DE2514237A1

DE2514237A1 - Verfahren zur herstellung eines als elektrischer kontakt dienenden materials

Info

Publication number: DE2514237A1
Application number: DE19752514237
Authority: DE
Inventors: Fredrik Olaf Haarbye
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-04-01
Publication date: 1975-10-09
Also published as: FR2266280A1; GB1507854A; IT1030486B; JPS50135584A; FR2266280B3

Description

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Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

P. R. MALLORY & CO. INC. Indianopolis, Indiana, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung eines als elektrischer Kontakt dienenden Materials

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als elektrischer Kontakt dienenden Materials (Kontaktwerkstoff) auf Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid-Basis sowie nach diesem Verfahren hergestellte Kontaktwe rks to ffe.

Die Qualität eines Kontaktwerkstoffes wird gewöhnlich nach der Bogenerosionsrate bemessen, die diesesMaterial bei seiner Verwendung als Kontakt zur Unterbrechung elektrischer Schaltkreise aufweist. Die Bogenerosionsrate ist diejenige Materialmenge, die der Kontakt bei einer vorgegebenen Betätigung zum Öffnen und Schließen eines Schaltkreises verliert, und gibt somit einen aussagekräftigen Hinweis auf die Lebensdauer des Kontaktmaterials. Der Materialverlust kommt im allgemeinen daher, daß bei Trennung der beiden Kontakte zwischen diesen Kontakten ein elektrischer Bogen ausgebildet wird, der

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Hitze erzeugt und infolgedessen Material verdampfen läßt.

Kontaktwerkstoffe, die Silber und Kadmiumoxid enthalten, sind seit langem als ausgezeichnete Materialien für gewisse Arten elektrischer Kontakte bekannt. Diese Werkstoffe haben, eingesetzt in elektrische Kontakte, typischerweise einen hohen Widerstand gegen Bogenerosion und Verschweißung.

Werkstoffe auf Silber-Kadmiumoxid-Basis können nach drei allgemeinen Verfahren hergestellt werden. Das erste Verfahren, das Pulver-Metallurgie-Verfahren, besteht darin, Pulver aus Silber und Kadmiumoxid herzustellen, die beiden Pulver zu mischen und dann das Pulvergemisch in die gewünschte Form zu pressen. Das Pulver-Metallurgie-Verfahren wird heutzutage typischerweise dann verwendet, wenn Anti-Verschweiß-Eigenschaften wichtiger sind als Bogenerosionseigenschaften. Die zweite allgemeine Methode besteht darin, aus Silber und Kadmium eine Legierungsschmelze zu bilden, die Legierung zu giessen, der Legierung die erwünschte Form zu geben und dann erst das Kadmium und jeden der anderen oxidierbaren Bestandteile in ihre jeweiligen Oxide zu überführen, und zwar dadurch, daß die Legierung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt wird. Diese Methode ist im allgemeinen als Nach-Oxydationsverfahren bekannt.

Die dritte Technik, beschrieben in der US-Patentschrift 2 7075, besteht darin, durch Zerkleinerung einer geschmolzenen Silber-Kadmium-Legierung kleine Teilchen zu bilden, das Kadmium und jeden anderen oxidierbaren Bestandteil in den Teilchen in ihre jeweiligen Oxyde durch Hitze in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu oxidieren und schließlich die Teilchen durch mechanische Kraft in größere Körper zu verfestigen. Diese Technik ist im allgemeinen unter dem Begriff Vor-Oxydationsverfahren bekannt.

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Die durch Zerkleinerung im Vor-Oxydationsverfahren gebildeten Teilchen haben im allgemeinen die Form flacher Platten oder Flocken. Die Prozeßvariablen bei der Zerkleinerung können aber auch so geändert werden, daß man ein sehr feines Pulver erhält, dessen Teilchen ein kugelähnliches Aussehen haben. Bei jeder Teilchenform ist jedoch wenigstens eine Dimension der zerkleinerten Legierungsteilchen sehr klein.

