DE2411322C2

DE2411322C2 - Silber-Metalloxid-Werkstoff für elektrische Kontakte

Info

Publication number: DE2411322C2
Application number: DE2411322A
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1974-03-09
Publication date: 1984-10-18
Also published as: FR2222448B1; US3874941A; GB1438044A; FR2222448A1; CA1005664A; DE2411322A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Silber-Metalloxid-Werkstoff für elektrische Kontakte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Kontaktwerkstoff der genannten Art ist aus der DE-AS 10 33 815 bekannt geworden, der durch innere

Oxidation herstellbar ist. Als Grundmetall für einen derartigen Verbundwerkstoff kann unter anderem Silber verwendet werden. Als Lösungsmetallelemente kommen dabei neben einer Vielzahl vorgeschlagener Elemente unter anderem auch die Elemente Indium und/oder Zinn in Frage. Da diese Kontaktwerkstoffe schlecht lötbar sind, soll gemäß dieser Druckschrift die Lotbarkeit durch ungleichförmige Oxidaiiun verbessert werden.

Eine solche Aufgabenstellung ist aber sehr speziell und entspricht nicht der üblichen Aufgabenstellung zur

Herstellung elektrischer Kontakte, bei denen üblicherweise eine völlig durchgehende gleichförmige innere Struktur, also eine völlig durchgehende innere Oxidation erzielt werden solL Ob und gegebenenfalls in weichen Mengen unter anderem auch Zinn und/oder Indium zu verwenden sind, um die Kontakteigenschaften bereits bekannter Verbundstoffe für elektrische Kontakte zu verbessern, ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aus einer gegenüber dem Anmeldetag der obigen Patentanmeldung späteren Veröffentlichung in dem Sonderdruck »DODUCO-Information — Untersuchungen an Silber-Metalloxid-Verbundwerkstoffen für elektrische Kontakte« im Jahre 1967 ist zu entnehmen, daß beispielsweise bei Silber-Zinn-Legierungen bei oxidierenjo der Glühung störende zusammenhängende Oxidzonen auftreten, die eine gleichmäßige innere Oxidation und feinkörnige Ausscheidung der betreffenden Oxide verhindern. Pulvermetallurgisch lassen sich jedoch Silber-Zinnoxide mit Gehalten von etwa 5—10% Oxid dagegen in dichter und duktiler Form feinkörnig und gleichmäßigherstellen.

Eine Untersuchung von Silber-Indium-Legierungen, die mittels innerer Oxidation hergestellt wurden, ist auch

J5 aus der »Zeitschrift für Metallkunde«. 1959. Heft 1. Seiten 31—35 bekannt geworden. Daraus ist insbesondere aus Seile 33 zu entnehmen, daß bei einer Indiumkonzenlration über 5% die Dicke der inneren Oxidationszonen ungleichmäßig werden, und daß mit steigendem Indiumgehalt diese Behinderung stärker wird. Die Zone, die sich bei einem Anteil von 10% Indium nach dem Glühen ausbildet, ist dabei kaum noch zu erkennen.

Ein durch innere Oxidation hergestellter Silber-Metalloxid-Werkstoff ist auch aus dem Buch »Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte« von H. Schreiner. Springer-Verlag. 1964. Seilen 12 und 164—167 bekannt geworden, der einen Anteil aus Kadmiumoxid enthält. Ein derartiger Werkstoff für elektrische Kontakte hat bisher häufige Verwendung gefunden, weil diese elektrischen Kontaktwerkstoffe einen relativ gleichmäßigen kleinen Übergangswiderstand, eine geringe Schweißneigung und eine hohe Bogenerosionsfestigkeit aufweisen. Dennoch werden diese positiven Eigenschaften nicht immer als ausreichend gut erachtet. Vor allem aber ist auch die Verwendung von Kadmium aufgrund seiner stark giftigen Dämpfe für die bei der Herstellung der Werkstoffe beteiligten Arbeiter gesundheitsschädlich. Darüber hinaus sind in dieser Druckschrift auch Kontaktmaterialien, die zwei verschiedene Metalloxide enthalten, genannt. Ein Hinweis auf deren Herstellung durch innere Oxidation fehlt.

