DE2446634B1

DE2446634B1 - Zweischichten-sinterkontaktstueck fuer elektrische schaltgeraete

Info

Publication number: DE2446634B1
Application number: DE19742446634
Authority: DE
Inventors: Bernhard Rothkegel; Horst Prof Dr Techn Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1976-02-12
Also published as: JPS5161413A

Description

Das Entgasen der nachverdichteten Sinterkontaktstücke durch Vakuumglühung ist bei einer Reinsilberschicht nur bei Temperaturen um 6000 C möglich, bei höheren Glühtemperaturen tritt Blasenbildung auf; dadurch sind lange Glühzeiten erforderlich. Bei Verwendung einer dispersionsgehärteten Silberschicht kann eine höhere Glühtemperatur bis 8000 C verwen- det werden, ohne daß Blasen auftreten. Zum Entgasen genügen kürzere Glühzeiten. Je höher die Glühtemperatur ist, um so geringer ist die Feuchtigkeitsaufnahme bei der Lagerung der Kontaktstücke.
Beispiel 2 Kontaktstück mit einer Kontaktschicht aus AgC4 und einer Trägerschicht aus AgWC 0,6.
Die Kontaktschicht besteht aus einer Pulvermischung aus Elektrolyse-Silberpulver der Teilchengröße <60 iim, Graphitpulver der Teilchengröße < 10 llm. Die Trägerschicht besteht aus einer Pulvermischung aus Elektrolyse-Silberpulver der Teilchengröße < 60 Fm und WC-Pulver der Teilchengröße <10 Fm. Zur Erzielung guter Fließeigenschaften beider Pulvermischungen wird eine thermische Granulation durchgeführt, damit eine Verarbeitung der Pulver auf automatischen Pressen möglich ist. Die beiden Pulverschichten werden in einer Matrize übereinander gefüllt. Die Füllhöhen werden nach der gewünschten Schichtdicke im Kontaktstück und dem Füllfaktor der Pulver eingestellt. Der Preßdruck betrug 400 MN/m2, die Sinterung erfolgte bei 8800 C während 1 Stunde in Stickstoff. Das Warmnachverdichten der Kontaktstücke erfolgte nach Vorwärmen auf 7500 C mit einem Preßdruck von 600 MN/m2.
Beim Hartauflöten der Kontaktstücke auf die Kupfer- träger, wie im Beispiel 1, traten keine Blasen im Kontaktstück auf. Die Lötfiäche hatte einen Bindeanteil von > 70/0.
Beispiel 3 Kontaktstück mit einer Kontaktschicht aus AgNil 5C2,5 und einer Trägerschicht aus CuTiC0,8.
Die Kontaktschicht besteht aus einer Pulvermischung aus Elektrolyse-Silberpulver der Teilchengröße <60 iim, Carbonyl-Nickel-Pulver der Teilchengröße <15 Zm und Graphitpulver der Teilchengröße < 10 Fm. Die Trägerschicht besteht aus einer Pulvermischung aus Elektrolyse-Kupferpulver der Teilchengröße ( 100 cm und TiC-Pulver der Teilchengröße <10 llm. Zur Erzielung guter Fließeigenschaften werden beide Pulvermischungen thermisch granuliert. Die beiden Pulverschichten werden in einer Matrize übereinander gefüllt. Die Füllhöhen werden nach der gewünschten Schichtdicke im Kontaktstück und dem Füllfaktor der Pulver eingestellt.
Der Preßdruck betrug 400 MNim2, die Sinterung erfolgte bei 7500 C während 1 Stunde in Stickstoff. Das Nachverdichten erfolgte mit einem Preßdruck von 600MN/m2. Beim Hartauflöten der Kontaktstücke auf die Kupferträger traten, wie beim Beispiel 1, keine Blasen im Kontaktstück auf. Die Lötfläche hatte einen Bindeanteil von > 70pro.

Claims

Patentansprüche: 1. Zweischichten-Sinterkontaktstück für elektrische Schaltgeräte, insbesondere Niederspannungsschaltgeräte, bestehend aus einer Kontaktschicht aus Silber mit darin feinverteiltem Graphit zwischen 1 und 10 <)/o oder aus Silber-Metall-Graphit, wie Silber-Nickel-Graphit, und einer gut löt-bzw. schweißfähigen Trägerschicht auf der Verbindungsseite des Kontaktstückes mit einem Trägermetall, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus einem dispersionsgehärteten Metall mit einem thermisch beständigen Metalloxid oder Metallkarbid als Härtungszusatz besteht.
2. Zweischichten-Sinterkontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus dispersionsgehärtetem Silber besteht.
3. Zweischichten-Sinterkontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus dispersionsgehärtetem Kupfer besteht.
4. Zweischichten-Sinterkontaktstück nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Oxid eines der Metalle Magnesium, Kalzium, Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, Chrom, Eisen, Kobalt oder Nickel als Härtungszusatz.
5. Zweischichten-Sinterkontaktstück nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Karbid eines der Metalle Wolfram, Titan, Zirkonium oder Chrom als Härtungszusatz.