Im Idealfall sollten bei einem Werkstoff auf Silber-Kadmiumoxid-Basis die Kadmiumoxidpartikel in der Silbermatrix gleichmäßig verteilt sein. Eine solche Verteilung der Kadmiumoxidteilchen sorgt dafür, daß der Werkstoff bei Verwendung in einem elektrischen Kontakt gleichmäßige Kennlinien und Eigenschaften aufweist.

Eine gleichmäßige Verteilung von Kadmiumoxidpartikeln führt auch dazu, daß die Kontaktwerkstoffe wenig, wenn überhaupt, verarmte Kerne, Korngrenzen mit einer verarmten Matrix oder poröse Korngrenzen nahe der Werkstoffoberfläche haben, Merkmale, die die Betriebsdaten des Materials bei Verwendung als elektrischer Kontakt beeinträchtigen können. Derartige Korngrenzen oder Porositäten können zu einem beschleunigten Kontaktflächenverschleiß aufgrund fehlender Kadmiumoxidteilchen oder des Fehlens jeglichen Kontaktwerkstoffes führen.

Werkstoffe auf Silber-Kadmiumoxid-Basis zeigen bei Verwendung in elektrischen Kontakten in gewissen Anwendungsfällen verbesserte Eigenschaften, beispielsweise Beständigkeit gegen Bogenerosion und Anti-Verschweiß-Kennlinien, wenn der Kontaktwerkstoff auch noch gewisse Zusätze enthält. Derartige Zusätze zu Werkstoffen auf Silber-Kadmiumoxid-Basis schließen die metallischen Elemente Kobalt (Co), Calcium (Ca), Zinn (Sn), Nickel (Ni), Zink (Zn), Aluminium (Al), Magnesium

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(Mg), Beryllium (Be), Natrium (Na), Mangan (Mn) und Mischungen aus diesen Elementen ein. Einige oder die meisten dieser Zusätze werden, wenn sie in kleinen Mengen zugesetzt werden, im Verfahrensschritt des Oxidierens in ihre jeweiligen Oxyde überführt.

Zinnoxid hat sich als besonders vorteilhaft in Kontaktwerkstoffen erwiesen, die durch das Nach-Oxydationsverfahren hergestellt werden. Gewöhnlich wird Zinn in die Legierungsschmelze in Mengen kleiner als etwa 3 Gew.-% vom gesamten Kontaktwerkstoff gegeben. Stellt man diesen Werkstoff in dem Nach-Oxydationsverfahren her, wird elementares Zinn der Schmelze der Silber-Kadmium-Legierung zugesetzt und zusammen mit der Kadmiumkomponente während des Oxydationsschrittes in sein Oxyd überführt. Das Zusetzen von Zinn in die Legierung führt zu groben, nadelartigen Kadmiumoxidpartikeln nach der Oxydation, einer Kadmiumoxid-Struktur, die man bei dem nach dem Nach-Oxydationsverfahren hergestellten zweikomponentigen Silber-Kadmiumoxid-Werkstoff nicht findet. Auf eine z.Z. noch nicht bekannte Art und Weise scheint die Grobkörnigkeit der nadelartigen Struktur der Kadmiumoxidteilchen dem Werkstoff bei Verwendung in einem elektrischen Kontakt günstigere Eigenschaften zu geben, insbesondere eine verringerte Bogenerosionsrate.

Auch wenn der Zusatz von Zinnoxid oder anderen Additiven zu Silber-Kadmiumoxid im Rahmen des Nach-Oxydationsverfahrens zu besseren Materialeigenschaften, verglichen mit dem zweikomponentigen nach-oxidierten Silber-Kadmiumoxid, führt, so haben diese Werkstoffe noch immer eine beträchtliche Bogenerosion bei Verwendung in einem elektrischen Kontakt, weil die Kadmiumoxidteilchen weiterhin ungleichmäßig verteilt sind. Einer der Hauptgründe für die ungleichmäßige Verteilung der Kadmiumoxidteilchen in nach-oxidierten Mate-

