DE2635928B2 - Verfahren zum Erzeugen einer lötfähigen Oberfläche an einem Kontaktstück aus Silber und fein verteilten Graphitteilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer graphitfreien Hoffähigen Oberfläche an einem Formteil für elektrische Kontakte, das aus Silber als Grundmetall mit darin fein und gleichmäßig verteilten Graphitteilchen bis zu etwa 5 Gew.-% besteht

Formteile für elektrische Kontaktstücke werden vorzugsweise aus Silber hergestellt, das dieses Metall eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt Bei Kontakten, die unter Prellen der Kontaktstücke und unter Lichtbogenbildung geschlossen werden, kommt es jedoch zu einer Verschweißung der Kontaktstücke, so daß diese nur unter Kraftaufwendung (sogenannte Schweißkraft) wieder voneinander getrennt werden können. Man bevorzugt daher häufig silberhaltige Formteile, in denen Graphitteilchen fein und gleichmäßig verteilt sind. Derartige Formteile habci außerdem den Vorteil, daß an der Kontaktfläche der Formteile nur ein geringer Übergangswiderstand auftritt. Verfahren zur Herstellung derartiger Formteile aus silber- und graphithaltigem Verbundwerkstoff sind in der Pulvermetallurgie bekannt.

Eine Folge dieser verringerten Neigung zum Verschweißen ist jedoch, daß Formteile aus diesem Verbundwerkstoff nicht ohne weiteres mit Trägermetallen, etwa den Stromanschlüssen, verbunden werden können. So benetzt z. B. flüssiges Lot die graphithaltige Silberoberfläche nicht, so daß auch unter Verwendung der üblichen Flußmittel ein Hartlöten nicht möglich ist

Um trotzdem eine sichere Verbindung mit dem Trägermetall zu ermöglichen, werden die Formteile als Zweischichtenstücke mit einer lötfähigen Schicht hergestellt. Die zweite Schicht kann z. B. Reinsilber oder eine Silberlegierung sein. Bei dünnen Formteilen erhöht sich dadurch jedoch die Dicke des gesamten Teiles. So muß ζ. B. bei einem zwischen 0,5 und I mm dicken Formteil die lötfähige Schicht aus Toleranzgründen zwischen 0,2 und 0,3 mm betragen und nimmt daher bereits einen beträchtlichen Volumenteil des gesamten Formteiles ein.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden an der Fläche des fertigen Formteiles, die später als Lötfläche dienen soll, die Graphitteilchen durch eine Wärmebehandlung in oxidierender Atmosphäre herausgebrannt. Dadurch entsteht in dem ursprünglich einschichtigen Formteil nunmehr eine graphitfreie Schicht, deren Dicke bei der Herstellung in den üblichen Fertigungsöfen großen Schwankungen unterliegt. So wurde bei Bedingungen, die für eine herausgebrannte Schicht von 0,05 mm festgelegt wurden, nur eine Toleranz von ±0,04 mm erzielt. Diese Schichtdicke muß jedoch mindestens so groß gewählt werden, damit beim Verlöten das flüssige Lot ausreichend in die Lötfläche eindringt und eine haltbare Verbindung ergibt Dieses Verfahren kann daher ebenfalls nur bei dickeren Fonnteilen angewendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Formteil für elektrische Kontakte, das aus Silber als Grundmelall mit darin fein und gleichmäßig verteilten Graphitteilchen bis zu etwa 5 Gew-% besteht, eine lötfähige Oberfläche zu erzeugen, wobei nicht schon

ίο durch die Herstellung der Lötfläche eine Mindestdicke des Formteiles vorgegeben sein solL

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Formteil einer Naßscheuerbehandlung mittels Scheuersteinen unterzogen wird.

