DE2747089A1

DE2747089A1 - Integriertes ag-sno-legierungsmaterial fuer elektrische kontakte

Info

Publication number: DE2747089A1
Application number: DE19772747089
Authority: DE
Inventors: Akira Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1977-10-20
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2395582B1; AU2969577A; DE2747089C2; CA1073022A; GB1604975A; HK25582A; FR2395582A1; JPS62250135A; BR7801632A; MX149630A; AU512691B2

Description

Chugai Denki Kogyo Tokyo/Japan 65 P

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein integriertes elektrisches Kontaktmaterial, welches insbesondere aus Ag-SnO-Legierungsstücken integriert ist» Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Erzeugung dieses Materials sowie eines zusammengesetzten elektrischen Kontaktes aus diesem Material.

Es sind bereits Ag-SnO-Legierungskontaktmaterialien nach der US-PS 3933 485 bekannt, welche durch innere Oxydation hergestellt sind. Diese Legierungen weisen darin ausgefällte Metalloxyde als Ergebnis einer inneren Oxydation auf und bestehen aus 1,5 bis 10 Gew.% Zinn, O,5 bis 6 Gewo% Indium, Spurenmengen von weniger als 0,5 Gew=% Metallen der Eisenfamilienelemente, Rest Silber, und sind bevorzugt nach der vorliegenden Erfindung anwendbar.

Eine Reihe von Versuchen hat ergeben, daß Ag-SnO-Legierungen in verschiedenen Kennwerten vergleichbar mit Ag-CdO-Legierungen oder diesen überlegen sind. Jedoch weisen die erstgenannten Legierungen den Nachteil bei der Herstellung auf, daß die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs für die innere Oxydation der Ag-Sn-Legierungen (beispielsweise Sauerstoff-Diffusion in die inneren Legierungsgebilde uiT&ar-Atmoephärendxuck bei etwa 700 C) verhältnismäßig langsamer als bei Ag-Cd auftritt, d.h. etwa halb so schnell wie bei dem letztgenannten Material. Dies bedeutet> daß man eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt, um eine Ag-Sn-Legierung von verhältnismäßig großen abmessungen innen zu oxydieren und daß die innere Oxydation einer solchen Legierung bisweilen unvollständig ist.

Aufgabe der Erfindung ist, unter Vermeidung der vorangehend erläuterten Nachteile., die Schaffung eines günstigen Ag-SnO-

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Legierungs-Kontaktmaterials von verhältnismäßig großen Abmessungen. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine Anzahl von Stücken aus Ag-SnO-Legierungen (1,5 bis 10 Gew=% Ag-Sn, 0,5 bis 5 Gew.% In, weniger als #,5 Gew.% Ni oder Co), jeweils mit Abmessungen, welche eine vollständige innere Oxydation jedes Stückes in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum ermöglichen, wobei sich die Stücke beispielsweise in Form von dünnen Platten, Drähten oder Granulaten befinden, unter Druck aneinander angelagert oder zusammengebracht sowie in eine gewünschte Form oder Gestalt gebracht unr¹· auf eine Temperatur von etwa dem Schmelzpunkt von Silber, doh. 96O°C, ervärmt.

Dieser Integrationsschritt kann auch durch Anlagerung der Anzahl von Ag-SnO-Legierungsstücken an Silber, Kupfer oder Legierungen hiervon erfolgen, wobei es möglich 1st, zusammengesetzte Kontaktmaterialien mit großen Abmessungen oder Massen zu erzeugen, welche aus dem Silber, Kupfer oder deren Legierungen zusammengesetzt sind und mit den Ag-SnO-Legierungsstoffen überdeckt sind. Wenn Kupfer als Basis für das integrierte Material nach der Erfindung verwendet wird, so soll die Wärmebehandlungstemperatur vorzugsweise etwa der eutektischen Temperatur von Silber und Kupfer, doh. 779°C,

Das auf diese Weise erhaltene elektrische Kontaktmaterial, welches aus Ag-SnO-Legierungsstücken oder -stoffen erhalten wurde, und zwar mit oder ohne einen Basisteil von Silber, Kupfer oder deren Legierungen, kann einem Heißwalz- oder Extrusionsvorgang unterzogen werden, um das Kontaktmaterial zu einer Platte oder einem Draht von gewünschten Abmessungen zu formen ο In diesem Fall könnte die vorangehend erwähnte Wärmebehandlung unter dem Schmelzpunkt des Silbers zusammen mit dem Walz- oder Extrusionsvorgang durchgeführt werden.