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rialien liegt im Oxydationsprozeß selbst. Während des Oxidierens diffundiert Sauerstoff aus der äußeren Atmosphäre in den aus Silber und Kadmium bestehenden Legierungskörper und oxidiert zunächst das nahe der Körperoberfläche gelegene Kadmium. Weil Kadmiumoxid in Silber nicht löslich ist, fallen Kadmiumoxidpartikel aus der Legierung aus und hinterlassen eine im wesentlichen unlegierte Silberphase oder -matrix. Wegen der nun im Körper entstehenden Unterschiede in der Kadmiumkonzentration beginnt ein Teil des Kadmiums aus der nicht-oxidierten Silber-Kadmium-Legierung im Inneren des Körpers zu der im wesentlichen unlegierten Silberphase zu wandern. Somit wandert mit fortschreitender Oxydation Kadmium beständig entgegen der Diffusionsrichtung des Sauerstoffs zur Oberfläche und führt nach seiner eigenen Oxydation zu einem Silber-Kadmiumoxid-Körper mit einer vergleichsweise hohen Konzentration an Kadmiumoxidteilchen im Oberflächenbereich und einer relativ geringen oder verschwindenden Konzentration an Kadmiumoxidpartikeln nahe der Körpermitte; es resultiert eine Konzentrationsverteilung, die auch unter dem Begriff "verarmter Kern" bekannt ist. Je größer der aus Silber und Kadmium bestehende Legierungskörper ist, desto ausgeprägter wird der geschilderte Konzentrationsunterschied. Insgesamt ergibt sich somit eine unJeichmäßige Verteilung an Kadmiumoxidteilchen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffs auf Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid-Basis, bei dem die Kadmiumoxidteilchen im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind und der keine verarmten oder porösen Korngrenzen enthält. Insbesondere soll der Kontaktwerkstoff beständiger gegen Bogenerosion sein und, verglichen mit einem nach dem Nach-Oxydationsverfahren hergestellten Material, eine günstigere Kombination von elektrischen und mechanischen Eigenschaften auf-

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weisen. Schließlich sollen die Kadmiumoxidpartikel des Kontaktwerkstoffs eine gröbere Struktur haben. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zunächst dreidimensionale, Ag-Cd-Sn enthaltende Formstücke einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt und zur Oxydation ihrer oxidierbaren Bestandteile erhitzt werden, daß daraufhin die oxidierten, dreidimensionalen Formstücke verfestigt werden und daß schließlich die verfestigten dreidimensionalen Formstücke in die gewünschte Form gebracht werden.

Allgemein gesprochen befaßt sich die Erfindung mit einer Methode zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes auf Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid-Basis. Mehr im einzelnen umfaßt dieses Verfahren die Oxydation von dreidimensional geformten, Silber, Kadmium und Zinn enthaltenden Teilchen und die darauf folgende Verfestigung der oxidierten Teilchen. Derartige dreidimensionale Teilchen stellen ein für das Wachstum der Kadmiumoxidteilchen ausreichendes Volumen zur Verfügung und sorgen für eine gleichmäßige Verteilung dieser Kadmiumoxidpartikel.

Der Ausdruck "dreidimensionale Teilchen (Partikel)" soll im vorliegenden Zusammenhang so verstanden werden, daß er alle Teilchen mit einer merklichen Ausdehnung in allen drei Richtungen umfaßt. Dreidimensionale Teilchen sind beispielsweise kugelförmige, kubische, zylindrische Teilchen, Teilchen in der Form eines Tetraeders und dgl. Dreidimensionale Teilchen ia vorliegenden Sinn stehen im Gegensatz zu Teilchen in Form von Platten oder Flocken, die man als "zweidimensionale Teilchen" bezeichnen könnte, oder zu sehr feinem Pulver, das man als "eindimensional" ansprechen würde. Selbstverständlich ist streng genommen kein Teilchen lediglich "zweidimensional", die Nomenklatur ist lediglich gewählt, um bequem zwischen den

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allgemeinen Teilchentypen unterscheiden zu können.

