DE1719444B2 - Verfahren zur Herstellung eines Dispersionskontaktwerkstoffes mit Silberoder Kupfer-Matrix - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dispersionskontaktwerkstoffs mit verbesserten Abrand- und Schweißeigenschaften durch chemische Fällung einer Metallsalzlösung. Der Werkstoff soll zur Herstellung von Kontakten Verwendung l'inden, wie sie in der Starkstromtechnik, insbesodere im Schützbetrieb, zur Anwendung kommen. Solche 4» Werkstoffe bestehen beispielsweise aus den Komponenten Silber (Ag) oder Kupfer (Cu) und einer Dispersionskomponente, beispielsweise Kadmiumdioxid (CdO), Zinndioxid (SnO2) oder Zinkoxid (ZnO).

Die Abbrand- und Schweißeigenschaften von Kontaktwerkstoffen durch eine besonders feine und homogene Verteilung der Komponenten im Werkstoff EU verbessern, ist bekannt. Z. B. werden Ag und CdO als feinteilige Pulver innig miteinander gemischt, verpreßt und anschließend gesintert. Die Dispersionskomponente CdO kann auch als reines Metall zugesetzt werden, wobei die Oxidation von Cd zu CdO erst während der Sinterung erfolgt. Die Verfahren, bei denen die Komponenten mechanisch gemischt werden, haben nämlich den Nachteil, daß selbst bei kleinsten Teilchengrößen der Ausgangspulver die gewünschte Gleichverteilung der Werkstoffkomponenten nicht erreicht wird, da mit sinkender Teilchengröße das Fließvermögen der Metallpulver zurückgeht und Agglomeration eintritt.

Nach dem Prinzip der inneren Oxidation wird eine Mischung von Metallpulvern, beispielsweise von Ag und Cd, in reduzierender Atmosphäre gesintert, wobei Cd oberhalb des Schmelzpunkts vorübergehend in einer flüssigen Phase vorliegt und durch Diffusion ^5 mit Ag Mischkristalle bildet. Bei der nachfolgenden Glühung der Ag-Cd-Sinterlegierung an Luft wird Cd zu CdO oxidiert.

In gleicher Weise läßt sich auch eine schmelzmetallurgisch hergestellte Legierung oxidieren. Das Verfahren führt zu kleinen Korngrößen und einer hohen Gleichmäßigkeit in der Verteilung der Dispersionskomponente CdO im Werkstoff. Die Anwendung des Verfahrens ist jedoch auf bestimmte Werkstoffsysteme beschränkt. Während mit Vorteil Ag-CdO-Kontaktwerkstoffe hergestellt werden können, kann das Verfahren nicht auf Ag-ZnO- oder Ag-SnOj-Kontaktwerkstoffe angewendet werden, da auf Grund des Wirkungsmechanismus der inneren Oxidation bei diesen Werkstoffsystemen die Diffusion des Sauerstoffs durch Oxidation auf ein Minimum herabgesetzt wird. Als nachteilig erweist sich weiter der hohe technische Aufwand, der zur Erzielung kleiner Korngrößen und einer gleichmäßigen Verteilung der Komponenten notwendig ist.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind chemische Fällverfahren bekannt, wobei die Komponenten des Werkstoffs als Metallsalze in Lösung gebracht und durch ein Fällmittel, z. B. Alkylihydroxid, ausgefällt werden. Beispielsweise wird ein Ag-CdO-Werkstoff hergestellt, indem einer Lösung aus Silbernitrat und Kadmiumnitrat Alkalihydroxid oder Alkalikarbonat zugesetzt, das Fällprodukt abfiltriert, gewaschen, getrocknet und bei einer Temperatur von 300 bis 450° C zersetzt wird. Das so aufbereitete Fällprodukt wird anschließend verpießt und gesintert. Das Verfahren ist auf Kontaktwerkstoffe beispielsweise aus Ag-ZnO oder Ag-SnO2, bei denen die Komponenten des Werkstoffs bei einem unterschiedlichen pH-Wert ausfalten, nur bedingt anwendbar. Wenn z. B. zur Herstellung eines Ag-SnO2-Kontaktwerkstoffs Sn in Salpetersäure gelöst und das entstehende Zinn-Nitrat gemeinsam mit der Silbernilratlösung durch Alkalihydroxid ausgefällt wird, fällt die Dispersionskomponente SnO2 bereits im sauren pH-Bereich, Ag aber erst oberhalb des pH-Werts 7 aus.

