DE19822469A1 - Vacuum switch tube composite material production - Google Patents

Vacuum switch tube composite material production

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DE19822469A1
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Shigeru Kikuchi
Masato Kobayashi
Katsuhiro Komuro
Toru Tanimizu
Yoshimi Hakamata
Katsumi Kuroda
Hitoshi Okabe
Noboru Baba
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Abstract

Production of a composite material for a switch tube involves heating, in a melting furnace, a stack consisting of (i) a contact plate body (3A), produced by pressing a mixture of highly electrically conductive metal powder and a refractory metal powder; (ii) a diffusion body, produced by pressing a mixture of refractory metal powder and a smaller quantity of highly electrically conductive metal powder; and (iii) a highly electrically conductive metal support (5A). The components of the diffusion body preferably diffuse into the contact plate body (3A) and into the support (5A). Preferably, the contact plate body (3A) consists of 65-35 wt.% refractory metal powder (preferably Cr) and 35-65 wt.% highly electrically conductive metal powder (preferably Cu) and the diffusion body consists of 97-80 wt.% refractory metal powder and 3-20 wt.% highly electrically conductive metal powder.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs für Schaltröhren, und zwar insbesondere eines solchen, bei dem die Kontaktplat­ ten eine längere Lebensdauer haben, weil durch Ausschaltlichtbogen verursachte Anschmelzungen erschwert sind.The invention relates to a method for producing a composite material for switching tubes, in particular one in which the contact plate have a longer lifespan because of an arc Meltdowns are difficult.

Vakuum-Leistungsschalter sind Geräte, die zusammen mit Leitungsunter­ brechern, Erdungsschaltern, Blitzableitern und Stromwandlern in Hochhäusern, Hotels, intelligenten Gebäuden, unterirdischen Passagen, Erdölkombinaten, Fa­ briken aller Art, Bahnhöfen, Krankenhäusern, Versammlungsgebäuden, Wasser­ leitungen, Kanalisationen und anderen öffentlichen Einrichtungen als Hochspan­ nungsaufnehmer und -umsetzer eingesetzt werden.Vacuum circuit breakers are devices that together with line sub breakers, earthing switches, lightning rods and current transformers in high-rise buildings, Hotels, intelligent buildings, underground passages, petroleum plants, Fa briken of all kinds, train stations, hospitals, assembly buildings, water pipes, sewers and other public facilities as high voltage sensors and converters are used.

In der in Vakuum-Leistungsschaltern eingesetzten Schaltröhre sind eine fe­ ste und eine bewegbare Kontaktplatte einander gegenüber angeordnet, wobei ein jeweils an der Rückseite angeschlossenes Trägerteil aus der Röhre herausge­ führt ist. Kontaktplatten und Trägerteile bestehen aus elektrisch leitendem Ver­ bundwerkstoff, die beiden Kontaktplatten aus Material mit hohem Schmelzpunkt.In the switching tube used in vacuum circuit breakers, there are a fe ste and a movable contact plate arranged opposite each other, a each connected to the back of the support part out of the tube leads is. Contact plates and carrier parts consist of electrically conductive Ver bundwerkstoff, the two contact plates made of material with a high melting point.

Die schwer-schmelzbaren Bauteile sind einem Kontaktlichtbogen ausge­ setzt, weil hohe Spannungen und starke Ströme geschaltet werden. Als Eigen­ schaften für die von den schwer-schmelzbaren Bauteilen zu erfüllenden Grund­ bedingungen sind unter anderem hohe Schaltkapazität, hohe elektrische Span­ nungsfestigkeit, geringer Kontaktwiderstand (hervorragende elektrische Leitfähig­ keit), hervorragende Beständigkeit gegenüber Anschmelzungen, geringer Ver­ schleiß der Kontakte und geringer Sperrstrom zu nennen.The difficult-to-melt components are made of a contact arc sets because high voltages and strong currents are switched. As own for the reason to be fulfilled by the hard-to-melt components Conditions include high switching capacity, high electrical span Tension resistance, low contact resistance (excellent electrical conductivity ), excellent resistance to melting, low ver wear of the contacts and low reverse current.

Allerdings können diese Bedingungen kaum allesamt erfüllt werden, so daß man im allgemeinen das Hauptgewicht auf die für die jeweilige Anwendung wich­ tigsten Merkmale legt und ein Material verwendet, bei dem hinsichtlich der ande­ ren Eigenschaften Kompromisse einzugehen sind. Für ein Material für Kontakte zum Schalten hoher Spannungen und Ströme gibt JP (A) 63-96204 ein Verfahren an, bei dem Kupfer in ein Gerüst aus Chrom oder Chrom-Kupfer infiltriert wird. Ein gleichartiges Verfahren findet sich in JP (A) 50-21670.However, all of these conditions can hardly be met, so that you generally gave the main weight to that for the respective application most important characteristics and uses a material in which the other compromise their properties. For a material for contacts JP (A) 63-96204 gives a method for switching high voltages and currents in which copper is infiltrated into a framework made of chrome or chrome-copper. A similar process can be found in JP (A) 50-21670.

Zur Fertigung der hoch-schmelzenden Bauteile werden sogenannte Infiltrati­ onsverfahren eingesetzt, bei denen Pulver aus Cr, Cu, W, Co, Mo, V, Nb oder einem Gemisch daraus in geeignete Zusammensetzung, Form und Porosität ge­ bracht und gesintert und dann der Sinterkörper als Gerüst mit Kupfer oder Kupfer­ legierung infiltriert wird, oder es werden nach dem sogenannten Pulvermetallur­ gieverfahren, bei dem ein Sintervorgang vor dem Infiltrieren die Dichte auf 100% bringt, Kontaktwerkstoffe hergestellt und dann auf einer Werkzeugmaschine in die benötigte Form gebracht. Die Trägerteile werden aus reinem Kupfer jeweils auf die benötigte Form geschnitten.So-called infiltrati are used to manufacture the high-melting components ons used in which powders of Cr, Cu, W, Co, Mo, V, Nb or a mixture thereof in a suitable composition, shape and porosity brings and sintered and then the sintered body as a framework with copper or copper alloy is infiltrated, or it is after the so-called powder metallurgy  casting process in which a sintering process before infiltrating the density to 100% brings, manufactured contact materials and then into the machine tool brought the required form. The carrier parts are made of pure copper cut the required shape.

Durch Hartlöten des Trägerteils an die Rückseite der Kontaktplatte nach dem Infiltrieren und Bearbeiten auf der Werkzeugmaschine entsteht ein ein­ stückiger Kontaktplatten-Aufbau. Das Verfahren des Hartlötens besteht darin, daß man Lot mit guter Fließfähigkeit gegenüber sowohl dem Material mit dem hohen Schmelzpunkt als auch gegenüber dem des Trägerteils zwischen diese Teile bringt und im Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre erwärmt. Auf diese Weise durch Hartlöten entstehende Kontaktplatten sind allerdings wegen der individuellen Maschinenbearbeitung jedes Teils und wegen des Lötvorgangs außerordentlich arbeits- und zeitintensiv in der Herstellung, und fehlerhafte Löt­ stellen können verursachen, daß die Kontaktplatte Schaden nimmt oder abfällt.By brazing the carrier part to the back of the contact plate infiltration and processing on the machine tool creates a lumpy contact plate structure. The method of brazing is that one solder with good flowability compared to both the material with the high Melting point and compared to that of the carrier part between these parts brings and heated in vacuum or in a reducing atmosphere. On contact plates created in this way by brazing are due to the individual machine processing of each part and because of the soldering process extraordinarily labor and time-consuming to manufacture, and faulty soldering places can cause the contact plate to be damaged or fall off.

Hierzu wurde ein sogenanntes einstückiges Infiltrierverfahren entwickelt und in JP (A) 7-29461 offenbart, bei dem für die einstückige Zusammenfügung des genannten schwer schmelzbaren Teils und des Trägerteils das elektrisch hoch­ leitfähige Metall, aus dem das Trägerteil besteht, auf ein Gerüst aus einem Pul­ ver, das aus den Komponenten des schwer-schmelzbaren Teils in die passende Zusammensetzung, Form und Porosität gebracht worden ist, aufgebracht wird, durch Erwärmen das hoch-leitfähige Metall in das hoch-schmelzende Metall infil­ triert und zusammen damit aus dem restlichen hoch-leitfähigem Metall das Trä­ gerteil ausformt.For this purpose, a so-called one-piece infiltration process was developed and in JP (A) 7-29461, in which for the one-piece assembly of the the part that is difficult to melt and the support part that is electrically high conductive metal, from which the carrier part consists, on a frame made of a pul ver, that from the components of the hard-to-melt part into the right one Composition, shape and porosity has been brought, is applied, by heating the highly conductive metal into the high-melting metal infil and together with the rest of the highly conductive metal the Trä molded part.

