DE1803502B2 - Silber-metalloxid-werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen durch innere Oxydation einer Silber-Legierung, vorzugsweise einer Silber/Kadmium-Legierung, herzustellenden Silber/Metalloxid-Kontaktwerkstoff mit einer einen Metalloxidanteil von vorzugsweise 8 bis 15°/o aufweisenden Arbeitsseite und einer das metallische Verbinden mit dem gleichen Werkstoff, mit Edel- oder Unedelmetallen erlaubenden Verbindungsfläche.

Silber/Metalloxid-Werkstoffe weisen eine sehr geringe Schweißneigung auf und eignen sich daher besonders zur Herstellung von elektrischen Kontakten. Verursacht wird diese geringe Schweißneigung durch die gleichmäßige Verteilung der Metalloxid-Partikeln auf der gesamten Werkstoff-Oberfläche und die dadurch bedingte Unterteilung der späteren Kontaktfläche in metallische und nichtmetallische Bereiche.

Ein bekanntes und bewährtes Metalloxid für diesen Zweck ist das Kadmiumoxid CdO, insbesondere mit Silber als Edelmetallkomponente und einem Kadmiumoxidanteil zwischen 8 und 15 %.

Der Silber/Metalloxid-Werkstoff kann entweder durch Sintern von Silberpulver und Metalloxidpulver oder durch »innere Oxydation« einer entsprechenden Silber-Legierung hergestellt werden. Die Güte des so erhaltenen Werkstoffes ist sehr von der Dispersion des Oxids im Silber abhängig. Eine vollkommen gleichmäßige Verteilung ist, abgesehen von den sonstigen technologischen Vorteilen, selbstverständlich eher bei der Oxydation einer Silber-Legierung zu erreichen, weshalb im allgemeinen diesem Herstellverfahren der Vorzug gegeben wird.

Zur Oxydation einer Silber-Legierung, beispielsweise einer Silber/Kadmium-Legierung wird das Material über einen längeren Zeitraum in einer Sauerstoffatmosphäre geglüht. Der Kadmiumanteil wird

hierbei von der Oberflilche aus oxydiert, wobei dem

Ί ι von der Oberflilche her einfließenden Diffusionsstrom des Sauerstoffs ein Diffusionsstrom von Unedelmetall, im Beispiel von KaJmium, aus dem Inneren des Materials entgegenfließt,

Die einerseits erwünschte geringe Schweißneigung des Werkstoffes bereitet andererseits selbstverständlich Schwierigkeiten, wenn der Werkstoff auf einem Triiger befestigt werden soll. Es ist daher, um eine

ίο einwandfreie Verbindung mit einem Träger zu erhallen, darauf zu achten, daß die Verbindungsflüche

, ' möglichst frei von Metalloxiden bleibt. Erwünscht ist daher ein Silber/Metalloxid-Werkstoff, der eine Arbeitsseitc mit reichlichem Anteil an Metalloxid und eine Verbindungsseite ohne oder mit einem geringen Metalloxidanteil aufweist. Zum Herstellen eines derartigen Werkstoffes wurden verschiedene Verfahren bekannt:
Die einfachste Art ist, Bleche aus einer Silber-Legierung nur einseitig zu oxydieren und die Oxydation kurz vor Erreichen der gegenüberliegenden Blechseite zu unterbrechen. Der Nachteil dieser Methode ist, daß bei der einseitigen Oxydationsführung die Zeit zum Herstellen eines Silber/Metalloxid-Werk-

s5 stoffes relativ hoch wird, da sich die Oxydationsgeschwindigkeit mit zunehmender Tiefe nach einem parabolischen Gesetz verlangsamt. Das bedeutet, daß bei der besonders interessanten Silber/Kadmium-Legierung die Oxydation nur bis zu einer bestimmten Tiefe durchgeführt werden kann, da sich sonst die Oxydationszeiten praktisch untragbar erhöhen.

Ein weiteres Verfahren geht daher von einem Material aus, bei dem ein Blech aus einer Silber-Legierung zuvor einseitig mit einer relativ dünnen Silberschicht überzogen wird. Derartiges Material kann man von beiden Seiten der oxydierenden Atmosphäre aussetzen, wobei die einseitig vorgeschaltete Silberschicht die Oxydation von dieser Seite nur wenig behindert. Hierdurch erhält man einen Silber/Metalloxid-Werkstoff, der fest mit einer Silberschicht verbunden ist, die sich ihrerseits ohne Schwierigkeiten auf einem Träger befestigen läßt. Nachteilig macht sich jedoch hierbei eine Oxidanreicherung in der Grenzfläche zwischen Silber und Silber/Kadmium-Legierung bemerkbar, die den Verbund zwischen der Silberkomponente und dem Silber/Metalloxid-Werkstoff erheblich schwächt, was bei starker Beanspruchung der Kontakte zum Abschälen des Silbers bzw. zum Lösen des Kontaktwerkstoffes von seinem Träger führen kann.

