DE2924238C2

DE2924238C2 - Elektrisches Kontaktmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2924238C2
Application number: DE2924238A
Authority: DE
Inventors: Kishio Arita; Koichi Fujiwara; Shigeyuki Mito Tsurumi; Goro Yamauchi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1984-10-31
Also published as: CA1129680A; SE446991B; NL7904752A; GB2029446B; US4279649A; NL180794C; DE2924238A1; SE7905304L; FR2428904B1; GB2029446A; FR2428904A1

Description

(a) Zu /vgwerden entweder Ge oder Si und Ge in einer Menge von 1 bis 17 Atom-% sowie gegebenenfalls eines oder mehrere Additiveiemenie hinzugefügt, die ausgewählt sind aus wenigstens einer von drei Gruppen, wobei

die erste Gruppe aus Au, Pt Pd, Rh, Ru₁Os und Ir besteht und in einer Menge von 1 bis 10 Atom-% zugegeben wird,

die zweite Gruppe aus Ti, V, Zr, Nb, Mo, Ta, W und Re besteht und in einer Menge von 1 bis 5 Atom-% zugegeben wird, und

die dritte Gruppe aus Fe, Co, Ni und Cu besteht und in einer Menge von 1 bis 5 Atom-% zugegeben wird,

(b) das durch die Hinzufügung gewonnene Gemisch wird geschmolzen,
(c) die durch das Vermischen erhaltene Legierung wird abgeschreckt,

(d) die abgeschreckte Legierung wird im Vakuum getempert,

(e) die getemperte J.egien:-g wird plastisch verformt, und

(f) die plastisch verformte Legierung wird der inneren Oxidation bei einer Temperatur zwischen 250° C und — in Abwesenheit von Si — der eutektischen Temperatur von Ag und Ge und — in Anwesenheit von Si — der eutektischen Temperatur von Ag und Si unterworfen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern bei einer Temperatur von 300 bis 800⁰C während einer Zeit von 20 bis 60 Minuten ausgeführt wird und die plastische Verformung bei einer Temperatur von 300 bis 600° C erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktmalerial aus einer inneroxidierten Silberlegierung mit Ag als Hauptkomponente.

Silberhaltige Kontaktwerkstoffe, die gegebenenfalls weitere Zusätze an Metallen und Metalloxiden enthalten, sind in großer Zahl bekannt. Aus der DE-PS 8 79 582 sind beispielsweise Kontaktwerkstoffe aus bis zu 10% Silber enthaltendem Kupfer bekannt die gegebenenfalls zusätzlich noch Cd, Co, Cr und/oder Ni sowie hochschmelzende Oxide wie Aluminiumoxid, Chromoxid, Cadmiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumoxid, Zirkonoxid und/oder Thoriumoxid enthalten. Ag ist in diesen bekannten Kontaktwerkstoffen jedoch nur als Nebenbestandteil enthalten. Die hochschmelzenden Oxide wurden als solche den Metallgemengen bzw. Legierungen zugesetzt, wurden also nicht durch innere Oxidation erzeugt.

Aus der US-PS 25 48 164 sind Silber-Germanium-Legierungen mit einem Germaniumgehalt von 0,06 bis 1% sowie deren Verwendung als elektrisches Kontaktmaterial bekannt. Diese Legierungen enthalten jedoch keine weiteren Zusätze oxidischer oder sonstiger Art und sind auch nicht inneroxidiert.

Außerdem sind Rhodium-plattierte und Gold-plattierte Kontaktmaterialien bekannt, mit denen die Trennung von aneinanderhaftenden Kontakten erleichtert und verbessert werden sollte. Die Trennung von miteinander in Berührung gebrachten Kontakten ist vor allem bei solchen Schaltern schwierig, die untei Inertgas, z. B. Stickstoff, versiegelt sind. Die Rhodium- und Gold-plattierten Kontaktmaterialien bewirken zwar eine gute Kontakthaftung, haben jedoch den Nachteil, daß der Kontaktwiderstand beim Einsatz niedriger Kontaktkräfte auf mehr als 1 Ω ansteigt, und zwar selbst in reinem Stickstoff. Nachteilig ist ferner, daß Rhodium und Gold teuer sind und somit zu hohen Herstellungskosten des elektrischen Kontuktmiiterials führen.

