DE2363444C3

DE2363444C3 - Electrical switching contact for inert gas relay

Info

Publication number: DE2363444C3
Application number: DE19732363444
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. Dr. 8021 Hohenschäftlarn; Reichelt Walter Dipl.-Phys. Dr. 6450 Hanau Lohse
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1976-08-26

Description

ger (1) aus Nickel, Eisen-Nickel oder Kupfer-Nik- 35 die beiden Schaltstücke zueinander etwas verkantet kel-Zink zunächst eine Deckschicht (3) und darauf sind. In diesem Fall wird die Zerstörung der Edelmetallalternierend Kontaktschicht (4) und Deckschicht (3) deckschicht auf Grund der hohen lokalen Beanspruaufgebracht sind. chung an der Kontaktstelle noch beschleunigt. Solcheger (1) made of nickel, iron-nickel or copper-Nik- 35 the two contact pieces are slightly canted to each other kel zinc first a top layer (3) and on it. In this case, the destruction of the precious metal becomes alternate Contact layer (4) and cover layer (3) cover layer applied due to the high local stress are. at the point of contact is accelerated. Such

5. Schaltkontakt nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- Verkantungen der Kontaktstücke lassen sich auf Grund durch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Ein- 40 von Fertigungstoleranzen nie völlig vermeiden, dringtiefe durch Diffusion von Kontakt- und/oder Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen elektri-Deckschicht-Werkstoff wenigstens 0,5 μιη beträgt. sehen Schaltkontakt für Schutzgasrelais insbesondere5. Switching contact according to claims 1 to 4, since canting of the contact pieces can be due to characterized in that the mutual one-40 of manufacturing tolerances never completely avoid, penetration depth through diffusion of contact and / or the object of the invention is to provide an electrical cover layer material is at least 0.5 μm. see switching contact for inert gas relays in particular

6. Schaltkontakt nach einem oder mehreren der in der Schwachstromtechnik zu schaffen, welcher wähvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- rend seiner Lebensdauer eine hohe Konstanz des Konnet, daß zwischen dem Kontaktträger (1) und der 45 taktwiderstandes aufweist, die Materialwanderungsversandwichartigen Schichtanordnung eine die Diffu- luste begrenzt und der Schweißneigung der Kontaktsion von Nickel und/oder Eisen hemmende Sperr- stücke entgegenwirkt.6. To create a switch contact according to one or more of the low-voltage technology, whichever previous one Claims, characterized by its service life, a high degree of constancy of the Konnet, that between the contact carrier (1) and the 45 has clock resistance, the material migration shipping sandwich-like Layer arrangement that limits the diffusion and the tendency of the contact ion to weld counteracts locking pieces inhibiting nickel and / or iron.

schicht (2) angeordnet ist. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da-layer (2) is arranged. According to the invention, this object is achieved by

7. Schaltkontakt nach einem oder mehreren der durch, daß in Sandwich-Art mehrere aus Kontaktvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 50 schicht und Deckschicht bestehende Doppelschichten net, daß an den Grenzen Kontaktschicht und Deck- übereinander angeordnet sind mit der Maßgabe, daß7. Switching contact according to one or more of the by that in sandwich manner several from previous contacts Claims, characterized thereby, double layers consisting of 50 layer and top layer net that at the boundaries contact layer and cover are arranged one above the other with the proviso that

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die Gesamtdicke dieser Schichtanordnung 100 μπι nicht übersteigt, wobei das Dickenverhältnis zwischen Kontaktschicht und Deckschicht im Bereich zwischen 1 :1 und 10:1 beträgt.the total thickness of this layer arrangement 100 μπι does not exceed, the thickness ratio between contact layer and cover layer in the range is between 1: 1 and 10: 1.

2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kontaktschicht (4) und die der Deckschicht (3) zwischen 0,5 und 5 μιη beträgt.2. Switching contact according to claim 1, characterized in that the thickness of the contact layer (4) and that of the cover layer (3) is between 0.5 and 5 μm.

3. Schaltkontakt nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelschichten (5) unterschiedliche Dicke aufweisen.3. Switching contact according to claims 1 and / or 2, characterized in that the double layers (5) have different thicknesses.

4. Schaltkontakte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Kontaktträ-4. Switching contacts according to claims 1 to 3, characterized in that on a Kontaktträ-

schicht kontinuierlich ineinander übergehen.layer continuously merge into one another.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt für Schutzgasrelais, der einen Kontaktträger aus einem Nickel und/oder Eisen enthaltenden Werkstoff aufweist, insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie eine Eisen-Nickel-Legierung, und eine vorzugsweise durch Kondensation aus der Gasphase erzeugte Kontaktschicht besitzt, die aus einem refrakdie oberste Schicht immer eine Deckschicht ist und die Gesamtdicke dieser Schichtanordnung 100 μπι nicht übersteigt, wobei das Dickenverhältnis zwischen Kontaktschicht und Deckschicht im Bereich zwischen 1 :1 und 10:1 beträgt.The invention relates to an electrical switching contact for inert gas relays, which consists of a contact carrier a material containing nickel and / or iron, in particular made of a soft magnetic material Material like an iron-nickel alloy, and one preferably by condensation from the gas phase has generated contact layer, which is always a top layer from a refrakdie top layer and the The total thickness of this layer arrangement does not exceed 100 μm, the thickness ratio between the contact layer and top layer is in the range between 1: 1 and 10: 1.