Mit dem einstückigen Infiltrierverfahren entfallen Maschinenbearbeitung je­ des Einzelteils und Verlöten, was die Fertigungsproduktivität sprunghaft steigert und Schäden und Ausfälle an Kontaktplatten wegen fehlerhafter Lötstellen besei­ tigt, so daß man Kontaktplatten von hervorragender Zuverlässigkeit und Sicher­ heit erhält. Außerdem bietet es den weiteren Vorteil einer verbesserten Festigkeit des Trägerteils, weil bei der Infiltrierung durch die zum Schmelzen des das Trä­ gerteil bildenden hoch-leitfähigen Metalls vorgenommene Erwärmung ein Teil der Komponenten des hoch-schmelzenden Materials schmilzt und in das geschmol­ zene hoch-leitfähige Metall diffundiert oder sich darin löst. Dieses Eindringen durch Diffusion und Lösung bedeutet aber auch ein Aufzehren von hoch-schmel­ zendem Material der Kontaktplatte in dem Trägerteil, so daß die vorgesehene Form und Größe des hoch-schmelzenden Teils verloren geht. Dem begegnet man, indem man den Schwund von hoch-schmelzendem Material durch Diffusion und Lösung in das Trägerteil vorherbestimmt und das hoch-schmelzende Gitter um den entsprechenden Betrag größer anlegt, so daß Größe und Form des hoch­ schmelzenden Teils nach der Infiltrierung gesichert sind.With the one-piece infiltration process, machine processing is no longer required of individual parts and soldering, which increases production productivity by leaps and bounds and damage and failures on contact plates due to faulty solder joints Tigt, so that you contact plates of excellent reliability and security receives. It also offers the further advantage of improved strength of the carrier part, because during the infiltration through which the Trä part of the highly conductive metal-forming heating Components of the high-melting material melt and melted into the zene highly conductive metal diffuses or dissolves in it. This intrusion through diffusion and solution, however, also means consuming high-melt zendes material of the contact plate in the carrier part, so that the intended The shape and size of the high-melting part is lost. Encountered that one by making the fading of high-melting material by diffusion  and predetermined solution in the support member and the high-melting grid creates larger by the corresponding amount, so that size and shape of the high melting part are secured after infiltration.

Diese Abhilfemaßnahme erhöht allerdings wegen des durch den Schwund durch Diffusion und Lösung erhöhten Bedarfs an Grundstoffen die Herstellkosten für den hoch-schmelzenden Teil. Ferner unterliegt die Schwundmenge des hoch­ schmelzenden Teils gewissen Schwankungen, bedingt durch uneinheitliche Zu­ sammensetzung und Porosität in dem Gerüst, so daß nach dem Stand der Tech­ nik gemäß Fig. 5 beim Einsatz von Chrom als hoch-schmelzendem und Kupfer als hoch-leitfähigem Metall die Position der Grenzfläche gegenüber dem hoch­ schmelzenden Teil unregelmäßig wird, die Produktionsausbeute sinkt, und an der Kontaktfläche der Kontaktplatten vermehrt Kupferdomänen auftreten, was durch den Ausschaltlichtbogen verursachte Anschmelzungen erleichtert und die Le­ bensdauer der Kontaktplatte verkürzt.However, this remedial measure increases the manufacturing costs for the high-melting part due to the increased need for raw materials due to the shrinkage due to diffusion and dissolution. Furthermore, the amount of shrinkage of the high-melting part is subject to certain fluctuations due to inconsistent composition and porosity in the framework, so that according to the prior art technology according to FIG. 5 when using chromium as high-melting metal and copper as highly conductive metal Position of the interface with respect to the high-melting part becomes irregular, the production yield decreases, and copper domains occur on the contact surface of the contact plates, which facilitates melting caused by the switch-off arc and shortens the service life of the contact plate.

Erfindungsziel ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs für Schaltröhren mit Kontaktplatten anzugeben, bei den Anschmelzungen durch den Ausschaltlichtbogen erschwert sind und dadurch die Lebensdauer erhöht ist.The aim of the invention is to provide a method for producing a composite material to be specified for contact tubes with contact plates when melting through the switch-off arc is difficult and the service life is increased.

Dieses Ziel läßt sich mit dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren er­ reichen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This goal can he with the method characterized in claim 1 pass. Advantageous developments of the invention are in the subclaims specified.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren für Schaltröhren-Ver­ bundwerkstoff sollte als Material mit hohem Schmelzpunkt für den Einsatz in der Kontaktplatte am besten eine Mischlegierung aus einem feuerfesten Metall und einem elektrisch hoch-leitfähigen Metall verwendet werden, wobei für erste­ res Cr, W, Mo, Ta oder ein anderes Metall mit einem Schmelzpunkt bei minde­ stens 1800°C eingesetzt wird, wobei bei der im Vorgang der Vereinigung mit dem als hoch-leitfähiges Metall verwendetem Cu, Ag, Au herrschenden Infiltrationstem­ peratur höchstens 4% ausschmelzen sollten. Für das Trägerteil wäre Reinkupfer wünschenswert; wegen dessen geringer Festigkeit kann ein oben angegebenes maximal 4% feuerfestes Metall enthaltendes Metall hoher elektrischer Leitfähig­ keit verwendet werden. Da das Diffusionsteil feuerfestes Metall zum Hauptbe­ standteil hat, wird es beim Hineinschmelzen seines feuerfesten Metalls in das Trägerteil nur geringfügig kleiner, so daß Diffusion und Lösung von Komponenten des hoch-schmelzenden Teils in das Trägerteil mit guter Wirksamkeit unterdrückt werden können.According to the manufacturing method according to the invention for switching tube Ver Bundwerkstoff should be used as a material with a high melting point in the contact plate is best a mixed alloy of a refractory metal and an electrically highly conductive metal can be used, for the first res Cr, W, Mo, Ta or another metal with a melting point of min at least 1800 ° C is used, whereby in the process of merging with the Cu, Ag, Au used as a highly conductive metal temperature should melt at most 4%. Pure copper would be for the carrier part desirable; because of its low strength, one of the above metal containing a maximum of 4% refractory metal with high electrical conductivity be used. Since the diffusion part of refractory metal is the main part part, it will melt when its refractory metal is melted into it Carrier part only slightly smaller, so that diffusion and solution of components suppresses the high-melting part in the carrier part with good effectiveness can be.

Für das Teil mit hohem Schmelzpunkt sollte günstigerweise eine Mischlegie­ rung gewählt werden, die insgesamt 35-65 Gew.-%, am besten 40-60 Gew.-% Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh oder Ru oder zwei oder meh­ rere dieser Elemente und 35-65 Gew.-% Cu enthält, wobei man am besten ein Verbundmaterial nimmt, bei dem eine Infiltrierung mit Kupferschmelze in poröse Teilchen aus Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh oder Ru oder zwei oder mehreren dieser Elemente, einen Formkörper daraus oder einen höchstens 40 Gew.-% Kupfer enthaltenden porösen Formkörper vorgenommen wurde.A mixed alloy should be used for the part with a high melting point  be selected, the total 35-65 wt .-%, preferably 40-60 wt .-% Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh or Ru or two or more rere of these elements and 35-65 wt .-% Cu, the best one being Composite material takes place in which an infiltration with copper melt in porous Particles of Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh or Ru or two or more of these elements, a shaped body thereof or at most one 40 wt .-% copper-containing porous molded body was made.

