DE2254623B2 - Durchdringungsverbandmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen - Google Patents

Durchdringungsverbandmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Durchdringungsverbundmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen, bestehend aus einer Sintermatrix aus Wolfram oder Molybdän, deren Poren mit einer Tränksubstanz getränkt sind.
An die Kontaktstücke von Vakuumschaltern mit hohen Schaltzahlen werden hohe Forderungen in bezug auf Abbrandfestigkeit (Schaltzahlen größer als 106 bei Nennstrom), geringe Schweißkraft (kleiner als 300 N bei 30 kA Stoßstrom) und niedrigen Abreißstrom (kleiner als 5 A) gestellt. Außerdem muß ein Abschaltstrom von 2 bis 3 kA beherrscht werden. Die Kontaktstücke sollen aus Gründen einer rationellen Fertigung auf die Stromzuführungsbolzen aufgelötet werden können.
Es ist bekannt, derartige Kontaktstücke durch Sintern und Tränken aus WCu, MoCu. WCuBi oder durch schmelzmetallurgische Verfahren aus NiCTe herzustellen. WCu und MoCu erfüllen zwar die Anorderungen bezüglich Abbrandfestigkeit, Abschaltstrom und Lötbarkeit, nicht aber die Forderung nach einer kleinen Schweißkraft. Koniaktstücke aus WCuBi haben zusätzlich eine geringe Schweißkraft, sind aber nach dem so heutigen Stand der Technik nicht lötbar. NiCTe hat dagegen keine genügende Lebensdauer infolge eines zu hohen Abbrandes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen zu entwickeln, der die oben genannten Forderungen nach Abbrandfestigkeit, kleiner Schweißkraft, niedrigem Abreißstrom, ausreichender Schaltleistung und guter Lölbarkeit erfüllt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, wi daß als Tränksubstanz kupfertelluridhaltiges Kupfer mit mindestens 3 Gew.-% Tellur oder silbertelluridhaltiges Silber mit mindestens 3 Gew.-% Tellur oder bleitelluridhaltiges Blei mit mindestens 3 Gew.% Tellur verwendet wird. h>
Die erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoffe lassen sich mit herkömmlichen Hartloten (z. B. AgCu-Eutektikum) und Weichloten (z. B. SnPb) einwandfrei mit den Stromzuführungen verlöten. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz hoher Festigkeit der Lötung, wobei mindestens die Festigkeit der Tränksubstanz erreicht werden kann, ein Verschweißen der Kontaktstücke nach Schaltbeanspruchung nicht eintritt Dieser Widerspruch beruht darauf, daß der zeitliche Ablauf der Wärmebehandlung und die Temperaturbelastung beim Löten das Kupfertellurid, Silbertellurid oder Bleitellurid nicht zersetzt, so daß kein elementares Tellur gebildet wird. Dagegen führt der Lichtbogen bei Schaltbeanspruchung zu einer Zersetzung und Verdampfung des Kupfertellurids, Silbertellurids oder Bleitellurids in die elementaren Bestandteile. Nach Erlöschen des Lichtbogens kondensieren die elementaren Metalle auf der Oberfläche der abgekühlten Kontaktstücke so schnell, daß keine Neubildung der entsprechenden Telluride möglich ist Das auf den Kontaktflächen filmartig niedergeschlagene Tellur bewirkt wegen seiner Sprödigkeit eine wirksame Herabsetzung der Sch -aeißkräfte und des Abreißstromes.
Anhand von Beispielen wird die Erfindung näher erläutert
Beispiel 1
Herstellung eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung WCu30Tel
Wolframpulver mit einer Korngröße < 100 μιτι wird mit einem Druck von 2943 bar (3 t/cm2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei Temperaturen zwischen 1900 bis 2000°C 1 Stunde lang zu einer Sintermatrix gesintert Diese Sintermatrix wird anschließend mit einer Tränksubstanz aus CujTe-haltigem Kupfer bei 1150° C unter Wasserstoffatmosphäre 20 min lang getränkt Die Tränksubstanz wurde durch Vakuumschmelzen einer Pulvermischung aus 97 Gew.% Kupfer und 3 Gew.% Tellur im abgedeckten Graphittiegel hergestellt Nach dem Tränkprozeß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa 133 · ΙΟ-4 mbar (ΙΟ-4 Torr) erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt.
