmäßigkeit muß diese Schicht aber noch spangebend bearbeitet werden, dabei entsteht gewöhnlich ein erheblicher Abfall an wertvollem Kontaktmaterial. Darüber hinaus treten Schwierigkeiten beim galvanischen Versilbern, der spangebend bearbeiteten Oberflächen auf. Eine einwandfreie galvanische Versilberung ist meist erst nach Herauslösen der Wolfram-Teilchen aus der Oberfläche möglich. Es sind dabei mehrere Badbehandlungen mit Zwischenwäschen erforderlich. Häufig zeigt sich, daß auch nach dem aufwendigen galvanischen Verfahren hergestellte Silberschichten von etwa 20 μπα Dicke ein Härten durch Aufwalzen nicht aushalten und sich dabei ablösen.

Aufgabe der Erfindung ist, ein gesintertes Fertigformteil zu schaffen, das nach dem Tränken eine homogene Oberflächenschicht von 1 bis 10 μπι aus Tränkmetall besitzt, die als Arbeitsfläche des Kontaktstückes dient und die nach dem Tränken nicht mehr bearbeitet werden muß.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine 1 bis 10 μΐη dicke Oberflächenschicht aus dem Tränkmetall an der Arbeitsfläche des Kontaktstückes infolge eines Sinterformteiles aus einem Metallpulver mit einer Teilchengröße νοη<25μΐη bis <C 250 μΐη mit maximaler Häufigkeit der Teilchengröße von 60 μΐη hergestellt wird.

ίο Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt insbesondere darin, daß keine weiteren Maßnahmen zur Herstellung einer festhaftenden homogenen metallischen Oberflächenschicht nötig sind und daß Fertigformkontakte ohne Nachbearbeitung an den äußeren Konturen hergestellt werden können. Falls als Tränkmetall Kupfer Verwendung findet und eine Silberoberfläche erwünscht ist, kann die galvanische Versilberung der Kupferschicht ohne zusätzliche Maßnahme erfolgen. Bei Verwendung von Silber als Tränkmetall besteht die Oberflächenschicht bereits aus Silber^,.

Die Ausgangspulvefmischung mit den sehr gleichmäßig verteilten Metallpulveranteilen wird mit einem so hohen Preßdruck verdichtet, daß das Porenvolumen dem gewünschten Tränkvolumen entspricht. Dabei wird der beim Sintern des Gerüstes auftretende Sinterschrumpf berücksichtigt. Der lineare Sinterschrumpf beträgt etwa 0,5 bis 2 °/o. Die Festigkeit des Sintergerüstes liegt zwischen 5 und 10 kp/mm².

Die Teilchengrößenverteilung der Metallpulvermischung wird so gewählt, daß die mittleren Oberfläctienporen des Sintergerüstkörpers kleiner als 50 μπα im Durchmesser und die Oberflächenrauhigkeit 1 bis 30 μπι beträgt. Eine besonders günstige einige μχη dicke Kupferschicht wird mit dem Tränkmetall Kupfer bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1250° C erreicht. Diese Schicht gibt dempurchdringungsverbundmetall das Aussehen eines- galvanisch ,verkupferten Kompaktkörpers. Die Kupferschicht haftet sehr gut an dem Gerüstkörper, da sie ··. einen stetigen Übergang zum Tränkmetall der gleichen Zusammensetzung besitzt.

Der Gefügeaufbau ist in Fig. 1 dargestellt. Im Mikrobild eines.Schnittes durch das gesinterte Fertigformteil ist mit 1 das Tränkmetall und mit 2 das Wolframgerüst bezeichnet. 3 ist die Oberflächenschicht, die unmittelbar in die mit Tränkmetall gefüllten Poren des Gerüstes übergeht.

Das Metallpulver zur Herstellung des Sintergerüstes kann aus Reinwolfram, Reinmolybdän oder aus einer Pulvermischung bestehen.

Für Metallpulvermischungen haben sich solche aus Wolfram, Molybdän oder Rhenium "oder deren Mischung als abbrandfeste Komponente mit Kupfer oder Silber und ein oder zwei Komponenten der Metalle Nickel, Kobalt, Chrom Oder Eisen als besonders geeignet erwiesen. Der Anteil an Kupfer oder Silber beträgt 2 bis 10 %, der Anteil an Nickel, Kobalt, Chrom oder Eisen 0,5 bis 5 %.

