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"Verfahren zum partiellen Beschichten eines Metallkörpers und nach
den Verfahren hergestellter elektrischer Kontakt" F"r viele technische Zwecke ist
es notwendig, einen Metallkörper mit einer metallhaltigen Schicht zu versehen, um
ihn gegen mechanischen Verschleiß und/oder chemische Korrosion zu schützein. Hierbei
ist es vielfach erwünscht, nur gewisse Oberflächenbereiche des Metallkörpers zu
beschichten. Es werden beispielsweise elektrische Kontakte mit Schutzschichten aus
Edelmetall oder Edelmetallegierungen versehen. Wegen des hohen Preises derv Edelmetalle
ist man bestrebt, die Beschichtung des Kontaktwerkstoffes auf die eigentliche Kontaktstelle
zu beschränken, um Verluste an Edelmetallen auf ein Minimum herauzusetzen.
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Es sind verschiedene Möglichkeiten zum partiellen Beschichten eines
Metallkörpers bekannt. So ist beispielsweise aus der deutlichen Patentschrift 1
131 484 ein Verfahren zum Bedampfen
des Randstreifens eines Metallbandes
mnt Edelmetallen bekaniit.
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Aus dem beschichteten Band werden eleRtrische Kontakte hergsstellt.
Bei diesem Verfahren wird das Metallband auf einen schwach konisch ausgebildeten
Zylinder in der Weise spiralformig aufgewickelt, daß der zu beschichtende Randstreifen
des Bandes unbedeckt bleibt. Dieses Verfahren hat sich sehr bewährt, jedoch können
Verluste an Edelmetall nicht vermieden werden, weil beim Ausstanzen von Kontakten
aus dem beschichteten Metall band sich notwendigerweise mit Edelmetall beschichteter
Stanzabfall ergibt.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 017 860 ist ein Verfahren
zum-partiellen Beschichten eines Metallbandes aus Kontaktfederwerkstoff mit Edelmetall
auf galvanischem Wege bekannt. Au dem an diskreten Stellen beschichteten Metallband
werden elektrische Kontakte gestanzt. Bei diesem Verfahren wird daszu beschicht
ende Band zunächst mit einem Abdeck-Überzug derart versehen, daß jeweils den Kontaktflächen
der elektrischen Kontakte entsprechende Stellen unbedekt bleiben. Danach wird das
so ve; bereitete Metallband einem Galvanisiervorgang unterworfen, bei dem auf die
unbedeckten Stellen des Bandes Edelmetall aufge I bracht wird. Anschließend wird
der Abdeck-Überzug wieder vom Band entfernt. Bei diesem Verfahren treten keine Edelmetallverluste
mehr auf. Das Verfahren ist jedoch in seinem Anwendungsbereich außerordentlich beschränkt,
weil es auf galvanischem Wege nicht möglich ist, Kontaktschichten aus Legierungen
oder Gemischen bestimmter prozentualer Zusammensetzung herzustellen.
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Aus dem britischen Patent 53a 846 ist es bekannt, einen Kontaktträger
aus Wolfram oder Molybdän mit einer Rhodiumschicht zu versehen. Die Rhodiumschicht
kann in Form einer feinverteiltes Rhodium enthaltenden Paste auf den Kontaktträger
aufgedruckt werden. Zur Erzielung einer guten Verbindung zwischen Wolfram
oder
Molybdän und der Rhodiumschicht wird ein Teil des Rhodiums in das Wolfram oder Molybdän
eindiSfundiert. Das freipulvrige Rhodium kann auch mittels einer geeigneten Presse
in die Oberfläche des Wolfram- oder Nolybdänkörpers eingepreßt werden. Die ses Verfahren
liefert eine Rhodiumschicht, bei der die körnige Struktur des Ausgangsmaterials
erhalten bleibt, d. h. eine Rhodiumschicht mit inhomogenem Aufbau, Solche Schichten
besitzen keine ausreichende Duktilität, so daß die beschichteten Körper praktisch
nicht nachverformt werden können. Dieses Verfahren ist daher ebenfalls in seinem
Anwendungsbereich außerordentlich eingeengt, weil es wegen der mangelnden Nachverformbarkeit
nur für vorgefertigte Kontaktstücke benutzt werden kann. Darüber hinaus resultieren
aus der körnigen, d. h. inhomogenen StrMctur der Rhodiumschicbt eine ungleichmäßige
Stromdichte in dieser Schicht, was eine Erhöhung des Kontaktübergangswiderstandes
bedingt, und eine verminderte Abriebfestigkeit. Zudem führt die körnige Struktur
der Rhodiumschicht zu einer in sich stark schwankenden Schichtdicke, wodurch die
Lebensdauer solcher Kontakte erheblich vermindert wird.