Dadurch treten im Pulver Inhomogenitäten auf, die höhere Abbrandraten und eine höhere Schweißneigung des Kontaktwerkstoffs zur Folge haben. Außerdem führt die Fällung zunächst zum Zinn(II)hydroxid, das sich erst bei der Alterung zu Zinnmonoxid umlagert. In dem zur Kontaktherstdlung benötigten Werkstoff ist aber höherwertiges Zinndioxid erwünscht, das sich nach diesem Verfahren erst bei der thermischen Weiterbehandlung des Kontaktwerkstoffs bildet.

Zweck der Erfindung ist es, die den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile zu vermeiden und einen Kontaktwerkstoff zu entwickeln, der sich durch ein verbessertes Abbrandverhalten und geringe Schweißneigung auszeichnet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Verfahren der chemischen Fällung, wobei das alkalische Fällungsmittel, z. B. Alkalihydroxid, mit einer Metallsalzlösung, z. B. Silber-Zinn-Nitrat, zur Reaktion gebracht wird, so zu modifizieren, daß die durch die Abhängigkeit bei der Fällung verursachten Inhomogenitäten vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung gelöst, indem einem an sich bekannten Fällmittel, z. B. Alkalihydroxid, die Dispersions-Komponente, die geeignet ist, eine homogene oder kovalente Bindung mit dem Fällmittel einzugehen, z. B. Zinndioxid, in löslicher Form zugesetzt wird. Das so aufbereitete Fällmittel wird mit siner Silber- oder Kupfer-Salzlösung zur Reaktion gebracht und das gewonnene

Fällprodukt abffltriert, gewaschen, getrocknet und Ausfällung abffltriert und getrocknet Anschließend

gesintert erfolgt das Pressen zu Fonnkörpern unter einem

Mit Vorteil kann als Fällmittel Kaliumhydroxid, Druck von 2000 kp/cnA Die Formkörper werden bei Natriumhydroxid oder Triäthanolamm verwendet Temperaturen von 700 bis 800° C in Luft gesintert

werden. 5

Als Dispersionskomponente können dem Fällmit- _ . .

tel auch Zinkoxid, Kupferoxid oder Kobaltoxid in Beispiel 2

löslicher Form zugesetzt werden. Zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffs der Zu-

Der Metallsalzlösung, dem Fällmittel, dem Reak- sammensetzung 90% Ag und 10% ZnO, dem zur

tionsgemiscfa und/oder dem Fällprodukt können Kar- io weiteren Verbesserung der Abbrand- und Schweiß-

bide, Nitride, Boride und/oder Oxide des Kadmiums, eigenschaften Hartstoffe zugesetzt sind, werden 120 g

Kupfers, Mangans, Tantals, Zirkoniums, Titans, Mo- frisch gefälltes Zinkhydroxid mit 20%iger Natron-

lybdäns, Wolframs, Aluminiums und Magnesiums lauge zu Natriumzinkat gelöst und mit weiteren

zugesetzt werdca. 350 g festem Natriumhydroxid versetzt Die Lösung

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens 15 wird auf 2500 ml aufgefüllt und allmählich unter bestehen vor allem darin, daß ein Fällprodukt mit starkem Rühren in eine Suspension, in der sich großer Homogenität und kleinen Teilchengrößen er- 1500 g gelöstes Silbernitrat und als Harstoffzusatz halten wird, das zu einem Kontaktwerkstoff mit gu- 10 g feindisperses Zirkoniumdiborid befinden, eingetem Abbrandverhalten und geringer Schweißneigung tropft Nach vollständiger Ausfällung wird der Nieverarbeitet werden kann. 20 derschlag abfiltriert, getrocknet und wie nach Bei-

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfah- spiel 1 weiterverarbeitet. Als Hartstoffe können auch

ren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläu- 16 g Tantalkarbid, 16 g Wolframkarbid, 16 g Molyb-

tert: dänkarbid, 30 g Kadmiumoxid, 60 g Kupferoxid,

„ . . . 30 g Mangandioxid, 20 g Aluminiumoxid, 20 g

B e 1 s ρ 1 e l l _aJ Magnesiumoxid oder 20 g Titanoxid oder Gemische

Zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffs der Zu- dieser Stoffe der Natriumzinkat-Natriumhydroxidsammensetzung 94% Ag und 6% SnO2 werden 62 g Lösung, der Silbernitratlösung, dem Reaktionsgemetallisches Sn in 500 ml 50%iger Salpetersäure bei misch aus beiden Lösungen oder dem Fällprodukt einer Temperatur von 20 bis 30° C gelöst. Die dabei in pulvriger Form zugesetzt werden, entstehende Zinnsäure wird abzentrifugiert und in 30 Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der An-2,51 2-molarer Kalilauge gelöst. Von dieser Lösung wendung nicht auf Ag-Dispersionswerkstoffe bewerden 350 ml in 2,5 1 einer 20%igen Kalilauge ge- schränkt. Zur Herstellung eines Kupfer-Kobaltoxidgeben. Sn liegt in der Lösung vorzugsweise in Form Werkstoffs wird einer wäßrigen Lösung von komdes Kaliumhexahydrostannates als 4-wertiges Sn vor. plexem Kobalt-Triäthanolamin mit einem Überschuß Außerdem werden in einem Fällgefäß 1698 g Silber- 35 an freiem Triäthanolamm unter starkem Rühren eine nitrat in 7 1 destilliertem Wasser gelöst Nach voll- schwachsaure Kupfernitratlösung eingetropft. Der ständiger Auflösung wird mit der vorbereiteten Kali- entstehende feindisperse Niederschlag aus Kupferhydroxid-Kalihexastannatlösung gefällt Beim Ein- und Kobalthydroxid wird wie im Beispiel 1 weitertropfen in die schwachsaure Silbersalzlösung fallt an behandelt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren der Eintropfstelle gemeinsam mit dem Silberhydroxid 4° werden die Abbrand- und Schweißeigenschaften bei ein voluminöser Niederschlag von Zinn(IV)dioxidgel Ag- oder Cu-Dispersionskontaktwerkstoffen um 60 aus. Die Niederschläge werden nach vollständiger bzw. 25% verbessert.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Dispersionskontaktwerkstoffs mit Silber- oder Kupfer-Matrix durch chemische Fällung einer Metallsalzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß einem an sich bekannten Fällmittel die Dispersionskomponente, die geeignet ist, eine ionogene oder kovalente Bindung mit dem Fällmittel einzugehen, in löslicher Form zugesetzt, das so aufbereitete Fällmittel mit der Metallsalzlösung zur Reaktion gebracht und das gewonnene Fällprodukt abfiltriert, gewaschen und gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallsalzlösung, dem Fällmittel, dem Reaktionsgemisch und/oder dem Fällprodukt Karbide, Nitride, Boride und/oder Oxide des Kadmiums, Kupfers, Mangans, Tantals, Zirkoniums, Titans, Molybdäns, Wolframs, ^Bo Aluminiums und Magnesiums zugesetzt werden.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder Triäthanolamin als Fällmittel.

4. Anwendung des Verfahrens nach An- ^fl5 spruch 1 auf Zinnoxid, Zinkoxid, Kupferoxid oder Kobaltoxid in löslicher Form als Dispersionskomponente.