Bei einem weiteren Verfahren werden zwei Bleche einer Silber-Legierung an den Rändern verschweißt und so lange oxydiert, bis die Bleche nahezu durchoxydiert sind. Danach werden sie an den Kanten wieder getrennt, so daß nunmehr zwei Bleche vorliegen, die auf der einen Seite die ursprüngliche Silber-Legierung, auf der gegenüberliegenden Seite jedoch den Silber/Metalloxid-Verbundwerkstoff aufweisen. Ist dieses Verfahren auch durchaus brauchbar, so ist es jedoch keinesfalls wirtschaftlich, da nicht nur das Zusammenfügen und anschließende Trennen der Bleche sehr große Sorgfalt und infolgedessen auch einen hohen Zeitaufwand erfordert, sondern auch die einseitige Oxydationsführung, wie bereits dargelegt, viel Zeit erfordert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen durch innere Oxidation herzustellenden Silber/Metalloxid-Kontaktwerkstoff anzugeben, der einseitig

einen üblichen hohen Anteil an Metalloxid aufweist, dessen Verbindungsfiliche jedoch die Verbindung mit dem gleichen Werkstoff, mit Edel- oder mit Unedelmetall, erlaubt. Dies wird in erfindungsgemäßer Weise dadurch erreicht, daß der Unedelmetallanteil 5 der ursprünglichen Silberlegierung von der Arbeitsseite zur Verbindungsfiliche hin abfüllt bis zu einem Anteil, der an der Verbindungsfliiche einem die metallische Verbindung nicht behindernden Gehalt an Metalloxid entspricht, vorzugsweise bis zu 1 bis 6 ^(l/o.

Es ist bekannt, daß derartige Werkstoffe bis zu einem Metallnxidanteil, der etwa zwischen 5 und 8 Vo liegt, noch mit den üblichen Mittein verbindbar, insbesondere lot- und schweißfähig sind. Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zunutze, indem die Ausgangslegierung schon so aufgebaut wird, daß sich auf der Arbeitsseite nach der Oxydation die erwünschte hohe Metalloxidkonzentration, auf der Verbindungsseite jedoch nur eine mäßige Metalloxidbildung er- gibt.

Da trotzdem die Oxydation von allen Seiten zum Inneren des Materials fortschreitet, ist dieser Werkstoff in verhältnismäßig kurzer Zeit durchoxydiert bzw. es besteht die Möglichkeit, auch dickere Bleche dieses Werkstoffes herzustellen.

Die Silber-Legierung nach der Erfindung wird vorteilhafterweise so hergestellt, daß sich der Unedelmetall-Anteil von der Arbeitsseite zur VerbindungS' fluche hin schichtweise verringert, wobei zweckmüßigerweise die Schicht(en) mit verringertem Anteil an Unedelmelall wesentlich dünner ist (sind), als die Arbeitsschicht. Überraschenderweise hat sich nümlieh gezeigt, daß sich das besprochene Grenzschicht-Phünomen dann nicht einstellt, wenn die verschiedenen Schichten einer Silber/Unedelmetall-Legierung entstammen und lediglich in ihrem Unedelmetall-Anteil voneinander abweichen, Erklärt werden kann dies dadurch, daß die Anreicherung an Metalloxid in der Grenzfläche zwischen den Schichten nur dann auftritt, wenn — wie bei Silber — der Sauerstoff praktisch unverzögert eine der Schichten durchdringen kann. Legiert man hingegen zur Silberschicht einen kritischen Betrag von Unedelmetallen zu, wird das Vordringen des Sauerstoffs verzögert und es kann in der Grenzschicht ein gewisser Konzentrationsausgleich erfolgen. Es kommt dann, wenn der Sauerstoff an dieser Grenzschicht eintrifft, zu keiner Oxidanreichcrung. Daraus folgt allerdings auch, daß die kritische Konzentration an Unedelmetallen in der vorgelagerten Schicht hoch genug sein muß, um die Sauerstoffdiffusion genügend zu verzögern. Als Unedelmetalle kommen hierbei alle Metalle in Frage, die mit dem Silber Mischkristalle bilden und außerdem bei der Oxydation nicht durchgehende Deckschichten entwickeln.

Claims (4)

Γ Ö'Ö3 502 t) Patentansprüche:

1. Durch innere Oxydtuion einer. Silbep-Uncdelmetall-Legierung, vorzugsweise einer Silber/ Kadmium-Legierung, herzustellender Silber/Metalloxid-Kontaktwerkstoff mit einer einen üblichen hohen, vorzugsweise 8 bis 15^u/o Metalloxidanteil enthaltenden Arbeitsscite und einer das metallische Verbinden mit dem gleichen Werkstoff, mit Edel- oder Unedelmetallen erlaubenden Verbindungsiläehe, gekennzeichnet durch einen von der Arbeitsseite der Silber-Legierung zur Verbindungsfläche hin fallenden Anteil an Unedelmetall, der an der Verbindungsfläche einem die metallische Verbindung nicht behindernden Gehalt an Metalloxid entspricht.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unedelmetall-Anteil an der Verbindungsfläche 1 bis 6 % beträgt.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Unedelmetall-Anteil von der Arbeitsseite zur Verbindungsfläche hin schichtweise verringert.

4. Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten) mit verringertem Anteil an Unedelmetall wesentlich dünner ist (sind) als die Arbeitsschicht.