Aus Standzeitversuchen ergab sich, daß das integrierte elektri-

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sehe Ag-SnO-Legierungs-Kontaktmaterial nach der Erfindung besser als ein entsprechender ;\g-SnO-Legierungs-Kontakt ist, welcher als Einheit massiv innen oxydiert wurde, insbesondere im Hinblick auf den Kontaktwiderstand sowie dann, wenn die Kontakte verhältnismäßig große Abmessungen haben» Dies hat seinen Grund darin_s daß, wenn eine Ag-SnO-Legierung von verhältnismäßig großen Abmessungen primär als Gesamtheit innen oxydiert wird, die innere Oxydation unvollständig wird, wie vorangehend bereits erläutert wurde, was wiederum dazu führt, daß der innere Teil weniger hart ist, während der Kontaktdruck mit dem Verschleiß des Kontaktes abnimmt; wobei der Kontaktwiderstand groß wird, so daß sich ein unerwünschtes Abschweissen ergibt« Im Gegensatz hierzu zeigt ein erfindungsgemäß hergestellter Kontakt keine solchen Erscheinungen,da er über seine gesamte Masse und Standzeit hinweg eine gleiche Härte aufweist.

Die grundsätzlichen Kennwerte des erfindungsgemäßen Materials ergeben sich aus folgenden Gesichtspunkten:

1. Metalloxyde aus Ag-SnO mit den vorangehend erwähnten Zusammensetzungen sind oberhalb 70O⁰C stabil, selbst oberhalb des Schmelzpunktes von Silber, der bei 96O°C liegt.

2. Metalloxyde, welche in der Ag-SnO-Legierung ausgefällt sind, weisen eine größere Härte als diejenigen der Ag-CdO-Legierung auf und haben etwa ein Zehntel der Größe der letzteren. Daher bleiben diese Metalloxyde und ihre Dispersionsphasen innerhalb der Legierungsgebilde gleich, selbst nach einem Walzen oder Extrudieren., Zusätzlich wirken diese extrem kleinen und harten Metalloxyde dahingehend, daß angelagerte Legierungsstücke daran gehindert werden, gegeneinander zu gleiten, wenn sie einem Druck ausgesetzt sind, wodurch ihre frischen Berührungsflächen frisch und

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aktiv gehalten werden. Diese Wirkung ist beachtlich; insbesondere dann, wenn erfindungsgemäßes integriertes Material mit Kupfer als Basis hergestellt wird*

3, Spannungen in den integrierten Ag-SnO-Legierungsmaterialien werden durch einen Walz- oder Extrusionsvorgang abgebaut, da der Vorgang bei einer Temperatur etwa beim Teilschmelzpunkt von Silber durchgeführt werden kann« Dies ergibt sich auch im Hinblick auf die Trennung von Silberkorngrenzen innerhalb der Legierungsgebilde, welche durch Warmwalzen oder Extrudieren erzeugt sind=

Beispiel 1

Eine Legierung umfassend 5 Gewc% Ag-Sn, 1,7 Gew«% In, 0,3 Gewo% Ni wurde zu einer Platte von 1 mm Dicke gewalzt. Die Platte wurde in schmale Platten von 60 mm Breite und 300 mm Länge geschnitten. Die schmalen Platten wurden uiocr inneren Oxydation bei 10 oxydierenden Atmosphären sowie bei einer Temperatur von 700⁰C über 40 Std. ausgesetzt. Beide Oberflächen der auf diese Weise innen oxydierten Metallplatten wurden mit 5%-iger Salpetersäurelösung gereinigt.,

Ein Stück einer Silberplatte der gleichen Abmessungen wie die schmalen Platten sowie zehn Stücke der schmalen Ag-SnO-Platten wurden übereinander in Schichten angeordnet, wobei die Silberplatte zuunterst lag. Die zusammengebrachten Platten wurden bei einer Temperatur von 800⁰C über zehn Minuten erwärmt, während sie unter einem Druck von