Aus der DE-AS 11 53 178 ist zur Verbesserung der Formbarkeit insbesondere von Silber-K~dmiumoxid-■>o Werkstoffen lediglich zu entnehmen, daß vor der Oxidation Zusätze von 0.001 bis 1% Nickel, Eisen, Molybdän, Kobalt.Chrom.Titan und/oder Vanadium zugegeben werden können.

Aus dem Buch von A. Keil »Werkstoffe für elektrische Kontakte«. Springer Verlag, I960, Seiten 184/185 sind Werkstoffe für elektrische Kontakte auf der Grundlage Ag/CdO und Ag/SnO2 bekannt geworden, die durch Mischen von Pulvern. Pressen und Sintern hergestellt werden. Aus diesem Buch ist nur zu entnehmen, daß Ϊ5 !ediglich im Falle des Cadmiums der Werkstoff auch mittels innerer Oxidation hergestellt werden kann.

Darüber hinaus ist aus der DE-PS 10 50 551 ein Verfahren zur Herstellung eines auf pulvermetallurgischem Wege zu verarbeitenden Verbundwerkstoffes auf Silber-Cadmiumoxid-Basis bekannt geworden. Bedarfsweise kann Kadmiumoxid durch andere Oxide ersetzt werden.

Auch aus der US-PS 36 94 197 ist ein Kontaktwerkstoff auf der Basis von Cadmiumoxid vorbekannt. Durch w) Zusätze zu dem Cadmium von einem oder mehreren der nachfolgenden Elemente Gallium, Indium, Thallium, Berylium. Antimon, Scandium, sowie ferner Strontium. Ytrium und Cerium sollen die Kontakteigenschaften verbessert werden. Als weiteres Zusatzelement kommt auch Zinn in Frage.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere in Bezug auf Verschweißungsfcstigkcit verbesserten cadmiumfreien Werkstoff für elektrische Kontakte zu schaffen, ohne dessen Abfi5 brandverhalten zu verschlechtern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruches I angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Weilerbildung nach dem Patentanspruch 2 läßt sich insbesondere bei einem Anteil von mehr als 2,5 Gew.-% Zinn eine weitere Verbesserung des Abbrandverhaltens erzielen. Besonders günstig und bevorzugt ist

das Merkmal des Patentanspruches 2 bei einem Werkstoff anzuwenden, welcher einen Gehalt an Indium und Zinn aufweist, wie dies Gegenstand des Patentanspruchs 3 ist. Die Erfindung ist nachstehend anhand von zwei Beispielen und Vergleichstabellen näher erläutert

Beispiel 1

Es wurden Metallwerkstoffe mit den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen zu Platten geschmolzen, Jie an ihren rückwärtigen Rächen mit Silber beschichtet wurden. Diese Proben, welche 6 nm Durchmesser und 1,5 mm Dicke aufweisen, wurden einer inneren Oxidation bei etwa 700⁰C unter einem Druck von 3 bar Sauerstoff ausgesetzt Die Proben wurden hinsichtlich Härte, Abbrand und Verschweißungsfestigkeit untersucht Es ergibt sich hierbei, daß der gleiche Wert der Verschweißungsfestigkeit wie bei einer Ag-CdO-Legierung mit vergleichbarer Zusammensetzung erhalten werden könnte, indem 0,5 bis Z5 Gew.-% Sn zugegeben werden und daß die stabilen Indiumoxide durch Oxidation von Indium mit diesf-r Menge von Sn erhalten werden könnten. Diese Ergebnisse zeigen, daß ein Ag—In-Werkstoff in günstiger Weise anstelle eines Ag— CdO-Werkstoffes verwendet werden kann, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß Cd giftig ist und Umweltschutzmaßnahmen erfordert

Die Abbrandwerte von Tabelle I wurden unter folgenden Bedingungen gemessen:

Spannung 210 V; Strom 50 A; Leistungsfaktor der Stromkreisreaktanz 0,2; Betriebsfrequenz 1 Hz; Gesamtbetriebsvorgänge: 10 000; Kontaktkraft ca. 4 N (400 p); Öffnungskraft ca. 6 N (600 p).