Schließlich sind auch schon inncroxidierle Legierungen und deren Verwendung als elektrische Kontaktminerialien bckann'. Sie werden durch innere Oxidation einer festen Lösung vom ,»-Typ bzw. von ,t-Mischkristallen hergestellt. Typische Konlaktmalcrialicn dieser Art sind inncroxidierte Silber-Cadmium-Lcgierungen, wie sie z.B. aus der DE-AS 1033815 bekannt sind. Bei diesen Legierungen mit Ag als Hauptkomponente können Edelmetalle wie Au und Pd oder Metalle aus der Gruppe der Platinmetalle zulcgiert sein. Als durch innere Oxidation leicht oxidierbare Komponente können Mg. Zn, Cd, In.:Sn oder Pb vorgesehen sein.

Diese bekannten inneroxidierten Silber-Cadmiun-.-Legierungen weisen gute Eigenschaften hinsichtlich der Kontaktverschweißung auf, haben jedoch den Nachteil, daß der Kontaktwiderstand bei geringen Kontaktkräften und hohen Lasten beträchtlich hoch ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß nicht nur in der inneroxidierten Ag—Cd-Legierung, sondern überhaupt in jeder inneroxidierten Legierung aus einer festen Lösung vom «-Typ die innere Oxidation durch Diffusion von Sauerstoff von der Oberfläche des Materials und von dem gelösten Stoff zur Materialoberfläche verursacht wird, so daß die Verteilung des Oxids von der Oberfläche zur Mitte hin immer gröber wird und die Kontakteigenschaften durch mechanische Abnutzung oder Erosion aufgrund von Bogenentladungen verschlechtert werden. Eine solche inneroxidierte Legierung aus einer festen Λ-Lösung benötigt ferner eine längere Oxidationszeit und führt daher zu höheren Herstellungskosten.

Schließlich ist auch schon ein Kontaktwerkstoff bekannt, bei dem Oxidteüchen und ein Basismetall durch Sinterung verfestigt sind, so daß die Oxidteüchen gleichmäßig in dem Basismetall verteilt sind. Bei feinen OxidteiJchen mit einem Durchmesser von weniger als einigen μπι ist es jedoch schwierig, eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen. Sehr kleine Teilchendurchmesser sind bei Kontaktwerkstoffen erforderlich, die für sehr niedrige Kontaktkräfte bestimmt sind. Ein solches gesintertes Kontaktmateria! hat eine geringere Dichte als massives Material, so daß seine mechanischen Eigenschaften schlechter sind und die Herstellung dünner Schichten schwierig ist

Ebenso wie der aus der DE-AS 10 33 815 bekannte Kontaktwerkstoff enthält auch das aus der DE-AS 11 53 178 bekannte Kontaktmaterial aus einer inneroxidierten Silberlegierung, die zusätzlich noch Ni, Fe, Mo, Co, Cr₁Ti und/oder V enthalten kann, weder Silicium noch Germanium.

Schließlich sind aus der DE-OS 24 46 698 Kontaktwerkstoffe für Zweischichten-SinterkontaktstC'-'-.e bekannt, die aus inneroxidierten, dispersionsgchärteten Silberlegierungen bestehen und ein oder mehrere O^idc von Cu, Zn, Cd, Sn, Pb, In, La, Ce, Sb, Bi, Te, Mo, Mn, Ca. Fe, Co, Ni, Mg, Al, Si, Ti, Zr, Cr enthalten.

