DE2522832A1

DE2522832A1 - Verfahren zur herstellung von chrom- kupfer-kontakten fuer vakuumschalter und nach diesem verfahren hergestellte kontakte

Info

Publication number: DE2522832A1
Application number: DE19752522832
Authority: DE
Inventors: Jun Robert E Gainer
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-05-23
Publication date: 1975-12-18
Also published as: GB1510176A; CH604355A5; JPS515211A; CA1038206A; DE2522832C2; US3960554A; JPS5930761B2; ZA752596B

Description

PATH	KTAKVALT	HOLZEB
DIPL. ING.	β.	8 B U R G
89 A	OG	tSSB-STIlllll U
PHIUPPINK	-WKJ

W.744

Augsburg, den 21. Mai 1975

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Chrom-Kupfer-Kontakten für Vakuumschalter und nach diesem Verfahren hergestellte

Kontakte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chrom-Kupfer-Kontakten für Vakuumschalter sowie nach

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diesem Verfahren hergestellte Kontakte.

Vakuumschalter weisen ein evakuiertes Isoliergehäuse auf, in welchem voneinander trennbare Kontakte angeordnet sind. Diese Kontakte sind zwischen einer Schließstellung, in welcher sie einander berühren, und einer Offenstellung beweglich, in welcher sie voneinander getrennt sind und zwischen ihnen eine Funkenstrecke gebildet ist„ Wenn der den Vakuumschalter enthaltende Stromkreis stromführend ist, entsteht sowohl bei der Kontaktöffnungsbewegung als auch bei der Kontaktschlxeßbewegung ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen schmilzt und verdampft etwas Kontaktwerkstoff. Nach dem Zusammenbringen der Kontakte können sich bei hohem Kontaktdruck Verschweißungen zwischen den Kontaktoberflächen infolge des während des Lichtbogens geschmolzenen Kontaktwerkstoffes bilden. Außerdem treten während der ersten Millisekunden der Kontaktschließung Stromstöße auf, welche ebenfalls Kontaktverschweißungen hervorrufen können. Die Größe der zum Aufbrechen dieser Verschweißungen erforderlichen Kräfte hängt von vielen Faktoren ab, zu denen die Lichtbogenspannung und der Lichtbogenstrom, die Kontaktfläche und der Kontaktwerkstoff gehören. Diese Kontakt verschweißungen sind sehr unerwünscht, da sie die leichte Trennbarkeit der Kontakte stören und zum öffnungs-

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versagen des Vakuumschalters führen können.

Eine andere, manchmal bei Vakuumschalterkontakten auftretende Schwierigkeit liegt aarin, daß die verwendeten · Werkstoffe eine übermäßige Neigung besitzen, sich bei niedrigen Strömen zu zersetzen. Die damit verbundenen scharfen Stromabrisse können bei in den Stromkreis geschalteten Induktivitäten extrem hohe Spannungen induzieren, die dann zur Zerstörung von Schaltelementen im Stromkreis führen können. Bei einem Vakuumschalter sollte beim öffnen kein übermäßig abrupter Stromabriß stattfinden.

Es ist festgestellt worden, daß ein aus einer zu 50 % porösen Chrommatrix, die mit Kupfer getränkt ist, bestehender Lichtbogendrehkontakt für die Verwendung in einem Vakuumschalter geeignet ist. Bei dem fertigen Kontakt ist ein Chrom-Kupfer-Verhältnis von etwa 1 : 1 vorhanden, was einen Kontakt mit niedrigem Widerstand ergibt, der die bei Vakuumschaltern erforderliche hohe Schweißfestigkeit und Funkenlöscheigenschaft aufweist. Der zur Herstellung eines zu 50 % dichten Chrompulver-Preßkörpers erforderliche niedrige Preßdruck von etwa 1890 kp/cm ergibt einen Kontakt mit sehr geringer Roh festigkeit, welcher nicht aus der Preßform ausgestoßen werden kann, ohne auseinanderzufallen. Die Verdichtung

