DE3116442A1

DE3116442A1 - "sinterkontaktwerkstoff"

Info

Publication number: DE3116442A1
Application number: DE19813116442
Authority: DE
Inventors: Horst Prof.Dr. 8500 Nürnberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1982-11-11
Also published as: JPS57181341A; DE3116442C2

Description

Sinterkontaktwerkstoff
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterkontaktwerkstoff aus Silber als Grundmetall und mindestens einem eingelagerten Metalloxid.
Für Schaltgeräte der Energietechnik bestehen für elektrische Kontaktstücke besondere Eigenschaftsforderungen.
Bei Lichtbogenbelastung, wie sie bei Schaltvorgängen bei prellendem Ein- und beim Ausschalten auftreten, wird ein möglichst kleiner Materialabbrand und damit eine hohe Lebensdauer verlangt. Beim prellenden Einschalten soll ein möglichst hoher Strom geschaltet werden können, ohne daß dabei die Kontaktstücke verschweißen, d.h. eventuell gebildete Schweißbrücken müssen von den für die Kontaktöffnung vom Schaltgerät verfügbaren Kräfte noch getrennt werden können. Die als Schweißkraft definierte Größe soll daher möglichst klein sein. Eine dritte Hauptforderung ist die Erwärmung der Kontaktstücke bzw. der Anschlußklemmen eines Schaltgerätes bei Dauerstromführung der Größe des Nennstromes. Für derartige Kontaktstücke sind bereits viele Werkstoffe meist mit hohem Silberanteil bekanntgeworden.
Durch die DE-PS 26 59 012 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und mindestens zwei eingelagerten Metalloxiden, mittels Pressen und Sintern eines Silber-Metalloxid-Verbundpulvers bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Verbundpulver vor dem Pressen mit wenigstens einem weiteren Silber-Metalloxid-Verbundpulver innig vermischt, welches sich in der Metalloxid-Komponente von dem erste Verbundpulver unterscheidet. In dem auf diese Weise hergestellten Sinterkontaktwerkstoff sind die Metalloxide nicht gleichmäßig über den gesamten Sinterkontaktwerkstoff verteilt. Es liegen nicht in jedem Bereich alle Metalloxide mit annähernd der gleichen Konzentration im Silber vor. Der Sinterkontaktwerkstoff besteht vielmehr aus verschiedenen nebeneinanderliegenden mikroskopischen Bereichen, wobei in einem Bereich das eine Metalloxid bzw. eine Gruppe von Metalloxiden, im danebenliegenden Bereich jedoch ein anderes Metalloxid oder eine andere Gruppe von Metalloxiden im Silber enthalten sind. Es wechseln z.B. Bereiche aus AgMe1O mit Bereichen aus AgMe2O nebeneinander ab, wobei Me1 und Me2 für verschiedene Unedelmetalle steht. Der Aufbau dieses Sinterkontaktwerkstoffes aus verschieden zusammengesetzten Bereichen ermöglicht es, durch den Metalloxidzusatz in dem einen Bereich die eine Eigenschaft (z.B. Abbrand) zu verbessern, wobei jedoch die in diesem Bereich hervorgerufene Verschlechterung einer Eigenschaft (z.B.
Schweißkraft) durch den Metalloxidzusatz in einem anderen Bereich kompensiert oder überkompensiert wird, so daß insgesamt eine Verbesserung des ganzen Eigenschaftsspektrums des fertigen Werkstoffs erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sinterkontaktwerkstoff der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Silberanteil möglichst klein gehalten ist und dennoch gleich gute Abbrand- und Schweißkraftwerte vorliegen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich Kupfer als ein zweites Grundmetall vorgesehen ist, daß die Grundmetalle im Mikrogefüge voneinander getrennt vorliegen, daß in den Grundmetallen das oder die Metalloxide verteilt sind, daß Art und Menge des oder der Metalloxide in den Grundmetallbereichen gleich oder verschieden sind, daß die Metalloxide wenigstens in einem Grundmetall mit einer Korngröße C 1Am mit einer Häufung zwischen 0,1 und 0,5 ßm und einer Korngröße 1 m mit einer Häufung zwischen 1 und 5 ßm verteilt sind und daß der Silberanteil am Gesamtwerkstoff zwischen 10~und 80 Massen-% beträgt.
