DE1533230C - Metall-Graphit-Verbundwerkstoff - Google Patents

Description

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Die-Erfindung bezieht sich auf Metall-Graphit- H.W. Rauch, Sr., W. FI. Sutton, Academic

Verbundwerkstoffe. Press, New York—London, 1965). In der bisher be-

Solche Werkstoffe werden in einer Zusammen- kannten Literatur sind auch bereits Anwendungssetzung von 70 bis 99 Gewichtsprozent Silber, Rest mögliehkeiten für Fadenkristalle angegeben worden, Graphit, seit langer Zeit für elektrische Kontakte 5 insbesondere Möglichkeiten, durch Verwendung von verwendet (K i e ff e r—H ο t ο p, »Pulvermetallurgie Whiskers die Festigkeit gewisser Baumaterialien zu und Sinterwerkstoffe«, Springer-Verlag, 1948, S. 320). steigern. Weitere Anwendungsgebiete von Whiskers Zur Herstellung dieser Werkstoffe wird die Pulver- sind die hohe Isolierfestigkeit derselben vorzugsweise mischung zu Blöcken, Stangen oder Platten verpreßt, von Oxidwhiskers gegenüber Wärme, Kälte und der Preßling durch Sintern in reduzierender Atmo- io Schall. Außerdem linden solche Fadenkristalle als Sphäre verdichtet und anschließend spanabhebend . Füllmaterial in Kunststoffen und bei der Herstellung zu den gewünschten Kontaktformen verarbeitet. von Papier Anwendung.

Die so hergestellten Schleifbürsten oder Unterbrecher- Whiskers sind sehr dünne Einkristalle, die gegenüber kontakte besitzen jedoch bedeutende Nachteile. Sie der polykristallinen Form ihres Werkstoffes übersind sehr spröde und. daher nur unter großen Material- 15 raschem! gut dehnbar sind.

Verlusten zu verarbeiten. Es hat daher nicht an Ver- Seit einigen Jahren ist es gelungen, außer den schon

suchen gefehlt, durch metallische .Zusätze, wie Zinn seit längerer Zeit bekannten Oxidwhiskers auch

und Blei, die Verarbeifbarkeit des Silber-Graphit- Whiskers aus Graphit herzustellen, die gegenüber

Werkstoffs zu verbessern. den üblichen Graphitpulvern wesentlich verbesserte

Durch die Sprödigkeit des Materials ist die Ab- 20 Elastizitätseigenschaften aufweisen (Contact Report,

nutzung dieser Werkstoffe insbesondere bei ihrer Union Carbide Corporation, vom 9.2. 1965, in

Verwendung als Schleifkontakte sehr groß. Es wurde Ceramic and Graphite Fibers and Whiskers, S. 56;

daher durch die Herstellung von sogenannten Mehr- USA.-Patente 2 796 331, 2 957 756, 3 107 152).

schichtenbürsten versucht, deren Standfestigkeit bei Graphitwhiskers linden bereits Verwendung bei

der Abnutzung zu verbessern (s. deutsches Patent 25 Werkstoffen der Raumfahrttechnik als Wärmeschild

. 745 673). sowie als Widerstandsmaterial in elektrischen öfen.

Ein weiterer großer Nachteil von Silber-Graphit- Versuche, Graphitwhiskers auch an Stelle der bis Werkstoff besteht darin, daß sich dieses Material jetzt verwendeten Graphitpulver verschiedener Feindurth Löten mit Metallen nicht verbinden läßt. Aus heiten in eine. Silbermatrix einzubringen und dadurch diesem Grunde wurden andere Wege der Befestigung 19 Silber-Graphit-Körper herzustellen, haben zu dem auf Trägern vorgeschlagen (s. deutsche Patente überraschenden Ergebnis geführt, daß hierbei ein 844 197 bzw. 844 196). Besser gelang die Befestigung Material von bisher unbekannten Eigenschaften ervon Silber-Graphit-Körpern auf metallischen Unter- halten wird, welches außer für elektrische Schleiflagen nach dem deutschen Patent 762 387. Hierbei kontakte oder Unterbrecherkontakte auch für viele wird der Graphit des Verbundkörpers an einer Stelle 35 andere Zwecke Verwendung finden kann. Infolge ausgebrannt, so daß die graphitfreie Schicht nunmehr seiner großen Elastizität und hohen Festigkeit läßt lötbar wird. sich dieses Material auch zu .selbstschmierenden