Das Diffusionsteil sollte aus einer Mischlegierung mit insgesamt 80-97 Gew.-% Cr, W, Mo oder Ta oder zwei oder mehreren dieser Elemente und 3-20 Gew.-% Kupfer bestehen, wobei man am besten ein Material nimmt, bei dem eine Infiltrierung von Kupferschmelze in einen porösen Formkörper (Preßkörper) aus Cr, W, Mo oder Ta oder zwei oder mehreren dieser Elemente oder in einen porö­ sen Formkörper mit einem Kupfergehalt von höchstens 10 Gew.-% vorgenommen wurde.The diffusion part should be made of a mixed alloy with a total of 80-97 % By weight of Cr, W, Mo or Ta or two or more of these elements and 3-20 Wt .-% copper exist, it is best to use a material in which one Infiltration of copper melt into a porous molded body (pressed body) Cr, W, Mo or Ta or two or more of these elements or in a porö made shaped bodies with a copper content of at most 10 wt .-% has been.

Aufgrund von Diffusion und Lösung von Chrom usw. aus der Diffusions­ schicht in die Trägerschicht erreicht diese die Lösungsgrenze, so daß es nicht mehr zur Lösung von feuerfestem Metall in dem hoch-schmelzenden Teil kommt und dessen gewünschte Abmessung und Form erhalten bleiben kann.Due to diffusion and dissolution of chromium etc. from the diffusion layer in the carrier layer this reaches the solution limit so that it does not more comes to the solution of refractory metal in the high-melting part and its desired size and shape can be retained.

Ferner erreicht man genügend Festigkeit zum Halten des hoch-schmelzen­ den Teils, wenn man für das Trägerteil eine Legierung aus höchstens 4 Gew.-% Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co oder Fe oder zwei oder mehreren dieser Elemente mit Cu, Ag oder Au nimmt.Sufficient strength is also achieved to hold the high-melting point the part, if for the carrier part an alloy of at most 4% by weight Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co or Fe or two or more of these Elements with Cu, Ag or Au takes.

Ferner erlaubt die Erfindung auch die Ausformung des Trägerteils innerhalb eines Arbeitsgangs durch Verwendung von höchstens 4 Gew.-% Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co oder Fe oder zwei oder mehreren dieser Elemente in Cu, Ag oder Au. Demzufolge läßt sich ohne größeren Verlust an Leitfähigkeit die mechanische Festigkeit, insbesondere die Streckgrenze, stark verbessern, was zur Folge hat, daß man dem Anstieg des Kontaktwiderstands zwischen den Kon­ taktplatten wie auch der Schlagkraft beim Schaltvorgang ausreichend begegnen und das Problem der allmählichen Verformung lösen kann.Furthermore, the invention also allows the carrier part to be shaped inside one operation by using at most 4% by weight of Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co or Fe or two or more of these elements in Cu, Ag or Au. As a result, the mechanical strength, especially the yield strength, greatly improve what has the consequence that one increases the contact resistance between the Kon adequately counter clock plates as well as the impact force during the switching process and can solve the problem of gradual deformation.

Auf diese Weise können Schaltröhren von hoher Zuverlässigkeit und Si­ cherheit bereitgestellt werden, weil das hoch-schmelzende Teil und das Trägerteil auf metallurgische Weise einstückig verbunden sind und durch die Einbringung des Diffusionsteils zwischen dem hoch-schmelzenden Teil und dem Trägerteil die durch Diffusion und Anlösen bedingte Schrumpfung des hoch-schmelzenden Teils verringert ist. In this way, switching tubes of high reliability and Si be provided because the high-melting part and the support part are integrally connected in a metallurgical manner and by the introduction of the diffusion part between the high-melting part and the carrier part shrinkage of the high-melting part caused by diffusion and dissolving is reduced.  

Nach dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren für Schaltröhren-Verbund­ werkstoff wird aus Pulver aus Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh oder Ru oder zwei oder mehreren dieser Elemente oder aus einem Gemisch mit einem geeigneten Anteil von Cu, Ag oder Au zu einem Kontaktplatten-Preßkörper geformt, dessen Porosität einem geeigneten Füllfaktor entspricht.According to the manufacturing method according to the invention for switching tube assembly material is made of powder from Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh or Ru or two or more of these elements or from a mixture with a suitable proportion of Cu, Ag or Au to form a contact plate compact shaped, whose porosity corresponds to a suitable fill factor.

Ferner wird durch Formung mit geeignetem Füllfaktor eines Pulvers aus Cr, W, Mo oder Ta oder zweier oder mehrerer dieser Elemente oder nach Beimi­ schung eines geeigneten Anteils von Cu, Ag oder Au ein poröser Diffusi­ ons-Preßkörper gebildet.Furthermore, by forming with a suitable fill factor of a powder made of Cr, W, Mo or Ta or two or more of these elements or according to Beimi A suitable proportion of Cu, Ag or Au is a porous diffuser ons compact formed.

Auf den Kontaktplatten-Preßkörper wird der Diffusions-Preßkörper gelegt und zum Schmelzen gebracht, so daß Cu bzw. Cu-Legierung oder dergleichen in die Zwischenräume des porösen Körpers infiltrieren. Auf diese Weise wird ein elektrisch leitender Verbundwerkstoff erzeugt, dessen Zusammensetzung nach dem Infiltrieren den oben angegebenen Mengen entspricht. Nach dem Infiltrieren wird der Gußkörper auf die gewünschte Kontaktplattenform bearbeitet.The diffusion press body is placed on the contact plate press body and melted, so that Cu or Cu alloy or the like in infiltrate the spaces of the porous body. This way, a electrically conductive composite material, the composition of which the infiltration corresponds to the amounts indicated above. After infiltrating the cast body is machined to the desired contact plate shape.

Was ferner die Umgebungsbedingungen bei der Erwärmung anbelangt, so läßt sich ein Verfahren einsetzen, bei dem im Schmelzofen auf den Kontaktplat­ ten-Preßkörper der Diffusions-Preßkörper und darauf das Metallstück gelegt wird, das zum Trägerteil werden soll, und hiernach das Innere des Schmelzofens eva­ kuiert und erwärmt wird. Will man den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff in großen Mengen erzeugen, so ist auch die Serienfertigung von Verbundwerkstoff mit einem Schmelzofen, in dem ständig Vakuum herrscht, und einer Druckkammer zum Erhöhen/Absenken des Luftdrucks möglich.As for the environmental conditions during heating, so a method can be used in which on the contact plate in the melting furnace the diffusion molding and the metal piece is placed on it, that should become the carrier part, and then the inside of the melting furnace eva is kissed and heated. If you want the composite material according to the invention in Generate large quantities, this is also the series production of composite material with a melting furnace in which there is always a vacuum and a pressure chamber possible to increase / decrease the air pressure.

Beim Infiltrieren des elektrisch hoch-leitfähigen Metalls sind unter Berück­ sichtigung des Schmelzpunkts dieses Metalls und der Fließfähigkeit gegenüber den porösen Teilchen bzw. dem Formkörper und des Füllfaktors des porösen Formkörpers die Temperatur und Erwärmungsdauer für die Infiltration so zu wäh­ len, daß diese in ausreichendem Maße stattfindet. Als Ergebnis erhält man wie oben beschrieben Infiltrationsmaterial mit guter Festigkeit und geringem spezifi­ schen Widerstand und damit hoch-leistungsfähige Kontaktplatten.When infiltrating the electrically highly conductive metal are under consideration the melting point of this metal and the flowability the porous particles or the shaped body and the fill factor of the porous Shaped body to choose the temperature and heating time for the infiltration len that this takes place to a sufficient extent. The result is how Infiltration material described above with good strength and low specific resistance and thus high-performance contact plates.

Ferner läßt sich in dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren für elektrisch leitenden Schaltröhren-Verbundwerkstoff als das Metallstück, aus dem das Trä­ gerteil werden soll, auch ein Metallblock oder auch anderes Material mit Hohl­ räumen, wie Pulver, verwenden.Furthermore, in the manufacturing process according to the invention for electrical conductive switching tube composite material as the metal piece from which the Trä a metal block or other material with a hollow clear, like powder, use.