Das hier vorgeschlagene Verfahren enthält die folgenden Schritte: Herstellung einer Silber? Kadmium und Zinn enthaltenden Legierung oder Zusammensetzung, Bildung von dreidimensionalen Teilchen aus der Legierung oder Zusammensetzung, Oxydation der Teilchen durch Anwendung von Hitze in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre und Verfestigung der Teilchen in einen Körper, der zur Verwendung als elektrischer Kontakt zugerichtet werden kann.

Die dreidimensionalen Teilchen können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Ein solches Verfahren besteht darin, Drahtabschnitte beispielsweise durch Abhakken oder Schneiden in gewünschte kürzere Abschnitte aufzutrennen. Nach einer anderen Methode werden große Körper in kleinere Körper durch Techniken wie beispielsweise maschinelle Bearbeitung, Feilen, Schneiden und Sägen zerteilt. Die bevorzugten Teilchenformen sind abgehackte Drahtstückchen ("slugs"), weil man diese Teilchen leicht herstellen kann.

Die dreidimensionalen Teilchen sollten so klein bemessen sein, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Oxydation ohne die Bildung verarmter Kerne stattfinden kann. Beispielsweise sollte bei einem Teilchen mit etwa 10 Gew.-% Kadmium kein Punkt innerhalb seines Volumens von einer Außenfläche mehr als etwa 0,175 cm (0,070 inches) entfernt sein. Dieser maximale Abstand wird manchmal als "Oxydationsweglänge" bezeichnet. Somit sollte im Falle eines abgehackten Drahtteilchens der maximale Drahtdurchmesser etwa 0,35 cm (0,140 inches) betragen, damit eine ausreichende Oxydation und Gleichmäßigkeit in der Kadmiumoxid-Konzentration sichergestellt ist. Bei einem Teilchen mit etwa 15 Gew.-% Kadmium beträgt die

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Oxydationsweglänge etwa 0,125 cm (0,050 inches), so daß zumindest eine Teilchendimension nicht größer als etwa 0,25 cm (0,100 inches) sein sollte. Die anderen beiden Dimensionen sollten hinreichend klein sein, damit die Teilchen leicht verfestigt werden können. Im Falle eines gehackten Drahtes ist die bevorzugte Länge geringer als 2,5 cm (1 inch). Die obigen ungefähren Grenzwerte für die Teilchengröße sind nur Anregungen zur Gewinnung der erwünschten Resultate und könnten unter gewissen Bearbeitungsbedingungen oder bei gewissen Materialzusammensetzungen möglicherweise auch überschritten werden.

Silber, Kadmiumoxid und Zinnoxid enthaltende Kontaktwerkstoffe die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, zeigen eine durchgehend annähernd gleichmäßige Kadmiumoxidteilchen-Verteilung und infolgedessen gleichmäßigere elektrische Kenndaten. Außerdem gibt es bei erfindungsgemäß hergestellten Kontaktwerkstoffen weniger Anzeüian für verarmte oder poröse Korngrenzen. Ferner sind die Kadmiumoxidpartikel bei einem in der hier- vorgeschlagenen Weise hergestellten Werkstoff oftmals größer als bei Verbundmaterialien, die nach dem Vor-Oxydationsverfahren hergestellt sind, weil für die sich bildende nadeiförmige Kadmiumoxid-Struktur ein genügend großes Teilchenvolumen zur Verfügung steht. Solche Material-Kenndaten resultieren in geringen Bogenerosionsraten, großer Härte und guter elektrischer Leitfähigkeit, wenn man das Material in einem elektrischen Kontakt verwendet. Zusammensetzungen aus Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, haben einen Kadmiumoxid-Anteil zwischen etwa 1 Gew.⁴-% bis etwa 30 Gew.-%, einen effektiven Zinnoxidanteil von etwa 10 Gew.-% und als Rest im wesentlichen Silber. Bei mehr als 30 Gew.-% Kadmiumoxid reicht die elektrische Leitfähigkeit für eine wirksame Funktion als elektrischer Kontakt nicht mehr aus,und es ist außerdem schwierige den Werkstoff in

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Arbeitsgangen, bei denen schmiedeeisernes Metall eingesetzt wird, zu "bearbeiten.