Beispiel 2
Zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung WCu15Te 15 wird Wolframpulver mit einer Korngröße < 100 μπι mit einem Druck von 2943 bar (3 t/m2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei 1900 bis 20000C I Stunde lang zu einer Sintermatrix gesintert Diese Sintermatrix wird dann mit einer Tränksubstanz aus Cu2Te, das durch Vakuumschmelzen einer Pulvermischung aus 50 Gew.% Kupfer und 50 Gew.% Tellur im abgedeckten Grsphittiegel hergestellt wurde, bei einer Temperatur von I15O°C unter Wasserstoffatmosphäre 20 min lang getränkt. Nach dem Tränkproz«;ß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa 133· IO-«mbar (ΙΟ-4 Torr) erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt.
Beispiel 3
Zum Herstellen eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung MoAg25Tel wird ein Molybdänpulver mit einer Korngröße < 40 μπι mit einem Druck von 1471 bar (1,5 t/cm2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei einer Temperatur zwischen 1400 und 1700°C 1 Stunde lang zu einer Sintermatrix gesintert. Diese Sintermatrix wird dann mit einer Tränksubsianz aus einem AgjTe haltigen Silber bei 1000 untsr Wasserstoffatmosphäre 20 min lang getränkt. Die
Tränksubstanz wurde durch Vakuumschmelzen einer Pulvermischung aus 96Gew,% Silber und 4Gew,% Tellur im abgedeckten· Graphittiegei hergestellt. Nach dem Tränkprozeß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa 1,33 · I0-* mbar (10-* Torr) erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt
Beispiel 4
Zum Herstellen eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung WAgl5Te9 wird ein Wolframpulver mit einer Korngröße < 100 μπι mit einem Druck von 2943 bar (3 t/cm2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei 1900 bis 2000"C 1 Stunde lang zu einer Sintermatrix gesintert Diese Sintermatrix wird dann mit einer Tränksubstanz aus Ag2Te, die aus 63 Gew.% Ag und 37 Gew.% Te im abgedeckten Graphittiegel hergestellt wurde, bei JOOO0C unter Wasserstoffatmosphäre 20 min lang getränkt Nach dem Tränkprozeß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa 133 · ΙΟ-4 mbar (10—· Torr) erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt.
Beispiel 5
Zur Hersteilung eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung MoPb30Tel wird ein Molybdänpulver mit einer Korngröße < 40 μπι mit einem Druck von 1471 bar (1,5 t/cm2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei 1400 bis 17000C 1 Stunde lang zu einer Sintermatrix gesintert. Diese Sintermatrix wird dann mit einer Tränksubstanz aus einem PbTe-haltigen Blei unter Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 800°C 30 min lang getränkt Die Tränksubstanz wurde durch Vakuumschmelzen einer Pulvermischung aus 97,0 Gew.% Blei und 3 Gew.% Tellur im abgedeckten Graphittiegel hergestellt Nach dem Tränkprozeß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa ΙΟ-4 Torr erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt
Beispiel 6
Zum Herstellen eines Kontaktwerkstoffes der Zusammensetzung WPb25Tel5 wird ein Wolframpulver mit einer Korngröße < 100 μπι mit einem Druck von 2943 bar (3 t/cm2) gepreßt und anschließend im Vakuum bei 1900 bis 20000C zu einer Sintermatrix 1 Stunde lang gesintert Diese Sintermatrix wird anschließend mit einer Tränksubstanz aus PbTe, das durch Vakuumschmelzen einer Pulvermischung aus 62 Gew.-% Blei und 38 Gew.-% Tellur im abgedeckten Graphittiegel hergestellt wurde, unter Wasserstoffatmosphäre 30 min lang bei 1000° C getränkt Nach dem Tränkprozeß wird der Wasserstoff abgepumpt bis ein Vakuum von etwa 133 · 10-« mbar (ΙΟ-4 Torr) erreicht wird und danach der Werkstoff im Vakuum abgekühlt.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Durchdringungsverbundmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen, bestehend aus einer Sintermatrix aus Wolfram oder Molybdän, deren Poren mit einer Tränksubstanz getränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Tränksubstanz kupfertelluridhaltiges Kupfer mit mindestens 3 Gew.-% Tellur verwendet wird. ίο
2. Durchdringungsverbundmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen, bestehend aus einer Sintermatrix aus Wolfram oder Molybdän, deren Poren mit einer Tränksubstanz getränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als is Tränksu''stanz silbertelluridhaltiges Silber mit mindestens 3 Gew.-% Tellur verwendet wird.
3. Durchdringungsverbundmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter mit hohen Schaltzahlen, bestehend aus einer Sintermatrix aus Wolfram oder Molybdän, deren Poren mit einer Tränksubstanz getränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Tränksubstanz blciieüuridhaltiges Blei mil mindestens 3 Gew.-% Tellur verwendet wird.
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