Erfindungsgemäß erhält man die Kontaktplatten wie oben beschrieben durch eine Kombination aus Infiltration und Gußtechnik in der gewünschten Form, die endgültige Form aber wie gesagt durch Fräsbearbeitung.According to the invention, the contact plates are obtained as described above a combination of infiltration and casting technology in the desired shape, the  final form, however, as I said, by milling.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigenEmbodiments of the invention are described below with reference to the drawing tion explained in more detail. Show in the drawings

Fig. 1 bis 3 schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des Herstellverfahrens für den elektrisch leitenden Verbundwerkstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figs. 1 to 3 are schematic cross-sectional views for explaining the process for producing the electrically conductive composite material according to one embodiment,

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Teils des elektrisch leitenden Verbundwerkstoffs nach Fig. 3, Fig. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the electrically conductive composite material according to Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung des elektrisch leitenden Verbundwerkstoffs 1 nach dem Stand der Technik, Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of the electrically conductive composite material 1 according to the prior art,

Fig. 6 ein Beispiel für den Aufbau eines Kontaktplattenteils aus dem erfin­ dungsgemäßen Verbundwerkstoff, und Fig. 6 shows an example of the structure of a contact plate part from the inventive composite material, and

Fig. 7 ein Beispiel für den Aufbau einer mit dem Kontaktplattenteil nach Fig. 6 arbeitenden Schaltröhre. Fig. 7 shows an example of the structure of a switching tube working with the contact plate part according to Fig. 6.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußkörpers aus elektrisch leitendem Verbundwerkstoff 1. Auf den Graphit-Tiegel wurden der Reihe nach der Kontaktplatten-Preßkörper 3, der Diffusions-Preßkörper 4 und der Kupferblock 5 für die Infiltrierung aufgelegt.
 Fig. 1 is a cross-sectional view of the casting produced by the novel process of electrically conductive composite material 1. The contact plate pressing body 3 , the diffusion pressing body 4 and the copper block 5 for the infiltration were placed on the graphite crucible in order.

  • (1) Nach dem Durchmischen von 60 Gew.-% Cr-Pulver und 40 Gew.-% Cu-Pulver in einem V-Mischer wurde unter Verwendung einer Metallform von 80 mm Durchmesser mit einem Formdruck von 1,5 kbar der Kontaktplatten-Preßkör­ per 3 mit 80 mm Durchmesser und 9 mm Dicke gefertigt.(1) After mixing 60% by weight of Cr powder and 40% by weight of Cu powder in a V mixer, the contact plate compact was pressed using a metal mold of 80 mm in diameter with a molding pressure of 1.5 kbar per 3 with 80 mm diameter and 9 mm thickness.
  • (2) Ferner wurde nach dem Durchmischen von 95 Gew.-% Cr-Pulver mit 5 Gew.-% Cu-Pulver in dem V-Mischer unter Verwendung einer Metallform von 80 mm Durchmesser und einem Formdruck von 1,5 kbar der Diffusions-Preßkörper 4 mit 80 mm Durchmesser und 2 mm Dicke erzeugt.(2) Further, after mixing 95% by weight of Cr powder with 5% by weight of Cu powder in the V-mixer using a metal mold of 80 mm in diameter and a molding pressure of 1.5 kbar, the diffusion Press body 4 with 80 mm diameter and 2 mm thickness generated.
  • (3) Auf den auf dem Boden des Graphit-Tiegels 2 liegenden Kontaktplat­ ten-Preßkörper 3 wurde der Diffusions-Preßkörper 4 und darauf das aus dem für die Infiltrierung bestimmten Kupferblock von 80 mm Durchmesser und 75 mm Länge bestehende Trägerteil 5 aufgelegt.(3) On the bottom of the graphite crucible 2 Kontaktplat ten-compression body 3 , the diffusion compression body 4 and then the support part 5 consisting of the copper block of 80 mm in diameter and 75 mm in length intended for infiltration.
  • (4) Nach Verschließen des Graphit-Tiegels 2 mit einem Deckel erfolgte die Infiltrierung unter 90 min langer Erwärmung auf 1200°C bei einem Luftdruck von 6,7 × 10-3 Pa oder darunter. Hierbei schmolzen, wie in Fig. 2 dargestellt, das Kupfer in dem Kontaktplatten-Preßkörper 3, das Kupfer in dem Diffusions-Preß­ körper 4, sowie der für die Infiltrierung bestimmte Kupferblock 5, während Chrom aus dem Diffusions-Preßkörper 4 und aus dem Kontaktplatten-Preßkörper 3 in den Kontaktplatten-Preßkörper 3 und in den für die Infiltrierung bestimmten Kup­ ferblock 5 diffundierten. Anstelle eines Ausdiffundierens von Chrom aus dem Kontaktplatten-Preßkörper 3 diffundierte Chrom aus dem Diffusions-Preßkörper 4 in den Kontaktplatten-Preßkörper, während das Chrom, das in den für die Infiltrie­ rung bestimmten Kupferblock 5 diffundieren und sich lösen soll, fast vollständig von dem Diffusions-Preßkörper bereitgestellt wurde, so daß in dem Kontaktplat­ ten-Preßkörper kein Mangel an Chrom, sondern eine gleichbleibende Verteilung von Chrom und Kupfer entstand.(4) After sealing the graphite crucible 2 with a lid, the infiltration was carried out with heating to 1200 ° C. for 90 minutes at an air pressure of 6.7 × 10 -3 Pa or below. Here melted, as shown in Fig. 2, the copper in the contact plate press body 3 , the copper in the diffusion press body 4 , and the copper block 5 intended for infiltration, while chromium from the diffusion press body 4 and from the contact plates -Preßkörper 3 in the contact plate-press body 3 and in the designated for infiltration Kup ferblock 5 diffused. Instead of a diffusion of chromium from the contact plate press body 3 , chromium diffused from the diffusion press body 4 into the contact plate press body, while the chromium, which is intended to diffuse and dissolve in the copper block 5 intended for infiltration, dissolve almost completely from the diffusion -Pressure body was provided, so that in the Kontaktplat ten-compression body no lack of chromium, but a constant distribution of chromium and copper was created.
  • (5) Nach der Erstarrung wurde das Ganze aus dem Graphit-Tiegel 2 ent­ nommen. Es war ein Gußkörper aus elektrisch leitendem Verbundwerkstoff 1 entstanden, der in Fig. 3 schematisch im Querschnitt dargestellt ist. In Fig. 4 ist die Struktur der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A nach Fig. 3, unter dem Mi­ kroskop betrachtet, schematisch dargestellt. In der hoch-schmelzenden Metall­ schicht 3A zeigen Chrom und Kupfer eine einheitlichere Verteilung, als dies bei der Herstellung nach dem Stand der Technik der Fall wäre. Die Trägerschicht 5A würde, wäre sie geschmolzen, einen Anteil von etwa 5% Chrom in der Kupfer­ schmelze zeigen, doch nach der Erstarrung weist das Trägerteil einen zufällig verteilten Anteil von circa 0,6-0,7% Chrom in dem Kupfer auf, weil Chrom, das sich nicht lösen konnte, aufgrund seines gegenüber Kupfer anderen spezifischen Gewichts an der Kupferoberfläche erstarrt.(5) After solidification, the whole was removed from the graphite crucible 2 . There was a cast body made of electrically conductive composite material 1 , which is shown schematically in cross section in Fig. 3. In FIG. 4, the structure of the high-melting metal layer is 3 A to Fig. 3 viewed under the electron microscope Mi, shown schematically. In the high-melting metal layer 3 A, chrome and copper show a more uniform distribution than would be the case in the production according to the prior art. The carrier layer 5 A, if melted, would show a proportion of approximately 5% chromium in the copper melt, but after solidification, the carrier part has a randomly distributed proportion of approximately 0.6-0.7% chromium in the copper, because chromium, which could not separate, solidifies on the copper surface due to its specific weight, which is different from that of copper.

Fig. 5 stellt den Stand der Technik dar. Da man in dem Beispiel für den Stand der Technik nach Fig. 5 bei der im Vakuum erfolgenden Erwärmung kei­ nen Chrom-Diffusions-Preßkörper 4 verwendet, wird das Chrom, das in den für die Infiltrierung bestimmten Kupferblock 5 diffundieren und sich darin lösen soll, vollständig aus dem Kontaktplatten-Preßkörper bereitgestellt, das diffundierte Chrom wird nicht ergänzt, so daß die Fläche des Kupferstücks weiter ist als die Kupferfläche gemäß der Erfindung und die Kupferteile durch den Ausschaltlicht­ bogen leichter zum Schmelzen gebracht werden. Fig. 5 represents the prior art. Since in the example of the prior art according to Fig. 5 in the vacuum heating kei NEN chrome diffusion molding 4 is used, the chromium used in the infiltration diffuse certain copper block 5 and dissolve therein, provided completely from the contact plate pressing body, the diffused chrome is not supplemented, so that the area of the copper piece is wider than the copper area according to the invention and the copper parts are more easily melted by the switch-off light will.

