DE2535184B2

DE2535184B2 - Verfahren zum herstellen porenarm gesinterter fertigformteile auf der basis chrom-kupfer oder vanadium-kupfer

Info

Publication number: DE2535184B2
Application number: DE19752535184
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.rer.nat 8501 Wendelstein; Kippenberg Horst Dr.phiL; Schreiner Horst Prof- Dr.techn.habil.; 8500 Nürnberg Häßler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1975-08-06
Publication date: 1977-06-02
Also published as: JPS6055580B2; JPS5220263A; DE2535184A1; GB1550640A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung Eisen-, Kobaltoder Nickelpulver zugesetzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen porenarm gesinterter Fertigformteile auf der Basis Chrom-Kupfer oder Vanadium-Kupfer für die Verwendung als Kontaktstücke in Vakuummittelspannungsleistungsschaltern, wobei eine Pulvermischung aus Chrom und Kupfer bzw. aus Vanadium und Kupfer zu einem Preßkörper verdichtet und dieser anschließend im Vakuum gesintert wird.

Als Kontaktwerkstoffe in Vakuummittelspannungsleistungsschaltern haben sich Verbundwerkstoffe auf der Basis Chrom-Kupfer und Vanadium-Kupfer gut bewährt, da sie neben hohem Schaltvermögen, guter Abbrandfestigkeit und ausreichend niedrigem Abreißstrom auch eine hohe dielektrische Festigkeit vor und nach Leistungsschaltungen aufweisen. Diese Werkstoffe werden bisher nach dem Tränkverfahren hergestellt, wobei verschiedene Schwierigkeiten auftreten.

Es lassen sich zwar durch Tränken im Vakuum mit Kupferüberschuß weitgehend fehlerfreie Rohkörper erzielen, wobei jedoch die Reaktionsfreudigkeit des Chroms bzw. Vanadiums zu einem Anlegieren des Tiegelwerkstoffes bzw. der Tränkunterlage führt, die deshalb nur einmal verwendet werden können. Außerdem ist die Bearbeitung der Rohkörper — Abdrehen des Tränküberschusses, Beseitigung von Erosionszonen und Fräsarbeiten — wegen der ungünstigen Materialzusammensetzung mit einem hohen Anteil grober Chromteilchen (größer als 100 μπι) aufwendig.

Um den Verlust des Tränktiegels zu vermeiden, wird ein tiegelfreies Tränkverfahren angewendet, bei dem die Sinterkörper auf kleinflächige Stützer aufgelegt werden. Bei diesem Verfahren kommt es jedoch an den Auflagepunkten des Sinterkörpers zu einer Änderung der Grenzflächenspannung des Tränkkupfers, wodurch ein Ausseigern von Kupfer und Untertränken des Kontaktstückes unvermeidlich ist. Außerdem wurden bei diesem Verfahren im getränkten Körper Erosions- 6s zonen bis zu einer Tiefe von einigen Millimetern beobachtet, die die Herstellung von formgenauen Elektrodenteilen unmöglich machen. Derartige Erosionszonen sollten an sich vermeidbar sein, wenn dem Tränkkupfer Chrom bis zur Sättigungskonzentration bei der entsprechenden Tränktemperatur zugegeben wird. Durch die Sauerstoffaffinität des Chroms tritt jedoch während des Tränkprozesses, selbst im Vakuum, eine Anreicherung der Tränklegierung mit Oxidbestandteilen auf, die zu einer unvollkommenen Tränkung des Sinterkörpers führt

Der Ausweg, einen Pulverpreßkörper aus Chrombzw. Vanadium- und Kupfer-Pulver formbeständig und hinreichend porenfrei zu sintern, ist nicht gangbar, da die Sinteraktivität des Chrom- bzw. Vanadium-Pulvers insbesondere durch Oxidbelegung zu stark herabgesetzt wird. So ergibt sich z. B. bei einer Sinterung eines Preßkörpers aus Chrom- und Kupfer-Pulver im Verhältnis 1 :1 bei einer Temperatur von etwa 1300°C nahezu keine Volumenverminderung, so daß der Restporenanteil vor und nach dem Sinterprozeß gleichbleibend ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, einen aus dem Pulvergemisch mit den Komponenten Chrom bzw. Vanadium und Kupfer geformten Preßkörper formbeständig und porenarm zu sintern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Pulvermischung zur Erhöhung der Sinteraktivität des Chrom- bzw. Vanadiumanteils mindestens 3% eines Pulvers eines Metalls zugesetzt wird, das eine Mindestoxidbildungswärme von -4OkCaIZMoI, bezogen auf ein Mol O2-Zusatz, eine Sintertemperatur von 1300°C sowie eine Siedetemperatur von mindestens 2500^c C besitzt, daß dieses Metall mit Chrom bzw. Vanadium ein Mischkristall bildet und daß eine Löslichkeit zwischen Kupferphase und Zusatzmetall vorhanden ist.