Bei all diesen bekannten Ag als Hauptkomponente enthaltenden Kontaktwerkstoffen entstehen bei ihrer Verwendung in Kontaktanordnungen, bei denen während des Kontaktschließens Entladungen auftreten, Anodenerosionserscheinungen durch Bogenentladungen, die mit starker Kraterbildung verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektrisches Kontaktmaterial sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Kontaktmatertal der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Silberlegierung entweder einer. Gehalt von 1 bis 17 Atom-% Ge oder aber einen Gehalt von zusammen 1 bis 17 Atom-% an Si und Ge aufweist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch das beanspruchte Verfahren (vgl. Patentansprüche 6 und 7) gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bestehen darin, daß die Silberlegierung zusätzlich wenigstens ein Element als erstes Additivelement enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Os und Ir besteht, wobei das erste Additivelement insgesamt in einer Menge von 1 bis 10 Atom-% vorliegt, sowie darin, daß die Silberlegierung zusätzlich wenigstens ein Element als zweites Additivelement enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, V, Zr, Nb, Mo₁ Ta, W und Re besteht, und zwar in einer Menge von 1 bis 5 Atom-%, und schließlich darin, daß die Silberlegierung zusätzlich wenigstens ein Element als drittes Additivelement enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Fe, Co, Ni und Cu besteht, und zwar wiederum in einer Menge von 1 bis 5 Atom-%.

Zur Erläuterung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kjntaktmaterials werden in dieser Beschreibung folgende Definitionen verwendet:

Unter »Kontakthaftung« wird ein Haftwirkungskoeffizient (Trennkraft/Kontaktkraft) verstanden, der in einem Ultrahochvakuum von 6,66-10—^l0 mbar ermittelt wird, nachdem der Kontakt mit Argonionen bombardiert wurde und auf der Oberfläche gereinigt wurde. Unter »Kontaktkraft« wird die Kraft verstanden, die erforderlich ist, um die Kontakte miteinander in Berührung zu bringen. Unter »Trennkraft« wird die Kraft bezeichnet, die erforderlich ist, um die sich berührenden Kontakte wieder voneinander zu trennen.

Unter »Kontaktwiderstand« wird derjenige Widerstand verstanden, der vorhanden ist. nachdem das Kontaktmaterial an einem Drahtfederrelais angebracht wurde und zwei Millionen Mal im nichtbelasteten Zustand an der Atmosphäre betätigt wurde.

Die »Erosionsbeständigkeit« ist die Erosionstiefe in den Kontaktelementen, die sich ergibt, nachdem diese an einem Drahtfederrelais angebracht wurden und die Kontakte hunderttausendmal betitigt wurden, wobei beim Schließen der Kontakte Entladungen durch eine /?C-Entladurgss;'ia!tung (/? = 20Ω und C= 0,22 μΡ) mit einer angelegten Spannung von 48 V erzeugt werden.

Die »Korrosionsbeständigkeit« wird durch den Kontaktwiderstand dargesteüi, der vorhanden ist, wenn das w Kontaktmateria! drei Stunden lang bei Raumtemperatur in künstlicher Luft mit einer Feuchtigkeit von 90% und 0,001% (10 ppm) H₂S behandelt wird und dann der Kontaktwiderstand bei einer Kontaktkraft von 49· 10~³ N unter Verwendung eines halbkugelförmigen Goldkontaktes mit einem Radiu". von 0,5 mm gemessen wird. Die Behandlung kann auch darin bestehen, daß das Kontaktmaterial 48 Stunden lang bei Raumtemperatur in künstlicher Luft mit einer Feuchtigkeit von 90% und mit einem Gehalt von 10 ppm SO2 gelassen wird und dann w der Kontaktwiderstand unter einem Kontaktdruck von 49 · 10~^J N gemessen wird.

Die »Kontaktverschweißung« ist das Unvermögen, Kontakte voneinander zu trennen, die bei einem elektrischen Strom von 30 A miteinander verschweißt sind.