Wie auch aus Fig. 3 hervorgeht, erlaubt die Erfindung auf diese Weise in ausreichendem Maße die Herstellung von Kontaktplatten, bei denen die hoch­ schmelzende Schicht 3A und die Trägerschicht 5A einstückig vereint sind. Man erkennt, daß ein Verlöten oder eine sonstige Verbindung unnötig ist, weil die hoch-schmelzende Metallschicht 3A und die Trägerschicht 5A an ihrer Grenzflä­ che im metallurgischen Sinn vollständig vereinigt sind. Man kann eine die Erfin­ dungsziele erreichende Kontaktplatte erhalten, wenn man das auf diese Weise gewonnene, infiltrierte Material auf einer Werkzeugmaschine auf die gewünschte Form bearbeitet.As can also be seen from FIG. 3, the invention thus sufficiently allows the production of contact plates in which the high-melting layer 3 A and the carrier layer 5 A are combined in one piece. It can be seen that soldering or another connection is unnecessary because the high-melting metal layer 3 A and the carrier layer 5 A are completely united at their boundary surface in the metallurgical sense. A contact plate that achieves the objectives of the invention can be obtained if the infiltrated material obtained in this way is machined to the desired shape on a machine tool.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Verbundwerkstof­ fe werden anhand von Tabelle 1 und Tabelle 2 erläutert.The properties of the electrically conductive composite material according to the invention fe are explained using Table 1 and Table 2.

Tabelle 1Table 1

Tabelle 1 zeigt, wie sich bei der erfindungsgemäßen Herstellung infiltrierter Kontaktplatten die Meßergebnisse der Dicke der hoch-schmelzenden Metall­ schicht 3A und des Chromgehalts in der Trägerschicht 5A verhalten, wenn die Dicke des Diffusions-Preßkörpers 4 verändert wird. Das Infiltriermaterial hatte 80 mm Durchmesser, der Diffusions-Preßkörper enthielt Kupfer und 5 Gew.-% Chrom, der Kontaktplatten-Preßkörper Kupfer mit 38 Gew.-% Chrom und 2 Gew.­ % Niob. Die Formpressung erfolgte bei 1,5 kbar. Hierbei entsteht nach dem Infil­ trieren eine Zusammensetzung in dem Kontaktmaterial von Cr - 59 Cu - 1 Nb. Als Versorgungsmittel für die Schicht des Trägerteils wurde Reinkupfer verwendet.Table 1 shows how the measurement results of the thickness of the high-melting metal layer 3 A and the chromium content in the carrier layer 5 A behave when the thickness of the diffusion molding 4 is changed in the production of infiltrated contact plates according to the invention. The infiltration material had a diameter of 80 mm, the diffusion compact contained copper and 5% by weight chromium, the contact plate compact copper with 38% by weight chromium and 2% by weight niobium. The compression was carried out at 1.5 kbar. This creates a composition in the contact material of Cr - 59 Cu - 1 Nb after infiltrating. Pure copper was used as the supply agent for the layer of the carrier part.

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, daß die Dicke der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A nach dem Infiltrieren gesichert werden kann, indem man die Dicke des Diffusions-Preßkörpers größer wählt (Nr. 7, 8). Nimmt man in diesem Falle eine Diffusions-Preßkörper ab 3 mm Dicke, so verringert sich die Dicke der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A nicht mehr. Da, wie Tabelle 1 zeigt, etwas von dem feuerfesten Metall Chrom in die Trägerschicht 5A hineingelöst wird, ver­ ringert sich zwar die Dicke des Diffusions-Preßkörpers 4 und die des Kontaktplat­ ten-Preßkörpers 3A, aber die Dickenabnahme der hoch-schmelzenden Metall­ schicht 3A kann durch einen Preßkörper geringer Dicke mit guter Wirksamkeit unterdrückt werden, weil der Diffusions-Preßkörper 4 feuerfestes Metall als Hauptbestandteil enthält.The results in Table 1 show that the thickness of the high-melting point metal layer can be ensured 3 A after the infiltration by the thickness of the diffusion compact is selected larger (Nos. 7, 8). In this case, if a diffusion press body with a thickness of 3 mm or more is used, the thickness of the high-melting metal layer 3 A is no longer reduced. Since, as Table 1 shows, some of the refractory metal chromium is dissolved into the carrier layer 5 A, the thickness of the diffusion compact 4 and that of the contact plate compact 3 A are reduced, but the thickness decrease of the high-melting metal layer 3 A can be suppressed by a compact body of small thickness with good effectiveness because the diffusion compact body 4 contains refractory metal as the main component.

Gegenüber dem Durchmesser des Infiltriermaterials verhält sich die für eine gleichartige Unterdrückung der durch Diffusion und Lösung bedingten Abnahme des hoch-schmelzenden Materials erforderliche Dicke des Diffusions-Preßkörpers 4 dergestalt, daß bei zunehmendem Durchmesser das Chrom in der hoch­ schmelzenden Metallschicht 3A seitens der Trägerschicht 5A zunimmt, und die Chrom-Diffusionsschicht dicker wird (Nr. 7, 8). Das liegt daran, daß bei größerem Durchmesser absolut mehr von dem für die Infiltrierung bestimmten Kupfer gelöst wird. Die Lösungsmenge hängt auch von der Infiltriertemperatur und -dauer ab. Das heißt, daß bei der Auslegung der Dicke für den Preßkörper der hoch-schmel­ zenden Metallschicht 3A die Infiltriertemperatur, ihre Dauer und die Abmessungen des Infiltriermaterials berücksichtigt werden sollten.Compared to the diameter of the infiltration material, the thickness of the diffusion compact 4 required for a similar suppression of the decrease in the high-melting material due to diffusion and solution behaves such that with increasing diameter the chromium in the high-melting metal layer 3 A on the part of the carrier layer 5 A increases and the chromium diffusion layer becomes thicker (entries 7, 8). This is because with a larger diameter, absolutely more of the copper intended for infiltration is dissolved. The amount of solution also depends on the infiltration temperature and duration. This means that when designing the thickness for the compact of the high-melting metal layer 3 A, the infiltration temperature, its duration and the dimensions of the infiltration material should be taken into account.

Tabelle 2Table 2

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Messung von elektrischem Widerstand und Festigkeit am Kontaktbereich (Dicke: ca. 3 µm) für Vergleichsbeispiel 1, bei dem die hoch-schmelzende Metallschicht 3A (Zusammensetzung: 40 Gew.-% Cr, 60 Gew.-% Cu) mit einem Reinkupferstück auf herkömmliche Weise durch Hartlö­ ten (Bedingungen: 800°C, unter Vakuum, mit Nickellot) verbunden wurden, die Ergebnisse der Messung von elektrischem Widerstand und Festigkeit des Rein­ kupfers für Vergleichsbeispiel 2, bei dem die hoch-schmelzende Metallschicht 3A (Zusammensetzung: 40 Gew.-% Cr, 60 Gew.-% Cu) zusammen mit dem Reinkup­ fermaterial bei 800°C geglüht wurde, sowie die Meßergebnisse von elektrischem Widerstand und Festigkeit des erfindungsgemäß gewonnenen Infiltriermaterials Nr. 7 und Nr. 8. Die Messung des elektrischen Widerstands erfolgte nach dem Vierpunktverfahren, die Festigkeitsmessung mit einer Amslerschen Streckver­ suchsanlage.Table 2 shows the results of the measurement of electrical resistance and strength at the contact area (thickness: approx. 3 μm) for comparative example 1, in which the high-melting metal layer 3 A (composition: 40% by weight Cr, 60% by weight Cu) with a pure copper piece in a conventional manner by brazing (conditions: 800 ° C, under vacuum, with nickel solder), the results of the measurement of electrical resistance and strength of the pure copper for Comparative Example 2, in which the high-melting metal layer 3 A (composition: 40% by weight Cr, 60% by weight Cu) was annealed together with the pure copper material at 800 ° C., and the measurement results of electrical resistance and strength of the infiltration material No. 7 and No. 8 obtained according to the invention The electrical resistance was measured using the four-point method, and the strength was measured using an Amsler stretch test system.

Bei dem nach dem Stand der Technik hartgelötetem Vergleichsbeispiel 1 erwies sich die Festigkeit der Grenzfläche als gering; bei dem der Prüfling mit 12 kg/mm2 Festigkeit wurden fehlerhafte Stellen in der Verlötung festgestellt. Ferner lag der den Grenzflächenbereich einschließende elektrische Widerstand mit 4,82 µΩcm etwa drei- bis viermal so hoch wie beim Reinkupferstück (Vergleichsbei­ spiel 2). Demgegenüber wurden bei den Prüflingen Nr. 7 und Nr. 8 stabile Festig­ keiten von 24-22 kg/mm2 und keine Ausfälle beobachtet.In comparative example 1 brazed according to the prior art, the strength of the interface proved to be low; in the case of the test specimen with a strength of 12 kg / mm 2 , defective spots in the soldering were found. Furthermore, the electrical resistance enclosing the interface area was with 4.82 µΩcm about three to four times as high as with the pure copper piece (comparative example 2). In contrast, stable strengths of 24-22 kg / mm 2 and no failures were observed in test specimens No. 7 and No. 8.

Obwohl es sich im Vergleichsbeispiel 1 bei dem Gegenstück zu dem Mate­ rial der hoch-schmelzenden Metallschicht um Reinkupfer, bei Nr. 7 und Nr. 8 hin­ gegen um eine Kupferlegierung mit einem Chromgehalt von ca. 1% handelt, ergibt sich ein geringerer elektrischer Widerstandswert, weil die Grenzfläche entfällt. Man sieht, daß beim Stand der Technik der elektrische Widerstand im Bereich der Grenzfläche sehr groß war.Although it is the counterpart to the mate in Comparative Example 1 rial of the high-melting metal layer around pure copper, at No. 7 and No. 8 against a copper alloy with a chromium content of approx. 1% lower electrical resistance because the interface is eliminated. It can be seen that in the prior art the electrical resistance in the range of Interface was very large.

Das Reinkupfer des Vergleichsbeispiels 2 zeigte zwar eine maximale Festig­ keit von 22-23 kg/mm2, erwies sich aber hinsichtlich der 0,2%-Streckgrenze mit 4-5 kg/mm2 als äußerst schwach und würde, wie man sieht, bei Verwendung als Trägerschicht 5A der Schlagbeanspruchung nicht standhalten, sondern sich im Laufe der Zeit verformen.The pure copper of comparative example 2 did show a maximum strength of 22-23 kg / mm 2 , but proved to be extremely weak with regard to the 0.2% yield strength with 4-5 kg / mm 2 and, as can be seen, would Use as a 5 A base layer does not withstand the impact stress, but deforms over time.

Demgegenüber zeigen die chromhaltigen Kupferlegierungen von Nr. 7 und Nr. 8 im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 2 zwar einen um den Faktor 1,3 bis 1,6 höheren elektrischen Widerstand, der aber im Vergleich zu dem Grenzflä­ chenwiderstand der nach dem Stand der Technik hartgelöteten Verbindung nur die Hälfte beträgt, woraus sich eine ausreichende Verwendbarkeit als Material für Kontaktplatten in Vakuum-Leistungsschaltern ergibt.In contrast, the chrome-containing copper alloys from No. 7 and No. 8 in comparison with Comparative Example 2 by a factor of 1.3 to 1.6 higher electrical resistance, but compared to the interfac Chen resistance of the brazed connection according to the prior art only is half, which is sufficient usability as a material for Contact plates in vacuum circuit breakers results.

Was die Festigkeit von Nr. 7 und Nr. 8 anbelangt, so weichen sie zwar mit ihrer maximalen Festigkeit von 24-22 kg/mm2 nicht sonderlich von der des Rein­ kupfers ab, zeigen aber mit 12-13 kg/mm2 eine zweimal bessere 0,2%-Streck­ grenze. Auch mit anderen Zusätzen als Chrom, nämlich mit V, Ag, Nb, Zr, Si, W, Be usw. ergeben sich Trägerwerkstoffe mit hervorragender Festigkeit ohne erhöh­ ten elektrischen Widerstand. As far as the strength of No. 7 and No. 8 is concerned, they do not deviate very much from that of pure copper with their maximum strength of 24-22 kg / mm 2 , but show one twice with 12-13 kg / mm 2 better 0.2% yield point. Even with additives other than chromium, namely with V, Ag, Nb, Zr, Si, W, Be etc., there are carrier materials with excellent strength without increased electrical resistance.

Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Cr, V, Ag, Nb, Zr, Si, w oder B usw. enthaltende, elektrisch leitfähige Verbundwerkstoff 1 beim Einsatz in aus der hoch-schmelzenden Metallschicht 5A und der in ihrem Durchmesser kleiner gear­ beiteten Trägerschicht 5A entstehenden, wegen ihrer Querschnittsform soge­ nannten T-Kontaktplatten oder in tassenförmigen Längsmagnetfeld-Kontaktplatten oder in Längsmagnetfeld-Kontaktplatten mit Hauptkontaktplatte und Spulenkon­ taktplatte usw. die Verformung dieser Kontaktplatten durch Rückfedern der Schlaglast beim Schaltvorgang unterdrücken und somit die Zuverlässigkeit und Sicherheit durch Verhütung von diese Verformungen begleitenden Anschmelz­ schäden erhöhen.In this way, the Cr, V, Ag, Nb, Zr, Si, w or B, etc. according to the invention containing, electrically conductive composite material 1 when used in from the high-melting metal layer 5 A and the carrier layer 5 which is smaller in diameter A resulting, because of their cross-sectional shape so-called T-contact plates or in cup-shaped longitudinal magnetic field contact plates or in longitudinal magnetic field contact plates with main contact plate and coil contact contact plate etc., suppress the deformation of these contact plates by springback of the impact load during the switching process and thus the reliability and safety by preventing them Increase melting damage accompanying deformation.

Fig. 5 zeigt eine Elektrode, für deren Anfertigung der nach dem oben be­ schriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Schaltröhren-Ver­ bundwerkstoff hergestellte Verbundwerkstoff eingesetzt wird. Fig. 5 shows an electrode, for the manufacture of the composite material produced by the above-described method according to the invention for the production of switching tube composite material is used.

Fig. 6(a) zeigt hierzu die Kontaktplatte im Querschnitt, während Fig. 6(b) den Kontaktplattenbereich 602 von der Kontaktplattenfläche her gesehen dar­ stellt. Fig. 6 (a) shows this, the contact plate in cross-section, while Figure 6 (b) the contact plate area is seen from the contact plate 602 surface side. Constitute.

Bei diesem Kontaktplattenteil 602 handelt es sich eine Kontaktplatte mit ge­ radlinigen Nuten, die bei je 120° mit einem geradlinigen Arc-Liner 604 versehen ist, zwischen denen sich jeweils die Nut 606 befindet. Die geradlinige Nut 606 läßt sich auf der Werkzeugmaschine erzeugen.This contact plate part 602 is a contact plate with ge straight grooves, which is provided at 120 ° with a straight arc liner 604 , between each of which the groove 606 is located. The straight groove 606 can be created on the machine tool.

Ferner wird in dem Kontaktplattenteil zwischen der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A und der Trägerschicht 5A eine Grenzfläche ausgebildet, und der Kontaktplattenteil wird auf der Werkzeugmaschine zu einer solchen Form bear­ beitet, daß sich aus der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A und der Träger­ schicht 5A eine plane Scheibe bildet. Dann wird die zur Bildung des Trägerteils die Trägerschicht 5A auf einen geringeren Durchmesser als die hoch-schmel­ zende Metallschicht 3A gefräst und hierauf die zweite Scheibe 608 erzeugt.Furthermore, an interface is formed in the contact plate part between the high-melting metal layer 3 A and the carrier layer 5 A, and the contact plate part is machined on the machine tool to such a shape that layer 3 A and the carrier layer from the high-melting metal layer 5 A forms a flat disc. Then, to form the carrier part, the carrier layer 5 A is milled to a smaller diameter than the high-melting metal layer 3 A and the second disk 608 is then produced.

