DE2952128A1

DE2952128A1 - Verfahren zur herstellung von halbzeugen aus silber-zinnoxid fuer elektrische kontakte

Info

Publication number: DE2952128A1
Application number: DE19792952128
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. 6464 Linsengericht Szulczyk; Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Axel 6463 Freigericht Wirths; Ing.(grad.) Roger 6451 Großkrotzenburg Wolmer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2952128C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus
Silber-Zinnoxid für elektrische Kontakte Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Silber-Zinnoxid für elektrische Kontakte durch Sintern und Strangpressen eines pulverförmigen Gemisches der Komponenten Zinnoxid und Silber.
Als Werkstoff für elektrische Kontakte verwendet man neuerdings in verstärktem Maße Silber-Zinnoxid. Entsprechende Halbzeuge, wie beispielsweise Draht oder Bleche, werden meist pulvermetallurgisch durch Sintern und Strangpressen entsprechender Pulvermischungen hergestellt.
Beim Strangpressen von gesinterten Pulvermischungen aup Silberpulver und handelsüblichem Zinnoxidpulver wird eine Ausrichtung der Sn02-Teilchen erreicht, wodurch sich ein zeilenförmiges Gefüge ergibt. Es ist bekannt, daß das Schaltverhalten heterogener Kontaktwerkstoffe in starkem Maße von der stereometrischen Verteilung und Morphologie der beteiligten Phasen beeinflußt wird.
Durch das im Verlauf des Strangpreßvorganges erzeugte anisotrope Gefüge wird bei Anordung der Kontaktflächen senkrecht zur Zeilen- bzw. Faserrichtung eine Verbesserung des Abbrandverhaltens bewirkt. Kontaktstücke mit 10 Gew.-% SnO2 bringen gegenüber den üblichen tontaktwerkstoffen aus Silber und Kaduiuioxid eine Verbesserung in Abbrandverhalten von etwa 30 % bei starker und etwa 100 % bei einer schwachen Lichtbogenablenkung. Gegenüber den konventionell hergestellten Ag/CdO-Kontaktwerkstoffen haben Faserverbundwerkstoffe aus Ag/SnO2, bei denen die Hauptverformungsrichtung wegen der guten schalttechnischen Eigenschaften immer senkrecht zur Schaltfläehe angeordnet sein nuß, jedoch den Nachteil sehr hoher Herstellungskosten.
Außerdem zeigen solche Kontakte ein schlechtes Abbrandverhalten bei Anordnung der Faser- bzw. Zelenstruktur parallel zur Oberfläche des schaltenden Kontaktes, bedingt durch Materialausbrüche. Daneben lassen sich pulvermetallurgisch hergestellte und stranggepreßte tg/ SnO2-Werkstoffe mit Oxidgehalten wie sie bei Ag/CdO-Kontaktwerkstoffen üblich sind nicht beansprcuhungsgerecht warmwalzplattieren. Die Haftung der anplattierten l5tbaren Schicht ist ungenügend.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Silber-Zinnoxid für elektrische Kontakte durch Sintern und Strangpressen eines pulverförmigen Gemisches der Komponenten Silber und Zinnoxid zu finden, die ein hohes Verformungsvermögen besitzen, auch senkrecht zur Hauptverformungsrichtung gute Abbrandeigenschaften aufweisen und sich kostengünstig produzieren lassen. Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das han- delsübliche Zinnoxidpulver vor dem Vermischen mit dem Silberpulver bei 900 bis 16000 C geglüht wird. Vorzugsweise wird die Glühung bei 1200 bis 1400° C durchgeführt. Die Dauer der Glühungen liegt zwischen 0,3 und 48 Stunden, je nach Temperatur, wobei Glühzeiten von 1 Stunde bei 1300° C sich bewährt haben.
Besonders vorteilhaft ist es, das Gemisch aus Silberpulver und geglühtem Zinnoxid in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel in Anwesenheit eines organischen Bindemittels feinzudispergieren und anschließend zu trocknen. Als L5sungsmittel wird neben Wasser vor allei Alkohol oder Trichleräthylen verwendet, als Bindeiittel vorzugsweise Methalzellulose und/oder Polyvenylpyrrolidon verwendet.
Nach dem Trocknen wird zerkleinert und abgesiebt. Das so erhaltene Pulvergemisch wird analog der für die Herstellung von Ag/CdO bekannten Technologie verarbeitet.
Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, daß die bei Einsatz von bischer üblichen Ag/SnO2-Kontaktwerkstoffen im Schaltgerät auftretende, nicht zulässige Übertemperatur bei dem erfindungsgemäß hergestellten Material auf Übertemperaturwerte, wie sie bei Ag/CdO üblich sind, abgesenkt werden kann. Das erfindungsgemäß hergestellte Ag/SnO2-Material zeigt praktisch keine Vorzugsrichtung für die SnO2-Teilchen.

Mit den erfindungsgemäß hergestellten Ag/SnO2-Kontaktwerkstoffen vurden in einem Serienschaltgerät Funktionstests durchgeführt, wobei folgende Prüfbedingungen gewählt wurden: Nennstrom 2 230 A, 3-phasig, Doppelunterbrechung Prüfspannung s 380 Y/220 V, 90 Hz Einschaltstrom 2 1000 A Ausschaltstrom t 1000 A cos P : = - 0,4 (Luftdrossel) Einschaltdauer t ca. 80 u s Schalthäufigkeit : 250/h Schließgeschwindigkeit: 1 m/sec mittlere Trenngeschwindigkeit 2 0,7 m/sec Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt

Werkstoff erreichte Schaltzshl

Ag/CdO mit 12 Gew.-% CdO ca. 30 000

pulvermetalurgisch hergestellt

Ag/SnO2 mit 12 Gew.-% SnO2 100 000 - 140 000

pulvermetalurgische hergestellt

(konventionell), mit Faser-

struktur senkrecht zur Schalt-

fläche.