Die Naßscheuerbehandlung kann z.B. in einer rotierenden Trommel vorgenommen werden, die mit den auf pulvermetallurgischem Wege durch Sintern und Pressen hergestellten, fertig geformten Fonnteilen, handelsüblichen Scheuersteinen, die auch aus Kunststoff bestehen können, und einer Flüssigkeit beschickt ist Beim Rotieren der Trommel werden die an der Oberfläche der Formteile liegenden Graphitteilchen durch das Scheuern aneinander und an den Scheuersteinen mechanisch herausgerissen. Gleichzeitig wird das verhältnismäßig weiche Silber über die Oberfläche geschmiert Die herausgewaschenen Graphitteilchen werden von der Flüssigkeit aufgenommen und fortgespült Da sich zwischen den scheuernden Flächen im allgemeinen ein Flüssigkeitsfilm befindet, werden die

jo Graphitteilchen hierbei aus der Oberfläche der Formteile gründlich ausgewaschen und in der Flüssigkeit suspendiert, ohne daß es zu einem Verschmieren des Graphites auf der Silberoberfläcihe kommt

Da die Wirkung der Flüssigkeit bei diesem Verfahren

i"> nur in dem mechanischen Auswaschen und Wegspülen der Graphitteilchen besteht, können hierfür sehr verschiedene Flüssigkeiten, wie Alkohole, Petroleum, Benzin, Trichlorkohlenstoff usw., verwendet werden. Tetrachlorkohlenstoff ist besonders geeignet, da er etwa die gleiche Dicke aufweist wie Graphit, so daß die Graphitteilchen in dem Flüssigkeitsvolumen schweben. Weniger geeignet sind Flüssigkeiten wie öle, die an der gescheuerten Oberfläche Rückstände bilden können, die die Benetzungsfähigkeit der Oberfläche beim Löten

4^r> herabsetzen würden. Bei der Verwendung derartiger

Flüssigkeiten müßten die gescheuerten Formteile noch

mit einem Lösungsmittel gewaschen und von den

Rückständen befreit werden. In der Regel ist Wasser eine billige und geeignete

Flüssigkeit für die Naßscheuerbehandlung. Vorteilhaft kann dem Wasser ein benetzungsförderndes Mitte, ζ. Β ein Detergenz, zugesetzt werden, wodurch das Auswaschen und Suspendieren der Graphitteilchen verbessert wird.

Die Oberfläche von graphithaltigen Silberteilen weist eine graue Farbe auf. Es entstehen graue Striche, wenn man mit der Oberfläche auf Papier entlangstreicht. Nach der Scheuerbehandlung weisen die erfindungsgemäßen Formteile jedoch eine silberhelle Oberfläche auf,

mi an der Graphiteinschlüsse nicht mehr beobachtet werden können. Ein Querschliff zeigl, daß die Graphitteilchen nur oberflächlich ausgewaschen und die entstehenden Hohlräume teilweise mit Silber zugeschmiert sind.

^h'· Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders dazu, auf Einschicht-Formteile eine Lötfläche aufzubringen. Das fertige Formteil einschließlich der Lötfläche zeigt dann einen im wesentlichen einschichti-

gen Aufbau, da sich eine definierte, meßbare Dicke des Ober die Oberfläche verschmierten Silbers auch im Querschliff unter dem Lichtmikroskop kaum angeben läßt An den Stellen der Oberfläche, an denen sich vor der Naßscheuerbehandlung bereits SHberkörner befanden, ist die »Schichtdicke« der Lötfläche durch die Größe der Silberkörper bestimmt An den anderen Stellen, an denen ursprünglich Graphitteilchen lagen, sind die durch das Auswaschen entstandenen Hohlräume in einer Tiefe durch Silber ausgefüllt, die sehr unterschiedlich ist und im Mittel meist etwa zwischen 0,5 und ΙΟμπι liegt Jedenfalls sind in der darunter liegenden Schicht wieder Graphiteinschlüsse vorhanden.

