DE1564713A1

DE1564713A1 - Mehrschichtiger Sinterkontaktkoerper

Info

Publication number: DE1564713A1
Application number: DE19661564713
Authority: DE
Inventors: Schreiner Dr Phys-Chem Horst; Scherbaum Dipl-Phys Rudolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-09-20
Filing date: 1966-09-20
Publication date: 1970-10-22
Also published as: FR1551948A; US3489531A; DE1564713B2; GB1168125A

Description

Für die bisher bekannten mehrschichtigen Sinterkontakte wurden aus Gründen des besseren Aufbringens der Kontakte vornehmlich die Systeme Metall-Metallverbindung und Metall-Metalloid verwendet. Günstige Kontaktstoffe mit Metalloxid- oder Metalloidgehalt sind z.B. Ag-CdO, Ag-Ni-CdO, Ag-SnO₂, Ag-ZnO, Ag-MgO, Ag-Graphit. Um einen Kontakt zu schaffen, der nicht nur auf der Kontaktseite gute Kontakteigenschaften aufweist, sondern auf der Befestigungsseite auch gute lot- oder Schweißeigenschaften hat, wurde auf der zu lötenden oder zu schweißenden Seite eine zweite Schicht aus einem Material mit guten Lot- oder Schweißeigenschaften aufgebracht.

In anderen Fällen wurde ein Mehrschichtenkontaktkörper aus Gründen der höheren Abbrandfestigkeit benutzt. Auch bei Mehrschichtenkontaktkörpern mit einer Kontaktschicht aus Kontaktwerkstoffen, die eine höhere Schweißgrenz-Stromstärke und eine niedrigere

Brückenfestigkeit

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der beim Schalten verschweißten Kontakte (Schweißkraft) zeigen, wird speziell bei Kurzschlußschaltungen (z.B. Draufschalten = Schließen des Kurzschlußstromes beim Einschalten des Schalters) und bei einer bestimmten Kurzschluß-Stromstärke noch nicht die hier geforderte weitere Verminderung der Schweißfestigkeit erreicht. Speziell nicht geschaltete neue Kontaktflächen verschweißen bei den ersten Kurzschluß-Draufschaltungen häufig und intensiv und die zum öffnen der Schweißbrücke erforderliche Kraft liegt meist oberhalb der KontaktÖffnungskraft des Schalters. In diesen Fällen bleiben die Kontakte verschweißt.

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Sinterkontaktkörper mit geringer Schweißkraft, bei dem die oben erwähnten Schwierigkeiten überwunden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sinterkontaktkörper aus einer Kontaktschicht mit einer Kontakthauptschicht und einer Oberflächenschicht besteht, daß die Kontakthaupt schicht neben Silber oder Kupfer 5 bis 15$ Metalloxyde oder 2 bis 10$ Metalloide und die Oberflächenschicht neben Silber oder Kupfer über 15$ Metalloxyde oder über 10$ Metalloide enthält.

Dieser Sinterkontaktkörper, dessen Kontaktschicht aus einer Kontakthauptschicht aus einem Material mit kleiner Schweißkraft besteht, auf welcher sich die zweite Kontaktschicht, die sog. · Oberflächenschicht, aus einem Material geringerer Schweißkraft gegenüber dem Material der Kontakthauptschicht befindet, erfüllt die gestellten Forderungen. Die Kontakthauptschicht hat eine wesentlich größere Dicke als die Oberflächenschicht.

Die Kontakthauptschicht kann aus den bekannten Kontaktstoff-

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kombinationen, die für Kontaktstücke kleiner Schweißkraft eingesetzt werden, wie Ag-CdO, Ag-In₂O₅, Ag-SnO₂, Ag-PbO, Cu-PbO, Ag-ZnO, Ag-Pe₂O-, Ag-MoO₅, Ag-WO, Ag-CdO-Ni, Ag-MgO-Ni, Ag-CdO-C oder Ag-C

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(Graphit) bestehen. Mit kleiner Zusatzmenge, z.B. <_5 i> für die angegebenen Metalloxidzusätze'bzw. < 2 # für den Graphitzusatz wird nur eine kleine Senkung der Schweißkraft gegenüber dem Grundmetall erreicht. Mit steigender Zusatzmenge an Metalloxid oder Graphit wird die Wirkung auf die Schweißeigenschaften größer und die Schweißkraft nimmt stärker ab. Ein günstiger Bereich für die Zusatzmenge liegt für Metalloxid zwischen 5 und 15 i° und bei Graphit zwischen 2 und 10 #. Bei den größeren Gehalten an Zusatzkomponente zum Grundmetall Silber oder Kupfer, z.B. >15 $> Metalloxid oder

<> 10 # Graphit, werden jedoch neben den Schweißeigenschaften auch die übrigen Eigenschaften de3 Kontaktwerkstoffes verändert. Diese Veränderungen können auch in für ein c3chaltgerät ungünstiger Richtung gehen. So nimmt z.B. bei zunehmenden Zusatz an Metalloxid oder Graphit zum Grundmetall der Abbrand des Kontaktwerkstoffos zu. Es ist daher nicht möglich, das gesamte Kontaktstück aus einer solchen Zusammensetzung mit hohem Oxid- bzw. Graphitanteil, das zwar eine ausreichende Schweißsicherheit, jedoch einen zu großen Abbrand hat, zu machen. Als Oberflächenschicht jedoch bringt so ein Kontaktwerkstoff mit höherem Gehalt an Zusatzkomponente auf einer Kontakth-iuptschicht mit kleinerem Gehalt an Zu3atzkoraponente ganz besondere Vorteile. Insbesondere bei Kurzschlußschaltungen der neuen oder wenig geschalteten Kontaktstucke ist ein großer technischer Portschritt erzielt worden, du die Kontaktütücke aus schweißsicheren Material ohne diese im Vergleich drir.u schweißsichere Schicht bei diesen Bedingungen verschweißen.

Die zweite Kontaktschicht befindet sich an der Piontuktoberflache und ist bei den ersten Schaltungen der Neukonta/.te wirKoani. Die Oberflächenschicht kann im Vergleich zur Kont^;j.kth;.tuptschi cht relativ dünn sein; sie liegt zwischen 0,02 und 0,5 mm, vorzugsweise

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bei 0,15 mm.

Auf der dem Trägermetall zugekehrten Seite kann, wie bereits bekannt, eine weitere Schicht aus einem gut lötbaren oder gut schwe.I3D-j.ren Metall aufgebracht sein.

Zur weiteren Erläuterung des Aufbaues des Kontaktes nach der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigen die Figuren 1 und 2 den schematischen Aufbau von erfindungsgemäßen Kontakten.

In beiden Figuren haben die Bezugszeichen dieselbe Bedeutung. Es sind bezeichnet mit 1 das Trägermetall, mi't 2 die Kontakthauptschicht und mit. 3 die Oberflächenschicht. Nach Figur 2 ist eine gut lot- oder schweißbare Schicht 4 zwischen dem Trägermetall 1 und der Kontakthauptschicht 2 angeordnet.

Das Aufbringen der Oberflächenschicht auf die Kontakthauptschicht kann durch Einfüllen einer geeigneten Pulvermischung, beispielsweise einer Ag-Graphitpulvermischung,in eine Matrize und gemeinsames Verdichten, Sintern und Nachpressen erfolgen. Der Kontaktkörper kann dann durch Schweißen oder Löten mit dem Kontaktträger verbunden werden.

»Vegen der leichteren Lötbarkeit ist es in manchen Fällen vorteilhaft, auf die Lötseite der Kontakthauptschicht noch eine gut lötbare Schicht, z.B. eine Silber- oder Kupferschicht, aufzubringen. Dies kann durch Aufpressen erfolgen. In diesem Falle werden drei verschieden zusammengesetzte Pulver -aufeinander in die Matrize gefüllt, z.B. zuerst Silberpulver für die leicht lötbare Schicht mit einer Schichtdicke von 0,3 mm, darauf die Kontakthauptschicht mit einer

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Schichtdicke von etwa 2,7 mm und auf diese die Kontaktoberflächenschicht mit einer Schichtdicke-von 0,1 mm. Die angegebenen Schichtdicken beziehen sich auf den nachgepreßten Sinterkontakt, die FUllhöhen der Pulverschichten sind etwa um den Füllfaktor 3 größer.

Die aufeinandergeschichteten Pulver werden mit 4 t/cm verdichtet, der Preßkörper wird bei 800⁰C während einer Stunde in Wasserstoff gesintert und die Sinterkörper werden mit 8 t/cm nachgepreßt, dabei kalibriert und zum Endformteil verdichtet.

Als besonders günstig hat ea sich erwiesen, die Oberflächenschicht des gesinterten Kontaktes zu perforieren. Dies kann beispielsweise durch Nachpressen des gesinterten Kontaktes mit einem geriffelten Preßstempel erfolgen. Mit Kontakten mit einer perforierten bzw. reliefartig aufgerauhten,Oberflächenschicht konnte eine weitere Herabsetzung der Schweißkraft bei Kurzschlußschaltungen der Neukontaktstücke erzielt werden.

Als Beispiel werden erfindungsgemäße Kontakt3tiicke aus AgC (Graphit) im Detail angegeben. Die beiden Kontaktschichten können jedoch in gleicher Weise aus den oben angegebenen Kontaktstoffkombinationen bestehen, wobei die dickere Kontakthauptschicht einen kleineren Gehalt an Metalloxid oder Graphit aufweist als die dünnere Oberflächenschicht. Der Oxid- oder Graphitgehalt in der Oberflächen- ^l schicht ist auf möglichst kleine Schweißkraft ausgelegt. Die y ; Kontaktschichten bestehen aus Silber-Graphit. Als besonders geeignet haben sich Kontaktkörper erwiesen, dessen Kontakthauptschicht aus Ag-Graphit der Zusammensetzung 95/5 (Ag-Graphit) besteht und auf dessen Kontakthaupt3chicht sich eine Oberfluchenschicht aus Ag-Graphit der Zusammensetzung 80/20 befindet. Diese Oberflächenschicht aus Ag-Graphit 80/20 ist durch eine wesentlich geringere

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Schweißkraft gegenüber der aus Ag-Graphit 9-5/5 gekennzeichnet. Die Schichtdicke der Oberflächenschicht liegt zwischen 0,05 und 0," mm. Sie beträgt etwa 5 bis 10 # der Dicke der Kontakthauptschicht.

Mit den erl'indungsgemäßen Kontaktkörpern tritt überraschenderweise im Schweißetrorabereich zwischen 700 und 1500 A bei KurzschluS-Draufschaltungen noch kein Verschweißen ein, so daß die entstehenden Schweißbrilcken mit Öffnungskräften -MOO x> getrennt werden Können. Solche Kontakte mit einem Durchmesser von etwa 5 mm uni einer Höhe von 2,5 nun können z.B. als Kontakte für einen .Vechselstronautomaten von 20 A Nennstrom verwendet werden.

So hergestellte Kontaktkörper konnten bei einem Wechselstromautomaten von 20 A Nennstrom beim Draufschal ten von Kurzschlusströmen zwischen 700 und 1500 A auch beim Schalten auf die nicht geschalteten neuen Kontaktflächen nicht zum Verschwel.3en gebricht werden. Beim Schalten unter Nennstrom oder unter Kurzschlußstrombedingungen brennt die Oberflächenschicht ab und die Kontikthauptschicht, die im geschal teten Zustand eine ausreichende Schwei3sicherheit besitzt, bildet schließlich die Kontaktoberfläche.

4 Patentansprüche 2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper mit geringer SehweiSkraft, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Kontaktschicht nit einer Kontakthauptschicht und einer Oberflächenschicht "besteht, daß die Kontakthauptschicht neben Silber oder Kupfer 5 bis 15^> Metalloxyde oder 2 biß 10$ Metalloide und die Oberflächenschicht neben Silber oder Kupfer über 15$ Metalloxyde oder über 10$ Metalloide enthält.

2. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht perforiert ist.

3. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakthauptschicht 90 bis 95^ und die Oberflächenschicht 5 biß 10$ der gesamten Kontaktschichtdicke beträgt.

4. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper nach einen der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekenneeichnet, daß auf der KontaktrUckseit« eine gut löt- oder gut schweißbare Schicht rorhanden ist.

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