Bei einem versiegelten bzw. verkapseilen Schalter geht man davon aus, daß sinh im Betrieb Schwierigkeiten durch Kontakthaftu.ig ergeben könnten, wenn der Ko.itakthaftungskoeffizient nicht kleiner als 0,5 ist. Der <>5 erfindungsgemäß erreichbare, sehr niedrige Kontakthaftungskoeffizient wird übrigens unabhängig von der vorhandenen Sauerstoffmenge erreicht.
Diejenige Ausführungsform des Kontaktmatcrinls. bei der als erstes Additivelement 1 bis 10 Atom-% Au, Pd,

Pt, Rh, Ru, Os und/oder Ir zu Ag und Ge bzw. Ag, Ge und Si zugegeben werden und anschließend eine innere Oxidation erfolgt, besitzt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit selbst gegenüber einem stark korrodierenden Gas wie HjS. Dieses Material hat daher den Vorzug, daß es als elektrisches Kontaktmaterial für elektrische Schaltungen an der Atmosphäre verwendet werden kann. Die Konzentration des Additivelements ist auf einen Bereich von 1 bis 10 Atom-% begrenzt, da bei einem Wert unter 1 Atom-% keine Auswirkung auf die Korrosionsbeständigkeit und bei einem Wert über 10 Atom-%kein innerer Oxidationseffekt beobachtet wird, wobei der Haftwirkungskoeffizient bei einem Wert über 10 Atom-% derselbe ist wie bei Reinmetall, so daß keine Auswirkung auf die Kontakthaftung erwartet werden kann. Wenn Gold als erstes Additivelement verwendet wird, ist eine erhebliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zu beobachten, ohne daß die Kontakt- haftungseigenschaften, der Kontaktwiderstand und die Erosionsbeständigkeit verschlechtert werden.

Wenn ein Strom von einem bis zu mehreren 10 A an das Kontaktmatcrial angelegt wird und die Kontakte häufig geöffnet und geschlossen werden, treten Bogenentladungen auf, wodurch häufig Schwierigkeiten durch KontaktverschweiQung entstehen. Für diesen Anwendungsfall ist eine Ausführungsform des Kontaktmaterials geeignet, bei der die Silberlegierung zusätzlich 1 bis 5 Atom-% wenigstens eines der Elemente Ti, V, Zr. Nb, Mo,

is Ta, W und Re enthält und inneroxidiert ist. Dieses Material hat eine stabile Charakteristik mit hoher Beständigkeit gegenüber Kontaktverschweißung und ist daher als Kontaktmaterial für mittlere Ströme bestens geeignet.

Wenn als zweites Additivelement Ti, V. Zr, Nb, Mo, Ta, W und/oder Re zugegeben werden, wobei es sich um hochschmelzende Metalle handelt, so steigt der Schmelzpunkt der Silberlegierung, die I bis 17 Atom-% Ge oder Si und Ge und a!s erstes Additiveiement ! bis !0 Atom-'!''!! Au, Pt. Pd. Rh. Ru, Os und/oder !r enthält. Diese Ausführungsform ist daher insofern vorteilhaft, als die Beständigkeit gegenüber Kontaktverschweißungen weiter gesteigert wird.

Die Zugabe wenigstens eines der Elemente Ti. V, Zr, Nb, Mo. Ta. W und Re ist auf einen Bereich von 1 bis 5 Atom-% beschränkt, da bei einem Wen von unter 1 Aiom-% keine Steigerung der Beständigkeit gegen Kontaktverschweißung erwartet werden kann und bei einem Wert von mehr als 5 Atom-% die Oxide von Ti, V, Zr. Nb, Mo, Ta, W und Re infolge der inneren Oxidation an der Oberfläche gebildet werden, wodurch der Kontaktwiderstand ansteigt.