Kontakte, bei denen an den Grenzen Kontaktschicht und Deckschicht kontinuierlich ineinander übergehen, haben sich bewährt.Contacts in which the contact layer and cover layer continuously merge into one another at the boundaries, have proven themselves.

Diese Schichtanordnung der erfindungsgemäßen Schaltkontakte hat den Vorteil, daß sie die guten Kontakteigenschaften der refraktären Metalle, z. B. des Wolframs, Molybdäns und Rheniums, oder einer Basislegierung eines dieser Metalle, wie hohe Lichtbogenbe-This layer arrangement of the switching contacts according to the invention has the advantage that it has the good contact properties the refractory metals, e.g. B. of tungsten, molybdenum and rhenium, or a base alloy one of these metals, such as high arcing

tären Metall aus der Gruppe Molybdän. Wolfram undtary metal from the group molybdenum. Tungsten and

Rhenium oder einer Basislegierung eines dieser Metalle ⁶5 ständigkeit, d. h. geringer Abstand, geringe Schweiß besteht, und auf die eine Deckschicht aus einem Edel- und Klebeneigung, mit den guten Kontakteigenschafmetall aus der Gruppe Gold, Silber oder einem Metall ten der Edelmetalle, z. B. des Golds, Silbers oder eines der Platingruppe oder einer Basislegierung eines dieser Metalls der Platingruppe, oder einer BasisleEierungRhenium or a base alloy of one of these metals ⁶ 5 resistance, ie short distance, little sweat, and on which a cover layer of a noble and adhesive tendency, with the good contact properties from the group of gold, silver or a metal th of the noble metals, z. B. of gold, silver or one of the platinum group or a base alloy of one of these metals of the platinum group, or a base alloy

eines dieser Edelmetalle, wie dem niedrigen Kontaktwiderstand verbindet, ohne daß die den jeweiligen Metallen oder ihren Legierungen eigenen ungünstigen Eigenschaften hervortreten.one of these precious metals, such as the low contact resistance, connects without affecting the respective metals or their alloys have their own unfavorable properties.

Erfindungsgemäße Kontakte haben noch den weiteren Vorteil, daß selbst bei Verkanten des Kontaktes, was nicht ganz ausgeschlossen werden kann, die den Kontaktwiderstand erniedrigende Wirkung der Edelmetalle oder Edelmetallbasis-Legierung erhalten bleibt.Contacts according to the invention have the further advantage that even if the contact is tilted, what cannot be completely ruled out is the effect of the noble metals, which lowers the contact resistance or precious metal-based alloy is retained.

Durch den sandwichartigen Aufbau des erfindungsgemäßen Schaltkontaktes, bei dem auf je eine refraktäre Metallschicht eine Edelmetallschicht folgt, wird eine hohe Widerstafidskonstanz mit hoher Gleichmäßigkeit über die Lebensdauer erreicht.Due to the sandwich-like structure of the switching contact according to the invention, in which one refractory each If a metal layer is followed by a noble metal layer, a high resistance constancy with high uniformity is achieved reached over the service life.

Die Schichtanordnung der erfindungsgemäßen Schaltkontakte steht im Gegensatz zu zahlreichen Versuchen, die auch in der Patentliteratur ihren Niederschlag gefunden haben, bei denen Edelmetall- und refraktäre Metallteilchen miteinander vermengt werden, so daß die eine Teilchenart die andere vollkommen umschließt. Die praktischen Erfahrungen beim Einsatz solcher Kontakte über längere Zeit haben keine positiven Ergebnisse gezeitigt, was auch einzusehen ist, da die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten örtlich — die Kontaktflächen sind ja relativ klein — zu stark in Erscheinung treten. Bei der Lösung gemäß vorliegender Erfindung ist dies nicht der Fall, da in Richtung senkrecht zu den Stromlinien der Werkstoff homogen ist und nur gerade bis zu dem gewünschten Maße mit der zweiten Komponente durchsetzt ist.The layer arrangement of the switching contacts according to the invention is in contrast to numerous attempts which have also found their expression in the patent literature, in which precious metal and refractory Metal particles are mixed together so that one type of particle completely surrounds the other. The practical experiences with the use of such contacts over a longer period of time have not been positive Results are shown, which can also be seen as the specific properties of the individual components locally - the contact areas are relatively small - appear too strong. With the solution according to In the present invention, this is not the case, since the material is in the direction perpendicular to the streamlines is homogeneous and is only permeated with the second component to the desired extent.