Die Tiefe der graphitfreien Oberfläche ist hierbei von der Dauer der Naßscheuerbehandlung weitgehend unabhängig. Sind nämlich die oberflächlich sitzenden Graphitteilchen erst einmal ausgewaschen und die entstehenden Hohlräume mit Silber verschmiert, so wird bei einem weiteren Scheuern noch Silber abgetragen bis neue, tiefer liegende Graphitteüchen freigelegt werden, ohne daß die »Dicke« der graphitfreien Oberfläche zunimmt

Bei dem erwähnten Naßscheuern in einer Trommel wird das ganze Formteil mit einer graphitfreien Oberfläche überzogen — also nicht nur die für die Lötung vorgesehene Lötfläche, sondern auch die Kontaktfläche, an der die Graphitteilchen zum Herabsetzen der Schweißkraft beim Schalten stärkerer Ströme (über 10A) gerade erwünscht sind. Dies ist jedoch kein Nachte;!, da bereits beim erstmaligen Schalten derartige Ströme im Lichtbogen eine Silberschicht, die unter 20 μηι litgt, ze, stört wird. Die beabsichtigte Wirkung der Graphitteilchen kommt dann wieder zur Entfaltung. Im Gegenteil bewirkt die überall gleichmäßig lötbare Oberfläche der Formteile eine Vereinfachung des Lötverfahrens, da jetzt bei flachen Formteilen nicht mehr zwischen einer Lötfläche und einer Kontaktfläche unterschieden zu werden braucht. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß die Formteile während der Naßscheuerbehandlung gleichzeitig entgratet werden können.

Überraschenderweise läßt sich die erzeugte Oberfläche beim Verlöten gut benetzen und ergibt eine haltbare Verbindung, obwohi keine graphitfreie Schicht vorliegt, die dicker als 10 μΐη ist

Beim Scheuern von graphithaltigen Silberteilen wird in der Regel der Graphit auf der Oberfläche verschmiert, wodurch die Benetzung mit flüssigem Lot weiter verschlechtert wird. So galt z. B. bei graphithaltigen Silberformteilen, auf die eine zweite lötfäriige

ίο Schicht aufgebracht ist, bisher die Regel, die fertigen Formteile nicht mehr zu scheuern, um durch Aufschmieren von Graphit die Lötfähigkeit der zweiten Schicht nicht zu verschlechtern. Es ist daher überraschend, daß bei der Naßscheuerbehandlung eine Fläche entsteht, auf

ι ■> der ksin Graphit verschmiert wird und die als Lötfläche geeignet ist

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert
Auf pulvermetallurgischem Wege werden Einschichtformteile aus Silber und 3 Gew.-% Graphit der Größe 5 χ 5 χ 0,7 mm hergestellt Die 8 I fassende Stahltrommel eines Tischscheuergerätes wird mit 3 kg dieser Formteile, 2 kg tetraedrischer Scheuersteine mit 4 mm Kantenlänge auf 2 I Wasser bestückt, dem 20 g eines handelsüblichen Aluminium-Behandlungsmittels zugesetzt ist, das die Abtragung fördert Die Trommelbehandlung wird bei einsr Drehzahl von 64 U/min, während einer Scheuerzeit von 60 min ausgeführt Nach der Scheuerbehandlung werden die Formteile abge-

Jn siebt gewaschen und getrocknet

Die so hergestellten Formteile können auf Kupferträgern mit herkömmlichen Loten und Flußmitteln, z. B. cadmiumhaltigem Silberlot (40 Gew.-% Ag) und boraxhaltigem Flußmittel, hart verlötet werden. Auch die

J^r> flußmittelfreie Lötung mit phosphorhaltigem Silber-Hartlot auf Kupfer ist einwandfrei möglich. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungs gemäßen Kontaktstücke wenig aufwendig.
Zur Erprobung wurden die auf diese Weise

•to hergestellten Formteile in Kleinselbstschaltern eingesetzt wobei die Nennströme von 10 bis 63 A und die Kurzschlußströme bis zu 2000 A betrugen.

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen einer graphitfreien lötfähigen Oberfläche an einem Formteil für elektrische Kontakte, bestehend aus Silber mit bis zu 5Gew.-% darin fein und gleichmäßig verteilten Graphitteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil einer Naßscheuerbehandlung mittels Scheuersteinen unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Naßscheuerbehandlung Wasser mit einem benetzungserleichternden Mittel verwendet wird.