Bei derjenigen Ausführungsform des Kontaktmaterials, bei der die inneroxidierte Silberlegierung zusätzlich als erstes Additivelement 1 bis IO Atom-% Au, Pt, Pd, Rh, Ru. Os un !'oder Ir enthält, ist die Erosionsbeständigkeit sehr niedrig und beträgt nur die Hälfte bis ein Fünftel des Wertes bei den herkömmlichen Edelmetallkontak- ten. Üblicherweise ist das für elektrische Schaltungen verwendete elektrische Kontaktmaterial eine dünne Schicht, die auf ein dünnes Basismaterial aus einer Eisenlegierung aufgebracht ist, wobei die Dicke des Materials im Hinblick auf die Erosionstiefe bestimmt wird, die in der jeweiligen Beschichtung auftritt. Wenn das elektrische Kontaktmaterial eine flache Erosion zeigt, kann es mit geringerer Stärke aufgetragen werden, so daß Einsparungen möglich sind. Zur weiteren Verbesserung der Erosionsbeständigkeit wird dem vorstehend beschriebenen

Kontaktmaterial vor der Oxidation eine Menge von 1 bis 5 Atom-% wenigstens eines der Elemente Fe, Co, Ni und Cu zugefügt.

Die Mengen des Additivs aus Fe, Co₁ N i und/oder Cu ist auf einen Bereich von 1 bis 5 Atom-% begrenzt, da bei einem niedrigeren Wert als 1 Atom-% keine Verbesserung der Erosionsbeständigkeit erwartet werden kann. Ist der Wert dagegen größer als 5 Atom-%, so wird durch die innere Oxidation ein Oxid des Fe, Co, Ni bzw. Cu gebildet, wodurch der Kontaktwiderstand ansteigt.

Die obere Grenze der Temperatur für die innere Oxidation ist die eutektische Temperatur von 651°C für den Fa¹I einer Ag-Ge-Legierung und die eutektische Temperatur von 840° C für den Fall einer Silberlegierung, die Si und Ge enthält Die untere Grenze liegt bei 250⁰C, da bei einer niedrigeren Temperatur die innere Oxidation zu lange dauert

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als Basismetalle Silber und Germanium oder Silber, Germanium und Silicium, gegebenenfalls mit wenigstens einem Additivelement, das so gewählt wird, daß dem Silber die jeweils angestrebten Eigenschaften als elektrisches Kontaktmaterial verliehen werden, geschmolzen, abgeschreckt und dann plastisch verformt, so daß die Elemente Ge bzw. Ge und Si jeweils gleichmäßig in dem Basismetall in Form feiner Kristalle verteilt sind. Danach wird die so erhaltene Legierung der inneren Oxidation dieser feinen Kristalle unterworfen, wodurch ein verbessertes elektrisches Kontaktmaterial aus der Legierung geschaffen wird, bei dem die gleichmäßige Verteilung der inneroxidierten feinen Kristalle erhalten bleibt. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der Beispiele weiter erläutert In der Zeichnung ist F i g. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Anodenerosion aufgrund von Bogenentladungen bei einem für die Erfindung beispielhaften Kontaktmaterial;

F i g. 2 die Darstellung metallographischer Strukturen eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kontaktmaterials sowie einer bekannten Silber-Cadmium-Oxid-Legierung.

In F i g. 1 ist die Anodenerosion in μπι in Abhängigkeit von der Germaniumkonzentration der Silberlegierungen, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, aufgetragen. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist die Tiefe der Anodenerosion bei Germaniumkonzentrationen von 12 bis 17 Atom-% am geringsten.

In F i g. 2 sind schematisch die metallographischen Strukturen eines beispielhaften elektrischen Kontaktmaterials (B) und eines bekannten Kontaktmaterials (A) aus inneroxidierter Ag-Cd-Legierung mit 12 Atom-% Cd wiedergegeben. Die Kreise stellen Teilchen des im Basismetall gelösten Elements, die Punkte Oxidteilchen dar. Vor der inneren Oxidation der Ag-Cd-Legierung mit 12 Atom-% Cd wird kein Cadmium abgelagert (vgl. Fi g. 2A),denn Cadmium befindet sich in derΛ-Phase. Nach der inneren Oxidation wird, wie in Fig. 2A' gezeigt ist. das Cadmium jedoch nach und nach, von der Probenoberfläche ausgehend, grob zur Mitte hin verteilt. Bei 300⁰C während 60 Minuten an der Atmosphäre ist die inneroxidierte Schicht nur etwa 12 μπι dick. Bei dem in F i g. 2B gezeigten Ausführungsbeispiel für ein Kontaktmaterial ist das Hauptadditiv. Ge bzw. Ge+Si, bereits in dem Silber gleichmäßig und fein verteilt, bevor die innere Oxidation erfolgt; diese gleichmäßige Verteilung