Bevorzugt ist der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstoff folgendermaßen zusammengesetzt: etwa 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% Kadmiumoxid, ein wirksamer Zinnoxidanteil von etwa 10 Gew.-%, Rest im wesentlichen Silber. In einer besonders bevorzugten Zusammensetzung besteht der Kontaktwerkstoff aus etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% Kadmiumoxidy etwa 0,5 Gew.-# bis etwa 3,0 Gew.-% Zinnoxid, Rest im wesentlichen Silber.

Die vorgeschlagene Methode bietet Vorteile, weil Zinn der Legierung vor der Oxydation zugegeben wird. Werden die drei dimensionalen Teilchen oxidiert, trägt der Zinn-Bestandteil dazu bei, größere Kadmiumoxidteilchen zu bilden. Diese grösseren Teilchen können sich bilden, weil ihnen ein ausreichendes Volumen zur Verfügung steht, und sind überdies durch den ganzen Kontaktwerkstoff im wesentlichen gleichmäßig verteilt.

Die Erfindung sei nun in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Mikrophotographie (Schliffbild) eines nach dem Vor-Oxydationsverfahren hergestellten Kontaktwerkstoffes ,

Fig. 2 und 3 Schliffbilder eines nach dem Nach-Qxydationsverfahren hergestellten Kontaktwerkstoffes und

Fig. 4 ein Schliffbild eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontaktwerkstoffes.

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Fig. 1 zeigt in 300-facher Vergrößerung das Schliffbild eines Querschnitts eines Kontaktwerkstoffes aus Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid. Dieser Werkstoff ist durch Verfestigung von zweidimensionalen oxidierten Teilchen entstanden. Das Material hat eine Zusammensetzung von ungefähr 88,2 Gew.-?6 Ag, ungefähr 9,8 Gew.-% CdO und ungefähr 2 Gew.-96 SnO. In diesem mit 10 bezeichneten Material ist die Verteilung (Verteilung 11) der Kadmiumoxidteilchen über die ganze Silbermatrix (Silbermatrix 12) nicht gleichmäßig, außerdem ist die Größe der Kadmiumoxidpartikel verhältnismäßig klein.

Die Fig. 2 und 3 zeigen 300-fach vergrößerte Schliffbilder eines Kontaktwerkstoffes aus Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid, der aus einem nach-oxidierten, aus gegossenen Barren aus Ag, Cd und Sn gefertigten Körper hergestellt wurde. Die Werkstoffe haben eine Zusammensetzung von ungefähr 88,2 Gew.-% Ag, ungefähr 9,8 Gevr.-% CdO und etwa 2,0 Gew»-% SnO. Im mit 20 bezeichneten Kontaktwerkstoff der Fig. 2 sind große, nadelförmige Kadmiumoxidteilchen 21 über eine Silbermatrix 22 ungleichmäßig verteilt. Nahe der Oberfläche des Kontaktwerkstoffes 20 liegen verarmte Korngrenzen 23 vor, die keine Kadmiumoxidteilchen enthalten.

Der Kontaktwerkstoff der Fig. 3 (Werkstoff 30) zeigt die nadeiförmigen Kadmiumoxidteilchen (Teilchen 31)»aber auch nahe der Materialoberfläche verarmte Korngrenzen 33 nait porösen oder unausgefüllten Bezirken 34. Solche unausgefüllten Bezirke 34 verursachen einen rascheren Verschleiß, wenn der Werkstoff in einem elektrischen Kontakt verwendet wird, und verringern dadurch die Betriebslebensdauer des Kontaktes.