Der Strom in der Tabelle 1. bei welchem ein Verschweißungsvorgang in den Proben auftrat, wurde unter folgenden Bedingungen gemessen:

Kontaktkraft ca. 4 N (400 p); der Entladungsstrom wurde bei Entladespannungen von 10,20.30.40,50... V gemessen, wobei sich die maximalen Entladeströme in Amper aus dem Produkt aus 28,6mal der entsprechenden Entladungsspannung ergeben.

Beispiel 2

Ein weiterer Vtrgleichsversuch wurde hinsichtlich der Verschweißungsfestigkeit der bekannten Silber-Kadmium- und Silber-Indium-Oxidwer>.stoffe durchgeführt. Der Werkstoff nach der vorliegenden Erfindung wurde hierbei hergestellt, indem die innere Oxidation mit einem Material bestehend aus 8—12% indium, 2,6—5% Sn und weniger als 0,5 Gew.-% der Eier snte der Eisengruppe, Rest Silber, durchgeführt wurde. Die Ergebnisse des Versuches sind in der Tabelle 2 niedergelegt.

Die Versuchsbedingungen für die Meßwerte der Tabelle 2 waren wie folgt:

Spannung: 200 V; Anfangsstrom:5 700A;
Kontaktkraft ca.: 2 N (200 p).

Das Auftreten der Verschweißung wurde zwanzigmal für fünf Exemplare jeder Probe gemessen. Die Proben (3) und (4) in der Tabelle 2 stellen Werkstoffe dar, die duroh innere Oxidation einer Platte von 6 mm Durchmesser und 2 mm Dicke erhalten wurden.

Tabelle 1

Probe	Härte	Abbrand	Strom (A) für
(Legierungsbeslandteile)	(Rockwell-F)	(mg)	das Auftreten
			einer VerschwciBung
Ag-Cd 10%	50	8,0	3000
Ag-In 10%	70	10,0	2000
Ag-Cd 10%, Ni 0,2%	45	6.0	2000
Ag-In 10%, Ni 0,2%	65	8,5	2000
Ag-Cd 10%, Sn 2%, Co 0,1 %	80	8,5	6000
Ag-In 10%, Sn 2%. Co 0,1%	80	8.0	6000
Ag-In 6%, Sn 5%	86	8,2	6000
Tabelle 2
Probe		Anzahl der Verschweißungsvorgänge

(1) Ag-Cd 15%

(2) Ag-In 12%

(3) Ag-In 10%, Sn 3%, Ni 0,2%

(4) Ag-In 6%, Sn 5%

50 55 60 65

Claims

Patentansprüche:

1. Silber-Metalloxid-Werkstoff aus einer innerlich oxidierten Legierung, für elektrische Kontakte, mit einem Gehalt an Zinnoxid und Indiumoxid, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Indiumanteil von 6 bis 12 Gew.-% und einen Zinnanteil von 0.5 bis 5 Gew.-°/o. Rest Silber, aufweist, ausgenommen eine Legierung mit einem Indiumanteil von 6 Gew.-% und einem Zinnantell von 5 Gew.-%.

2. Silber-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von weniger als 0.5 Gew.-% eines Elementes der Eisenfamilie.

3. Silber-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch Z gekennzeichnet durch einen Gehalt von vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% Indium und vorzugsweise 2.6 bis 5 Gew.-% Zinn.