DE19828692A1

DE19828692A1 - Verfahren zum Granulieren von Zinnoxidpulver und damit hergestellte Kontaktwerkstoffe auf der Basis von Silber-Zinnoxid

Info

Publication number: DE19828692A1
Application number: DE19828692A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Honig; Andreas Dipl Ing Kraus; Holger Weidel; Volker Dr Behrens
Original assignee: AMI Doduco GmbH
Current assignee: Doduco Contacts and Refining GmbH
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 1999-01-07

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Granulieren von Zinnoxid(SnO₂)-Pulver durch Wärmebehandlung. Aus der DE-29 52 128 A1 ist es bekannt, handelsübliches Zinnoxidpulver für die Dauer zwischen 0,5 und 48 Stunden bei 900°C bis 1600°C, vorzugsweise bei 1200°C bis 1400°C in Luft zu glühen, um die Pulverteilchen zu vergröbern. Handelsübliches Zinnoxidpulver wird beispielsweise durch Verdüsen von schmelzflüssigem Zinn in Luft herge stellt. Das dabei entstehende Zinnoxidpulver ist sehr feinteilig, 98 Gew.-% des Pulvers haben typisch Teilchengrößen unter 2 µm und immerhin rund die Hälfte des Pulvers hat Teilchengrößen unter 0,6 µm. Dieses feine Zinnoxidpulver läßt sich pulvermetallurgisch nur schwierig verarbeiten; es ist schlecht rieselfähig; Mi schungen aus dem Zinnoxidpulver mit Silberpulver, welche man für die pulverme tallurgische Herstellung von Kontaktwerkstoffen auf Silber-Zinnoxid-Basis zube reitet, lassen sich nur schwer verpressen und damit durch Sintern hergestellte Körper lassen sich nur schwer durch Strangpressen umformen, wozu der hohe Feinanteil mit Teilchengrößen kleiner als 0,5 µm des Zinnoxidpulvers beiträgt, welcher versprödend wirkt. Um dem zu begegnen, offenbart die DE-29 52 128 A1, das Zinnoxidpulver vor dem Vermischen mit Silberpulver durch eine Wärme behandlung zu vergröbern. Dadurch wird erreicht, daß nur noch 30 bis 80 Gew.-% des Zinnoxidpulvers Teilchengrößen von unter 2 um haben. Dabei ist nachteilig, daß trotz der Vergröberung immer noch ein erheblicher, den Silber- Zinnoxid-Werkstoff versprödender Zinnoxid-Feinanteil vorhanden ist und die Ver preßbarkeit der Pulvermischung vor dem Sintern und die Umformbarkeit der Sin terkörper nach dem Sintern noch zu wünschen übrig läßt. Eine Verlängerung der Dauer der Glühbehandlung ist nicht das geeignete Mittel, um eine durchgreifende Besserung zu erzielen. Durch eine Verlängerung der Glühzeiten kann man zwar erreichen, daß die Zinnoxidpulverteilchen weiter anwachsen, doch ist ein zu gro bes Zinnoxidpulver unerwünscht, weil es sich nachteilig auf das elektrische Ver halten und die Lebensdauer von Kontaktstücken auf der Basis von Silber- Zinnoxid auswirkt. Außerdem erhöht eine Verlängerung der Glühzeiten die Herstellkosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Herstellung von Kontaktstücken und Halbzeugen auf der Basis von Sil ber-Zinnoxid erleichtert werden kann, ohne das elektrische Verhalten der Kon taktstücke zu verschlechtern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Zinnoxidpulver, welches für die pulvermetall urgische Herstellung von Kontaktwerkstoffen auf der Basis von Silber-Zinnoxid verwendet werden soll, durch Einwirkung von Mikrowellenstrahlung auf eine Tem peratur oberhalb von 1700°C erhitzt und erst nach einer solchen Wärmebehand lung in an sich bekannter Weise mit Silberpulver und ggfs. weiteren Pulvern ver mischt und auf pulvermetallurgischem Wege zu Halbzeugen und Kontaktstücken auf der Basis von Silber-Zinnoxid weiterverarbeitet. Überraschenderweise erhält man durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Zinnoxidpulver, welches gegenüber einem auf herkömmliche Weise vergröberten Zinnoxidpulver Vorteile aufweist:

- Es ist besser rieselfähig.
- Es ist leichter verpreßbar, selbst wenn die Pulverteilchen im Mittel nicht größer sind als bei einem auf herkömmliche Weise vergröberten Pulver.
- Damit hergestellte Sinterkörper auf der Basis von Silber-Zinnoxid können leichter durch Strangpressen umgeformt werden.
- Die Zinnoxid-Pulverteilchen haben überwiegend eine abgerundete Gestalt.
- Die bessere Verpreßbarkeit und Umformbarkeit wird nicht durch eine Verschlechterung des elektrischen Verhaltens erkauft, insbesondere nicht durch eine Verringerung der Kontaktlebensdauer und auch nicht durch eine Erhöhung der Kontaktstellentemperatur bei Dauer stromführung.
- Der Feinanteil des wärmebehandelten Pulvers ist gering.
- Die Dauer und Kosten der Wärmebehandlung sind niedrig.

Erfindungsgemäß findet die Wärmebehandlung in einem kritischen Temperatur bereich statt, kritisch deshalb, weil das Zinnoxid in dem vorgesehenen Tempera turbereich beginnt sich zu zersetzen und zu sublimieren (Gmelin's Handbuch der anorganischen Chemie, Stichwort "Zinn", Teil C1, 1972, S. 98. Warum man trotz dem ein Zinnoxidpulver erhält, welches für die pulvermetallurgische Weiterverar beitung zu elektrischen Kontaktwerkstoffen besonders günstige Eigenschaften hat, ist noch nicht geklärt. Phänomenologisch haben die Erfinder festgestellt, daß im Gegensatz zu herkömmlich vergröberten Pulvern, in welchen die Pulverteil chen kantig und eckig, "kristallin" aussehend ausgebildet sind, im erfindungsge mäßen Pulver die Pulverteilchen eine abgerundete Gestalt haben, was vielleicht für das günstigere Verhalten mitverantwortlich ist.

Durch die mit Mikrowellen erfolgende Bestrahlung des Zinnoxidpulvers wird die ses vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 1750°C und 1850°C erhitzt. Besonders gute Ergebnisse wurden im Temperaturbereich zwischen 1770°C und 1800°C gefunden. Die Dauer der Wärmebehandlung beträgt vorzugsweise 10 s bis 10 min., am besten zwischen 0,5 min. und 5 min., wobei mit zunehmender Temperatur die Dauer der Wärmebehandlung sinken sollte. Die durch die Wär mebehandlung eintretende Änderung der Größe und der Gestalt der Pulverteil chen kann in dem gewählten Temperaturbereich sowohl über die Dauer als auch über die Höhe der Temperatur gesteuert werden.

Am besten findet die Wärmebehandlung in Luft statt. Das Zinnoxidpulver muß vor der Wärmebehandlung nicht verdichtet, sondern kann in Form einer lockeren Schüttung der Wärmebehandlung unterzogen werden, vorzugsweise in einer bal ligen oder halbkugelförmigen Pulvermenge.

Ausführungsbeispiele

1. Handelsübliches Zinndioxidpulver, welches zu 98 Gew.-% Teilchengrößen unter 2 µm und zu 50 Gew.-% Teilchengrößen unter 0,6 µm aufweist (bestimmt nach dem SILAS-Verfahren), wird vier Minuten lang einer Wärmebehandlung mit Mikrowellen unterzogen, wobei nach etwa einer halben Minute eine Temperatur im Bereich zwischen 1770°C und 1800°C erreicht ist und 3,5 Minuten lang auf rechterhalten wird. Nach Abkühlung an Luft wurde das Zinnoxidpulver untersucht. Es war vergröbert: 50 Gew.-% des Pulvers hatten Teilchengrößen unter 8 µm. Es gab nur noch ei nen geringen Feinanteil unter 0,5 µm, welcher überwiegend aus der Kruste der zusammenhängenden Pulvermenge stammt. Trennt man die Kruste ab, erhält man ein Pulver mit geringstem Feinanteil. Die Kruste kann aufgebrochen und ei nem zu granulierenden Zinnoxidpulver zugeschlagen werden.
2. Das erste Beispiel wird so abgewandelt, daß das Pulver nach Erreichen einer Temperatur oberhalb 1700°C 1 min. lang auf der hohen Temperatur gehalten wird. Nach Abkühlen wird das Pulver unter Aufbrechen von Verkrustungen durch mischt und erneut dergleichen Wärmebehandlung unterzogen. Dieser Vorgang wird noch ein weiteres Mal wiederholt, so daß sich insgesamt eine Behandlungs dauer von 3 min. oberhalb 1700°C ergibt. Das auf dieser Weise erhaltene Pulver ähnelt dem aus dem 1. Beispiel, weist aber einen geringeren Feinanteil auf.