Si-Z'jgabe	Ge-Zügabc	Fro.ions.irfe	Konwklwider-	Kontakt-
(At.%)"	(At.%)	der Anode	standnach 10"	haftung
		(μΐη)	öffnungen und
			Schließungen
			(mn)
0,5	0.5	60 ±20	30	0.3
0	1.0	55 ±20	45	0,3
7,0	7,0	10± 5	30	0,15
0	17,0	10± 5	35	0,1
8.5	8.5	10± 5	35	0,1

ändert sich auch nach der inneren Oxidation nur wenig (vgl. Fig. 2B'). wobei das Hauptadditiv nur in der Oberflächenschicht der Teilchen oxidiert wird.

Beispiel 1

Ein Barren mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von JOO mm aus Silber, dem 10 bis 17 Atom-% Ge bei 1100⁰C zugefügt werden, wird an der Oberfläche geschliffen und durch Nutrollen bei etwa 300⁰C auf 4 mm^J /ebracht, bei etwa 300°C zu einer Platte von etwa 2 mm Dicke heiß ausgewalzt und dann kalt zu einer Folie mii einer Dicke von 150 μιη ausgewalzt. Die Folie wird bei 600^c'C während 2 Stunden an der Atmosphäre inneroxidiert, wonach die Erosionsbeständigkeit gemessen wird. Die Meßergebnisse sind im Diagramm der F i g. 1 dargestellt. Die aus dem so gewonn'.i'ien Material gebildeten elektrischen Kontakte haben einen stabilen Kontaktwiderstand mit einem Wert von weniger als 50 mn und einen günstigen Kontakthaftungskoeffizienten von etwa 0,3.

Beispiel 2 Tabelle I

Ei:, Barren von 20 mm Durchmesser und 300 mm Länge wird gebildet durch Zugabe der in Tabelle I angegebenen Mengen von Ge bzw. Si und Ge zu Silber bei einer Temperatur von 1200⁰C. Der Barren wird an der Oberfläche geschliffen, dann an einem Ende zu einer konischen Form mit einem öffnungswinkel von 60° bearbeitet, bei 70O⁰C während einer Stunde wärmebehandelt, unter einem Druck von 3000 Atmosphären heiß stranggepreßt bzw. extrudiert und schließlich zu einem Draht mit einem Durchmesser von 4 mm bearbeitet. Dieser Draht wird dann bei 600⁰C weiter während 30 Minuten wärmebehandelt und kalt zu einer Folie von !5Q μη") Dicke verarbeitet. Die Folie wird dann inneroxidiert und an einem Drahtfederrelais angebracht, an welchem die Erosionsbeständigkeit gemessen wird. Das Tabelle I entnehmbare Ergebnis zeigt, daß der elektrische Kontakt, der durch Zugabe von mehr als 14, aber höchstens 17 Atom-% des Elementes Ge oder der Elemente Si+ Ge zu Ag gebildet ist, eine Erosionstiefe von etwa 10 μπι an der Anode aufweist und sich somit durch eine günstige Erosionsbeständigkeit auszeichnet. Der aus diesem Material gebildete Kontakt hat ferner einen stabilen Kontaktwiderstand von weniger als 50 γπΩ und ein günstiges Kontakthaftungsverhalten mit einem Haftwirkungskoeffizienten von etwa 0,2.

