DE2458476A1

DE2458476A1 - Elektrisches kontaktmaterial

Info

Publication number: DE2458476A1
Application number: DE19742458476
Authority: DE
Inventors: Terrence Ardern Davies; Peter Douglas; David John Pedder
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1974-12-10
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1976-11-04

Description

Elektrisches Kontaktmaterial Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktmaterial zur Herstellung von elektrischen Kontakten sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktmaterial für elektrische Kontakte zu schaffen, die einen hohen Widerstand gegen Verschweißen haben, bei denen Funken bzw. Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte schnell gelöscht werden, die einen relativ niedrigen Kontaktwiderstand haben und die einfach und billig herzustellen sind, Die Erfindung sieht hierzu ein elektrisches Kontaktmaterial vor, das aus einem Gemisch aus Kupfer und etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid besteht, wobei das Kadmiumoxid in der Kupfermatrix in einer feinen gleichmäßigen Verteilung vorhanden ist.
Vorteilhafterweise enthält das Material auch Silber, wobei der Kupferanteil etwa 0,1 bis 97,4 Gewichtsprozent beträgt, wobei das Kadmiumoxid in der Silber-Kupfer-Matrix in Form einer feinen gleichmäßigen Dispersion vorhanden ist.
Ein erfidnungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Kontaktmaterialien sieht vor, daß unregelmäßiges Kupferpulver mit einer Partikelgröße nicht mehr als durch ein Sieb mit 350 Maschen Je Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) und Kadmiumoxidpulver mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 1 Mikron gemischt werden, um eine Mischung mit etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent gleichmäßig in dem Kupfer verteiltes Kadmiumoxid zu bilden, worauf die Mischung in die gewünschte Form verpreßt und der Preßling in einer inerten Atmosphäre gesintert wird.
Zweckmäßigerweise wird vor dem Verpressen unregelmäßiges Silberpulver mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 350 Maschen je Zoll mit dem Kupfer und dem Kadmiumoxid gemischt, wodurch eine feine gleichmäßig verteilte Mischung mit etwa 0,1 bis 97,4 Gewichtsprozent Kupfer, 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmium und dem Rest Silber entsteht, Das Pulver wird verpreßt und in einer inerten Atmosphäre gesintert.
Ein Material für elektrische Kontakte, das sich besonders für mittlere bis schwere Beanspruchungen eignet, besteht aus einem Gemisch aus Kupfer und etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid.
Das gleichmäßig verteilte Kadmiumoxid bewirkt eine Vereprodung von eventuellen Verschweißungen, die sich bilden können, wenn eine Berührung zwischen elektrischen Kontakten hergestellt wird.
Der Kadmiumdampf, der im Lichtbogen beim Unterbrechen der Kontakte vorhanden ist, reduziert die mittlere Elektronenenergien im Lichtbogen und er bewirkt einen Austausch in der Verteilung der Elektronenenergien im Lichtbogen, um Elektronen mit hoher Energie zu eliminieren.
Es wurde festgestellt, daß der Kontaktwiderstand des Kadmiumoxid enthaltenden Materials bei einer Mindest-Kadmiumexid-Konzentration von etwa 2,5 Gewichtsprozent demjenigen von Kupfermaterial überlegen war, wie die folgende Tabelle zeigt.
Material Versuchsbedingungen