Da nun bei einer derart aufgebauten Kontaktplatte die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffs zur Ausbildung einer im Vergleich mit dem herkömmlichen Verbundwerkstoff nach Fig. 5 stabileren Grenzfläche der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A und der Trägerschicht 5A führt, erhalten die Trägerschicht 5A und die hoch-schmelzende Metallschicht 3A gleichmäßige Dicke, was die Lebensdauer der Kontaktplatten verlängert, weil es auch dann nicht zum Schmelzen der Kontaktplatten-Kontakt­ flächen kommt, wenn sich beim Ausschalten ein Überschlag bildet. Ferner führt die Möglichkeit zur Ausbildung der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A mit gleichmäßiger Dicke dazu, daß die Scheibe aus Trägerschicht 5A und hoch­ schmelzender Metallschicht 3A mit größerer Festigkeit versehen, die Kontaktplat­ te also insgesamt verstärkt werden kann.Now that the use of a composite material prepared by the novel method of forming leads in thus constructed contact plate a, in comparison with the conventional composite material according to Fig. 5 more stable interface of the high-melting metal layer 3 A and the carrier layer 5 A, the carrier layer obtained 5 A and the high-melting metal layer 3 A uniform thickness, which extends the life of the contact plates, because there is no melting of the contact plate contact surfaces even if a flashover is formed when switching off. Furthermore, the possibility of forming the high-melting metal layer 3 A with a uniform thickness leads to the fact that the disk made of carrier layer 5 A and high-melting metal layer 3 A are provided with greater strength, so that the contact plate can be reinforced overall.

Ferner kann nicht nur der Einsatz teurer hoch-schmelzender Metalle auf ein Mindestmaß begrenzt werden, sondern die Möglichkeit zur dünneren Ausführung der hoch-schmelzenden Metallschicht erlaubt auch eine Erhöhung der elektri­ schen Leitfähigkeit gegenüber einer nach dem Stand der Technik angefertigten Kontaktplatte.Furthermore, the use of expensive high-melting metals is not the only one Minimum dimensions are limited, but the possibility of thinner execution The high-melting metal layer also allows an increase in the electri conductivity compared to a state of the art Contact plate.

Obwohl nicht abgebildet, können für die Kontaktplatten von Vakuum-Lei­ stungsschaltern mit kleinen Kurzschlußströmen auch einfache Kontaktplatten oh­ ne geradlinige Nut 606, sozusagen Kontaktplatten mit platter Struktur, eingesetzt werden, wobei sich auch für solche Kontaktplattenteile mit platter Struktur erfin­ dungsgemäß hergestellte Kontaktplattenteile verwenden lassen.Although not shown, for the contact plates of vacuum circuit breakers with small short-circuit currents, simple contact plates without a straight groove 606 , contact plates with a flat structure, so to speak, can also be used, and contact plate parts manufactured in accordance with the invention can also be used for such contact plate parts with a flat structure.

Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung einer Schaltröhre, für deren Kon­ taktplatten der in Fig. 6 erläuterte, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestellte Verbundwerkstoff verwendet wird. Fig. 7 is a cross-sectional view of a switching tube, for whose con tact plates the composite material explained in Fig. 6, manufactured according to the inventive method is used.

Der grundsätzliche Aufbau dieser Schaltröhre entspricht im Prinzip der Struktur gemäß JP (B) 7-29461, wobei ein Vakuumbehälter dadurch entsteht, daß an der Oberseite des aus isolierendem Werkstoff bestehenden Zylinders 702 ein Festkontaktplatten-Dichtring 704, und an der unteren Öffnung ein Gleitkontakt­ platten-Dichtring 706 angebracht ist, so daß sich eine Vakuumkammer bildet. Et­ wa in der Mitte des Festkontaktplatten-Dichtrings 704 ist die Festkontaktplatte 710 lotrecht angesetzt. An der Mitte direkt unterhalb des Gleitkontaktplatten-Dichtrings 710 ist der von der Führung 707 unterstützte Gleithalter 708 frei nach oben be­ wegbar montiert. Durch starre Befestigung der Gleitkontaktplatte 712 an diesem Gleithalter 708 kann die hoch-schmelzende Metallschicht 722 der Gleitkontakt­ platte 706 mit der hoch-schmelzenden Metallschicht 720 der Festkontaktplatte in Kontakt gebracht werden. Auf der Innenseite des Gleitkontaktplatten-Dichtrings 706 sitzt kronenartig der sich dehnende/stauchende Metallbalg 730. Um die ge­ nannten hoch-schmelzenden Metallschichten herum ist eine aus einem zylin­ drisch geformten Metallblech bestehende Zwischenabschirmung 740 angeordnet. Durch diese Abschirmung 740 geht die Isolierfähigkeit des Zylinders 702 nicht verloren, und die Gleitkontaktplatte 712 ist mit der gleitenden Abschirmung 742 versehen.The basic structure of this switching tube corresponds in principle to the structure according to JP (B) 7-29461, a vacuum container being formed by a fixed contact plate sealing ring 704 on the upper side of the cylinder 702 made of insulating material and a sliding contact plate on the lower opening -Sealing ring 706 is attached so that a vacuum chamber is formed. Approximately in the middle of the fixed contact plate sealing ring 704 , the fixed contact plate 710 is set perpendicular. At the center, directly below the sliding contact plate sealing ring 710 , the sliding holder 708 supported by the guide 707 is mounted so that it can be moved upwards. By rigidly attaching the sliding contact plate 712 to this sliding holder 708 , the high-melting metal layer 722 of the sliding contact plate 706 can be brought into contact with the high-melting metal layer 720 of the fixed contact plate. The expanding / compressing metal bellows 730 sits in a crown-like manner on the inside of the sliding contact plate sealing ring 706 . Around the above-mentioned high-melting metal layers, an intermediate shield 740 consisting of a cylindrically shaped metal sheet is arranged. With this shield 740 , the insulating ability of the cylinder 702 is not lost, and the sliding contact plate 712 is provided with the sliding shield 742 .

Ferner sind mit den hoch-schmelzenden Metallschichten 720 und 722 die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trägerteile 750 und 752 verbunden.Furthermore, the carrier parts 750 and 752 produced by the method according to the invention are connected to the high-melting metal layers 720 and 722 .

Trägerteil 750 und Gleithalter 708 sind mit den Kontakten verbunden, um Stromdurchgang zu gewährleisten. Eine in Fig. 7 dargestellte hermetisch ver­ schlossene und evakuierte Schaltröhre läßt sich dadurch herstellen, daß man die oben beschriebenen Bauteile zuerst an ihren Berührungsstellen mit Lot versieht und zusammensetzt und dann im Vakuum erwärmt, so daß es zur Hartverlötung kommt. Da die Schaltröhre in diesem Ausführungsbeispiel den nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoff verwendet, ist das An­ schmelzen durch den Ausschaltlichtbogen erschwert, so daß sie eine längere Le­ bensdauer haben kann als herkömmliche Kontaktplatten.Carrier part 750 and slide holder 708 are connected to the contacts in order to ensure continuity of current. A hermetically sealed and evacuated switching tube shown in FIG. 7 can be produced by first providing the components described above with solder and assembling them at their contact points and then heating them in vacuo, so that brazing occurs. Since the switching tube in this embodiment uses the composite material produced by the method according to the invention, the melting is complicated by the switch-off arc, so that it can have a longer service life than conventional contact plates.