Ag/SnO mit 12 Gew.-% SnO2 100 000 - 143 000

2

pulvermetallurgisch hergestellt

(erfindungsgemäß), ohne Anord-

nung der SnO -Teilchen in einer

Vorzungsrichtung.

Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern: 1. Zinndioxidpulver wird in einem Platin-, Aluminiumoxid-oder Magnesiumoxid-Behälter 1 Stunde bei 13000 C an Luft geglüht. Dabei verringert sich die BET-Oberfläche von ursprünglich 2 - 3 m²/g auf 0,2 - 1 m²/g.
10 - 12 Gew.-% des geglühten SnO2-Pulvers, eventuell mit weiteren Metallosidzusätzen, und Ag-Pulver als Rest (ag-Korngröße < 63 pm) werden zusammen in einem Mischer iit unter einem Winkel von 30 - 45° schräg stehenden, im Uhrzeigersinn rotierendem Behälter und exzentrisch zum Behältermittlpunkt gelagertem Mischwerkzeug mit sehr hoher spezifischer Enerigeeinteilung 81 KW/3 1-Mishung) gemischt.
Aus der Pulvermischung werden isostatisch Strangpreßbolzen hergestellt, gesintert und an die benötigte Halbzeugabmessung stranggepreßt. Das für Warmwalzsplattieren bestimmte Ag/SnO2-Halbzeug mit dem 2 Querschnitt 14 x 60 mm wird zusammen mit Feinsilber-oder Ag-Legierungsblech bei 8000 c angewärmt und in einem Walzetich von 50 - 65 % platierte. Das plattierte Material wird warm oder kalt an die benötigte Endabmessung gewalzt.
2. Entsprechend Beispiel 1 wird handelsübliches Zinndioxidpulver 1 H /1300°C an Luft geglüht.
10 - 12 Gev.-* des geglühten Sn02-Pulvers, eventuell weitere Metalloxid-Zusätze und Ag-Pulver als Rest (Ag-Korngröße<63 pm), werden in Methylalkohol mit Methylzellulose oder Polyvinylpyrrolidon als Bindemittel dispergiert. Nach dem Dispergieren wird die Suspension an Luft oder unter Vakuum eingetrocknet.
Das getrocknete Gut wird mit einem Zerkleinerungsaggregat zerkleinert und <1 mm abgesiebt. Aus dem abgesiebten Pulver werden isostatisch Strangpreßbolzen hergestellt, gesintert und an die benötigte Halbzeug abmessung stranggepreßt. Das für Warmwaizplattieren bestimmte Ag/SnO2 88/12-Halbzeug mit dem Querschnitt 2 14 x 60 mm wird zusammen mit Feinsilber oder Ag-Legierungsblech bei 8000 C angewärmt und in einem Walzstich von 50 - 65 ç plattiert. Das plattierte Material wird warm oder kalt an die benötigte Endabmessung gewalzt.
3. Entsprechend Beispiel 1 wird handelsübliches SnO2-Pulver 3 h/12000 C an Luft geglüht.
10 - 12 Gew.-% geeldhtes SnO2-Pulver, eventuell weitere Metalloxidzusätze und Ag-Pulver als Rest (Ag-Korngröße<63 pm), werden in Wasser mit Methylzellulose oder Polyvinylpyrrolidon dispergiert. Nach dem Dispergieren wird die Suspension im Sprühtrockner ge rockne t.
Das sprühgetrocknete Ag-Metalloxid-Pulver wird isostatisch zu Strangpreßbolzen verarbeitet, gesintert und an die erforderliche Halbzeugabmessung stranggepreßt.
Das zum Warmwalzplnttieren vorgesehene Ag/SnO2-Halbzeug mit dem Querschnitt 14 x 60 mm² wird zusammen mit angeheftetem Feinsilber- oder Ag-Legierungsblech bei 800°C angewärmt in einem Walzstich von 50 -65 % % plattiert. Das plattierte Material wird warm oder kalt an die benötigte Endabmessung gewalzt.
Die nach den Beispielen hergestellten Ag/SnO2-Kontaktwerkstoffe und elektrischen gontakthalbzeuge zeigten praktisch keine Ausrichtung der SnO2-Partikel in eine Vorzugßrichtung. Trotzdem lassen sich mit diesem Werkstoff Schaltzshlen erzielen, die vergleichbar sind mit einem konventionell pulvermetallurgisch hergestellten Ag/SnO2-Material mit einer Faserstruktur senkrecht zur Schaltfläche, ohne daß die bei diesen Materialien Ublichen, für den Gebrauch schädlichen Ubertemperaturen auftreten.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Silber-Zinnoxid nir elektrische Kontakte PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Silber-Zinnoxid für elektrische Kontakte durch Sintern und Strangpressen eines pulverförmigen Gemisches der Kooponenten Silber und Zinnoxid, dadurch gekennzeichnet, daß das handelsübliche Zinnoxidpulver vor dem Vermischen mit dem Silberpulver bei 900 - 16000 C geglüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühung bei 1200 - 14000 C stattfindet.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus geglühtem Zinnoxidpulver und Silberpulver in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel in Anwesenheit eines organischen Bindemittels feindispergiert und anschließend getrocknet wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Methylzellulose und/ oder Polyvinylpyrrolidon verwendet wird.