Fig. 4 zeigt in 300-facher Vergrößerung ein Schliffbild eines aus Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid bestehenden Kontaktwerkstoff es, der- durch Verfestigung oxidierter Drahtstückchen

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gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Das Material hat eine Zusammensetzung von ungefähr 88,2 Gew.-?6 Ag, ungefähr 9,8 Gew.-96 CdO und etwa 2,0 Gew.-% SnO. Das mit 40 bezeichnete Material weist eine im wesentlichen gleichmäßige Kadmiumoxidteilchen-Verteilung 41 über die Silbermatrix (Matrix 42) auf. Die Kadmiumoxidteilchen 41 sind etwas größer als die des aus den zweidimensionalen Partikeln hergestellten Materials der Fig. 2. Wenn überhaupt, so gibt es nur wenig Anzeichen für poröse oder verarmte Korngrenzen nahe der Werkstoffoberfläche.

Ein Vergleich der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Kontaktwerkstoffe, die jeweils Zinnoxid enthalten und auf verschiedene Weise hergestellt worden sind, ergibt eindeutig, daß bei einem nach der hier vorgeschlagenen Methode hergestellten Werkstoff die Eigenschaften guter Kontaktwerkstoffe auf Silber-Kadmiumoxid-Basis besser kombiniert sind: Die Kadmiumoxidteilchen sind gleichmäßig verteilt, sie sind grobkörniger, und Korngrenzen mit einer verarmten Matrix oder poröse Korngrenzen treten nicht auf.

Ein bevorzugtes Verfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen sowie die Eigenschaften der so hergestellten Werkstoffe im Vergleich zu Kontaktwerkstoffen, die nach Standardmethoden hergestellt werden, können anhand des folgenden Beispiels in Verbindung mit den zugehörigen Testergebnissen deutlicher dargestellt werden. Das Beispiel ist selbstverständlich nur zu Illustrationszwecken gegeben und beschränkt die Erfindung nicht.

Beispiel

Es werden drei Arten von Ag-CdO-SnO-Kontaktwerkstoffen hergestellt, ein Werkstoff nach der vorliegenden Erfindung, ein weiterer durch Verfestigung von oxidierten, zweidimensionalen

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Teilchen oder Flocken und der dritte nach dem Nach-Oxydationsverfahren. Diese Werkstoffe werden in die Form elektrischer Kontakte gebracht und zum Vergleich ihrer jeweiligen physikalischen und elektrischen Eigenschaften getestet.

Zur Herstellung der drei Kontaktwerkstoff-Arten werden zwei identische Schmelzen, A und B, durch Mischung von etwa 88,7 Teilen Ag mit etwa 9,6 Teilen Cd und etwa 1,7 Teilen Sn zubereitet. Die Schmelze A wird zur Bildung zweier Schmelzlinge C und D einer Zusammensetzung von etwa 89,5 Gew.-% Ag, etwa 8,7 Gew.-% Cd und etwa 1,8 Gew.-% Sn abgegossen. Die endgültige Zusammensetzung des Schmelzlings weicht von der ursprünglichen Zusammensetzung aufgrund von Verdampfungsverlusten, insbesondere des Kadmium-Bestandteils, ab.

Der Schmelzung C wird dann gepreßt, in Draht umgearbeitet und in kleine, zylindrische Drahtteile oder -Stückchen geschnitten.

Die Schmelze B wird in einen metallischen Trichter mit einem mit einigen Löchern versehenen Graphitboden gegossen. Die flüssige Schmelze wird nach Durchsetzen der Löcher zu einem kleinen Strom und wird in diesem Zustand einem Luftstrahl ausgesetzt, der den Strom aus flüssiger Schmelze in kleine, im allgemeinen flockenartig geformte Partikel zerteilt. Die Flocken fallen in ein Kühlbad und erstarren dort. Diese Flokken haben eine Zusammensetzung von etwa 89,5 Gew.-% Ag, etwa 8,7 Gew.-% Cd und 1,8 Gew.-% Sn.

Die Flocken der Schmelze B und die Drahtstückchen des Schmelzlings C werden dann bei etwa 815°C in einer sauerstoffreichen Atmosphäre oxidiert. Die endgültigenZusammensetzungen der Teilchen und Stückchen betragen etwa 88,2 Gew.-% Ag, etwa 9,8 Gew.-% CdO und etwa 2,0 Gew.-% SnO.

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Die Flocken der Schmelze B und die Drahtstückchen des
Schmelzlings C werden dann mit einem Druck von etwa 1,8 χ kp (200 tons) zusammengedrückt und daraufhin getrennt in Streifen gepreßt. Hiernach wird auf die Streifen aus den Barren und die Streifen aus dem Schmelzung D eine feine Silberunterlage aufgewalzt. Dann wird bei allen drei Streifen die Dicke durch Kaltwalzen auf eine Größe von etwa 0,26 cm (i/8 inch) verringert. Der Streifen aus dem Schmelzung D wird dann bei etwa 800⁰C oxidiert. Alle drei oxidierten
Streifen werden daraufhin vor dem Testversuch bei etwa 800⁰C etwa eine Stunde lang getempert.

Die drei Kontaktwerkstoff-Arten werden miteinander durch Messung ihrer elektrischen Leitfähigkeit und ihrer Härte verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben.

Tabelle I Werkstoff-Zusammensetzung Oxydations- Elektr.Leit-

	Ag	CdO	SnO
B	88,2	9,8	2,0
C	88,2	9,8	2,0

verfahren	fähigkeit	Härte
	(% IACS)	(Rp)
vor (Flocke) vor (Draht stückchen)	82 84	84 78

D 88,2 9,8 2,0 nach 72 56

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstoff C sowie der Werkstoff B haben bei der elektrischen Leitfähigkeit und Härte die höchsten Testwerte und somit eine bessere Kombination dieser Werte als der aus dem nachoxidierten Streifen hergestellte Werkstoff D. Diese Eigenschaften sind erwünscht, ihre Werte sollten in einem als elektrischer Kontakt dienenden Werkstoff so groß wie möglich gemacht werden, da eine hohe elektrische Leitfähigkeit

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zu einer größeren Strombelastbarkeit führt und eine größere Härte die Anti-Verschweiß-Eigenschaften verbessert. .

Aus jedem der Streifen werden drei elektrische Kontakte gefertigt und einem Hochstrom-Bogenerosionsversuch bei einem Strom von etwa 210 A und etwa 100 000 Zyklen unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

TESTERGEBNISSE IN EINEM HOCHSTROM-RELAIS

220 V Wechselstrom - 210 A - 50% P.F. - 75 Betätigungen/min 3 Kontakte getestet/Werkstoff - Mittelwert angegeben

Material	Oxydations-	Gewichtsverlust	station.	in mg	mg/10³ Betäti
	verfahren	bewegl.	220,3 187,3 215,2	gesamt	gungen
B C D	vor (Flocke) vor (Drahtst.) nach	262,0 190,7 207,6	482,3 378,0 422,8	4,82 3,78 4,23

Der Tabelle entnimmt man, daß der nach der erfindungsgemäßen Methode hergestellte Werkstoff die beste Gesamt-Bogenerosionsrate der getesteten Werkstoffe aufweist und daB die Bogenerosionsrate des erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffes, verglichen mit einem aus zweidimensionalen Teilchen oder Flocken hergestellten Material der gleichen Zusammensetzung, etwa 21% geringer ist. Die Bogenerosionsrate des erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffes ist geringer (etwa 10%) als die des nach-oxidierten Materials der gleichen Zusammensetzung.

Insgesamt verfügt der erfindungsgemäß hergestellte Werkstoff über die beste Kombination unter den getesteten Eigenschaften

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(elektrische Leitfähigkeit, Härte mid Bogenerosionsrate) im Vergleich zu Materialien der gleichen Zusammensetzung, die nach Standardmethoden hergestellt sind.