Wie dargestellt, schmilzt bei dem erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Verbundwerkstoff 1 bei der Erwärmung das Kupfer in dem Kontaktplatten-Preß­ körper 3 und das Kupfer in dem für die Infiltrierung bestimmten Kupferblock 5, während das Chrom des Diffusions-Preßkörpers und das Chrom des Kontaktplat­ ten-Preßkörpers in den Kontaktplatten-Preßkörper und in den für die Infiltrierung bestimmten Kupferblock diffundieren. In dem Kontaktplatten-Preßkörper 3 wird das diffundierte Chrom dadurch ausgeglichen, daß aus dem Diffusions-Preßkör­ per 3 Chrom in den Kontaktplatten-Preßkörper diffundiert, so daß das Chrom, das in den für die Infiltrierung bestimmten Kupferblock eindiffundieren und lösen soll, praktisch vollständig aus dem Diffusions-Preßkörper 4 ausgeglichen wird. Auf diese Weise kommt es in dem Kontaktplatten-Preßkörper zu keinem Mangel an Chrom, und Chrom und Kupfer erhalten in der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A eine einheitliche Verteilung.As shown, in the electrically conductive composite 1 according to the invention melts when heated, the copper in the contact plate press body 3 and the copper in the copper block 5 intended for infiltration, while the chromium of the diffusion press body and the chromium of the contact plate press body diffuse into the contact plate press body and into the copper block intended for infiltration. In the contact plate press body 3 , the diffused chromium is compensated for by diffusing from the diffusion press body per 3 chromium into the contact plate press body, so that the chromium, which is to diffuse and dissolve in the copper block intended for infiltration, is practically completely released the diffusion compact 4 is balanced. In this way there is no lack of chromium in the contact plate press body, and chromium and copper are given a uniform distribution in the high-melting metal layer 3 A.

Im Ergebnis kommt es bei Kontaktplatten aus dem erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Verbundwerkstoff 1 weniger leicht zu Anschmelzungen durch den Ausschaltlichtbogen, und gegenüber einer Kontaktplatte nach dem Stand der Technik ist nicht nur die Lebensdauer gesteigert sondern auch die Grenzfläche zwischen der hoch-schmelzenden Metallschicht 3A und der Trägerschicht 3A mit ausreichend hoher mechanischer Festigkeit versehen.As a result, melting of the switch-off arc occurs less easily in the case of contact plates made of the electrically conductive composite material 1 , and compared to a contact plate according to the prior art, not only is the service life increased, but also the interface between the high-melting metal layer 3 A and the Provide backing layer 3 A with a sufficiently high mechanical strength.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs für Schaltröhren, die ein im Innern angeordnetes Kontaktplattenpaar und ein von diesen weg verlaufendes Trägerteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß
ein aus einem Gemisch von elektrisch hoch-leitfähigem Metallpulver mit hoch-schmelzendem Metallpulver durch Pressen gewonnener Kontakt­ platten-Preßkörper (3),
ein aus einem Gemisch einer Menge von hoch-schmelzendem Metall­ pulver mit einer demgegenüber kleineren Menge von elektrisch hoch-leitfähi­ gem Metallpulver durch Pressen gewonnener Diffusions-Preßkörper (4), und
ein elektrisch hoch-leitfähiges Metall verwendendes Trägerteil (5) in einem Schmelzofen aufeinander geschichtet und erwärmt werden.1. A method for producing a composite material for switching tubes, which have an internally arranged pair of contact plates and a carrier part running away therefrom, characterized in that
a contact plate compact ( 3 ) obtained from a mixture of electrically highly conductive metal powder with high-melting metal powder by pressing,
a diffusion compact body ( 4 ) obtained from a mixture of a quantity of high-melting metal powder with a smaller quantity of electrically highly conductive metal powder by comparison, and
a support part ( 5 ) using electrically highly conductive metal is stacked on top of one another in a melting furnace and heated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erwär­ men des Kontaktplatten-Preßkörpers (3), des Diffusions-Preßkörpers (4) und des Trägerteils (5) die Komponenten des Diffusions-Preßkörpers in den Kontaktplat­ ten-Preßkörper und in das Trägerteil eindiffundieren, wodurch der Diffu­ sions-Preßkörper kleiner wird.2. The method according to claim 1, characterized in that after the heating men of the contact plate compact ( 3 ), the diffusion compact ( 4 ) and the carrier part ( 5 ), the components of the diffusion compact in the Kontaktplat ten-press body and in diffuse the carrier part, whereby the diffusion compact is smaller. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbrin­ gen der beiden Preßkörper (3, 4) und des Trägerteils (5) in den Ofen evakuiert und erwärmt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that after the introduction of gene the two compacts ( 3 , 4 ) and the carrier part ( 5 ) is evacuated and heated in the furnace. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen der beiden Preßkörper (3, 4) und des Trägerteils (5) in den Ofen und die Erwärmung erfolgen, nachdem das Innere des Ofens evakuiert worden ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the introduction of the two pressing bodies ( 3 , 4 ) and the carrier part ( 5 ) into the furnace and the heating take place after the interior of the furnace has been evacuated. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktplat­ ten-Preßkörper (3) aus einem Gemisch von 65-35 Gew.-% hoch-schmelzendem Metallpulver und 35-65 Gew.-% hoch-leitfähigem Metallpulver und der Diffusi­ ons-Preßkörper (4) ein aus einem Gemisch von 97-80 Gew.-% hoch-schmelzen­ dem Metallpulver und 3-20 Gew.-% hoch-leitfähigem Metallpulver gepreßt ist.5. The method according to claim 1, characterized in that the Kontaktplat ten-pressing body ( 3 ) from a mixture of 65-35 wt .-% of high-melting metal powder and 35-65 wt .-% of highly conductive metal powder and the Diffusi ons -Compact body ( 4 ) from a mixture of 97-80 wt .-% high-melt the metal powder and 3-20 wt .-% of highly conductive metal powder is pressed. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Preß­ körper (3, 4) als hoch-schmelzendes Metall Cr und als hoch-leitfähiges Metall Cu verwendet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that for the two pressing body ( 3 , 4 ) is used as a high-melting metal Cr and as a highly conductive metal Cu. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hoch-schmel­ zende Metall für die beiden Preßkörper (3, 4) aus einer Legierung aus Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh oder Ru oder einem Gemisch oder einer chemischen Verbindung aus zwei oder mehreren dieser Elemente mit einem hoch-leitfähigen Metall besteht, das als einzigen oder Haupt-Bestandteil hoch­ leitfähiges Metall aus Cu, Ag oder Au aufweist, und daß für das Trägerteil (5) ein hoch-leitfähiges Metall oder eine ein hoch-leitfähiges Metall enthaltende Legie­ rung verwendet wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the high-melting metal for the two compacts ( 3 , 4 ) made of an alloy of Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh or Ru or a mixture or a chemical compound consisting of two or more of these elements with a highly conductive metal, which as a single or main component comprises highly conductive metal made of Cu, Ag or Au, and that for the carrier part ( 5 ) a highly conductive metal or a alloy containing a highly conductive metal is used. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktplat­ ten-Preßkörper (3) aus einer Mischlegierung besteht, die als hoch-schmelzendes Metall insgesamt 35-65 Gew.-% Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh und/oder Ru und als hoch-leitfähiges Metall 35-65 Gew.-% Kupfer enthält, der Diffusions-Preßkörper (4) aus einer Mischlegierung besteht, die als hoch­ schmelzendes Metall insgesamt 80-97 Gew.-% Cr, W, Mo und/oder Ta und als hoch-leitfähiges Metall 3-20 Gew.-% Kupfer enthält, und daß für das Trägerteil (5) eine Legierung aus insgesamt höchstens 4 Gew.-% Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co und/oder Fe mit Cu, Ag und/oder Au verwendet wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the Kontaktplat ten-pressing body ( 3 ) consists of a mixed alloy, the total as a high-melting metal 35-65 wt .-% Cr, W, Mo, Ta, Nb, Be, Hf, Ir, Pt, Zr, Ti, Te, Si, Rh and / or Ru and as a highly conductive metal 35-65 wt .-% copper, the diffusion compact ( 4 ) consists of a mixed alloy, which is considered to be high melting metal contains a total of 80-97 wt .-% Cr, W, Mo and / or Ta and as a highly conductive metal 3-20 wt .-% copper, and that for the carrier part ( 5 ) an alloy of a maximum of 4 wt .-% Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si, Be, Co and / or Fe with Cu, Ag and / or Au is used. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der danach gefer­ tigte Verbundwerkstoff (1) eine 0,2%-Streckgrenze von mindestens 10 kg/mm2 und einen spezifischen Widerstand von höchstens 2,8 µΩcm aufweist.9. The method according to claim 1, characterized in that the composite manufactured thereafter ( 1 ) has a 0.2% yield strength of at least 10 kg / mm 2 and a specific resistance of at most 2.8 µΩcm.
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