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und die Sinterung müssen deshalb während des Tränkens in einem Behälter für das Kupfer ausgeführt werden, bevor die Formbearbeitung stattfinden kann. Zur Herstellung eines normalen, mit Speichen versehenen Lichtbogendrehkontaktes ist eine umfangreiche Mas chine nb arb ei tung zur Herstellung der radialen Schlitze, der mit einem Rand versehenen Bohrung für den Anschlußstab und die komplizierte Kontaktfläche erforderlich. Die bei dieser Bearbeitung erzeugte Wärme kann auch infolge der hohen Affinität des Chroms für Stickstoff eine Verunreinigung des Kontaktes nach sich ziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Verminderung der Herstellungskosten und zur Verbesserung der Produktivität ein Verfahren der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß Chrom-Kupfer-Kontakte für Vakuumschalter durch Pressen in die gewünschte Endform herstellbar sind.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Verfahren gemäß der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Mischen einer vorgegebenen Menge Kupferpulver mit Chrompulver,

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b) Verdichten des Kupfer/Chrom-Pulvergemisches in einer Preßform bis auf einen vorgegebenen Preßdruck,

c) Sintern des so entstandenen rohen Preßkörpers zur Bildung einer Chrom-Matrix, und

d) Tränken der Chrom-Matrix mit Kupfer.

Zur Verbesserung der Rohfestigkeit des Preßkörpers und zur Ermöglichung des Auswerfens aus der Preßform ohne wesentliche Abweichung von der erforderlichen, etwa 50 %-igen Porosität des Chrompulvers wird zweckmäßigerweise eine Vormischung des als Binder dienenden Kupfers mit dem Chrompulver verwendet. Die Mischung ergibt einen Preßkörper mit einer höheren Rohfestigkeit, welche ein einfaches Ausstoßen aus der Preßform und eine leichtere nachfolgende Handhabung ermöglicht. Der niedrige Prozentsatz des beigegebenen Kupfers und der erforderliche geringfügig höhere Verdichtungsdruck beeinflussen die Sinterung des Chroms und die Endeigenschaften des KupfepChrom-Kontaktes nicht nachteilig.

Durch Anwendung der Erfindung ist es nunmehr möglich, einen zu 50 % aus Chrom bestehenden Chrom-Kupfer-Kontakt formzupressen. Der Kontakt kann entweder in seine end-

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gültige Form, so daß keine Nachbearbeitung mehr erforderlich ist, oder in eine Form gepreßt werden, welche noch eine geringfügige Bearbeitung erfordert« Ein Vorteil des Kontakt formpresse ns liegt darin, daß eine veränderliche Dichte des Kontaktes erhältlich ist. Dazu kann ein Chromkontakt so hergestellt werden, daß er an seinen Randbereichen eine hohe Dichte aufweist, welche zur Kontaktmittenflache hin bis auf eine niedrige Dichte abnimmt. Wenn der Kontakt dann mit Kupfer getränkt ist, so weisen die äußeren Kontaktteile ein hohes Chrom/Kupfer-Verhältnis auf, was eine "gute mechanische Festigkeit ergibt, und der Mittenbereich weist ein hohes Kupfer/Chrom-Verhältnis auf, was bei geschlossenen Kontakten eine größere Leitfähigkeit ergibt. Der Preßkörper weist daher einen äußeren Ring hoher Festigkeit auf, der den eine geringere Festigkeit besitzende Mittelbereich trägt.