Nach der Herstellung Nach 16 Stunden

der Kontakte Aufenthalt in einer

Feuchtigkeitskammer

Kupfer 0,51 Ohm 53,0 Ohm

Kupfer - 2,5%

Kadmiumoxid 0,53 Ohm 4.5 Ohm

Während des 16-stündigen Aufenthalts in der Feuchtigkeitskammer wurde die Temperatur auf etwa 93 0C und die relative Feuchtigkeit auf etwa 97% gehalten. Sämtliche Kontaktwiderstände wurden bei 2 Gramm Kontaktkraft gemessen unter Verwendung eines Testsignales von 15 mV.
Ein weiteres Kontaktmaterial, das sich ebenfalls für mittlere bis schwere Beanspruchungen eignet, besteht aus einem Gemisch aus Silber, etwa 0,1 bis 97,4 Gewichtsprozent Kupfer und etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid, das gleichmäßig in dem Silber und dem Kupfer verteilt ist. Das gleichmäßig verteilte Kadmiumoxid bewirkt eine Versprödung von Verschweißungen, die sich nach der Bildung des Kontaktes bilden können, wobei der Kadmiumdampf die Löschung der Lichtbögen beim Unterbrechen der Kontakte unterstützt.
Die Kontaktmaterialien nach der Erfindung werden zweckmäßigerweise auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt.
So wird zweckmäßigerweise feines, unregelmäßiges Kupferpulver und ultrafeines Kadmiumoxidpulver innig miteinander gemischt, so daß der Kadmiumoxidanteil der Mischung im Bereich von etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent liegt.
Vorzugsweise wird feines, sauberes, dendritisches Kupferpulver verwendet, wobei die Größe und die Form; der Pulverpartikel wichtig für die optimalen Eigenschaften der Kupfer-Kadmiumoxid-Materialien sind, wobei die beiden Pulver vorzugsweise so fein sind, wie es wirtschaftlich möglich und wertretbar ist. Vorzugsweise wird daher unregelmäßiges Kupferpulver verwendet, mit einer Partikelgröße, die höchstens einem Sieb mit 350 Maschen je Zoll entspricht, während die Korngröße der Kadmiuatoxidpartikel nicht mehr als 1 Mikron beträgt und diese eine im wesentlichen kubische 0brm haben. Die Verwendung von feinen Pulvern gewährleistet, daß eine feine gleichmäßige Verteilung des Kadmiumoxides in den elektrischen Kontakten erreicht wird.
Folgende handelsüblich verfügbaren Materialien können beispielsweise verwendet werden.
Feines Kupferpulver (hergestellt von MCKbchnie Bros.) mit dendritischer Gestalt, wobei 99,8% der Kupferpartikel eine Korngröße haben, die durch ein Sieb mit 300 Maschen Je Zoll geht. Eine chemische Analyse ergab folgende Zusammensetzung: Kupfer in Form von Cu mindestens 99,o Blei als Pb maximal 0,2% Sauerstoff als 02 maximal 0,2% Die kleinen Anteile von Blei und Sauerstoff haben, so wurde festgestellt, keinen merklichen Einfluß auf die elektrischen Kontakte, die aus einem Material, das das genannte Kupferpulver enthält, hergesteblt wurden.
Das Kupfer hat ferner eine scheinbare Dichte im Bereich von 1,8 bis 2,1 Gramm/cm3, ferner einen mittleren geometrischen linearen Abschnitt (intercept) von 8,4 Mikron, Standardabweichung 2,1 und einen mittleren geometrischen linearen Abschnitt auf einem poliertem Teil von 4,6 Mikron, Standardabweichung 1,8.
Dieses handelsüblich käufliche Kupferpulver wird abgesiebt, um die Pulverpartikel zu trennen, die nicht durch ein Sieb mit 350 Maschen gehen.
Hierzu kommt ein handelsüblich käufliches Kadmiumoxidpulver (hergestellt von Hopkins und Williams), das durch Verbrennen von Kadmium und durch Kondensation des Rauches erzeugt wird und das eine kubische Gewalt hat, wobei die Korngröße weniger als 1 Mikron beträgt. Eine chemische Analyse ergab folgende Zusammensetzung: Kadmiumoxid als Cdo mindestens 99,0% Chlorid (C1) maximal 0,005% Sulfat (SO4) maximal 0,005% Eisen (Fe) maximal 0,001% Kalium (K) maximal 0,002% Natrium (Na) maximal 0,01* Die kleinen Anteile der zusätalichen Stoffe C1, SOI, Fe, K und Na haben keine merkliche Wirkung auf die Herstellung und die Eigenschaften der elektrischen Kontakte, die unter UÆwendung des Kadmiumoxid-Pulvers hergestellt wurden.
Diese handelsüblich verfügbaren Materialien sollten sauber und trocken gelagert werden,lum eine Feuchtigkeitsaufnahme und Oberflächenoxidation zu verhindern (was insbesondere für Kupfer gilt).
Die Lagerung kann beispielsweise unter Verwendung von Entfeuchtern erfolgen.
Die enge Mischung der genannten Pulver kann unter Verwendung einer Trommelmühle erreicht werden, in der die Pulver trocken gemischt werden. Hierbei werden zweckmäßigerweise folgende Bedingungen eingehalten.
Die Partikelgrößen sollten die oben genannten Werte haben. Die Pulver sollten unter Verwendung von Entfeuchtern gelagert werden, oder sie können zusammen mit anderen Materialien gelagert werden, die die Aufnahme von Feuchtigkeit und eine Oberflächenoxidation verhindern. Das Volumen der zu mischenden Pulver sollte wenigstens 50 Gramm oder mehr betragen. Die xffsktive Mischzeit hängt von der Menge des Mischgutes ab. Der Kadmiumoxid-Anteil solltestm Bereich von etwa 2,5 bis 20 Gewichtaprozent liegen. Das Volumen der Trommel sollte etwa das 2- bis 10-fache des Volumens des zu mischenden Pulvers betragen, um eine Einschränkung der Bewegung des Pulvers zu vermeiden. Die relative Feuchtigkeit innerh}b der Trommel sollte im Bereich von etwa 0 bis 70% und die Innentemperatur der Trommel sollte im Bereich von etwa 10 bis 300C liegen. Höhrere Temperaturen als die genannten können zu einer Oberflächenoxidation des Kupfers während des Mischens führen, was Jedoch unerwünscht ist. Die Drehgeschwindigkeit der Trommel sollte so gewählt werden, daß die Pulver kontinuierlich während des Mischvorganges in Bewegung sind. Eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Trommel führt zu einer Abnahme der Mischzeit und zu einer Verringerung der Neigung der Oxide sich zusammenzuballen. Wenn Jedoch die Drehzahl, bzw. Drehgeschwindigkeit zu hoch ist, kann wegen der Zentrifugalkraft eine gute Durchmischung behindert werden. Die Mischzeit hängt im allgemeinen von dem Kadmlumoxid-Anteil des Pulvers ab, wobei die Mischzeit umso länger ist Je größer der Kadmiumoxid-Anteil ist.
Bei einem Kadmiumoxidgehalt von 2,5 Gewichtsprozent sollte die Mischzeit etwa 12 Stunden betragen, während bei einem Kadmiumoxid-Gehalt von 10 bis 15%Gewichtsprozent did Mischzeit etwa 24 Stunden betragen sollte. Sind die Mischzeiten kürzer, insbesondern bei Pulvern mit hohem Feuchtigkeitsgehalt, so kann dies ,uur Folge haben, daß eventuell gebildete Aggregationen nicht vollständig zerbrochen und durchmischt werden. Andererseits führen zu lange kontinuierliche Mischzeiten lnsbesondere bei feuchten Pulvern,¢ z.B. Mischzeiten von einiges über 100 Stunden manchmal zu einer Entmischung infolge des Wachstums von Kadmiumoxid-Aggregationen.
Eine wichtige Größe bei Aer Erreichung einer feinen gleichmäßigen Dispersion des Kadmiumoxides in dem Kontaktmaterial ist daher die absolute und die relative Größe der verwendeten Pulverpartikel, von der auch der Mischvorgang abhängt.
Geeignete Mischbedingungen bei Mischvolumen im Bereich von 50 bis 1000 Gramm und bei einem Kadmiumoxid-Anteil im Bereich von 2.5 bis 15 Gewichtsprozent sind beispielsweise folgende: Das Tronmelvolumen wahr'etwa 2 bis 10 mal so groß wie das Volumen der zu mischenden Pulver. Der Mischvorgang wurde bei 20°C (Bereich von 17 bis 230C) durchgeführt bei einer relativen Feucht«gkeit von etwa 60% (Bereich von 45 bis 65%). Die Drehzahl der Trommel war 160 Umdrehungen/Minute. Die Mischzeit betrug 21 Stunden.
Unter diesen Mischbedingungen ergab sich ein gleichmäßig gemischtes Pulvergemisch. Wenn das Kadmiumoxid-Pulver einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt hat und daher eine erhöhte Neigung zur Aggregation bzw.
Zusammenballung besteht, ist es zweckmäßig, das Pulver nach einer Mischzeit von 24 Stunden durch ein Sieb mit der Maschengröße 350 abzusieben und dann erneut über eine weitere Periode von 24 Stunden in der Trommel zu mischen. Das Pulvergemisch wird dann unter Verwendung von Formen in die gewünschte Form für die elektrischen Kontakte verpreßt.
Die Preßlinge werden dann gesintert, d.h. in einer inerten Atmosphäre, z.B. trockenem Argon, über eine Zeitdauer von etwa 2 Stunden erhitzt.
Die obere Temperaturgrenze für den Sintervorgang beträgt 767 0C, d.h.
lie liegt beim Siedepunkt des Kadmiums. Um zu erreichen, daß sehr wenig Kadmiumoxid während des Sintern verloren geht und um besondere Schutzmaßnahmen für die Atmosphäre zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes des Kadmiums benutzt, beispielsweise eine Temperatur von etwa 700°C.
Bei der Herstellung von Materialien aur Silber, Kupfer und Kadmiumoxid wird feines unregelmäßigen Kupferpulver und Silberpulver sowie ultrafeines Kadmiumoxidpulver eng miteinander gemischt, um bine feine Mischung mit gleichmäßiger Verteilung zu erzeugen, die etwa 0,1 bis 97,4 Gewichtsprozent Kupfer, etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Silber enthält.
Vorgezogen wird auch hier sauberen feines dendritisches Kupferpulver, wobei die Größe und die Form der Kupferpartikel von großer Bedeutung bei der Herstellung der Silber-Kupfer-Kadmiumoxid-Materialien ist, wobei ferner alle Pulvern fein sein sollen, wie es wirtschaftlich möglich ist. Hiersu werden unregelmäßige Kupfer- und Silber-Pulver verwendet, mit einer Partikelgröße nicht größer als einem Sieb mit 350 Maschen entspricht (British Standard meah size 350) sowie ein Kadmiumoxid-Pulver mit kubischer Gestalt und einer Partikelgröße von nicht mehr als 1 Mikron. Die Verwendung von solchen feinen Pulvern ermöglicht es, eine feine Mischung mit glaichmäßigar Verteilung der Bestandteile herzustellen.
Als Kupferpulver und als Kadmiumoxid-Pulver können die oben genannten handelsüblichen Pulver verwendet werden. Ein geeignetes handelsüblich käufliches Silberpulver ist unter der Bezeichnung "Thessco" bekannt (registriertes Warenzeichen für die Firma Scheffield Smelting Company), hergestellt von der Firma Sheffield Smelting Companu. Dieses Silberpulver, das ein ausgefälltes Pulver mit handelaüblichsr Reinheit ist, hat eineunregelmäßige Gestalt und eine Partikelgröße, die einem Sieb mit 300 Maschen ent-.
spricht, (BrAtlsh Standard Meah size 3v0). Seine scheinbare Dichte ist 1,9 Gramm/cm³. Die Material hat einen mittleren linearen geometrischen Abschnitt bei Feinstruktur-Untersuchung von 17,8 Mikron, Standardabweichung 2,0 und einen mittleren linearen geometrischen Abschnitt (intercept) auf einem polierten Tei von 4,1 Mikron, Standardabweichung 2,0. Diese handelsübliche Fulver wird vor der Verwendung abgesiebt, UM Pulverpartikel abzuscheiden, die größer sind als einem Sieb mit der Maschengröße 350 entspricht.
Das Silberpulver sollte sauber und trocken gelagert werden, um eine Feuchtigkeitzaufnahme und Oberflächenoxidation zu vermeiden, Die Lagerung kann beispielsweise unter Verwendung von Entfeuchtern vorgenommen werden.
Beim trockenen Trommelmischen des Silbers, Kupfers und des Kadmiumoxidpulvers, können die oben in Verbindung mit Kupfer und Kadmiumoxidpulver genannten Mischbedingungen angewandt werden. Die Pulvermischung wird in die gewünschte Form warpreßt und die Preßlinge werden dann gesintert durch Erhitzen in einer inerton Atmosphäre über eine Zeitdauer von etwa a stunden.
Um die optimalen Sinterbedingungen für die Silber-Kupfer-Kadmiumoxid-Mischung zu bestimmen, wurden Versuche mit dem binären System Silber # 5 bir 95 Gewichtsprozent Kupfer durchgeführt. Es wurde gefunden, daß bei Konzentrationen und Temperaturen, bei denen eine vollständige feste Löslichkeit von einem Element in dem anderen vorhanden ist, eine Sintertemperatur von bis zu 90o°C verwendet werden kann, Im Temperaturbereich von 7790C (der outektischen Temperatur) bis 900°C werden sunächst um die Silber-und Kupferpartikel in dem Preßling flüssige Phasen erzeugt, die den Sinterprozess fördern.
Bei Konzentrationen, in denen ein zweiphasiger Gleichgewichtszustand existiert, entweder ein Flüssig-Fest-Zustand oder ein Fest- Fest-Zustand, können Sintertemperaturen unter der eutektischen Temperatur von 779°C benutzt worden. Bei diesen Temperaturen erfolgt die Sinterung nur durch Diffusion im festen Zustand und die Sinter-Struktur ist oft inhomogen, weil die seit nicht ausreicht, um eine vollständige Diffusion zur Erreichung eines Gleichgewichte herbeizuführen. Unter diesen Bedingungen kann auch eine Sinterung in flüssiger Phase vorgenommen werden bei einer Temperatur über 7790C, vorausgesetzt, daß der Anteil der entstehenden flüssigen Phase einen optimalen Wert hat, der durch die Partikelgröße, die effektive Sintertemperatur und den Zusammensetzungsbereich bestimmt wird.
Nach den Sintern kann die Dichte des Materials gegebenenfalls erhöht werden durch einen weiteren Preß- oder Prägevorgang mit eines Preßdruch von bis su 7t/cm2 Beim Verpressen des Kupfer-Kadmiumoxid-Pulvers und des Gemisches aus Silber, Kupfer und Kadmiumoxid-Pulver wurde festgestellt, das bei einer Scheibe, die in fester Phase gesintert worden ist mit einem Durchmesser von etwa 10mm und einer Dicke von etwa lmm und mit einem Kadmiumoxidanteil von 10 oder 15 Gewichtsprozent Prerücke von mehr als 7t'cm2 zu einer sehr leichten expansion des Freßlings nach dem Sintern führen und daß Preßdruücke von 6,2 und 7t/cm² praktisch keine Veränderungen der Abmeszungen des Presslings nach dem Sintern zur Folge haben, während Preßdrücke von weniger als etwa 6 bis 6,2t /cm² zu einer Abnahme der Dimensionen des Presslings nach dem Sintern führen, wobei diese Abnahme mit abnehmenden Preßdrücken größer wird.
Da es wirtzchaftlich von Vorteil ist, eine Form mit genormter Größe sowohl für das Verpressen wie auch für das Prägen (Nachpressen) zu verwenden, wird zweckmäßigerweise mit einem Preßdruck gearbeitet, der keine Veränderung oder eine geringe Abnahme der Abmessungen des Preßlinge nach dem Sintern zur Folge hat. Es wurde daher gefunden, daß ein Preßdruck von etwa *,7 bis 6,2 t/cm² besonders geeignet ist, wobei der effektiv ang.wendete Preßdruck empirisch für jede herzustellende Größe und Form bestimmt wurde.
Bei Preßlingen mit konstanter Dicke unter etwa 4mm bzw. bis zu etwa 4mm, einem Verhältnis von Durchmesser zu Dicke von weniger als 5:1 wurde ein Preßdruck von 6,2t/cm2 (40t/Quadratzoll) angewendet, Dies ist möglich, weil solche Preßlinge eine einigermaßen gleichmäßige Rohdichte haben. Bei komplexeren dickeren Rohlingen mit einem großen Verhältnis von Länge zu Durchmesser oder bei sehr niedrigem Kadmiumoxidgehalt wurden niedrigere Preßdrücke, beispielsweise 4,7t/cm² (30t/Quadratzoll) benutzt. Beispiels von Preßlingen, die mit 4,7 t/cm2 verpreßt worden sind sind folgende.
Preßlinge für die 8pitzen von elektrischen Kontakten mit einem Kadmiumoxidgehalt von 10 oder 15 Gewichtsprozent, mit Abmessungen von etwa 1,5 cm * 1,25 cm 0,25 cm und mit einer abgerundeten Fläche. Es wurde ein Preßdruck von i,7 t/cm2 benutzt weil das Verdichtungsverhältnie in der Nähe der Enden der abgerundeten Fläche effektiv höher ist, was zu höheren Dichten in der Nähe der Enden führt. Bei Verwendung eines Preßdruckes von 6,2 t/cm² schnürt sich der Preßling nach dem Sintern ein und die Enden der Kontaktspitzen erweitern sich, so daß der Preßling nicht in der ursprünglichen Preßform nachgepreßt oder geprägt werden kann.
Ferner wurden rechteckige Blöcke mit 10 oder 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid-Gehalt hergestellt mit den Abmessungen 1,4 cm . 2,8 cm 0,8 cm. Obwohl bei einem solchen einfachen Preßling keine Enden rungen beim preßt oder Verdichtungsverhältnis auftreten, wird zweckmäßigerweise ein Preßdruck Von 6,2 t/cm² nicht angewandt, weil festgestellt wurde1 daß der rohe Preßling beta Aubwerfen aus der Preßform zerbrechen kann. Dieses Zerbrechen wird durch Sichte-Gradienten hervorgerufen, die in Richtung der Dicke des Preßlings wegen der Reibung in der Form entstehen, was beim Abbau der elastischen Spannungen in der. Preßling heim Auswerfen zu beträchtlichen Spannungsunterschieden längs den Kanten des Preßlings führt und einen Bruch zur Folge haben kann.
Schließlich wurden Scheiben mit 2mm Dicke und 9 mm Durchmesser und einem Kadmiumoxidgehalt von 2,5 Gewichtsprozent hergestellt. Der niedrige Kadmiumoxid-Gehalt reicht nicht aus, um die Bildung von geschlossenen Gasporen während des Preßvorganges zu verhindern.
Werden dann Drücke angewandt, die wesentlich höher als 4,7 t/cm2 sind, so kann es geschehen, daß sich die Preßlinge beim Sintern aufblähen.
Der effektiv anzuwendende Preßdruck hängt somit von einigen Faktoren ab, weshalb er zweckmäßigerweise empirisch bestimmt wird.
Bei der Herstellung von elektrischen Kontakten mit einer Breite von 1,25 cm, einer Länge von 1,9 cm und einer Dicke von 0,3 cm, sowie einem Kadmiumoxidanteil von 10 oder 15 Gewichtsprozent wurde das gemischte Pulver mit einem Druck von 4,7 t/cm2 verpreßt, worauf der Preßling bei einer Temperatur von 7000C in einer trockenen Argon-Atmosphäre während einer Zeitdauer von etwa 2 Stunden gesintert wurde. Danach wurde der Preßling mit einem Druck von 7t/cm2 nachgepreßt.
Die trockene Argon-Atmosphäre kann erreicht werden indem Argon durch einen Eis-Fänger und durch ein Ü-Rohr geleitet wird, das Kupferspäne enthält, die auf einer Temperatur von etwa 5000C gehalten werden. Bei Verwendung der genannten Temperturen und Drücke bei der Herstellung der Kontakte aus Kupfer und Kadmiumoxid haben diese eine Dichte von wenigstens 98% der theoretischen Maximaldichte. Dies ergab sich insbesondere bei Verwendung der genannten Korngrößen und bei einem Kadmiumoxid-Gehalt von entweder 10 oder 15 Gewichtsprozent. Die Drücke und Temperaturen können jedoch yeändert werden, wenn Pulver anderer Gestalt oder orngröße verwendet werden.
Die Kontakte aus Kupfer und 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid sowie aus Kupfer und 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid, die erfindunysgemäß hergestellt worden sind, zeigen einen weitaus besseren Widerstand gegen Verschweißungen als Kontakte aus gesintertem Kupfer, aus handelüblichem Silber oder aus gesintertem Silber-Kadmiumoxid. Die entsprechenden Vergleiche wurden mit Arbeitsströmen von 1600 Ampere durchgeführt unter Benutzung der Entladung einer Kondensatorgruppe von 16000 Mikrofarad, die auf 125 Volt geladen wurden und bei einer Kontakt-Schließgeschwindigkeit von 30cm/sec. Die Kontakte aus Kupfer und Kadmiumoxid sind auch hinsichtlich der Lichtbogenbildung bzw. der Lichtbogenlöschung Kontakten aus reinem Kupfer überlegen.
Beispiele für Kontakte aus Silber, Kupfer und Kadmiumoxid sind folgende.
Es wurden flache zylindrische Platinen hergestellt, bestehend aus Kupfer, 18 Gewichtsprozent Silber und 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid, wobei das Pulvergemisch mit einem Preßdruck von 4,7 t/cm2 verpreßt wurde, wobei die Preßlinge einer Sinterung in fester Phase ausgesetzt wurden, unter Verwendung einer trockenen Argonatmosphäre und einer Sinterzeit von etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von 700°C. Die gesinterten Preßlinge wurden dann mit einem Druck von 7t/cm² nachgepreßtf. Alternativ kann die Pulvermischung auch unter einem Druck von etwa 0,8 t/cm2 vorgepreßt werden worauf die Preßlinge 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 600°C vorgesintert werden, worauf sie in einer trockenen Argonatmosphäre auf eine Temperatur von 8000C erwärmt und schließlich 2 Stunden lang in flüssiger Phase gesintert werden. Das Nachpressen erfolgt dann bei einem Druck von 7t/cm2. Beide Methoden eignen sich beispielsweise zur Herstellung von flachen zylindrischen Platinen, bestehend aus Kupfer, etwa 17 Gewichtsprozent Silber und etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid.
Es wurden ferner flache zylindrische Platinen hergestellt, bestehend aus Kupfer, etwa 81 Gewichtsprozent Silber und etwa 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid wobei das Pulvergemisch bei einem Druck von etwa 3 t/cm2 verpreßt wurde. Die Preßlinge wurden dann in fester Phase gesintert bei einer Temperatur von 700°C, einer Zeitdauer von 2 Stunden und unter Verwendung einer trockenen Argonatmosphäre. Das Nachpressen erfolgte mit einem Preßdruck von 7t/cm2. Alternativ kann das Pulvergemisch mit einem Druck von etwa O,8£/cm2 verpreßt werden, worauf die Rohlinge bei einer Temperatur von 6000C 2 Stunden lang vorgesintert werden, worauf sie auf eine Temperatur von 8000C erwärmt und in einer trockenen Argonatmosphäre in flüssiger Phase 2 Stunden lang gesintert werden. Mit diesen Verfahren können beispielsweise flache zylindrische Platinen hergestellt werden, bestehend aus Kupfer, etwa 76,5 Gewichtsprozent Silber und etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid.
Beim Vorsintern und beim Sintern in flüssiger Phase ist bei den Materialien aus Silber, Kupfer und Kadmiumoxid darauf zu achten, daß die Pulver im wesentlichen vollständig entgast sind, ehe die Verfestigung beginnt, weshalb eine Aufheizgeschwindigkeit von 200°C je Stunde angewendet wurde.
Die Eigenschaften der Kontakte aus Silber, Kupfer und Kadmiumoxid sind mit denen bekannter Kontakte aus Silber und Kadmiumoxid vergleichbar oder auch überlegen, sie sind jedoch wegen des wenigstens teilweisen Ersatzes des Silbers durch Kupfer billiger als Kontakte aus Silber und Kadmiumoxid.

Claims

Patentansprüche

Elektrisches Kontaktmaterial zur Herstellung von elektrischen Kontakten, dadurch g e k e n n z e ic h n e t , daß es aus einem Gemisch aus Kupfer und etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid besteht, das in der Kupfer-Matrix in feiner gleichmäßiger Verteilung enthalten ist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Kadmiumoxidanteil etwa 10 Gewichtsprozent beträgt.
3. Material nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Kadmiumoxidanteil etwa 15 Gewichtsprozent beträgt.
4. Material nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß es Silber enthält, daß der Kupferanteil etwa 0,1 bis etwa 97,4 Gewichtsprozent beträgt und daß das Kadmiumoxid in der Silber-Kupfer-Matris in feiner gleichmäßiger Verteilung vorhanden ist.
5. Kontakt nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Material etwa 18 Gewichtsprozent Silber, etwa 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
6. Material nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Material etwa 17 Gewichtsprozent Silber, etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
7. Material nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Material etwa 81 Gewichtsprozent Silber, etwa 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
8. Material nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Material etwa 76,5 Gewichtsprozent Silber, etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
9. Verfahren zur Herstellung von Materialien für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i c hn e t , daß unregelmäßiges Kupferpulver mit einer Korngröße nicht größer als einem Sieb mit 350 Maschen entspricht sowie Kadmiumoxidpulver mit einer Korngröße von nicht mehr als 1 Mikron gemischt werden, wobei der Kadmiumoxidanteil im Bereich von etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent liegt, daß die Mischung in die gewünschte Form verpreßt und der Preßling in einer inerten Atmosphäre gesintert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Kupferpulver, das Kadmiumoxidpulver sowie unregelmäßiges Silberpulver mit einer Korngröße, die nicht mehr als einem Sieb mit 350 Maschen entspricht gemischt werden, wobei die Mischung etwa 0,1 bis 97,4 Gewichtsprozent Kupfer, etwa 2,5 bis 20 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Silber enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die gesinterten Preßlinge nachgepreßt werden, um ihre Dichte zu erhöhen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Nachpressen mit einem Druck von etwa 7t/cm2 vorgenommen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Pulver trocken in einer Trommelmühle gemischt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Material etwa 18 Gewichtsprozent Silber, etwa 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Material etwa 17 Gewichtsprozent Silber, etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Material etwa 81 Gewichtsprozent Silber, etwa 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß das Material etwa 76,5 Gewichtsprozent Silber, etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxid und als Rest Kupfer enthält.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Pulvergemisch mit einem Druck von etwa 0,8 t/cm² verpreßt wird, daß dann der Preßling bei einer Temperatur von 6000C 2 Stunden lang vorgesintert wird und daß er dann auf eine Temperatur von 8000C erwärmt und in einer trockenen Argonatmosphäre in flüssiger Phase 2 Stunden lang gesintert wird, worauf der Preßling unter einem Druck von etwa 7t/cm2 nachgepreßt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Pulvergemisch unter einem Druck 2 von etwa 5t/cm2 verpreßt und der Preßling in fester Phase bei einer Temperatur von 7000C in einer trockenen Argonatmosphäre 2 Stunden lang gesintert wird, worauf der Preßling unter einem Druck von etwa 7t/cm2 nachgepreßt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Pulvergemisch unter einem Druck von etwa 3 t/cm2 verpreßt und der Preßling in fester Phase bei einer Temperatur von 7000C in einer trockenen Argonatmosphäre 2 Stunden lang gesintert wird, worauf er bei einem Druck von etwa 7t/cm² nachgepreßt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Preßling 2 Stunden lang in einer trockenen Argonatmosphäre bei einer Temperatur gesintert wird, die unter dem Siedepunkt des Kadmiums liegt.
22. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß 90 Gewichtsprozent unregelmäßiges Kupferpulver mit einer Partikelgröße von nicht mehr als einem Sieb mit 350 Maschen entspricht sowie 10 Gewichtsprozent Kadmiumoxid mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 1 Mikron gleichmäßig gemischt werden, daß das Gemisch unter einem Druck von etwa 4,7t/cm² zu einem Preßling verpreßt wird, der in einer trockenen Argonatmosphäre bei einer Temperatur von 700°C 2 Stunden lang gesintert wird, worauf er bei einem Druck von etwa 75/cm² nachgepreßt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß etwa 85% unregelmäßiges Kupferpulver mit einer Partikelgröße, die nicht mehr als einem Sieb von 350 Maschen entspricht, sowie etwa 15 Gewichtsprozent Kadmiumoxidpulver mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 1 Mikron gleichmäßig gemischt werden, worauf die Mischung mit einem Druck von etwa 4,7 t/cm2 zu einem Preßling verpreßt wird, der in einer trockenen Argonatmosphäre bei einer Temperatur von 7000C etwa 2 Stunden lang gesintert wird, worauf er unter einem Druck von etwa 7t/cm2 nachgepreßt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Preßling rechteckig ausgebildet ist und eine Breite von etwa 1,25 cm, eine Länge von etwa 1,9 cm und eine Dicke von etwa 0,3 cm hat.
25. Elektrischer Kontakt, hergestellt aus einem Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 24.