B e i s ρ i e I 3

Ein Barren mit 15 mm Durchmesser und 30 mm Länge wird durch Zufügen von 5 Atom-% Silicium und 5 Atom-% Germanium zu Silber gebildet und in einem Argon-Schmelzofen erschmolzen. Er wird wiederholt einer Wärmebehandlung bei 800⁰C während 20 Minuten im Vakuum unterzogen und mit einem Arbeitsverhältnis von 50% ausgewalzt, um eine Platte mit 0,2 mm Dicke zu schaffen. Diese Platte wird dann bei 500° C während 30 Minuten in reinem Sauerstoff unter einem Druck von 1 Atmosohäre inneroxidiert, um das elektrische Kontaktmaterial zu erhalten. Der Haftwirkungskoeffizient ist bei diesem Material 0,2. Die Haftwirkungscharakteristik dieses Materials ist um 50% besser als bei einem Material, das durch die alleinige Zufügung von 5 Atom-% Silicium zu Silber und innere Oxidation des Systems gebildet wird. Der Kontaktwiderstand ist niedriger als 80 mil

Beispiel 4

Barren mit 10 mm Durchmesser und 200 mm Länge werden gebildet, indem dem Silber jeweils 7 Atom-% Ge und jeweils 1 Atom-% Rh, Ru, Os oder Ir zugegeben werden und das System bei 1200° C erschmolzen wird. Die Legierung wird dann zunächst heiß, dann kalt zu einem Band mit 0,2 mm Dicke ausgewalzt Die Bänder werden bei 400° C während 30 Minuten an der Atmosphäre inneroxidiert, um das elektrische Kontaktmaterial zu schaffen, dessen Zusammensetzung in Tabelle H angegeben ist

«5

Tabelle 11

Probe	Si	Gc	Rh	Ru	Os	Ir	Kontakt
Nr.							wider
							stand
							(mil)

31 30 30 31

Der bei den Proben Nr. 1 bis 4 gemessene Kontaktwiderstand erwies sich mit 30 bzw. 31 πίΩ als sehr stabil. Zur Messung des Kontaktwiderstandes wurde das Drahtfederrclais jeweils 10 Millionen Mal betätigt.

Beispiel 5

Ein Barren mit 20 mm Durchmesser und 300 mm Länge wird aus Silber gebildet, dem jeweils 3 Atom-% Si und Gc und jeweils 2 Aiorn-% Au und Fd zugegeben werden. Das System wird an der Oberfläche geschaffen, an einem Ende konisch zu einem öffnungswinkel von 60° bearbeitet, bei 650°C während einer Stunde wärmebehandelt, dann unter einem Druck von 3000 Atmosphären heiß extrudiert und zu einem Draht mit einem Durchmesser von 4 mm verarbeitet. Dieser Draht wird dann bei 600°C während 30 Minuten weiter wärmebehandelt und kalt zu einer Folie von 0,2 mm Dicke verarbeitet und bei 600°C während 30 Minuten, an der Atmosphäre inneroxidiert, um das Kontaktmaterial zu erhalten. Selbst durch Heißextrudierung kann eine gleichmäßige Kornverteilung von Si und Ge mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 μπι erzielt werden. Der Kontaktwiderstand dieser Legierungen betrug 20 bis 30 νηΩ und wies eine sehr stabile Charakteristik auf.