Die Erfindung bezieht sich atif ein Zweischichten-Sinterkontaktstück für elektrische Schaltgeräte, insbesondere Niederspannungsschaltgeräte, bestehend aus einer Kontaktschicht aus Silber mit darin feinverteiltem Graphit zwischen 1 und 10106/o oder aus Silber-Metall-Graphit, wie Silber-Nickel-Graphit, und einer gut löt- bzw. schweißfähigen Trägerschicht.

Bei Silber-Graphit und Silber-Metall-Graphit-Kontaktwerkstoffen, z. B. Silber-Nickel-Graphit-Kontaktwerkstoffen, mit einer Reinsilberschicht auf der lötfähigen Seite des Kontaktstückes besteht die Schwierigkeit der Blasenbildung in der Kontaktschicht und zwischen der Kontakt- und Trägerschicht beim Hartlöten mit dem Trägermetall, insbesondere bei dem bei kurzen Lottaktzeiten auftretenden steilen Temperaturgradienten.

Bei der pulvermetallurgischen Herstellung der Zweischichten-Kontaktstücke, z. B. aus einer Ag-Ni-C-Pulvermischung für die Kontaktschicht und eines granulierten, fließfähigen Reinsilberpulvers für die Trägerschicht, ist die Höhe des Preßdruckes durch die Reinsilberschicht auf den Druckbereich A: 400 MN/m2 begrenzt. Höhere Preßdrucke würden zwar eine höhere Dichte im Zweischichten-Preßkörper erzielen, bei der darauffolgenden Sinterung würden jedoch Blasen in der Silberschicht entstehen. Bei Preßdrucken zwischen 300 und 400 MN/m2 ist auch eine Grenze in der Höhe der Sintertemperatur mit etwa 8200 C gegeben. Eine darüberliegende Sintertemperatur wäre an sich wünschenswert zur Verfestigung während der Sinterung, jedoch treten auch dabei Blasen in der Silberschicht und fallweise auch in der Kontaktschicht auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei den genannten Zweischichten-Sinterkontaktstücken diese Blasenbildung zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Trägerschicht aus einem dispersionsgehärteten Metall mit einem thermisch beständigen Metalloxid oder Metallkarbid als Härtungszusatz besteht.

Das Grundmetall für die Trägerschicht besteht vorzugsweise aus Silber oder Kupfer. Der Metalloxidzusatz zu dem Grundmetall der Trägerschicht kann aus einem Oxid der Metalle Magnesium, Kalzium, Aluminium, Silizium, Titan, Chrom, Eisen, Kobalt oder Nickel bestehen. Als thermisch beständige Karbide sind z. B. Wolframkarbid, Titankarbid, Zirkoniumkarbid oder Chromkarbid geeignet.

An Hand der Zeichnung und der Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Kontaktstück mit der Kontaktschicht 1 und der Trägerschicht 2, die hier als Träger ausgebildet ist.

Beispiel 1 Kontaktstück mit einer Kontaktschicht aus AgNilOC3 und einer Trägerschicht aus AgNiO 0,2.

Die Kontaktschicht besteht aus einer Pulvermischung aus Elektrolyse-Silberpulver der Teilchengröße < 60 llm, Karbonyl-Nickel-Pulver der Teilchengröße l51lm und Graphit-Pulver der Teilchengröße < 10 llm. Das AgNiO-Pulver wird durch Verdüsen einer AgNi-Schmelze erhalten. Die Teilchengröße liegt bei <200 llm. Das AgNi-Verdüsungspulver wird bei 8000 C an Luft vollständig innenoxidiert. Dafür ist eine Glühdauer von etwa 1 Stunde ausreichend. Durch feine NiO-Ausscheidungen im Silbergitter entsteht ein dispersionsgehärtetes AgNiO-Pulver. Es besitzt sehr gute Fließeigenschaften. Die Fließdauer im 60°-Trichter mit 4 mm Düsendurchmesser beträgt 20Sekunden/100g. Gegenüber dem bisher verwendeten Reinsilberpulver ist keine Granulation erforderlich. Die beiden Pulverschichten wurden in einer Matrize übereinandergefüllt. Die Füllhöhen wurden nach der gewünschten Schichtdicke im Kontaktstück und dem Füllfaktor der Pulver eingestellt. Der Preßdruck betrug 400MN/m2, die Sinterung erfolgte bei 8800 C während 1 Stunde in Stickstoff. Das Nachverdichten erfolgte mit 600 MN/m2.

Beim Hartauflöten der Kontaktstücke auf die Kupferträger mit L Ag 40 Cd traten keine Blasen im Kontaktstück auf. Die Lötfläche hatte einen Bindeanteil von> 70 <)/o.

Mit dispersionsgehärtetem Silber oder dispersionsgehärtetem Kupferpulver für die Trägerschicht ist ein höherer Preßdruck möglich, ohne daß bei der darauffolgenden Sinterung in der Silber- bzw. Kupfer- oder Kontaktschicht Blasen entstehen.