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1000 kp/cm gehalten wurden. Die auf diese Weise zu einer Masse integrierten Platten wurden auf 800°C vorerwärmt und zu einer Platte von 2 mm Dicke ausgewalzt, aus der Kontakte von 6 mm Durchmesser ausgestanzt wurden. Diese Kontakte nach der Erfindung sowie andere Kontakte von gleichen Abmessungen und gleicher Zusammensetzung wurden bei diesen Ab

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messungen als Einheit innen oxydiert und hinsichtlich ihrer Kennwerte untersucht. Es wurden folgende Versuchsbedingungen angewendet;

22OV Wechselspannung,

5OA Strom,

Last Reaktanz Pt = 0,2
Frequenz 60Hz
Schaltzyklen 100 000
Kontaktkraft 100 pond=

Es wurden folgende Ergebnisse erzielt;

erfindungsgemäßer normal oxydierter Ag-SnO-Legierungskontakt Ag-SnO-Legierungs-

kontakt

Anzahl der Ver- schweißungsvor gänge	7	8
Kontaktdruck	2 ,0 mJiy	3,5 mil
Abbrandverlust	23 mg	2 5 mg
	Beispiel 2

Eine Legierung der Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde zu einem Draht von 2 mm Durchmesser verarbeitet» Dieser Draht wurde in kurze Längenabschnitte von 300 mm geschnitten. Die kurzen Drähte wurden einer inneren Oxydation bei 3 Bar Sauerstoff und einer Temperatur von 700°C über 20 Stunden unterworfen» Nach dem Waschen mit einer Säure wurden sie zu einem Bündel von 50 mm Durchmesser zusammengefügt oder angelagert« Dieses Bündel wurde einem heißen Extrusionsvorgang bei einer Temperatur von 800⁰C unterworfen, wobei sechs Drahtstücke von 4 mm Durchmesser erhalten wurden» Diese Drahtstücke wurden zu einem Band von 0,5 mm Dicke und

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4 mm Breite verarbeitet, wobei gleichzeitig wiederholt angelassen wurde. Mit einer der Flächen dieses Bandes wurde ein unterschiedliches Band gleicher Abmessungen bestehend aus einer Cu-Ni-(30%)-Legierung pressverbunden, während die Bänder auf eine Temperatur von etwa 85O°C erwärmt wurden. Die Anlageflächen hatten eutektische Gebilde, welche eine feste Verbindung sicherstellten.

Das bandförmige Ag-SnO-Legierungs-Kontaktmaterial, das auf diese Weise erhalten wurde, hatte eine bessere Längung als Ag-SnO-Legierungs-Kontaktmaterialien in der Art, welche üblicherweise in artern oxydiert wurden. Im Gegensatz zu üblicherweise oxydierten Ag-SnO-Legierungsmaterialien, welche eine geringe Zugfestigkeit aufwiesen und bruchempfindlich waren, wenn sie auf eine gewünschte Länge geschnitten wurden, konnten die Erzeugnisse nach der vorliegenden Erfindung zu Kontaktblättern verschweißt werden und wurden kontinuierlich auf eine bestimmte Länge abgeschnitten.

Beispiel 3

Eine Legierung von 8 Gew.% Ag-Sn«, 3 Gew.% In, 0,3 Gew.i Ni wurde geschmolzen und durch einen Strahl Stickstoffgas zerstäubt, wobei Granulat von 0,3 bis 1,5 mm Durchmesser erzeugt wurde. Das Material wurde einem inneren Oxydationsvorgang in einer oxydierenden Atmosphäre sowie bei einer Temperatur von 700°C über 6 Std. unterworfen. Es erfolgte ein Waschvorgang mit einer Säure; danach wurden die Elemente in Form einer Scheibe von 6 mm Durchmesser und 2 mm Dicke angeordnet oder zusammengefaßt, wobei Silberpulver von einem Zehntel des Gesamtgewichtes unten angeordnet wurde. Dieser scheibenförmige Kontakt wurde mit einer Kraft von 30OO kp zusammengedrückt und danach über 3 Std. bei einer Temperatur von 900°C bei Zuströmung von Sauerstoff

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gesintert« Dieses Erzeugnis wurde abschließend unter einem Druck von 5000 kp geformt«

Es ergab sich, daß dieser scheibenförmige Kontakt Kontaktwiderstände entsprechend 30 bis 50 % der üblichen Werte aufwies.

Die Erfindung schafft also Ag-SnO-Legierungs-Kontaktmaterialien von gewünschten Abmessungen, welche hart sind, um eine innere Oxydation zu erreichen. Die Materialien werden durch metallurgische Integration von Stücken des Legierungsmattrials erzeugt> wobei die Stücke solche Abmessungen aufweisen, daß sie leicht innen oxydiert werden» Die Integration besteht aus einer Zusammenbringung oder Zusammenführung der Stücke unter Druck sowie bei
einerhöheren Temperatur als 700°C> wobei nachfolgend auf Wunsch im heißen Zustand ein Walz- oder Extrusionsvorgang durchführbar isto

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Claims

: Späth ii/O

Max -Joitü-Piotx

Chugai Denki Kogyo Kabushiki-Kaisha, 13/3 Nihonbashi-Kayabacho 2-chome, Chuo-ku> Tokyo/ Japan

Integriertes Ag-SnO-Legierungsmaterial für elektrische

Kontakte

Patentansprüche

\1J Elektrisches Kontaktmaterial von vergleichbar großen Abmessungen aus Stücken einer Legierung von solchen Abmessungen, daß die Stücke innen leicht oxydierbar sind., dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Legierungsstücke darin ausgefällte Metalloxyd« als Ergebnis der inneren Oxydation über eine verhältnismäßig kurze Zeitperiode aufweist vaaär aus %f> bie Λ0 Gew,% Zinaa, 0,5 "bis 6 Gew.% Indium, Spurenmengen von weniger als 0,5 Gew»% von Metallen aus der Eisenelementfamilie, Rest Silber, zusammengesetzt ist und daß die vereinigten Stücke der Legierung metallurgisch miteinander als Ergebnis einer Wärmebehandlung vereinigt sind, die bei einer Temperatur von mehr als 700 C etwa beim Schmelzpunkt von Silber erfolgt»

2„ Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzten Stücke der Legierung in eine gewünschte Form heiß gewalzt oder extrudiert sind, nachdem sie der Wärmebehandlung ausgesetzt wurden„

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ORIGINAL INSPECTED

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3= Material nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die metallurgisch vereinigten Legierungsstücke auf ein Basismetall geschichtet sind₃ das aus der Gruppe bestehend aus Silber., Kupfer und Legierungen hiervon gewählt ist«,

4„ Verfahren zur Herstellung eines Kontaktmaterials nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch Zusammenbringen einer gewünschten Anzahl von Legierungsstücken von solchen Abmessungen unter Druck, daß sie von innen innerhalb einer vergleichbar kurzen Zeitperiode oxydierbar sind, wobei jedes der Stücke darin ausgefällte Metalloxyde als Ergebnis der inneren Oxydation aufweist und aus I₅5 bis 10 Gew-% Zinn, 0_;5 bis 6 Gew„% Indium, Spurenmengen von weniger als 0,5 Gewo% Nickel oder Kobalt, Rest Silber, zusammengesetzt ist und durch metallurgisches Vereinigen der Stücke miteinander durch Einwirkenlassen einer Temperatur von höher als 700°C_v welche ausreicht, um zumindest teilweise das Schmelzen der zusammengefügten Legierungsstücke zu veranlassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmebehandelten Legierungsstücke einem Walz- oder Extrusionsvorgang mit oder ohne Wärme ausgesetzt werden»

6„ Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Metallstück aus der Gruppe bestehend aus Silber, Kupfer und Legierungen hiervon unter Druck mit den Stücken der Ag-SnO-Legierung zusammengeführt wird»

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, gekennzeichnet dui*ch Herstellung mehrerer Stücke einer Legierung aus l_a5 bis 10 Gew.% Zinn, 0,5 bis 6 Gew.% Indium, Spurenmengen von weniger als 0,5 Gew-% Nickel oder Kobalt, Rest Silber, Durchführung einer Wärmebehandlung an den Stücken über ein kurzes Zeitintervall zwecks Bewirkung ei#>er im wesentlichen

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vollständigen inneren Oxydation in jedem der Stücke und nachfolgendes metallurgisches Integrieren der innen oxydierten Stücke unter Druck sowie bei einer Temperatur von mehr als 7OO°C zu der Form eines gewünschten elektrischen Kontaktes.

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