DE3135035A1

DE3135035A1 - Werkstoff fuer elektrische kontakte und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3135035A1
Application number: DE19813135035
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. Dr. 6450 Hanau Heidsiek; Gernot Ing. Jäckel (grad.), 6467 Hasselroth
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1983-03-24
Also published as: ZA825763B; PL238134A1; YU149282A; DK303482A; AU8710682A; PT75233A; NO821899L; EP0074507A3; JPS5852452A; EP0074507A2; BR8205135A; PT75233B; ES513200A0; ES8308445A1

Description

Degussa Aktiengesellschaft 6000 Frankfurt/Main 1

Werkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung

81 201 EM

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Edelmetall, insbesondere für Schwachstromkontakte, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Elektrische Schwachstromkontakte werden je nach den Ein-ϊ5 satzbedingungen aus Silber-, Gold-, Palladium- oder Platinwerkstoffen gefertigt. Bei der Werkstoffauswahl sind neben dem Preis die Schaltspannung und Nennstromstärke, die Schalthäufigkeit und Schaltsicherheit, die mechanische Belastung und die korrodierende Atmosphäre zu berücksichtigen.

Von einem Kontaktwerkstoff werden in erster Linie ein ausreichender Abriebwiderstand, eine gute elektrische Leitfähigkeit und ein kleiner Übergangswiderstand verlangt.

" Die Kontaktwerkstoffe sollen weder korrodieren noch Anlaufschichten ausbilden. Aus diesen Gründen sind Edelmetalle an sich ideale Kontaktwerkstoffe, nachteilig ist nur der hohe Preis,die für viele Anwendungen zu niedrige Harte und Festigkeit und damit die zu geringe Verschleiß-

festigkeit.

Zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften und der Härte werden den reinen Edelmetallen daher meist Unedelmetalle zulegiert. Beispiele für solche Legierungsmetalle sind

Kupfer und Nickel. Edelmetall-Legierungen als Kontakt-

werkstoffe zeigen aber eine geringere elektrische Leitfähigkeit, einen erhöhten Übergangswiderstand und bei höheren Unedelmetallgehalten eine größe Oxidations- und Korrosionsanfälligkeit.
5

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Edelmetall zu finden, der trotz hoher Verschleißfestigkeit auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, oxidations- und korrosionsbeständig ist und einen möglichst geringen Edelmetallanteil enthält. Außerdem sollte ein Verfahren zu seiner Herstellung gefunden werden.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er 1 bis 50 Vol.-% Glas enthält. Vorzugsweise verwendet man als Glas eine Glasfritte mit einer Transformationstemperatur von 400 bis 750⁰C und einem Erweichungsintervall von mehr als 100⁰C.

nie Transformationstemperatur gibt den Übergang der Fritten vom spröden zum zähplastischen Zustand an und ist bestimmt durch einen Knick in den Temperatur-Eigenschaftskurven. Sie wird nach DIN 52324 dilatometrisch an Probekörpern bestimmt, indem Tangenten an die Dilatometerkurve angelegt werden. Die dem Schnittpunkt der Tangenten entsprechende Temperatur bezeichnet man als Transformationstemperatur, bei der die Fritten normalerweise eine Visko-

12
sität von etwa 10 Pa^sec besitzen.

™ Das Erweichungsintervall ist das Temperaturintervall zwischen dem Erweichungsbeginn der Fritte und ihrer Halbkugeltemperatur, wobei beide Grenzwerte an zylindrischen Prüfkörpern unter dem Erhitzungsmikroskop bestimmt werden. Beim Erweichungsbeginn beobachtet man eine Kantenabrundung, bei der Halbkugeltemperatur ist der zylindrische Prüfkör-

per zu einer Halbkugel zusammengeschmolzen. Das Erweichungsintervall ist ein Maß für die Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur.

Vorzugsweise verwendet man Glasfritten, die 15 bis 75 Gew.-% Bleioxid und/oder Zinkoxid, 5 bis 65 Gew.-% Siliziumdioxid, 0 bis 25 Gew.-% Boroxid und 0 bis 20 Gew.-% Alkalioxide enthalten. Zusätzlich können noch jeweils bis zu 10 Gew.-% Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Titandioxid und/oder Zinndioxid der Glasfritte zugesetzt sein.

Durch die Verwendung von Glasfritten mit niedriger Trans-* formationstemperatur und breitem Erweichungsintervall wird erreicht, daß bereits erheblich unterhalb der üblichen Sintertemperaturen der Edelmetalle bzw.. Edelmetall-Legierungen das Glas erweicht und durch den Vorgang eines Flüssigphasensinterns hohe Dichten und gute Verformurigseigenschaften des Werkstoffes erzielt werden können.

2Ö Die erfindungsgemäßen Werkstoffe enthalten als Edelmetallkomponente vorzugsweise Gold, Silber und/oder Palladium, oder deren Legierungen.

Durch den Zusatz von 1 bis 50 Vol.-%, insbesondere 1 bis 30 Vol.-% Glasfritte zum Edelmetall läßt sich der Edelmetallgehalt des Werkstoffes erheblich reduzieren, ohne daß die elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu entsprechenden Legierungen wesentlich abnimmt und die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert wird. Auch die Verschleißfestigkeit ist höher als bei entsprechenden Legierungen, die Werkstoffe sind lötfähig, galvanisierbar und gut verarbeitbar. Von Vorteil ist auch eine leichtere Rückgewinnung der Edelmetalle aus Abfällen.

Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit eines Goldglaswerkstoffes vom Glasgehalt. Im schraffierten Bereich liegen die Leitfähigkeiten der üblichen Goldlegierungen.
5

Die erfindungsgemäßen Werkstoffe werden durch Vermischen der Edelmetallpulver mit 1 bis 50 Vol-%, vozugsweise 2 bis 30 Vol-% eines feinen Glasfrittenpulvers, Pressen, Sintern und Warmverformen hergestellt. Vorzugsweise verwendet man hierfür Metallpulver mit einer Teilchengroße £ 250 um, insbesondere ^ 63 jum, während sich für die Fritte Teilchengrößen von t 50 um, vorzugsweise ^ 10 um bewährt haben. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Fritte- und Metallteilchen eine Kugelform oder eine ungefähre

T5 Kugelform besitzen. Das Pulvergemisch wird bei Raumtemperatur und Drücken von 500 bis 5000 bar gepresst, dann bei 500 bis 950⁰C gesintert und anschließend bei 500 bis 800°C und Drücken von 100 bis 200 bar warmverformt, insbesondere durch Strangpressen. Vorteilhaft sind Preßdrücke von 1000 bis 3000 bar und Sintertemperaturen von 550 bis 800⁰C. Das Glas sollte bei der Verarbeitung

9 3

eine Viskosität von 10 bis 10 Pa«sec besitzen, vorzugsweise 10 Pa-sec.

Folgende Beispiele sollen die erfindungsgemäßen Werkstoffe und ihre Herstellung näher erläutern.

1. Goldpulver mit einer mittleren Teilchengroße = 63 um wird mit 12 Vol.-% eines Glasfrittenpulvers mit einer mittleren Teilchengröße (= 10 pm und der Zusammensetzung 10 Gew.-% PbO, 50 % SiO₂, 15 % B₂O₃, 5 % Al₂O₃, 5 % ZrO₂ und 15 % Alkalioxid unter Zugabe von Azeton gemischt. Die Transformationstemperatur der Glasfritte liegt bei 430⁰C, das Erweichungsintervall beträgt 170⁰C. Das Pulvergemisch wird bei Raumtemperatur mit 1000 bar

or zu Bolzen mit einer Grünlingsdichte von ca. 65 % der theoretischen Dichte gepresst und anschlie-

ßend eine Stunde bei 900⁰C gesintert, wobei man 85 % der theoretischen Dichte erreicht. Der Sinterung wird auf 750⁰C aufgeheizt und bei 500⁰C und 150 bar Preßdruck stranggepreßt. Die Weiterverarbeitung zu Blech erfolgt durch Warmwalzen bei 800⁰C mit einer Stichabnahme von 0,5 mm. Durch Kaltwalzen mit Zwi-

schenglühungen (550 C, 10 Minuten) erreicht man Blechstarken von 0,1 mm Dicke.

2. Silberpulver mit einer mittleren Teilchengröße von £ 63 jum wird mit 25 Vol.-% des Glasf rittepulvers von Beispiel 1 gemischt, bei Raumtemperatur mit 1000 bar zu einem Grünling gepreßt und 1 Stunde bei 750⁰C gesintert. Durch Strangpressen bei 700⁰C mit 150 bar erhält man einen Draht von 1,5 mm Durchmesser. Mittels Kaltverformung (Hämmern, Ziehen) kann der Drahtdurchmesser auf 0,4 mm reduziert werden.

06.08.1981
PAT/Dr.Br.-AD

-S-

Leerseite

Claims

81 201 EM Degussa Aktiengesellschaft 6000 Frankfurt/Main 1 Werkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung tO Patentansprüche

1. Werkstoff für elektrische Kontakte aus Edelmetall, dadurch gekennzeichnet, daß er 1 bis 50 Vol.-% Glas enthält.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Edelmetall Gold, Silber und/oder Palladium oder deren Legierungen enthält.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Glas eine Glasfritte mit einer Transformationstemperatur von 400 bis 750⁰C und einem Erweichungsintervall von mehr als 100 C enthält.

4. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte aus 15 bis 75 Gew.-% Bleioxid und/oder Zinkoxid, 5 bis 65 Gew.-% Siliziumdioxid, 0 bis 25 Gew.-% Boroxid, 0 bis 20 Gew.-% Alkalioxide und je 0 bis 10 Gew.-% Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid und/oder Zinnoxid besteht.

5. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte eine Teilchengröße ^ 10 pn. besitzt.

6. Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen für elektrische Kontakte nach Anspruch 1 bis 5, durch Vermischen von Edelmetallpulver mit Glasfritte, Pressen, Sintern und Warmverformen, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen bei Raumtemperatur mit Drücken von 500 bis 5000 bar, das nachfolgende Sintern bei Temperaturen von 500 bis 950⁰C und die abschließende Warmverformung bei 500 bis 800⁰C und Drücken von 100 bis 200 bar erfolgt.