Diese auf der Sprödigkeit des Materials beruhenden Lagern, wie ölloaeii Mikrolagern, verwenden. Weitere Nachteile der Silber-Graphit-Werkstoffe waren durch Anwendungsgebiete des Silber-Graphit-Werkstoffs geherkömmliche Methoden weder mit grobem noch \o maß der Erfindung sind Apparate und Geräte für die mit feinem Graphit zu beseitigen. Einen völlig neuen chemische Industrie.

Weg ging die Erfindung nach der deutschen Patent- überraschenderweise hat es sich weiterhin ergeben, schrift 1237 272, bei welcher Silber-Graphit-Pulver- dal! auch Kupfer-Graphit-Körper, die unter Vermischungen entweder im vorgesinterten Zustand Wendung von Graphitwhiskers und Kupferpulver oder direkt als Pulvermischung auf einer hydraulischen 45 hergestellt sind, ähnlich wie die Silber-Graphit-Strangpiesse zu Strängen verschiedener Formen ge- Körper völlig neuartige, bisher unbekannte Eigenpreßt werden. Dabei wird eine Metallscheibe, Vorzugs- schäften zeigen. Anwendungsgebiete dieser Kupferweise aus Silber, zwischen Pießmatrize und Preßgut Graphit-Werkstoffe gemäß der Erfindung sind elek· aus Silber—Graphit verwendet und dient dabei gleich- triseln: Schleif- und Unterbrecherkontakte, elektrische zeitig als eine Art Schmiermittel. Nach diesem Ver- 50 Koutaktstücke sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, fahreji gelang es erstmalig unter Verwendung von Schweißelektroden für Punkt- und .Rollenschweißen vorzugsweise grobkörnigem Graphit, plastisch ver- sowie für die Funkenerosion und chemische Apparate, formbare Silber-Graphit-Körper herzustellen. bei denen eine hoho Festigkeit des Kupfers verlangt

Die Nachteile der schlechten Lötbarkeit der Silber- wird. Weitere Anwendungsgebiete für Kupfer-Graphit-Graphit-Körper und ihre große Abnutzung besonders 55 Werkstoffe sind z. B. Metalldichtungen,
als Schleifkontakt sind jedoch auch durch dieses Die Herstellung der Silber-Graphit-Werkstoffe bzw. Herstellungsverfahren nicht beseitigt worden. Kupfer-Graphit-Werkstoffe unter Verwendung von

Es hat sich nun gezeigt, daß man völlig plastisch Graphitwhiskers erfolgt nach bekannten Verfahren

verformbare Silber-Graphit-Körper mit guter Lot- durch Mischen der Bestandteile, wobei das Silber

barkeit und sehr hoher Abriebfestigkeit dadurch 60 bzw. Kupfer in Pulverform vorliegt. Man mischt die

erhalten kann, daß man an Stelle des bis jetzt in Bestandteile derart, daß sich die Graphitwhiskers in

verschiedenen Feinheiten verwendeten hexagonal kri- einer Richtung orientieren, was durch gerichtetes

stallisierenden Graphits sogenannte Graphitwhiskers Rütteln der Mischungen ohne Schwierigkeiten zu

verwendet. erreichen ist. Dann verpreßt man die Metall-Graphit-

Whiskers oder Fadenkristalle sind seit einiger Zeit 65 Mischungen, wobei auf eine möglichst gleichmäßige

bekannt (s. Metallurgical Reviews, Vol. 9, 1964, Verteilung der Graphitwhiskers in der Metallpulver-

S. 261 ff. The Institute of Metals, London; Ceramic and masse zu achten ist. Nach dem Verpressen dieser

Graphite Fibers and Whiskers, L. R. M c C r e i g h t, Mischungen zu Blöcken, Stangen, Platten oder jeder

beliebigen anderen Form werden diese noch spröden Körper längere Zeit in inerter Atmosphäre oder im Vakuum gesintert, wobei die Sintertemperatur möglichst 50 bis 70 grd. unter dem Schmelzpunkt des verwendeten Metalls oder — falls eine Mischung mehrerer Metalle vorliegt — unter der Temperatur des beim Sintern sich bildenden Eutektikums liegen soll.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß nicht nur reine Silber-Graphit- oder Kupfer-Graphit-Körper gemäß der Erfindung hergestellt werden können, sondern auch Körper, bei denen pulverförmige Metalle, wie Nickel, Zinn, Zink oder Kadmium, als Legierungskomponenten des Silbers oder Kupfers verwendet werden können.

Eine völlig andere Herstellung der erfindungsgemäßen Metall-Graphit-Körper erfolgt durch Eintragen der Graphitwhiskers in die flüssigen Metalle Silber oder Kupfer oder deren Legierungen mit oder ohne bis zu 20 Gewichtsprozent Nickel, Zinn, Zink oder Kadmium und anschließendes Vergießen der Schmelzen in beliebige Formen.

Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Schmelzen in den Formen sehr langsam erstarren zu lassen und dabei gleichzeitig durch Ultraschall zu beschallen, wodurch eine wesentliche Ausrichtung der langen und sehr dünnen Graphitwhiskers parallel zueinander erreicht wird.

Die entweder sinter- oder schmelzmetallurgisch hergestellten Blöcke, Stangen oder Platten können zur Erreichung ihrer optimalen Festigkeit spanlos verformt werden, vorzugsweise durch Walzen zu Blechen oder Drähten, durch Strangpressen in beliebige Formen, durch Ziehen oder Gesenkpressen.

Hierbei zeigt sich der große Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Metall-Graphit-Körper gegenüber den bis jetzt bekannten, bei denen der Graphit in Form von Graphitpulver verschiedener Korngrößen vorliegt.

Die erfindungsgemäßen Körper lassen sich bei Graphitgehalten bis 10 Gewichtsprozent sehr gut und bei Graphitgehalten bis 30 Gewichtsprozent immer noch recht gut spanlos verformen.

Die spanlose Verformung der Metall-Graphit-Körper soll vorteilhafterweise parallel zur Lage der Graphitwhiskers innerhalb der Metallmatrix erfolgen. Während der Verformung können, wenn nötig, Zwischenglühungen eingeschaltet werden, ohne daß dadurch oder durch die Verformung selbst der Verband der Whiskers mit der Metallmatrix gestört wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Metall-Graphit-Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 70 bis 99 Gewichtsprozent eines der Metalle Silber und Kupfer und aus 30 bis 1 Gewichtsprozent Graphit in Whiskerform besteht.

2. Metall-Graphit-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der reinen Metalle Silber oder Kupfer Legierungen oder Pulvermischungen dieser Metalle verwendet werden.

3. Metall-Graphit-Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Metalle, wie Nickel, Zinn, Zink oder Kadmium, bis zu 20 Gewichtsprozent an die Stelle von Kupfer oder Silber treten.

' ■ 4. Verfahren zur Herstellung von Metall-Graphit-Verbundwerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Mischung von Metallpulver und Graphitwhiskers die Whiskers mittels gerichteten Rüttelns parallel ausgerichtet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitwhiskers in eine Schmelze von Silber oder Kupfer in Mengen von 1 bis 30 Gewichtsprozent eingetragen werden und die Schmelze vor dem Erkalten zur Ausrichtung der Graphitwhiskers mit Ultraschall beschallt wird.