Beispiel 6

Jede der Legierungen mit der in Tabelle III angegebenen Zusammensetzung wird in einem Bogen-Schmelzofen erschmolzen und in die Form eines Plättchens mit 20 mm Durchmesser und 5 mm Dicke gebracht, bei 600°C auf 2 mm Dicke reduziert und dann kalt auf einen Durchmesser von 5 mm und eine Dicke von 1 mm gebracht. Diese Probe wird dann bei 700°C inneroxidiert und mit einem Kupferstab durch Silberlötung verbunden. Der mit dieser Probe gebildete Kontakt wird dann bei einem Strom von 40 A und einer Spannung von 30 V geöffnet und geschlossen, um die Beständigkeit gegen Kontaktvcrschweißung zu untersuchen. Während Silberkontakte und Kontakte aus einer inneroxidierten Silberlegierung mit 10 Atom-% Si nach 10³ Kontaktspielen verschweißt waren, waren die aas dem Kontaktmateria! mit der in Tabelle H! angegebenen Zusammensetzung gebildeten Konsakte nach derselben Anzahl von Kontaktspielen nicht verschweißt. Die Anzahl der Öffnungsund Schließvorgänge, nach welchen 50% der aus diesem Kontaktmaterial gebildeten Kontakte verschweißt waren, betrug mehr als 10*. wie aus Tabelle III ersichtlich. Diese Materialien weisen also eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber Kontaktverschweißungen auf und behalten gleichzeitig ihre guten Eigenschaften hinsichtlich der Kontaxthaftung, des Kontaktwiderstandes, der Erosionsbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit

45 Tabelle III

Probe Ag Nr.

Ge

Pd

Re

Ta

Mo

Zr

Anzahl der Öffngn. u. Schließgn, bis mehr als 50% der Kontakte verschweißt sind

1 2

55 3

83 83 71 71

10 10 17 17

5 -

10 2

10 -

- 435 χ ΙΟ⁵ 1 5,20 χ ΙΟ⁵

Beispiel 7

9,21 χ 10⁵

Eine Folie von 150 μπι Dicke wird dadurch gebildet, daß die Legierungen der in Tabelle IV aufgeführten Zusammensetzungen erschmolzen werden. Die Folie wird bei 700° C während einer Stunde an der Atmosphäre inneroxidiert und dann an einem Drahtfederrelais angebracht. Es werden dann Entladungen verursacht, während die elektrischen Kontakte geschlossen werden, und zwar unter Verwendung einer Koaxialleitung 5D2V einer Länge von 20 m als Belastung bei einer aufgeprägten Spannung von 100 V. Die Erosionstiefe an der Anode nach 2 Miiücnen Kontaktöffnungs- und -sehlieSspielen ist in Tabelle IV angegeben. Durch Zugabe von Fe, Co. Ni und Cu wird die Erosionstiefe verbessert.

Tabelle IV

Zusammensetzung der Legierung (Λι.^ϋ/ο)

Erosionsliefe

Ag-IOGe

Ag-IOGe-IOPd

Ag-IOGe-lOPd-5Fe

Ag-10Gc-10Pd-5Co

Ag-l0Ge-10Pd-5Ni

Ag-l0Ge-10Pd-5Cu

20±5
±5
5±3
5±3
+ 3
3±3

Diese elektrischen Kontaktmaterialien haben dieselben guten Eigenschaften hinsichtlich Kontakthaftung, Kontaktwiderstand und Korrosionsbeständigkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Kontaktmaterial aus einer inneroxidierten Silberlegierung mit Ag als Hauptkomponente, dadurchgekennzeichnet, daß die Silberlegierung einen Gehalt von 1 bis 17 Atom-% Ge aufweist

2. Elektrisches Kontaktmaterial aus einer inneroxidierten Silberlegierung mit Ag als Hauptkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberlegierung einen Gehalt von zusammen 1 bis 17 Atom-Ψο an Si und Ge aufweist

3. Kontaktmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Silberlegierung ferner wenigstens ein Element als erstes Additivelement enthält das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Au, Pt

ίο Pd, Rh, Ru, Os und Ir besteht, und zwar in einer Menge von 1 bis 10 Atom-%.

4. Kontaktmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Silberlegierung ferner wenigstens ein Element als zweites Additivelement enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, V, Zr, Nb, Mo₁Ta, W und Re besteht und zwar in einer Menge von 1 bis 5 Atom-%.

5. Kontaktmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Silberlegierung ferner wenigstens ein Element als drittes Additivelemei-.c enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Fe, Co, Ni und Cu besteht und zwar in einer Menge von 1 bis 5 Atom-%.

6. Verfahren zur Herstellung des Kontaktmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: