DE1771559A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kontaktschicht - Google Patents

Description

Schaltbau Gesellschaft mbH SB 95

München 7. Juni I968

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kontaktschicht

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auf bekanntem Kontaktmaterial wie Silber oder Kupfer mit Hilfe von Quecksilber Schichten zu erzeugen, die der so behandelten Ober» fläche die bevorzugten Eigenschaften elektrischer Kontaktflächen geben.

Es ist bekannt, für Kontakte besondere Legierungen oder intermetallische Verbindungen zu verwenden, jedoch sind die so hergestellten Kontaktmaterialien entweder teuer oder nur für bestimmte Zwecke brauchbar oder von ungenügender Lebensdauer. In keinem Fall erreichen sie die elektrischen Qualitäten, die Quecksilber als Kontaktmaterial auszeichnen. Quecksilber hat jedoch den Nachteil, daß es bei den Betriebstemperaturen elektrischer Geräte flüssig ist und deswegen nur in geschlossenen Gefäßen als Kontaktmaterial verwendet werden kann und in seiner Funktionsfähigkeit lageabhängig ist.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, eine elektrische Kontaktschicht herzustellen, die die guten Eigenschaften der festen Kontaktmaterialien mit denen des Quecksilbers kombiniert.

Sie bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kontaktschicht auf Kupfer oder vorzugsweise Silber als Trägermetall und unterscheidet sich von den bisher bekannten dadurch, daß die zuvor gereinigte, zu beschichtende Oberfläche des Trägermetalles über einen längeren Zeitraum von bis zu 100 Stunden bei erhöhter Temperatur von etwa 60 bis 100°C, vorzugsweise 70°C, mit gereinigtem, vorzugsweise destilliertem Quecksilber in ^öerührung gebracht wird und sodann - gegebenenfalls nach einer längeren Lagerzeit - auf die so behandelte und nochmals gereinigte Oberfläche ein Amalgam eines der Metalle Indium, Thallium oder Blei, vorzugsweise Indium, aufgebracht wird.

109852/1538

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit im wesentlichen aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wird auf einer Oberfläche aus Kupfer oder besser noch aus Silber eine Amalgamschicht erzeugt; deren Stärke und Gleichmäßigkeit von der Dauer und Temperatur der Behandlung abhängt. Versuche haben gezeigt, daß sich auf Kupfer bei einer Behandlungsdauer von 400 Stunden bei l8°C eine Schichtdickevon 0,1 mm einstellt. Die gleiche Schichtstärke kann auch bei einer Reaktion während 100 Stunden und bei einer temperatur von 70 C erhalten werden, jedoch sind die bei höheren Temperaturen gebildeten Schichten gleichmäßiger und deshalb besser. Für Silber ergeben sich bei 400 Stunden und l8°C Schichtstärken zwischen 0,02 fe und 0,03 mm und für 100 Stunden und 70°C wiederum gleichmäßigere Schichten von weniger als 0,01 mm Dicke. Lagerzeiten von etwa 2 Stunden führen in allen Fällen zur Aushärtung der Amalgamschicht. Die Silberamalgamschicht ist aber etwa um den Faktor 10 weniger rauh als die Kupferamalgamschicht. Im zweiten Schritt wird dann auf die Oberfläche ein weiteres Amalgam der Metalle Indium, Thallium oder Blei aufgebrant.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß bei der nach diesem Verfahren hergestellten Kontaktschicht die sehr guten elektrischen Eigenschaften über große Zeiträume erhalten bleiben. Eine einfache Amalgarnierung der Oberfläche ergibt zwar zunächst auch gute elektrische Eigenschaften, die je-" doch mit der Zeit zurückgehen, da eine fortschreitende Lösung des Quecksilbers im Trägermetall schließlich zum Verbrauch des gesamten Quecksilbers führen muß. Gegenüber dem später aufgebrachten Amalgam bildet die stets vorhandene Silber- bzw. Kupferamalgamschicht eine Art Sperrschicht, die die Reaktion des Quecksilbers aus den Amalgam mit dem Trägermetall verhindert oder mindestens stark verzögert. Diese Sperrwirkung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch verstärkt werden, daß die mit dem Quecksilber behandelte Oberfläche des Trägermetallee vor dem Aufbringen des zweiten Amalgams einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

109852/1538

Die Konzentration des Quecksilbers in dem zweiten Amalgam wird in Abhängigkeit von der vorgesehenen Arbeitstemperatur des Kontaktes in dem Sinne eingestellt, daß für höhere Arbeitstemperaturen ein Amalgam mit niedrigerem Quecksilbergehalt verwendet wird.

Die noch unbeschichtete Oberfläche des Trägermetalles wird zunächst geschliffen und/oder poliert und sodann mit einem Alkoholgemisch, z.B. Azeton und n-Pentan nachbehandelt. Die letztgenannten Agenzien können auch zur Reinigung der bereits mit Quecksilber vorbehandelten Oberfläche verwendet werden, ebenso wie andere organische Lösungsmittel. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die zweite Amalgamschicht mit zunächst höherem Quecksilbergehalt als vorgesehen aufgebracht und mit einem Stück aus der festen metallischen Komponente des Amalgams in die Oberfläche eingerieben. Dabei reichert sich die feste metallische Komponente in der Amalgamschicht bis auf den vorgesehenen Wert an. Die aufgebrachte Amalgamschicht kann noch bis auf eine geringe, eben noch geschlossene Schichtstärke abgetragen werden.