Als besonders vorteilhaft haben sich Eisen-, Kolbalt- oder Nickelzusätze erwiesen.

Es hat sich gezeigt, daß die Aktivierung des Sinterprozesses dann eintritt, wenn das Zusatzmetall die Oxidbelegung des Chrom- bzw. Vanadiumpulvers anlösen bzw. durchdringen kann. Die Obergrenze der zulässigen Oxidbildungswärme wird von den entsprechenden Oxidbildungsenthalpien der Metalle Chrom bzw. Vanadium selbst gebildet. Größere Enthalpiewerte der Zusatzmetalle führen zu stabilen Oxiden dieser Elemente, die dann den Sintervorgang behindern. Die geforderte Mischkristallbildung zwischen Zusatzmetallen und Chrom bzw. Vanadium aktiviert den Sintervorgang. Um diesen Prozeß in wirtschaftlich vertretbaren Zeiten (etwa 1 Stunde) ablaufen zu lassen, muß gleichzeitig eine Löslichkeit zwischen der Kupferphase und dem Zusatzmetall vorhanden sein, um einen Transport der Zusatzmetalle durch Diffusion in der flüssigen Kupferphase sicherzustellen.

Im Gegensatz zu Legierungssystemen wie Wolfram/ Kupfer und Molybdän/Kupfer, wo eine Sinteraktivierung bereits bei wenigen hundertstel Prozent Nickel eintritt, müssen bei den vorliegenden Werkstoffkombinationen Zusätze von mindestens 3% zugesetzt werden, um eine Restporosität von < 3% zu erreichen. Dies beruht darauf, daß der Aktivierungsprozeß bei Molybdän und Wolfram grundsätzlich anderer Natur als bei Chrom und Vanadium ist. Bei Wolfram und Molybdän liegt die Bedeutung der schon in sehr geringen Konzentrationen wirkenden Zusätze in erster Linie in einer Erhöhung der Sintergeschwindigkeit, die bei Molybdän und Wolfram bei den hier in Frage kommenden Temperaturen von etwa 1200 bis HOO⁰C

zu gering in Relation zum Schmelzpunkt ist Dagegen liegt die Wirkung der genannten Zusatzmetalle bei Chrom und Vanadium hauptsächlich in einer Aniösung der sinterhemmenden Oxidschichten.

Anhand von Beispielen wird die Erfindung näher erläutert

Beispiel 1

Chrompulver mit einer Teilchengröße < 70 μπι wird mit 45% Kupfer- und 10% Kobalt-Pulver vergleichbarer Teilchengröße gemischt und mit einem Preßdruck von 4 Mp/cm² verdichtet. Der Preßkörper wird anschließend in einem Vakuum von < KH Torr eine Stunde bei 1300⁰C gesintert Hierbei verringert sich die ursprünglich etwa 25 Vol.-% betragene Porosität auf weniger als 3 Vol.-%. Der Wärmebehandlungsprozeß ergibt einen formgetreuen Sinterkörper, so daß auch komplizierte Formen gepreßt werden können.

Beispiel 2

Chrompulver mit einer Teilchengröße < 70 μ.τι wird mit 40% Kupfer-Pulver und 15% Eisen-Pulver vergleichbarer Teilchengröße gemischt und mit einer Preßkraft von 5 Mp pro cm² verpreßt Der Preßkörper mit einer Porosität von etwa 20 Vol.-% wird anschließend 3 Stunden im Vakuum von < 1O⁴ Torr bei 1300⁰C gesintert Auch in diesem Falle wird nach dem Sinterprozeß ein formgetreuer Sinterkörper erhalten, dessen Restporosität kleiner als 3 VoI.-% ist

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen porenarm gesinterter Fertigformteile auf der Basis Chrom-Kupfer oder Vanadium-Kupfer für die Verwendung als Kontaktstücke in Vakuummittelspannungsleistungsschaltern, wobei eine Pulvermischung aus Chrom und Kupfer bzw. aus Vanadium und Kupfer zu einem Preßkörper verdichtet und dieser anschließend im Vakuum gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung zur Erhöhung der Sinteraktivität des Chrom- bzw. Vanadiumanteils mindestens 3% eines Pulvers eines Metalls zugesetzt werden, das eine Mindestoxidbildungswärme von —40 kcal pro Mol, bezogen auf ein Mol OrZusatz, eine Sintertemperatur von 1300⁰C sowie eine Siedetemperatur von mindestens 2500° C besitzt, daß dieses Metall mit Chrom bzw. Vanadium ein Mischkristall bildet und daß eine Löslichkeit zwischen Kupferphase und Zusatzmetall vorhanden