Vorteilhaft ist der Zusatz solcher Metalle, die in flüssigem Zustand das hochschmelzende Metall oberflächlich benetzen und mit einem dünnen Film überziehen.
Die Metallpulver können in Form von Reduktionspulvern (W, Mo, Re), Elektrolysepulvern (Cu, Ag, Fe), Carbonylpulvern (Ni, Co, Fe) oder mechanisch zerkleinertem Pulver (Cr) eingesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil werden Ausgangspulver

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mit kleinem Nickelgehalt verwendet, da hierdurch Teilchengröße < 5 μΐη wurde nach inniger Mischung eine einwandfreie Benetzung und damit vollständige mit 1 Mp/cm² zu einem Formteil verpreßt; die Preßkavernenfreie Tränkung erreicht wird und sich mit dichte betrug 11,4 g/cm³. Nach der Sinterung wähder angegebenen Dimensionierung der Oberflächen- rend einer Stunde bei 1300° C in Wasserstoff oder poren eine gleichmäßige Überzugsschicht auf dem 5 im Vakuum wurde bei einem Schrumpf von —1,2 % Tränkmetall ergibt. eine Sinterdichte von 11,6 g/cm³ erhalten. Nach

In den F i g. 2 und 3 sind nach der Erfindung her- Tränkung des Sintergerüstes mit Kupfer unter den in

gestellte elektrische Vorkontakte dargestellt. Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurde ein wei-

Fig. 2 zeigt eine Abbrennspitze und Fig. 3 einen terer Schrumpf von —0,6% erhalten; die Dichte des

Abbrennring; mit 4 ist jeweils die Oberflächenschicht 10 getränkten Verbundmetalles beträgt 14,7 g/cm³. Auch

bezeichnet. dieses Formteil ist von einer glänzenden reinen

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Kupferschicht an der Oberfläche überzogen,

folgenden Beispiele. Bei den Beispielen 1 und 2 lag die Oberflächen-

. . rauhigkeit des Sintergerüstes zwischen 1 und 30 μΐη.

Reduktions-Wolfram-Pulver der Teilchengröße Beispiel 3
25 μτη wurde mit 2 Mp/cm² zu einem Formteil verdichtet; die Preßdichte betrug 11,3 g/cm³. Der Preß- Eine Pulvermischung aus 97,8% Reduktionskörper wurde bei 1700° C während einer Stunde in Wolfram-Pulver der Teilchengröße < 200 μτη (Teil-Wasserstoff oder im Vakuum gesintert; die Sinter- ao chenhäufigkeit: 60 μΐη) 2 % Elektrolysekupfer.-PjiLver dichte betrug 11,-5 g/cm³. Während der Sinterung trat der Teilchengröße^-^ 200 μπι (Teilchenhäufigkeit: ein linearer Schrumpf von 0,6 % auf. Durch Tränken 40 μπι) und 0,2 % CarSbnylnickel-Pulver der Teildes Sintergerüstes erfolgte mit der durch die Poren- chengröße <C 5 μΐη wurde nach inniger Mischung mit füllung berechneten Menge und einer Überschuß- 2 Mp/cm² zu einem Formteil verpreßt (Preßdichte: menge von 1,5 g Kupfer bei 1200° C während 35 11,2 g/cm³). Der Durchmesser des Preßteiles nach ¹A Stunde in Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum. Fig. 2 betrug 20,20 ± 0,04 mm. Die Sinterung er-Während der Tränkung trat ein weiterer linearer folgte bei 1300° C während einer Stunde in Wasser-Schrumpf von 0,7% auf. Die Gesamtschrumpfung stoff oder im Vakuum, wonach der Durchmesser von 1,3% wurde im Preßkörper als Aufmaß züge- 20,04 ±0,06 mm betrug. Sinterschrumpf: 1,2%, Singeben. Die Dichte des getränkten Sintergerüstes be- 30 terdichte: 11,4 g/cm³). Nach Tränkung mit reinem trug 14,8 g/cm³; die Oberfläche des Fertigformteiles Elektrolytkupfer wurde ein Kontaktformteil erhalten, ist mit einer einige μπι dicken Kupferschicht allseitig das von einer dünnen, glatten, glänzenden Kupferbedeckt, schicht allseitig überzogen ist. Der Durchmesser be-. ·ι₉ trug 19,94 ± 0,06 mm. Er liegt in der geforderten Beispiel 2 _{35 To}i_eranz der Passung 2OhIl. Die Dichte des getränk-

Eine Pulvermischung aus 99,5 % Reduktions- ten Verbundmetalles betrug 14,6 g/cm³.

Wolfram-Pulver (aus WO₃) der Teilchengröße Die mittlere Rauhtiefe der Oberfläche des Sinter-

< 250 μπι und 0,5 % Carbonylnickel-Pulver der gerüstes betrug 16 μτη.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von durch Lichtbogen belasteten elektrischen Kontakten, bei dem ein Sinterformteil aus wenigstens einem hochschmelzenden Metall und mindestens einem weiteren Metall als Benetzungszusatz mit einem niedrigschmelzenden Metall getränkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine 1 bis 10 μΐη dicke Oberflächenschicht (3) aus dem Tränkmetall (1) an der Arbeitsfläche des Kontaktstückes > infolge eines Sinterformteils (2) aus einem Metallpulver mit einer Teilchengröße von kleiner 25 μπι bis kleiner 250 μηι mit maximaler Häufigkeit der Teilchengröße von 60 μπι hergestellt wird.