DE2102996B2

DE2102996B2 - Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinterkontaktstückes auf der Basis von Silber und Kupfer

Info

Publication number: DE2102996B2
Application number: DE19712102996
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr.-Ing. 8501 Rosstal Geldner; Horst Prof. Dr. Techn.Habil. 8500 Nuernberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1971-01-22
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2102996A1; BR7200361D0; SE365732B; CA953950A; FR2122873A5; ES398298A1; IT946728B; CH560457A5; AT306840B; JPS5415845B1; GB1338332A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinterkontaktstuckes mit geringer Schweißneigung, bestehend aus einer Schicht aus Silber und Metalloxid und aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, durch Pressen und Sintern der Schichten in einer neutralen Atmosphäre.

Es ist bereits das Herstellen von elektrischen Kontakten aus einem Einlagerungsverbundwerkstoff, wie Ag-CdO, mit einer Cu-Unterlage bekannt. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Cu-Pulver in eine Preßform geschüttet und auf dieser Pulverschicht die pulverförmige Mischung Ag-CdO geschichtet. Es entstehen dabei zwei Schichten, eine untere dünne Schicht aus Kupferpulver und eine obere Schicht aus Ag-CdO-Pulver. Diese Schichten werden zu einem Formkörper gepreßt und in einer Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf bei 700 bis 850⁰C gesintert Anschließend wird in der Preßform kalibriert und bei « einer Temperatur von 400 bis 45O⁰C in Wasserdampfatmosphäre geglüht.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die Sinterung in einem weiteren Temperaturbereich sowohl unter- als auch oberhalb der eutektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer durchgeführt Es hat sich jedoch gezeigt, daß Sintertemperaturen oberhalb der eutektis^hen Temperatur zu eutektisch zusammengesetzten Zwischenschichten führen, die Störungen, wie Einseigern der flüssigen eutektischen Schmelze in die f>o angrenzenden Schichten und auch Ablösen der beiden Schichten in der eutektischen Phase, zur Folge haben.

Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Zweischichten-Sinterkontaktstücke der genannten Art weisen außerdem unerwünscht hohe Schweißkräfte auf. &5

Entgegen der bisherigen Auffassung hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß man eine bessere Festigkeit erreicht, wenn man in einer Stickstoffatmo Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweischichten-Sinterkontaktstück der oben beschriebenen Art herzustellen, das eine wesentlich geringere Schweißkraft besitzt und dabei eine einwandfreie festhaftende Verbindung der beiden Schichten aufweist

Dazu wird in einer Matrize Verbundpulver aus Silber und einem Metalloxid und Pulver aus Kupfer oder einer Kupferlegierung übereinandergeschichtet und werden beide Schichten durch Pressen zu einem Formkörper verdichtet wobei die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe darin besteht, daß der Formkörper in einer sauerstofffreien Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupferlegierung gesintert wird.

Als Metalloxid werden vorzugsweise CdO, ZnO. SnO?. TiOi. AkOs. NiO oder CuO verwendet. Diese Metalloxide dienen zur Dispersionshärtung des Silbers. Das Ag-MeO-Verbundpulver kann durch innere Oxidation des entsprechenden AgMe- Legierungspulvers oder aus rällungsmischpulvern gewonnen werden. Beim Arbeiten mit einer Kupferlegierung ist es vorteilhaft, eine solche mit 0.2% Ag, zu verwenden. Vorzugsweise wird be^: einer Temperatur im Bereich von 750⁰C bis 77O^r C gesintert.

An Hand der Zeichnung sowie eines Ausruhrungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Ein besonderer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zweischichten-Sinterkontakte ist neben einer einwandfreien Löteigenschaft die Einsparung von Silber, die bis zu 25% betragen kann.

Fig.l zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau des Zweischichten-Sinterkontaktstückes mit der Ag-MeO-Kontaktschicht 1 und der Sinterkupferschicht 2. Die beiden Schichten sind in der Grenzzone 3 verbunden. Diese Grenzzone zeigt durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen hohe Festigkeit. Die Silbereinsparung ergibt sich aus der für den Anwendungsfall notwendigen und hinreichenden Dicke der Kontaktschicht 1. Demgegenüber beträgt bei den bish?<- üblichen Kontaktstücken, die durch innere Oxidation eines AgCd-Bleches zu einer AgCdO-Schicht 4 (Fig.2) hergestellt wurden, die für den Schaltabbrand nicht verwendbare AgCd-Schicht 5 auf der Lötseite bis zu 30% der gesamten Kontaktstückdicke 6

Der erfindungsgemäß hergestellten Kontaktstücke unterscheiden sich in ihren elektrisch-technologischen Eigenschaften, wie Schweißkrafi, Abbrand und Kontaktwiderstand und ganz besonders in der Haftfestigkeit der Grenzschichten, wesentlich von Kontaktstücken, die nach den bekannten Verfahren hergestellt wurden.

Beispiel

In eine Stahlmatrize wird zunächst eine 1 mm dicke Schicht aus Elektrolytkupferpulver mit der Teilchengröße < 60 μπι eingefüllt. Auf diese Schicht wird eine 9 mm hohe Schicht aus AgCdO 10-Pulver der Teilchengröße < 200 μηι geschichtet. Das AgCdO 10-Pulver wurde durch innere Oxidation von AgCd 9-Legierungspulver hergestellt. Das AgCd 9-Legierungspulver wird z.B. durch Druckverdüsung einer AgCd-Schmelzlegierung erhalten. Die beiden Pulverschichten werden mit einem Preßdruck von 4 bis 8 Mp/cm², vorzugsweise 6 Mp/cm², verdichtet. Der so entstandene Formkörper wird in sauerstofffreier

Stickstoffatmosphäre bei 760⁰C während t Stunde gesintert. Der entstandene Sinterkörper wird mit 6 bis 8 Mp/cm² nachverdichtet und anschließend entgratet. Das Nachverdichten kann vorteilhaft auch warm erfolgen, wobei der Sinterkörper unmittelbar vor dem Nachverdichten auf eine Temperatur zwischen 500 bis 700° C erwärmt wird.

Das auf diese Weise hergestellte Kontaktstück kann sowohl mit der Acethylensauerstoffflamme als auch mit Mittelfrequenzerhitzung mit 45 %igen Silberhartlot auf die üblichen Trägermetalle aufgelötet werden. Ihr SchaUverhalten erwies sich in Schützen beim Schalten von 200 A Nennstrom als einwandfrei

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

21 02S96 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinlerkontaktstückes mit geringer Schweißneigung, bestehend aus einer Schicht aus Silber und Metalloxid und aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, durch Pressen und Sintern in einer neutralen Atmosphäre, wobei in einer Matrize ein Verbundpulver aus Silber und einem Metalloxid und ein Pulver aus Kupfer oder einer Kupferlegierung übereinander geschichtet und beide Schichten durch Pressen zu einem Formkörper verdichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper in einer sauerstoffreien Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur unterhalb der euiektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupferlegierung gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 750 bis 770⁰C gesintert wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 auf Verbundpulver mit CdO, ZnO, SnO2, ΤΊΟ2. AIjOj, NiO oder CuO als Metalloxid.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf eine Kupferlegierung mit 0,2% Silber.

sphäre, jedoch unterhalb der eutektischen Temperatur