DE2519572A1

DE2519572A1 - Molybdaenwerkstoff fuer kontakte

Info

Publication number: DE2519572A1
Application number: DE19752519572
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Ing Politycki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1976-11-11

Description

Molybdänwerkstoff für Kontakte Die Erfindung betrifft einen Molybdänwerkstoff für Kontakte.
Molybdän hat sich für mechanische Abhebekontakte bewährt, weil es eine sehr geringe Neigung zum Schweißen und eine geringe Materialwanderung zeigt. Da jedoch Molybdän kein Edelmetall ist, neigt es zur Bildung oxidischer Deckschichten. Diese Deckschichten, die bei Luftberührung des Molybdäns entstehen, weisen meist eine Dicke zwischen 2 und 20 nm auf und verursachen störende Ubergangswiderstände, dh. der elektrische Widerstand des Kontaktes verändert sich im Laufe der Zeit, bzw. man kann keine Kontakte mit sehr kleinen Ubergangswiderständen herstellen. Aus diesem Grunde hat man bislang Molybdän meist nur bei Kontakten verwendet, die unter Schutzgas arbeiten,beispielsweise unter Stickstoff und/oder Wasserstoff. Trotzdem können Jedoch Störungen auftreten, weil sich das Metall bereits vor dem Einbau in den Schutzgaskontakt mit einem Oxidfilm bedeckt hat, und es ist außerordentlich schwierig, die Bildung dieser Oxidschicht zu vermeiden.
Die angegebenen Schwierigkeiten hat man bislang beispielsweise dadurch umgangen, daß die Kontaktoberfläche mit einer dünnen Goldschicht überzogen wurde, beispielsweise durch Bedampfung oder Aufsputtern. Trotzdem kann es jedoch zu Oxidbildungen kommen, da die Goldschicht nicht immer porenfrei ist, so daß der Sauerstoff eindiffundieren kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Oxidbildung des Molybdänwerkstoffes zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch einen Werkstoff gelöst, wie er im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Gemäß der Erfindung besitzt der Molybdänwerkstoff also eine Molybdänborid - oder eine MolybdänsiEzid-Oberfläche. Vorzugsweise liegt die Dicke dieser Oberflächenschicht im Bereich zwischen 10 bis 1000 nm.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Reaktion des Molybdäns mit Sauerstoff bzw. mit Sauerstoffverbindungen unterbunden bzw. zumindest außerordentlich stark gehemmt wird, wenn das Molybdän bereits an einen anderen Partner gebunden ist, gemäß der Erfindung ist dieser andere Partner Bor bzw. Silizium. Dabei braucht die Bindungsenergie dieser Verbindungen nicht so groß zu sein, wie die Bindungsenergie des Molybdänoxides.
Andererseits weisen sowohl Molybdänborid als auch Molybdänsilizid eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, z.B. besitzt Mo2B5 einen spezifischen Widerstand von P= 18 /ulLcm, MoSi2 einen spezifischen Widerstand von 9 = 21,5 /u Qcm. Metallisches Molybdän besitzt einen spezifischen Widerstand von = 5 /u Qcm.
Die übrigen Eigenschaften der Metallboride und Metallsilizide sind beispielsweise in der Druckschrift H. Haag, Metall 28 (1974) 7, S. 725 bis 730 auf der Seite 729 beschrieben. Diese Verbindungen besitzen eine außerordentliche Härte und eine verhätnismäßig hohe Sprödigkeit.
Für mechanisch hoch beanspruchte Kontakte, insbesondere bei vielen Kontaktspielen, ist vorgesehen, die Molybdänborid- bzw. Molybdänsilizid-Schichten so dünn auszuführen, daß sie einerseits nur geringe mechanische Eigenspannungen aufweisen, andererseits aber noch als Schutz gegen die Bildung von Molybdänoxid wirken. Dar kommen Schichtdicken zwischen 10 bis 1000 nm in Frage, wie bereits oben als bevorzugte Ausführungsform angegeben wurde.
Fyr die Herstellung der MolybdänboriSchichten bzw. der Molybdänsilizidschichten sind verschiedene Verfahren möglich. Mit den im folgenden angegebenen Verfahren wurden bei der Erprobung der Erfindung gute Ergebnisse erzielt.
Zur Erzeugung einer Boridoberfläche wurden Kontakte aus Molybdän oder Molybdänbänder, aus denen die späteren Kontakte hergestellt werden sollen, auf amorphes Bor-Pulver gelegt und im Vakuum einer Temperatur von ca. 900 bis 10000C ausgesetzt. Dabei bildet sich eine Boridoberfläche, deren Dicke von der Zeitdauer der Temperatureinwirkung abhängig ist. Um eine Schichtdicke von ca. 10 bis 1000 nm zu erreichen, genügt eine Zeitdauer von ca. 5 - 50 Minuten. Das Vakuum besaß einen Restgasdruck von ca. 10 5 Torr.
Die Boridschicht kann aber auch durch Schmelzflußelektrolyse erzeugt werden, vgl. H. Kunst und 0. Schaaber, Borierten von Stahl", Metallverlag Berlin, 1965.
Sehr gute Boridoberflächen wurden mit einem CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) erreicht. Dabei wird das zu beschichtende Molybdänwerkstück in eine Reaktionskammer gebracht, durch die ein Trägergas geletet wird. Bei der Erprobung wurde. dafür Wasserstoff benutzt. Dem Wasserstoff wird Bortrichlorid beigemengt. Mittels einer Induktionsheizung wurde das Molybdänwerkstück auf eine Temperatur von ca. 900° C erhitzt, damit wird das Bortrichlorid zerlegt, wobei sich auf dem Werkstück Molybdänborid bildet, und wobei sich der Wasserstoff mit dem Chlor zu Chlorwasserstoff (HC1) verbindet.
Zur Bildung von Silizid-Oberflächen kann man in analoger Weise Silizium-Halogenide (SiC14, SiHC13) am glühenden Molybdän mit Wasserstoff umsetzen. An der Oberfläche des Metalles entsteht dabei eine Molybdänsilizidschicht (MoSi2), während als gasförmiges Reaktionsprodukt Chlorwasserstoff entweicht. Molybdänsilizid ist wegen seiner geringen Oxidationsneigung (Zunderbeständigkeit) bekannt geworden, vgl. E. Fitzer, I. Schlihting, F.K. Schmidt, high temp. - high pressure, Vol. 2 (1970) S. 553 bis 570.
Bei einer Versuchsreihe wurden Molybdänkontakte mit und ohne Boridoberfläche miteinander verglichen, diese Kontakte waren für ca. 45 Stunden der Luft ausgesetzt, dabei wurde ein Teil der untersuchten Kontakte während dieser 45 Stunden auf einer Temperatur im Bereich der Raumtemperatur, ein anderer Teil auf einer Temperatur von ca. 50° C und ein weiterer Teil auf einer Temperatur von ca.
90° C gehalten. Danach wurde der Ubergangswiderstand zwischen diesen Kontakten und einem Niet aus AuPt 10-Legierung gemessen. Der Niet hatte einen Durchmesser von 1,5 mm und einen Auflagedruck von 5 p.
Es ergab sich, daß die borierten Kontakte einen Ubergangswiderstand von weniger als 200 mN besaßen, ein typischer Wert-lag bei ca.
50 mZ, während die nicht borierten Kontakte einen Widerstand von mehr als 12-besaßen, ein typischer Wert lag bei ca. 5 Q n.
In der Figur ist dargestellt, daß der Molybdänwerkstoff (1), der z.B. einen Teil einer Kontaktzunge bilden kann, mit einer Schicht (2) aus Molybdänborid oder Molybdänsilizid überzogen ist.
2 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansorüche Molybdänwerkstoff für Kontakte, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß dieser Werkstoff (1) mit einer Schicht (2) aus Molybdänborid oder Molybdänsilizid versehen ist.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Schichten eine Dicke von ca. 10 nm bis 1000 nm aufweisen.

L e e r s e i t e