Beispiel:

Ein Keinstsilberkörper wird an der für die Beschichtung vorgestenen Oberfläche geschliffen und poliert und sodann mit einem Alkoholgemisch gereinigt, in Kontakt mit durch Destillation gereinigtem Quecksilber gebracht und für 100 Stunden auf 70 C erwärmt. Sodann wird die dabei gebildete Silberamalgamschicht 500 Std. der Einwirkung der Luft ausgesetzt. Die Silberamalgamschicht wird vor dem Aufbringen des Indiumamalgams mit organischen Lösungsmitteln sorgfältig gereinigt. Das Indiumamalgam mit einem Indiumgehalt von etwa G0% wird mit metallischem Indium in die Oberfläche der Silberamalgamschicht eingerieben. Dabei erhöht sich der Indiumgehalt auf 75 %· Die Schicht weist zunächst eine pastenförmige Konsistenz auf. Danach wurde mit einer geschliffenen Glaskante die Oberfläche poliert, sodaß sich das I_ndiumamalgaa nunmehr in den Vertiefungen der SilberanalgaascUcht be-

—2 findet. Der Kontaktwiderstand wird bis zu Drücken unter 0,02 Kp

—2 druckunabhängig und beträgt ll_t76 milmm . Diese Werte wurden 10 Std. nach der Herstellung bei 20°C gemessen. Nachdem die fertige Kontaktfläche 1 000 Std. der Einwirkung der Luft ausgesetzt war, stieg der kritische Kontaktdruck auf 0,0*1 kp mm*" und der Kontaktwiderstand

109852/1538

-2

auf 12,5 milmm . Eine weitere Herabsetzung des kritischen Kontaktdruckes und des Kontaktwiderstandes konnte durch Aufbringen einer zusätzlichen 0,05 bis 0,1 mm dicken Schicht aus flüssigem Indiumamalgam erreicht werden. Der kritische Kontaktdruck sank auf weniger als 0,01 kp nun" der Widerstandswert auf 11,6 mil ι

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Kontakt, der aus einem Trägermetall aus Kupfer oder vorzugsweise aus Silber besteht, dessen der Kontaktfläche zugewandte Oberfläche aus Kupferamalgam bzw. Silberamalgam besteht und auf dem sich ein oder mehrere Lagen aus Amalgamen des Indium,und/oder Thallium und/oder Blei, vorzugsweise aus Indiumamalgam, befinden.

109852/1638

Claims (8)

Schaltbau Gesellschaft mbH SB 95 München Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kontaktschicht auf Kupfer oder vorzugsweise Silber als Trägermetall, dadurch gekennzeichnet, daß die zuvor gereinigte, zu beschichtende Oberfläche des Trägermetalles über einen längeren Zeitraum von bis zu 100 Std. bei erhöhter Temperatur von etwa 60 bis 100 C, vorzugsweise 70 C, mit gereinigtem, vorzugsweise destilliertem Quecksilber in Berührung gebracht wird und sodann - gegebenenfalls nach einer längeren Lagerzeit - auf die so behandelte und nochmals gereinigte Oberfläche ein Amalgam eines der Metalle Indium, Thallium oder Blei, vorzugsweise Indium, aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Quecksilber behandelte Oberfläche des Trägermetalles vor dem Aufbringen des Amalgams einer Wärmebehandlung bei etwa 60 bis 100 C unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Amalgamschicht eine weitere dicke Schicht aus flüssigem Indiumamalgam aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einer der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der zu beschichtenden Oberfläche dec Trägermetalles durch Schleifen oder Polieren und durch Präparation mit Alkoholgemischen wie Azeton und n-Pentan vorgenommen wird.

109852/1538

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der bereits mit Quecksilber behandelten Oberfläche mit organischen Lösungsmitteln wie Azeton oder n-Pentan vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Amalgams hinsichtlich seines Quecksilbergehaltes in Abhängigkeit von der für den Kontakt vorgesehenen Arbeitstemperatur derart eingestellt wird, daß für höhere Arbeitstemperaturen ein Amalgam mit niedrigerem Quecksilbergehalt verwendet wird.

7« Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Amalgamschicht zunächst mit einem höheren Quecksilbergehalt als vorgesehen aufgebracht und mit einem Stück aus der festen metallischen Komponente des Amalgams in die Oberfläche eingerieben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte» Amalgamschicht bis auf eine geringe, eben noch geschlossene Schichtstärke abgetragen wird.

9· Elektrisher Kontakt, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Trägermetall aus Kupfer oder vorzugsweise aus Silber besteht, ψ dessen der Kontaktfläche zugewandte Oberfläche aus Kupferamalgam bzw. Silberamalgam besteht und auf dem sich ein oder mehrere Lagen aus Amalgamen des Indium und/oder Thallium und/oder Blei, vorzugsweise Indiumamalgam, befinden.

109852/1538