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Alls der Herstellung von Dickfilm-Schaltkreisen ist es bekannt, auf
einen keramischen Träger im Siebdruckverfahren durch eine Schablone Widerstandes-
und Leiterbahnen und andere Schaltkreiselemente aufzudrucken. Hierbei werden Pasten
benutzt, die neben einer Metallkomponente noch eine die Verbindung mit dem keramischen
Träger vermittelnde Fritte enthalten. Deshalb eignen sich solche Pasten nicht zur
Beschichtung eines Metallkörpers.
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Der Erfindung liegt dfe Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
welches geeignet ist, einen Metallkörper partiell :nit einer homogenen, duktilen
und nachverformbaren Schicht gleichmäßiger Dicke aus der Gruppe Metall , Metallegierungen
iuid Gemische aus Metall oder Metallegierung mit einem Borid, Carbid,
Nitrid,
Silizid und/oder Oxid, das mit den anderen Gemischbestandteilen keinen glasartigen
Werkstoff bildet, zu beschiçhten. Das Verfahren soll darüber hinaus so durchführbar
sein, daß keine Verluste an Beschichtungswerkstoff entstehen.
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Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der pastenförmige
Werkstoff im an sich bekannten Siebdruckverfahren durch eine Schablone auf den Metallkörper
aufgedruckt, die aufgedruckte Schicht durch zumindest teilweises Austreiben des
Siebdruckmittels vorverdichtet und die verbleibende vorverdichtete Schicht mechanisch
und/oder durch teilweises Schmelzen zu einer homogenen Schicht nachverdichtet wird.
In der Paste muß der auf den Netallkörper aufzubringende Schichtwerkstoff in so
feinverteilter Form vorliegen, daß er mühelos die Maschen des Drucksiebes passieren
kaiin. Das ist dann gewährleistet, wenn die Schichtwerkstoffteilchen eine Korngröße
von weniger als 50 /um besitzen. Bevorzugt werden Schichtwerkstoffteilchen benutzt,
deren Korngröße im Bereich von etwa 1 bis 5 /um liegt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als metallische Schichtwerkstoffe
schuppenförmige Pulverteilchen zu verwenden. Als Siebdruckmittel, mit denen die
feinteiligen Schichtwerkstoffe zu einer Pasteangerührt werden, können beispielsweise
Lösungen von Kunstharzen verwendet werden. Damit die Paste auf dem Drucksieb genügend
lange druckfähig bleibt, darf das Kunstharzlösungsmittel nicht zu flüchtig sein;
der Siedepunkt des Lösungsmittels sollte daher über 150 °C liegen. Das Kunstharz
sam Lösungsmittel muß sich beim Erhitzen unter Luftausschluß moglichst vollständig
und rückstands-frei verflüchtigen, damit keine uiierwünschten Einschlüsse in der
aufgebrachten Schicht zurtickbleiben. Als geeignet haben sich Kunstharze auf Polyacrylat
Basis erwiesen.
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Nach einem weiteren Ausbildungsmerkmal der Erfindung wird die aufgedruckte
Schicht gesintert und dann durch Walzen nachverdichtet.
Durch das
Sintern wird das Siebdruckmittel ausgetrlcben und die aufgedruckte Schicht vorverdichtet.
Das Sintern erfolgt vorteilhafterweise in inerter oder reduzierender Gasatmosphäre,
um eine Oxidation des aufgedruckten Werkstoffes und/ oder des Metallkörpers zu vermeiden,
auf den die Schicht aufgedruckt ist. Die Sintertemperatur liegt in vielen Anwendungsfällen
über 500 OC, Durch das Nachverdichten der gesinterten Schicht durch Walzen erhält
man dann eine homogene, duktile Uberzugsschicht gleichmäßiger Dicke, die auch eine
Nachverformung gestattet.