Das erfindungsgemäße Zinnoxid kann nicht nur zur Herstellung von Werkstoffen verwendet werden, die ausschließlich Silber und Zinnoxid enthalten. So kann an stelle von Silber auch eine überwiegend Silber enthaltende Legierung eingesetzt werden, z. B. eine Legierung von Silber mit 0,1 bis 10 Gew.-% Kupfer. Darüber hinaus kann der Werkstoff weitere Bestandteile enthalten, z. B. hochschmelzende Metalle wie Wolfram oder Molybdän, Metalloxide wie Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid, Wismutoxid, Wismuttitanat, Kupferoxid, oder Karbide wie Wolf ramkarbid und Molybdänkarbid, oder Nickel in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, oder Mischoxide von Silber und Metallen aus den Nebengruppen II bis VI des pe riodischen Systems der Elemente und/oder Antimon, Wismut, Germanium, Indium und Gallium. Hinsichtlich der Bestandteile, die ein erfindungsgemäß hergestellter Kontaktwerkstoff auf der Basis von Silber-Zinnoxid enthalten kann und hinsicht lich der dazu beispielsweise anwendbaren pulvermetallurgischen Verfahren wird auf die DE-43 31 526 A1, die EP 0 440620 B1 und die WO 93/26021 verwiesen.

Claims

1. Verfahren zum Granulieren von Zinnoxid(SnO₂)-Pulver durch Wärmebehand lung, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinnoxidpulver durch Einwirkung von Mikrowellenstrahlung auf eine Temperatur oberhalb von 1700° C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinnoxidpul ver auf eine Temperatur zwischen 1750°C und 1850°C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinnoxidpul ver auf eine Temperatur zwischen 1770°C und 1800°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Wärmebehandlung für die Dauer von 10 Sekunden bis 10 Minu ten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebe handlung für die Dauer von 0,5 Minuten bis 5 Minuten durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß eine lockere Schüttung des Zinnoxids der Wärmebehandlung unter zogen wird.

7. Zinnoxidpulver, bei welchem der gewichtsmäßig überwiegende Anteil der Pul verteilchen eine abgerundete Gestalt hat, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.

8. Zinnoxidpulver nach Anspruch 7, bei welchem gewichtsmäßig die Hälfte der Pulverteilchen eine Teilchengröße größer als 8 µm aufweist.

9. Zinnoxidpulver nach Anspruch 7, bei welchem gewichtsmäßig die Hälfte der Pulverteilchen eine Teilchengröße größer als 5 µm aufweist

10. Verwendung eines Zinnoxidpulvers nach einem der vorstehenden Ansprüche zur pulvermetallurgischen Herstellung von elektrischen Kontaktstücken und von Halbzeugen für elektrische Kontaktstücke auf der Basis von Silber- Zinnoxid, gegebenenfalls mit Nebenbestandteilen.

11. Zinnoxidpulver nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine ballige, halbkugel oder kugelförmige Menge des Pulvers erhitzt wird.

12. Zinnoxidpulver nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kruste der nach der Wärmebehandlung zusammenhängen den Pulvermenge abgetrennt und verworfen oder einer anderen, zur Wärme behandlung vorgesehenen Zinnoxidpulvermenge zugeschlage wird.

13. Zinnoxidpulver nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß die Pulvermenge nach einer Wärmebehandlung durch Mikrowellen strahlung oberhalb 1700°C unter Aufbrechen von Verkrustungen durchmischt und dann einer oder mehreren erneuten Wärmebehandlung(en) durch Mikro wellenstrahlung oberhalb 1700°C unterzogen wird.