Bewährt hat sich eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakte, bei denen die Dicke der Kontaktschicht und der Deckschicht /wischen 0,5 und 5 μιη beträgt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Doppelschichten unterschiedliche Dicke aufweisen, weil relativ geringe Schichtdicken von Edelmetallen genügen, um den Anstieg des Kontaktwiderstandes mit der Lebensdauer zu vermeiden.Such a design of the electrical switching contacts according to the invention, in which the thickness of the contact layer and the cover layer / between 0.5 and 5 μm. As particularly beneficial it has been found that the double layers have different thicknesses because they are relatively small Layer thicknesses of precious metals are sufficient to increase the contact resistance with the service life avoid.

Bewährt hat sich auch bei dem erfindungsgemäßen Schaltkontakt, daß auf einem Kontaktträger aus Nikkei-Eisen, Kupfer-Zinn oder Kupfer-Nickel-Zink zunächst eine Deckschicht und darauf alternierend Kontaktschicht und Deckschicht aufgebracht sind.It has also proven itself in the switching contact according to the invention that on a contact carrier made of Nikkei iron, Copper-tin or copper-nickel-zinc first a cover layer and then alternately a contact layer and top layer are applied.

Besonders bewährt hat es sich, daß beim erfindungsgemäßen Schaltkontakt zwischen dem Kontaktträger und der sandwichartigen Schichtanordnung eine die Diffusion von Nickel und/oder Eisen hemmende Sperrschicht angeordnet ist.It has proven particularly useful that in the case of the invention Switching contact between the contact carrier and the sandwich-like layer arrangement a die Diffusion of nickel and / or iron inhibiting barrier layer is arranged.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung rein schematisch dargestellt und in der folgenden Beschreibung erläutert.An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawing and in the following Description explained.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, besteht der erfindungsgemäße Schaltkontakt aus einem Träger 1, der aus Nickel, Eisen-Nickel oder Kunfer-Nickel-Zink besteht. Auf dem Kontaktträger 1 ist die diffusionshcmmende Sperrschicht 2, welche insbesondere gegenüber Nickel, Eisen und Zink wirksam ist, aufgebracht. Auf diese Sperrschicht 2 ist zunächst eine Deckschicht 3 und darauf eine Kontaktschicht 4 aufgebracht. Der Aufbau ist derart, daß den Abschluß immer eine Deckschicht 3 bildet. Das Aufbringen der Schichten kann durch ein Gasplattierungsverfahren, wie Hochvakuumbedampfung, Plasmabedampfung oder Plasmazerstäubung erfolgen. Auch kann die Schichtanordnung auf dem Wege des Walzplattieren hergestellt werden. Bei anschließender Wärmebehandlung beträgt die gegenseitige Eindringtiefe von Kontakt- und/oder Deckschicht-Werkstoff durch Diffusion mindestens 0,5 μπι, bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C beträgt diese Eindringtiefe etwa 1 μηι nach fünf Minuten. Wenn die Einzelschichten etwa 1 μιη dick sind, ergibt das bei fünf Schichtpaaren eine Gesamtdicke des alternierenden Schichtpakets von 10 μιη. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäßen alternierenden Schichten 5 direkt auf dem Träger 1 aufzubringen. Zum Beispiel kann auf einem Eisen-Nickel-Träger zunächst eine Wolfram-Schicht und darauf eine Goldschicht durch Kondensation aus der Gasphase aufgebracht werden, und die alternierenden Doppelschichten 5 werden bis zur gewünschten Gesamtdicke in der angegebenen Folge abgeschieden. Dabei entsteht der beschriebene sandwichartige Aufbau. Die Gesamtdicke der Schichtanordnung wird 100 μπι nicht übersteigen, und das Dickenverhältnis zwischen Kontaktschicht und Deckschicht im Bereich zwischen 1 : 1 und 10:1 liegen. Der Übergang der einzelnen Schichten verläuft an den Grenzen zwischen Kontaktschicht 4 und Deckschicht 3 möglichst kontinuierlich. Die Dicke der Kontaktschicht 4 und diejenige der Deckschicht 3 liegt zwischen 0,5 und 5 μπι. Die Doppelschichten 5 können jedoch auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen.As can be seen from the drawing, the switching contact according to the invention consists of a carrier 1 which is made of nickel, iron-nickel or Kunfer-nickel-zinc. The diffusion-inhibiting barrier layer 2, which is particularly effective against nickel, iron and zinc, is applied to the contact carrier 1. A cover layer 3 and a contact layer 4 are applied to this barrier layer 2. The structure is such that a cover layer 3 always forms the end. The layers can be applied by a gas plating process, such as high vacuum vapor deposition, plasma vapor deposition or plasma sputtering. The layer arrangement can also be produced by roll cladding. During subsequent heat treatment, the mutual penetration of contact and / or outer layer material is μπι by diffusion at least 0.5, at a temperature of about 1000 ⁰ C, this penetration depth is about 1 μηι after five minutes. If the individual layers are approximately 1 μm thick, with five pairs of layers this results in a total thickness of the alternating layer package of 10 μm. However, it is also possible to apply the alternating layers 5 according to the invention directly to the carrier 1. For example, a tungsten layer and then a gold layer can be applied to an iron-nickel carrier by condensation from the gas phase, and the alternating double layers 5 are deposited in the specified sequence up to the desired total thickness. This creates the sandwich-like structure described. The total thickness of the layer arrangement will not exceed 100 μm, and the thickness ratio between contact layer and cover layer will be in the range between 1: 1 and 10: 1. The transition between the individual layers runs as continuously as possible at the boundaries between contact layer 4 and cover layer 3. The thickness of the contact layer 4 and that of the cover layer 3 is between 0.5 and 5 μm. However, the double layers 5 can also have a different thickness.