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Die Dicke der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Überzugsschicht;
hängt von dem Festsoffgehalt der Siebdruckpaste an Schichtwerkstoff, von der Dicke
der Siebdruckschablone und vom Grad der Nachverdichtung ab. Die Dicke der UDerzugsschicht
liegt im allgemeinen zwischen 2 und 10 /um. Durch Mehrfachbeschichtung können auch
höhere Schichtdicken erzielt werden. Dabei wird aui die erste aufgedruckte Pastenschicht
nach wenigstens teilweiser Austreibung des Siebdruckmittels dieser ersten Pastenschicht
oder nach der Nachverdichtung der ersten Pastenschicht eine weitere Pastenschicht
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht. In analoger Weise können auf diese
weitere Pastenschicht noch Je nach Erfordernis zusätzliche Schichten aufgebracht
werden. Dabei können alle Schichten aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Das eflindungsgemäße
Verfahren gestattet es aber, auch Schichten unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung
übereinander auf den Metallkörper aufzubringen.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dan keine Verluste an
Beschichtungswerkstoff entstehen, wirkt sich besonders in den Fällen aus, in denen
eine ein Edolmstall oder eine Edel metallegierung oder ein sehr teueres Unedelmetall
oder Unedelmetallegierung
enthaltende Paste auf einen Netailkörper
aufgedruckt wird, selbst wenn die Paste noch andere Komponenten wie ein Borid, Carbid,
Nitrid, SilizJd und/oder Oxid, das mit den anderen Pastenkomponenten (Gemischkomponenten)
keinen glasartigen Werkstoff bildet, zusätzlich enthält.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders bewährt für die
Herstellung eines Vormaterials für elektrische Kontakte, in -besondere Steckkontakte.
Hierbei wird auf einen i4etallkörper aueinem üblichen Kontaktfederwerkstoff eine
Kontaktwerkstoff enthaltende Paste in einer Schichtdicke von mindestens 20 /um im
Siebdruckverfahren durch eine Schablone aufgedruckt. Danach wirc durch Austreiben
des Siebdruckmittels die aufgedruckte Schicht vorverdichtet und die verbleibende
Kontaktwerkstoffschicht entweder durch Sintern und Walzen oder durch teilweises
Schmelzen auf eine Schiohtdicke von mehr als 0,5 µm nachverdichtet. Als Netallkörper
aus Kontaktfederwerkstoff haben sich insbesondere Metallbänder bewährt, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren nur an vorbestimmten diskreten Stellen mit einer
Kontaktwerkstoffschicht versehen werden. Aus dempartiell beschichteten Metallband
werden dann durch Ausstanzen und Nachverformen die gewünschten elektrischen Kontakte
hergestellt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können in vorteilha er Weise
auch Kontaktwerkstoffschichten aus Ag/CdO auf einem Metallkörper aufgebracht werden.
Zu diesem Zweck wird eine Paste im Siebdruckverfahren aufgedruckt, die feinteiiiges
Silber und Kadiumoxid enthält.
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Anhand des nachfolgenden Beispiels wird die Herstellung einer Kontaktschicht
aus einer AgPd30-Legierung auf einem Kupferträg ger erläutert:
Es
werden 26 Teile schuppenformiges Palladiumpulver und 6o Teile schuppehförmiges Silberpulver
- die Dicke der schuppenförmigen Teilchen betrug etwa 1 µm ihr Durchmesser war kleiner
als 15 n - mit 14 Teilen eines Siebdruckmittels, das aus einer zehnprozentigen Lösung
eines Polymethacrylats in Terpineol besteht, zu einer Siebdruckpaste angerührt.
Die fertige Paste wird durch eine Siebdruckschablone aus Nylongewebe mit 77 Fäden
pro Zentimeter in Form eines Streifens auf ein Kupferblech gedruckt.