Durch Anwendung dieser Pulvermetallurgie kann auch eine zusammengesetzte Struktur erzeugt werden. Auf diese Weise kann ein zweiteiliger Kontakt mit einem Kopfteil und einem Bas-isteil aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden. Diese beiden Kontaktteile werden dann während des Tränk vor ganges miteinander verbunden. Der Grundgedanke liegt darin, ein Kopfteil aus Kupfer-Chrom-

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Werkstoff zu erhalten, während das Basisteil aus einem anderen Werkstoff bestehen kann, was die Kosten vermindert und/oder die Kontakteigenschaften verbessert.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht es also, durch Formpressen Kontakte mit ungleichförmiger Dichte herzustellen, die ebenso leistungsfähig oder leistungsfähiger als bekannte Kontakte sind. Das Formpressen verringert die Maschinenbearbeitung und stellt wegen der Kosteneinsparung gegenüber den gegenwärtigen Fertigungsverfahren einen erheblichen Vorteil dar. Die Zugabe von bis zu 10 Gewichtsprozent Kupfer, welches mit dem Chrompulver vermischt wird, ergibt eine gute Rohfestigkeit und verbessert die Handhabungsfähigkeit des Preßkörpers. Preßdrücke von bis zu

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3150 kp/cm in Verbindung mit der Kupferbeimischung ergeben Preßkörper, die, wie bereits gesagt, eine verbesserte Rohfestigkeit und trotzdem die erforderliche Porosität bzw. Dichte aufweisen.

Die Erfindung beinhaltet also ein Verfahren zur Herstellung von Vakuumschalterkontakten, bei welchem ein hauptsächlich aus Chrom bestehender Rohkontakt mit einer komplizierten Form gepreßt, aus der Preßform ausgestoßen, gesintert und mit Kupfer getränkt werden kann,

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so daß ein Kontakt mit HQ % bis 60 % Chrom entsteht.

Die Erfindung beinhaltet auch nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Chrom-Kupfer-Kontakte mit ungleichförmiger Dichte für Vakuumsehalter.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 in Form eines schematischen

Diagramms den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2 einen Test-Preßkörper mit un

gleichförmiger Dichte.

Eine Hauptkomponente mancher Vakuumsehalter sind zwei Chrom-Kupfer-Kontakte mit niedrigem Widerstand. Bei bekannten Verfahren werden diese Kontakte durch leichtes Verdichten von Chrompulver, Vakuumsinterung, Tränkung mit Kupfer und anschließender Fertigbearbeitung hergestellt. Dieser Prozeß ist teuer und die Maschinenbearbeitung ist für die Kontaktreinheit und die Kontaktleistiangsfähigkeit schädlich.

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Ein pulvermetallurgisches Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine Senkung der Herstellungskosten wegen der verringerten Anzahl von Ve rf ahrens schritten und Bearbeitungsvorgängen. PLg. 1 zeigt die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Verfahrens zur Herstellung von Chrom-Kupfer-Vakuumschal terkontakten.

Ein typisches Herstellungsverfahren nach der Erfindung weist folgende Verfahrensschritte auf:

1. Mischen von Chrompulver mit bis zu 10 Gewichtsprozent Kupferpulver;

2. Verdichten des Pulvergemisches mit einem Preßdruck von etwa 2360 kp/cm in die gewünschte

Form und Auswerfen des Preßkörpers aus der Preßform;

3. Vorsintern des Preßkörpers

a) während einer Stunde bei 1050⁰C, falls eine Bearbeitung erforderlich ist, oder

b) während einer Stunde bei 120O⁰C, wenn ein« Entgasung und ein· erhöhte Verschwel Aung der Chromteilchen erwünscht ist;

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4. Bearbeiten des vorgesinterten Preßkörpers, falls notwendig;

5. Hochtemperatur-Vakuumsintern des Preßkörpers und Tränken mit Kupfer bei 1200⁰C; und

6. überziehen oder Oberflächenbehandlung des Sinterkörpers, falls erforderlich.

Das obige Verfahren wurde mit Kupferpulverbeimengung η von 2%, 4JC, 8jt und 10£ experimentell untersucht. Obwohl nur dieee Kupfermengen experimentell untersucht worden sind, erscheinen-unter gewissen Umständen auch andere Kupferbeimengungen zweckmäßig. Mit steigendem Kupfergehalt und/oder größer werdendem Verdichtungsdruck werden die Dichte des Preßkörpers und die Bruchfestigkeit erhöht. Die Scherbruchfestigkeit des Preßkörpers wird bestimmt, indem eine Probe unter gesteuerten Bedingungen einer gleichförmig wachsenden Querkraft in einer Dreipunkt-Bruchprüfmaschine ausgesetzt wird. Das Prüfverfahren für pulvermetallurgische Proben ist in "Metal Powders Industries Federation Standard 15-2" beschrieben· Die folgende Tafel zeigt die Scherbruchfestigkeit als Funktion der Kupferbeimengung und des Verdichtung»druckes.

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Tafel 1 Eigenschaften des rohen Preßkörpers

	9 8 Cr + Qlidden I50 RXL Cu	98 Cr + Whitaker Cu
	Dichte Scherbruchfestigkeit g/enr kp/cm	Dichte Scherbruchfestigkeit ■ζ ρ g/cnr kp/cm
Cr lOJK Cu 315O kp/cm, 2362 kp/cm, 1575 kp/cm*	5,12 bis 5,20 8,44 bis 9,84 4,84 bis 4,89 3,58 bis 4,78 4,55 bis 4,63 0,70 bis 1,89
Cr 8% Cu 3150 kp/cm^ 2362 kp/cm, 1575 kp/crrr	5,12 bis 5,13 8,44 bis 9,14 4,69 bis 4,82 2,88 bis 3,74 4,53 bis 4,60 0,84 bis 1,41	4,84 und 4,98 7.73 bis 9,14 4,56 und 4,57 2,10 bis 2,81 4,40 und 4,48 1,41
Cr 4* Cu 3150 kp/cm? 2362 kp/cm, 1575 kp/cnT	5,02 bis 5,03 4,71 bis 5,84 4,66 bis 4,71 0,84 bis 1,76 mm	4,80 und 4,83 4,92 bis 5,62 4,44 0,70 bis 1,41 4,27 0,70
Cr 2X Cu 315O kp/cm? 2362 kp/cm, 1575 kp/cnr		4,70 und 4,76 3,52 4,35 und 4,39 . 0,70 4,16 0,21
Cr 3150 kp/cm? 2362 kp/cm, 1575 kp/cnT		4,69 0 kein Fjpeßteörpsr kein Preßltörper K) - - ■ ITl-H - ΙΓ I Il ■ l/lFl

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N) N) 00 (a> N>

Der Kupferzusatz verbessert die Rohfestigkeit des Preßkörpers und ermöglicht das Ausstoßen aus der Preßform, ohne daß von der gewünschten 35i-igen bis 65£-igen Porosität der Chrommatrix wesentlich abgewichen werden muß. Der niedrige Prozentsatz der Kupferbeimengung und der geringfügig höhere Verdichtungsdruck beeinflussen das Sintern des Chromes und die Endeigenschaften des fertigen Kontaktes nicht nachteilig.

Die erforderlichen Berechnungen zur Bestimmung des Gewichts des Preßkörpers, der Dichte der Legierung und der prozentuale Anteil der dichten Masse des Preßkörpers gehen von den theoretischen Dichtewerten des Chroms von 7,19 g/cnr und des Kupfers von 8,96 g/cm⁵ aus. Die spezifischen Gewichte der Chrom/Kupfer-Gemische vor dem Pressen bei 4 bzw. 8 bzw. 10 Gewichtsprozent Kupfer betragen 7,25 g/cnr bzw. 7*31 g/cm bzw. 7,33 g/cm . Diese Werte werden nach der Formel für die theoretische Dichte einer Legierung errechnet:

C C _c _ x y

Legierung

C_xW/o_y ♦ C_yW/o_x

Bei Anwendung dieser Formal ergibt sich nur ein minimaler Fehler. Die Dichte eines Test-Preßkörpers

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wird aus seinem Gewicht und seinem gemessenen Volumen abgeleitet. Der Prozentsatz der theoretischen Dichte wird dann unter Verwendung der rechnerischen Dichte berechnet. Es ergibt sich also nur bei der Berechnungen erfordernden theoretischen Dichte ein minimaler Fehler. Obwohl diese theoretischen Dichten geringfügig fehlerhaft sind, stellen sie repräsentative Werte des Verfahrens dar und sind reproduzierbar.

Das Gewicht eines Preßkörpers mit einer Porosität von etwa 40* erhält man durch Multiplikation von 60* des berechneten Preßkörpervolumens mit der Dichte des reinen Chroms. Die gewünschte Kupferbeimengung beträgt einen geeigneten Prozentsatz des Preßkörpergewichts· Folglich erhöht sich der Anteil des Leervolumens auf mehr als 40*.

Beispiel:
Preßkörpervolumen
Preßkörpergewicht:
Kupferbeimengung: 10*
Kupfergewicht: 0,10 χ 184 g

Chromgewicht:

Chromvolumen 166 : 7.19 g/cor =

Verfügbares Gesamtvolumen für Kupfer: = Gewicht verhältnis Kupfer/Chrom: 1,05/1

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	S	42,	6 cnr	g
	S	184	g	g
	cm	18	54*
	cnr	166	46*
23,1	Z
19,5	S

Zur Pulververdichtung sind zahlreiche Verfahren möglich. Die am meisten verbreitete Technik ist die Preßformverdichtung. Von dieser Technik gibt es verschiedene unterschiedliche Methoden, von denen einige zur Kupfer/Chromverarbeitung geeignete Methoden nachstehend beschrieben werden:

1) Verdichtung durch einseitige Preßwirkung:

Das Verdichten erfolgt durch Bewegung eines oberen Preßstempels, der in den Preßformhohlraum hineingedrängt wird und das Pulver gegen die feststehende untere Preßformfläche, die Innenflächen der Preßform und die Oberflächen ggfs. vorhandener Kernstäbe drückt. Die Preßkraft wirkt nur von einer Seite her. Das Ausstoßen des Preßteils kann an der einen oder anderen Stirnseite des Preßformhohlraums erfolgen. Diese Technik wird zur Herstellung verhältnismäßig dünner Teile mit einer Hauptebene innerhalb des gesamten dichten Bereiches angewandt.

2) Verdichtung mit doppelseitiger Preßwirkung:

Sowohl ein oberer als auch ein unterer Preßstempel verdichten das Pulver gleichseitig in beide Richtungen. Kernstäbe können feststehend oder beweglich autgebildet

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sein und das Auswerfen des Preßkörpers erfolgt gewöhnlich durch Aufwärtsbewegung des unteren Preßstempels. Diese Technik kann zur Herstellung von Teilen mit einer Hauptebene innerhalb eines großen Dickenbereiches angewandt werden.

3) Preßform-Pließverdichtung:

Die Preßform und der untere Preßstempel bleiben während der Anfangsphase des Preßzyklus feststehend. Der obere Preßstempel bewegt sich in Richtung des Preßformhohlraums und übt Druck auf das Pulver aus. Dieser Druck erzeugt eine Reibkraft, die größer als die Tragkraft der Preßform ist. Die Preßform senkt sich dann ab, während der obere Preßstempel sich nach unten bewegt und das Pulver verdichtet. Die Relativbewegung zwischen dem unteren Preßstempel und der Preßform simuliert eine Druckanwendung des unteren Preßstempels. Das Ausstoßen des Preßkörpers kann entweder aus dem einen oder dem anderen Preßformende erfolgen. Mittels dieser Technik können beide oben beschriebenen Arten von Teilen hergestellt werden.

Der Preßdruck kann bei diesen Verdi chtungs verfahren entweder mittels hydraulischer oder mechanischer Vorrichtungen

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erzeugt werden. Die Verdichtung kann in Form eines manuell gesteuerten Vorgangs oder als automatisches Verfahren ablaufen. Jede der oben beschriebenen Verdichtungsmethoden kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden.

Die Steuerung der Zusammensetzung des Chrom-Kupfer-Vorgemisches kann jeweils durch Wiegen und Mischen der gesonderten Pulver für die einzelnen Preßkörper erfolgen. Bei Herstellung einer großen Menge von vorgemischtem Pulver können Verdichtungsschwierigkeiten infolge von Entmischungen während der Lagerung entstehen. Die Herstellung eines Preßkörpers findet typischerweise folgendermaßen statt:

1. Wiegen der erforderlichen Menge von Chrompulver und Kupferpulver j

2. Mischen während etwa 5 Minuten,

3. Füllen des Preßformhohlraums mit Pulver, Einsetzen des oberen Preßstempels und Pressen mit geringer Preßgeschwindigkeit bis auf einen vorgegebenen Druck;

4. Aufrechterhalten des Druckes während etwa 15 Sekunden;

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5. Wegnehmen des Druckes; und

6. Ausstoßen des rohen Preßkörpers.

Die interessierenden Eigenschaften des verdichteten Chrom-Preßkörpers sind die Dichte und die Scherbruchfestigkeit. Diese Eigenschaften sind für verschiedene Mischungen in der obigen Tafel 1 zusammengestellt.

Der Vorteil des Kupfers als Binder und der geringen Erhöhung des Ve rdichtungs druckes geht klar aus den Ergebnissen hervor. Eine Vergrößerung der Kupferzugabe und/oder des Ve rdichtungs drucke s erhöht die Dichte und die Rohfestigkeit des Preßkörpers. Veränderungen im Kupferpulver und/oder im Chrompulver können diese Werte verschieben. Ein guter Kupfer/Chrom-Preßkörper weist eine geringe Dichte bzw. eine hohe Porosität und eine große Rohfestigkeit auf. Die gemäß der Erfindung hergestellten Preßkörper lassen sich leicht aus der Preßform auswerfen und können ohne Beschädigung gehandhabt werden.

Nachdem der rohe Preßkörper aus der Preßform ausgeworfen worden ist, wird er zur Bildung einer Chrommatrix gesintert, welche nachher mit Kupfer getränkt werden kann,

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Das Sintern ist ein Vorgang, bei welchem eine Anhäufung von unter Druck verdichteten Teilchen oder einfach von in einem Behälter eingeschlossenen Teilchen unter der Einwirkung einer hohen Temperatur und gesteuerten atmosphärischen Bedingungen sich metallurgisch zu einem zusammenhängenden Körper verbindet. Dieser Vorgang ist wichtig, da er weitgehend die Größenänderung und die chemischen Reaktionen im rohen Preßkörper steuert, welche die Festigkeit, die Härte, die Zähigkeit und die Dichte des fertigen Kontaktes bestimmen. Andere Vorgänge wie beispielsweise das Tränken und das Verbinden von Elementen können mit dem Sintervorgang verbunden werden. Nach der Sinterung ist nur eine geringfügige Änderung der Dichte des Preßkörpers, jedoch eine beträchtliche Änderung der Festigkeit eingetreten. Diese Erhöhung der Festigkeit bewirkt die Sintertemperatur. Das beschriebene Preßverfahren mit Kupfer als Bindemittel und das anschließende Sintern ergibt eine Kontaktform, die nicht oder nur geringfügig nachbearbeitet werden muß.

Nach dem Sintern des Preßkörpers wird dieser zur Herstellung des Chrom-Kupfer-Kontaktes mit Kupfer getränkt. Bei dieser Tränkung, die normalerweise in der Pulvermetallurgie Anwendung findet, werden die Poren des gesinterten Preßkörpers mit Flüssigmetall oder einer

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flüssigen Legierung gefüllt. Bei diesem Verfahren entsteht ein starkes poröses Skelett in der Hochteinperaturphase, bevor das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisende Tränkmetall zur Anwendung gebracht wird. Das flüssige Tränkmetall wird dann durch Kapillarwirkung in die Poren eingesaugt, wenn eine ausreichende Benetzung zwischen den beiden Metallen vorhanden ist. Polglich ergeben sich mit diesem Verfahren bessere physikalische Eigenschaften im Vergleich zu ähnlichen Verfahren wie beispielsweise das Sintern in der flüssigen Phase oder die Tränkung des rohen Preßkörper3. Das Sintern in der flüssigen Phase erfolgt durch Erhitzen eines vollständig vorgemischten Preßkörpers auf die Schmelztemperatur des Bestandteils mit dem niedrigeeten Schmelzpunkt, der sich dann verflüssigt und den Preßkörper durchtränkt. Die Nachteile dieser Sintermethode in der flüssigen Phase und der Tränkung des rohen Preßkörpers sind das Entstehen von Hohlräumen, Schwinden und geringe Festigkeit,

Eine befriedigende Tränktechnik besteht darin, den Preßkörper mit der gesinterten Kontaktfläche nach unten in einen Tiegel mit Aluminiumoxydpulver zu legen, und eine geschmiedete Kupferscheibe auf der Rückfläche des Kontaktes im Vakuum auf die Tränktemperatur zu erhitzen. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann der Kontakt vollständig ohne

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Zerstörung und ohne schädliche Beeinflussung der Kontaktfache getränkt werden. Das Aluminiumoxydpulver kann mit befriedigenden Ergebnissen wiederholt verwendet werden.

Mit Hilfe der Pulvermetallurgie ist es auch möglich, einen Kontakt herzustellen, bei welchem die Porosität bzw. die Dichte absichtlich ungleichförmig ist. So kann beispielsweise der rohe Kontakt entweder eine höhere Porosität in der Kontaktmitte als am Rand des Kontaktes haben. Nach dem Tränken weisen dann die äußeren Kontaktbereiche ein großes Chrom/Kupferverhältnis zur Herstellung einer guten mechanischen Festigkeit und der Mittelteil des Kontaktes einen großen Kupferanteil zur Herstellung einer guten Leitfähigkeit auf. Ein Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß die eine große Dichte aufweisenden äußeren Kontaktbereiche dem eine geringe Dichte aufweisenden Kontaktmittelteil beim Auswerfen aus der Preßform zusätzlichen Halt geben.

Zur Bestimmung der Dichten der verschiedenen Bereiche eines Preßkörpers mit ungleichförmiger Dichte finden zwei metallographische Verfahren Anwendung. Gemäß dem ersten Verfahren wird ein Preßkörper unter Anwendung eines Anteilfaktor-Sichtschätzungsverfahrens geprüft. Dieees Verfahren

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besteht in einem Vergleich des Probekörpers mit einem Sichtschätzunga-Hilfsmittel, welches aus einer Reihe von Nachbildungen von Mikrostrukturstreuungen in jeweils schrittweise verschiedenen Prozentsatzstufen besteht. Die zweite Methode ist ein abschnittweises Punktzählverfahren. Die Probekörper werden präpariert und unter Verwendung eines Leuchtmikroskops mit einem im Okular angeordneten, 16 Felder enthaltenden Gitter untersucht. Bei 100-facher Vergrößerung zählt der Untersuchende die Anzahl der Leerstellen innerhalb eines Feldes. Die Preßkörperformen und die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Fig. 2 dargestellt. Zur Herstellung eines Kontaktes mit veränderlicher Dichte kann in der folgenden, bereits oben erläuterten Weise vorgegangen werden. Das vom Chrom eingenommende Volumen kann mit Hilfe des bekannten Gewichts und der theoretischen Dichte unter der Annahme berechnet werden, daß im Verfahren keine Verluste auftreten. Folglich ist die Porosität bzw. das leere Volumen gleich dem Preßkörper volumen minus das Chromvolumen. Beispielsweise erhält man bei einer Mischung mit lOfc Kupfer:

Preßkörpervolumen: 45 cm

Chromvolumen: 180 g : 7,19 g/cnr⁵ = 25 cm-⁵ Leervolumen: = 20 cm

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Dies bedeutet eine gleichmäßig innerhalb eines normalen Preßkörpers verteilte <44£-ige Porosität, jedoch weisen bei einem Preßkörper mit ungleichförmiger Porosität die dünneren Abschnitte eine geringere Porisität und, da die Randbereiche eine dünnere Querschnitts fläche aufweisen, eine größere Chromkonzentration auf. Die dickeren Mittelbereiche weisen eine porösere Chrommatrix auf und besitzen nach der Tränkung eine höhere Kupferkonzentration.

Die Beimengung von Kupfer zum Chrompulver verbessert die Rohfestigkeit und die Handhabungsfähigkeit des Preßkörpers und ermöglicht es, auch kompliziertere Kontaktformen durch Formpressen herzustellen. Preßdrücke bis

ρ
zu 3150 kp/cm in Verbindung mit der Kupferbeimengung ergeben rohe Preßkörper mit erhöhter Rohfestigkeit und mit der erforderlichen Porosität. Es ist festgestellt worden, daß der Prozentsatz der Kupferbeimengung nur geringen Einfluß auf die Eigenschaften des Preßkörpers nach der ersten Wärmebehandlung hat. Bei geeigneter Konstruktion kann ein formgepreßter Kontakt mit veränderlicher Dichte hergestellt werden, der eine gleich gute oder größere Leistungsfähigkeit als die bisher verwendeten Chrom-Kupfer-Kontakte besitzt. Das Form-

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pressen verringert den Umfang der Bearbeitung und stellt ein gegenüber bisher gebräuchlichen Fertigungsverfahren kostensparendes Verfahren dar.

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Claims

Patentansprüche

V !,herfahren zur Herstellung von Chrom-Kupfer-Kontakten für Vakuumschalter, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

a) Mischen einer vorgegebenen Menge Kupferpulver mit Chrompulver,

b) Verdichten des Kupfer/Chrom-Pulvergemisches in einer Preßform bis auf einen vorgegebenen Preßdruck,

c) Sintern des so entstandenen rohen Preßkörpers zur Bildung einer Chrom-Matrix, und

d) Tränken der Chrom-Matrix mit Kupfer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Chrompulver eine geringe Kupferpulvermenge beigemengt wird, daß weiter das Pulvergemisch in der Preßform mit einem Preßdruck von weniger als 3150 kp/cm in die gewünschte Form gepreßt wird, und daß der Preßkörper nach dem Pressen aus der Preßform herausgenommen, im Vakuum während einer

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bestimmten Zeit zur Bildung der Chrom-Matrix gesintert und schließlich nochmals gesintert und mit Kupfer getränkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch weniger als 10 Gewichtsprozent Kupferpulver enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fertige Kontakt zwischen 40% und 60% Kupfer enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Chrom-Matrix eine ungleichförmige Porosität und der Kontakt eine ungleichförmige Dichte aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom-Matrix 40% bis 60% des gesamten Kontaktes ausmacht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Preßkörper vor der Tränkung mit Kupfer zur Herstellung der gewünschten Form bearbeitet wird.

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8. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis hergestellter Chrom-Kupfer-Kontakt für Vakuumschalter, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe 40 bis 60 Gewichtsprozent Chrom und 60 bis 40 Gewichtsprozent Kupfer enthält und daß die Chromkonzentration im Kontakt ungleichförmig ist und mit dem Kontaktquerschnitt in Beziehung steht»
9. Chrom-Kupfer-Kontakt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kontaktbereich eine hohe Chrom/Kupfer-Konzentration und der innere Kontaktbereich eine hohe Kupfer/Chrom-Konzentration aufweist.
10. Chrom-Kupfer-Kontakt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe einen an seinem Umfang verlaufenden äußeren Lichtbogenbereich aufweist, an welchem bei der Kontakttrennung der Lichtbogen konzentriert wird und dessen Chromkonzentration größer al3 die Kupferkonzentration ist, und daß die Kupferkonzentration des Kontaktmittelbereiches, der zum Herstellen der elektrischen Verbindung beim Schließen des Schalters dient, größe'r als die Chromkonzentration ist.

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