DE2453918B2

DE2453918B2 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen kontaktstuecks

Info

Publication number: DE2453918B2
Application number: DE19742453918
Authority: DE
Inventors: Find; Andersen Niels Lervad; Nordborg Rotvel (Dänemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DK653473A; CA1029786A; CH614309A5; FR2253261B1; FR2253261A1; CH617289A5; DE2453918C3; DE2453918A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktstücks, bei dem auf einen elektrisch leitenden Kontaktkörper zur Bildung einer Kontaktfläche eine Schicht aus einem anderen leitenden Material als dem, aus dem der Kontaktkörper besteht, aufgebracht wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DT-OS 19 23 010) wird ein Schwachstromkontaktstück in der Weise hergestellt, daß auf einen Kontaktträger, der beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht, eine Kontaktschicht aus Ruthenium durch Kondensation aus der Gasphase niedergeschlagen wird. Hierfür benötigt man ein Vakuum von weniger als 1,33 · 10-' mbar(10-' mm Hg), insbesondere von weniger als 1,33 ■ 10-⁴mbar (10~⁴ mm Hg). Derartige Kontakte sind nur für geringe elektrische Leistungen geeignet und wegen der Verwendung des Edelmetalls verhältnismäßig teuer.

Es sind ferner gesinterte Kontaktstücke bekannt, die pulvermetallurgisch aus Metallcarbiden bzw. Metallnitriden hergestellt werden (US-PS 18 58 300, 21 80 956, 31 66 660,32 55 169, DT-PS 4 97 472, 5 54 931,6 22 522). Hierbei benötigt man verhältnismäßig viel Carbid oder Nitrid. Außerdem sind die Körper entweder porös, wodurch die wirksame Kontaktfläche verkleinert wird, oder die Poren sind durch ein zusätzliches Metall gefüllt. Dieses Metall hat einen geringeren Schmelzpunkt als das Carbid oder Nitrid, so daß man dessen Hitzebeständigkeit nicht ausnutzen kann. Außerdem ist das Metall in stärkerem Maße oxidationsgefährdet; diese Gefahr kann man nur durch Wahl eines edleren, aber teueren Metalls, wie Silber, vermindern.

Sodann ist es bekannt, elektrische Schichtwiderstände mit Hilfe eines pyrolytischen Verfahrens in der Weise herzustellen, daß Kohle-WMerstandsschichten aus kohlenstoffhaltigen Gasen, z. B. aus Benzindämpfen, aufgebracht werden (DT-AS 10 43 471, OE-PS 1 29 206) oder indem aus einer Mischung der Metalle der IV. und V. Gruppe des periodischen Systems bestehende Schichten durch Niederschlagung der Oxide aus einem dampfförmigen, ein oxidierendes Gas enthaltenden Halogeniden auf einen erhitzten Träger und durch Behandlung der so gebildeten Oxide mit einem Stickstoff abgebenden Gas erzeugt werden (DT-PS 1097 533).

Es besteht häufig die Forcierung, Kontaktstücke in Geräten zu verwenden, wo sie hohen Stromstärken und der Bildung von Lichtbögen ausgesetzt sind. Dabei hesteht die Gefahr einer Verschweißung mit den

Gegenkontaktstücken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktstücks der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das billige Kontaktstücke ergibt, die an der Kontaktftiche eine hohe Hitzebeständigkeit und eine geringe Neigung zur Oxidation haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktkörper in einer Atmosphäre, die

ίο Halogenide der Übergangsmetalle Titan, Wolfram, Niobium, Tantal oder Hafnium sowie Methan und/oder Wasserstoff plus Stickstoff enthält, angeordnet und einer solchen Temperatur ausgesetzt wird, daß sich an ihm Obergangsmetallcarbide und/oder -nitride bilden.

Bei einem derartigen Kontakt ist die Kontaktfläche durchgehend mit einer Schicht aus einem Übergangsmetallcarbid oder -nitrid versehen. Da diese Schicht verhältnismäßig dünn sein kann, ist der Materialaufwand gering. Daher ergibt sich ein entsprechend billiger

Kontakt. Diese Tatsache wird noch dadurch unterstützt, daß der Kontaktkörper im übrigen aus einem preiswerteren Material bestehen kann. Da die Schicht an der Kontaktfläche durchgehend ist, erzielt man auch durchgehend die gewünschte hohe Hitzebeständigkeit und die geringe Oxidationsneigung. Nach dem Verfahren läßt Sich auch eine Vielzahl der Kontaktkörper gemeinsam der erwähnten Atmosphäre und Temperatur aussetzen, was wiederum das Herstellungsverfahren verbilligt. Dazu trägt ferner bei, daß das Verfahren bei normalem atmosphärischem Druck durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematisch im Schnitt dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Das Kontaktstück 1 ist mittels eines Stutzens 2 mit einem Kontakthebel 3 vernietet. Das Kontaktstück besteht aus dem tragenden Kontaktkörper 4, der aus unedlem Metall hergestellt sein kann. Dieser tragende Kontaktkörper 4 hat mindestens an der Kontaktfläche 5 eine Oberflächenschicht 6, die auch die Seite 7 des Kontaktstücks 1 bedecken kann, jedoch nicht notwendigerweise bedecken muß. Die Kontaktflächenschicht 6 kann aus Übergangsmetallcarbiden und gegebenenfalls aus Mischungscarbiden bestehen, wodurch der hohe Schmelzpunkt des einen Carbids und die bessere Leitfähigkeit des anderen Carbids ausgenutzt werden können. Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn Mischungen von sowohl Carbiden als auch Nitriden vorhanden sind, da es einfach ist, auch diese in demselben Prozeß, und zwar dem Prozeß einer chemischen Dampfphasenabscheidung der betreffender. Oberflächenmaterialien herzustellen. An verwendbaren Materialien sind insbesondere Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Wolframcarbide (WC), Niobiumcarbide (NbC), Tantalcarbide und Hafniumcarbide oder -nitride zu nennen. Sie sind nur Beispiele von Materialien, die gute elektrische Leitfähigkeiten sowie hohe Schmelzpunkte besitzen. Diese Materialien sind besonders vorteilhaft, wenn es sich um stöchiometrische Mischungen handelt, schließen jedoch nicht aus, daß kleinere Defizite an Kohlenstoff oder Stickstoff entstehen können.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Aufbringung dieser Oberflächenschichten besteht darin, daß man mit Hilfe

os von Ventilen über bzw. durch feste oder flüssige Verbindungen von Übergangsmetallhalogeniden Gase leitet und die dadurch entstandene Gasmischung über Kontaktkörper, die auf eine passende Temperatur, z. B.

erhitzt sind oder werden, strömen läßt, wobei diese Gasatmosphäre dekomponiert und am Kontaktkörper Obergangsmetailcarbide und/oder -nitride abscheidet Sind die den Obergangsmetallcarbiden zugeleiteten Gase ζ. B. reines H2, N2 und Cft« und sind die Übergangsmetallhalogenide in diesem Fall TiCU, so entsteht

TiO₅>2 H2 + V2 N₂-TiN+4 HCI,

und gleichzeitig bildet sich

TiCl₄-I-CH₄-TiC-M HCL

Während des Prozesses zeigt es sich, daß, wie vorstehend erwähnt, eine Mischung von Titannitrid sowie Titancarbid in der genannten Oberflächenschicht entsteht Dies ist indessen nur ein Beispiel eines solchen Prozeßverlaufs.

So kann in dem vorgenannten Prozeß bei einer Temperatur von ca 1000°C und einer ßehandlungszeit von 30 Minuten eine Schicht hergestellt werden, die eine Dicke von ca. 20 Mikrometer aufweist.

Ein anderes Herstellungsverfahren wäre die Aufbringung der Oberflächenschicht mittels Elektrophorese, ζ. B. in der Weise, wie sie zur Aufbringung solcher Schichten auf Schneidwerkzeugen aus Hartmetall angewandt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß man Tragmaterialien mit niedrigem Schmelzpunkt verwenden kann, während in dem obenerwähnten Prozeß Materialien benutzt werden müssen, deren Schmelzpunkt höher liegt als die gewählte Temperatur, auf die die Kontaktkörper erhitzt werden und die wiederum von der für die Dekomposition der Atmosphäre gewählten Temperatur in dem Ofen, in dem die Fällung der Übergangsmetallnitride oder -carbide stattfindet, abhängig ist. Die durch Elektrophorese hergestellte Oberflächenschicht läßt sich gegebenenfalls qualitiv verbessern, wenn sie einer anschließenden Wärmebehandlung unterzogen wird. Dadurch entsteht zwischen den einzelnen Carbiden und/oder Nitriden und dem Tragmaterial eine bessere Bindung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktstücks, bei dem auf einen elektrisch leitenden Kontaktkörper zur Bildung einer Kontaktfläche eine Schicht aus einem anderen leitenden Material als dem, aus dem der Kontaktkörper besteht, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper (4) in einer Atmosphäre, die Halogenide der Obergangsmetalle Titan, Wolfram, Niobium, Tantal oder Hafnium sowie Methan und/oder Wasserstoff plus Stickstoff enthält, angeordnet und einer solchen Temperatur ausgesetzt wird, daß sich an ihm Übergengsmetallcarbide und/oder -nitride bilden.