Vorzugsweise beträgt der Silberanteil am Gesamtwerkstoff zwischen 20 und 50 Massen-%.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
Die Herstellung der Kontaktwerkstoffe gemäß der Erfindung erfolgt zweckmäßigerweise über die an sich bekannte pulvermetallurgische Technik.
Für Kontaktstücke mit niedrigem Silberanteil, vor allem für Niederspannungs-Schaltgeräte der Energietechnik, z.B. Schütze, wird ein im Lichtbogen abbrandfester Werkstoff mit geringer Schweißkraft gefordert. Der im Beispiel beschriebene Kontaktwerkstoff besteht aus 52,8 Massen-% Cu, 34,8 Massen-% Ag, 12 Massen-% CdO und 0,4 Massen-% Bi2O3.
Aus einer AgCdBi-Legierung wird durch Verdüsung und innere Oxidation ein Verbundpulver aus AgCdOBi2O3 mit 12 Massen-% CdO und 1 Massen-% Bi2O3 hergestellt. Die Teilchengröße liegt bei < 0,2 mm. Aus 40 Massen-% dieses Pulvers und einer Pulvermischung aus 88 % Elektrolyse-Kupferpulver der Teilchengröße < 10 Am und 12 Massen-% CdO-Pulver der Teilchengröße C 5 ßm wird eine Pulvermischung hergestellt, in der die Komponenten möglichst gleichmäßig verteilt sind. Anschließend wird die Pulvermischung mit einem Druck von400 MN/m2 in einer Matrize zu einem Formteil verdichtet. Anschließend wird der Preßkörper bei 750 OC 1 Stunde lang in Stickstoffatmosphäre gesintert. Zur Vermeidung von Oxidverlusten ist es zweckmäßig, die Wärmebehandlung der geschichteten Kontaktstücke in einem abgedeckten Kasten vorzunehmen, in dem sich einige CdO-Tabletten befinden. Durch Nachpressen mit einem Preßdruck von 800 MPa wird das Formteil auf die gewünschte Endform des Kontaktstückes gebracht. Der Raumerfüllungsgrad soll 0,99 erreichen oder überschreiten, damit eine hohe Abbrandfestigkeit im Lichtbogen erhalten wird. Für höhere Verdichtungsgrade wird ein Warmpressen bei 600 OC und 600 MPa, eine weitere Wärmebehandlung bei 750 OC während einer halben Stunde in Stickstoffatmosphäre und einem Kaltnachpressen mit 800 MPa durchgeführt.Die Formteilkontaktstücke zeigten auf einem Prüfschalter bei einem Einschaltstrom von 1000 A gleich gute Abbrand-und Schweißkraftwerte wie eine AgCdO12-Qualität mit optimierten Kontakteigenschaften. Der Kontaktwiderstand nach prellendem Einschalten liegt in der Häufigkeitsverteilung etwa 20 bis 50 % höher und ist damit für Niederspannungsschaltgeräte der Energietechnik wie z.B.
für Schütze, geeignet. Wegen des geringeren Silberaufwandes im Vergleich zu AgCdO12 ist der Werkstoff gemäß der Erfindung besonders wirtschaftlich.
Anstelle der im Beispiel angeführten Metalloxide können auch andere geeignete Metalloxide verwendet werden, wie Z.B, Sn02, ZnO, Ion203, CuO, Sb203.
3 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche Sinterkontaktwerkstoff bestehend aus Silber als Grundmetall und mindestens einem eingelagerten Metalloxid, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zusätzlich Kupfer als ein zweites Grundmetall vorgesehen ist, daß die Grundmetalle im Mikrogefüge voneinander getrennt vorliegen, daß in den Grundmetallen das oder die Metalloxide verteilt sind, daß Art und Menge des oder der Metalloxide in den Grundmetallbereichen gleich oder verschieden sind, daß die Metalloxide wenigstens in einem Grundmetall mit einer Korngröße C 1 m mit einer Häufung zwischen 0,1 und 0,5 ßm und einer Korngröße > 1 ßm mit einer Häufung zwischen 1 und 5 ßm verteilt sind und daß der Silberanteil am Gesamtwerkstoff zwischen 10 und 80 Massen-% beträgt.
2. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Silberanteil am Gesamtwerkstoff zwischen 20 und 50 Massen-% beträgt.
3. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus 52,8 Massen-% Cu, 34,8 Massen-% Ag, 12 Massen-% CdO und 0,4 Massen-% Bi2O3 besteht.