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Nach dem Trocknen bei 125 °C wird das bedruckte Kupferblech 30 Minuten
lang in Formiergas (unbrennbares Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff) auf
700 0C erhitzt. Aus der aufgedruckten Schicht entweicht während dieser Wärmebehandlung
das Siebdruckmittel rückstandslos Nach dieser Wärmebehandlung ist die aufgedruckte
Schicht fest an das Kupferblech angesintert.
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Sie wird dann durch Walzen nachverdichtet. Durch röntgenographische
Untersuchung wurde festgestcllt, daß eine homogene, duktile AgPd3O-Kontaktschicht
auf den Kupferblech vorijegt. Die Harte dieser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten AgPd30-Kontaktschicht entspricht dem für diese Legierung bekannten
Ublichen Wert.
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Anhand der Figuren wird das erfindungsgemäde Verfahren und.ciamit
hergestellte Produkte erläutert.
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1; zeigen: Figur 1 schematisch das erfindungsgemäße Aufbringen von
Beschichtur.gen auf ein Metallband Figuren 2 A bis 2 D im Querschnitt jeweils ein
Teilstück eines erfindungsgemäß beschichteten Bandes nach vorbestimmten Stufen des
Herstellungs-Verfahrens Figur 3 in Ansicht einen elektrischen Kontakt mit erfindungsgemäß
aufgebrachter Beschichtung.
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Die Beschichtung eines Bandes ist schtßmatisch in Figur 1 dar gestellt.
Das Metallband 8 wird von einer Vorratsrolle 1 abgewickelt. Es durchläuft dann zunächst
die schematisch dargestellte Siebdruckanlage 2. Nach dem Auidrucken des pastenförmigen
Werkstoffes läuft das beschichtete Metallband unter einer Trock rungsvorrichtung
3 hindurrh, die Infrarotstrahler 9 aufweist.
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Durch die Bestrahlung mit Infrarotstrahlen wird das Siebdruckmittel
teilweise ausgetrieben. Danach durchläuft das Band einen Sinterofen 4 mit elektrischen
Heizung 7, in dem dann die aufgedruckte Werkstoffschicht durch völliges Austrciben
aes Siebdruckmittels vorverdichtet wird. Im Anschluß daran durchläuft das Band die
Walzen 5. Dort wird die vorverdichtete aufgedruckte Schicht zu einer homogenen Schacht
nachverdichtet. Anschließ end wird das Band auf einer Aufwickelvorrichtung 6 aufgewickelt.
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Die Figuren 2 A bis 2 D zeigen im Querschnitt Teilstücke des Bandes,
wie es an den in Figur 1 mit A bis D angedeuteten S-"ellen aussieht. Figur 2 A stellt
eine Ansicht des Bandes dar, wie
es von der Vorratsrolle 1 in die
Siebdruckanlage 2 einläuft.
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Es weist also noch keine Schicht äuf Figur 2 13 zeigt ein Teilstück
ciiies Bandes nach Durchlaufen der Siebdruckanlage. Der aufgedruckte pastenformige
Werkstoff ist mit 10 bezeichnet. lnigur 2-C .eigt don Querschnitt des Bandes nachdem
es die Trocknungsvorrichtung 3 und den Sinterofen 4 durchlaufen hat. Die dann vorliegende
vorverdichtete aufgedruckte Werkstoffschicht ist mit 11 bezeichnet. Figur 2 D zeigt
den Querschnitt des des, nachdem es die Walzen 5 durchlaufen hat und nachverdichtet
ist. Die nachverdichtete aufgedruckte Schicht ist mit 12 bezeichnet.
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In Figur 3 ist eine Ansicht eines elektrischen Kontaktes 13 mit erfindungsgemäßer
Beschichtung 12 dargestellt.
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Aus der Figur 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren
in sehr einfacher und materialsparender Weise es ermöglicht, ein Metallband an einer
vorgegebenen Stelle mit eine" gewünschten Beschichtung zu versehen. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann sogar vorteilhafterweise für die automatische Herstellung elektrischer
Kontakte benutzt werden. In diesem Fall wird nach den Walzen 5 das Band nicht aufgewckelt,
sondern einer üblichen Stanz- und gegebenenfalls einer Verformungsvorrichtung zugeführt.