Das geschilderte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung liefert somit Kontaktwerkstoffe auf Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid-Basis, die sich durch eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Kadmiumoxidteilchen, durch vergleichsweise grobkörnige Kadmiumoxidteilchen, durch das Fehlen von Korngrenzen mit einer verarmten Matrix und einer Korngrenzen-Porösität sowie durch ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise elektrische Leitfähigkeit, Härte und Bogenerosionsrate, auszeichnen.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren im Rahmen der Erfindung das Ausgangsmaterial auch kleine Mengen anderer Zusatzmetalle neben den Ag-> Cd- und Sn-Bestandteilen enthalten kann. Solche Zusatz-Metalle wurden Kobalt (Co), Calcium (Ca), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Beryllium (Be), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Cerium (Ce), Lanthan (La), Neodym (Nd), Strontium (Sr), Yttrium (Y), Indium (In), Antimon (Sb), Scandium (Sc), Gallium (Ga), Thallium (Tl), Lithium (Li), Wismuth (Bi), Zirkon (Zr), Niob (Nb) und Mischungen aus diesen Elementen in Mengen enthalten, die die Kenndaten und Eigenschaften des Kontaktwerkstoffes nicht beeinträchtigen würden. Typischerweise würden diese Zusatz-Metalle dem Ag-CdO-SnO-Werkstoff zugesetzt, um gewisse Eigenschaften dieses Werkstoffes durch eine wirksame Menge etwa der folgenden Gewichts-% zu verbessern:

Co	0,5	Mn	1,0	Sb	1,0
Ca	0,2	Ce	0,2	Sc	1,5
Ni	0,5	La	0,2	Ga	0,5
Al	1,0	Nd	0,2	Tl	2,0
Mg	0,2	Sr	0,2	Li	1,0
Be	0,2	Y	0,2	Bi	1,0
Fe	2,0	In	1,0	Zr	1,0
		509841	/0905	Nb	1,0

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Der Ausdruck "Kadmiumoxidteilchen (-partikel)" soll im vorliegenden Zusammenhang so verstanden werden, daß er Teilchen, die lediglich aus Kadmiumoxid zusammengesetzt sind, und Teilchen einschließt, die aus Kadmiumoxid und kleinen, jedoch wirksamen Mengen von Zinnoxid und möglicherweise Oxiden anderer Metallzusätze zusammengesetzt sind.

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Claims

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Patent an Sprüche

Verfahren zur Herstellung eines als elektrischer Kontakt dienenden Materials (Kontaktwerkstoff) auf Silber-Kadmiumoxid-Zinnoxid-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst dreidimensionale, Ag-Cd-Sn enthaltende Formstücke einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt und zur Oxydation ihrer oxidierbaren Bestandteile erhitzt werden, daß daraufhin die oxidierten, dreidimensionalen Formstücke verfestigt werden und daß schließlich die verfestigten, dreidimensionalen Formstücke in die gewünschte Form gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ag-Cd-Sn enthaltenden dreidimensionalen Formstücke durch Trennung eines Ag-Cd-Sn enthaltenden Drahtes in einzelne Drahtstückchen gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im letzten Verfahrensschritt (Formgebungsschritt) die verfestigten dreidimensionalen Formstücke gepreßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die gepreßten Formstücke soweit bearbeitet werden, daß sie die gewünschte endgültige Form gewinnen.
5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß verfestigte, insbesondere zusammengedrückte, Drahtstückchen in Streifen- oder Drahtform gepreßt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Formstücke vor

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ihrer Oxydation etwa 5 bis 25 Gew.-% Cd, etwa 0,01 bis etwa 3 Gew.-% Sn, Rest Ag, enthalten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bildung der dreidimensionalen Formstücke aus Draht dieser in Drahtstückchen mit einer Länge von ungefähr 1,25 cm (0,5 inch) oder weniger und einem Durchmesser von ungefähr 0,35 cm (O,14 inch) oder weniger getrennt wird.
8. Kontaktwerkstoff, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus Ag sowie den Oxyden des Cd und Sn besteht.
9. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus CdO zwischen etwa 5 und 25 Gew.-%, aus SnO zwischen etwa 0,01 und etwa 3 Gew.-!&, Rest Ag, besteht.
10. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der SnO-Gehalt zwischen etwa 0,5 und 2,5 Gew.-% liegt.

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