Durch geeignete Steuerung der Dampfdichte während der Herstellung von Kontakt- und Deckschicht durch Kondensation aus der Gasphase oder durch eine nachträgliche Diffusions-Wärmebehandlung kann eine Minoritälsdichtefunktion eingestellt werden, derart, daß bis etwa zur Hälfte der Dicke einer refraktären Kontaktschicht die Konzentration des Edelmetalls bis fast auf Null absinkt.By suitable control of the vapor density during the production of the contact and top layer by condensation from the gas phase or by a subsequent diffusion heat treatment, a Minority density function can be set such that up to about half the thickness of a refractory Contact layer the concentration of the precious metal drops to almost zero.

Bei der Herstellung der Schichtanordnung der erfindungsgemäßen Schaltkontakte ist darauf zu achten, daß sich an der Grenze zwischen der Schichtanordnung und dem Träger 1 wegen der besseren Haftfestigkeit Mischkristalle bilden. Jedoch ist die Bildung einer spröden Legierung oder einer intermetallischen Verbindung zu vermeiden. Wenn z. B. Molybdän oder Wolfram direkt auf Nickel-Eisen-Legierungen aufgebracht werden, haben sich Zwischenschichten aus Rhenium, Ruthenium oder Silber in einer Schichtdicke von wenigen μιη besonders bewährt.When producing the layer arrangement of the switching contacts according to the invention, care must be taken that at the boundary between the layer arrangement and the carrier 1 because of the better adhesive strength Form mixed crystals. However, the formation of a brittle alloy or an intermetallic compound is possible to avoid. If z. B. Molybdenum or tungsten are applied directly to nickel-iron alloys, have intermediate layers of rhenium, ruthenium or silver in a layer thickness of a few μιη particularly proven.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claims: Precious metals is applied. In known electrical switching contacts for protective gas relays in low-voltage technology, the contact resistance should be low over the service life, the contacts must not stick or weld, and the material transport rate should be kept within limits so that a long service life is achieved. The refractory metals tungsten, molybdenum and rhenium e.g. B. have high arc resistance and are non-sticky, but they do not have low contact resistance and this also increases with service life. The precious metals, on the other hand, have low resistance, but stick and weld, and the material transport rate is high. There is no element that simultaneously fulfills all the conditions required for such contact materials, and these conditions cannot be observed in practice even with mixed crystals. It has already been suggested (DT-OS

1. Electrical switching contact for inert gas relay,
the one contact carrier made of a nickel and / or 5
Has iron-containing material, in particular made of a soft magnetic material such as
an iron-nickel alloy, and one preferably
generated by condensation from the gas phase
Has contact layer, which consists of a refractory io
Metal from the group molybdenum, tungsten and
Rhenium or a base alloy of one of these metals, and on which a cover layer is made
a precious metal from the group gold, silver and
a platinum group metal or base metal
alloy of one of these precious metals is applied,
characterized in that a plurality of double layers (5) consisting of contact layer (4) and cover layer (3) are arranged one above the other in a sandwich manner with the proviso that 20 18 02 932). on a refractory metal a noble metal top layer is always a cover layer (3) and a layer to be applied that is so thin that sticking

or welding is largely avoided. This is particularly the case with layer thicknesses of 1 to 2 μm the case. With the confined switch contacts can be achieved over a certain period of time that the Contact resistance remains low without the contact pieces glue or weld. After a longer service life, however, material migration, Evaporation in an arc or mechanical stress, e.g. B. by impact or friction, the noble metal layer become more and more diluted, so that it finally loses its effect, and the contact becomes higher resistance.

This effect is particularly pronounced when