DE3212005A1

DE3212005A1 - Verfahren zum herstellen eines zweischicht-sinter-kontaktstueckes auf der basis von silber und kupfer

Info

Publication number: DE3212005A1
Application number: DE19823212005
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dr Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1983-10-06
Also published as: JPS58181806A; DE3212005C2

Description

Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinter-
Kontaktstückes auf der Basis von Silber und Kupfer Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinter-Kontaktstückes mit geringer Schweißneigung und mit gleichbleibender Festigkeit in der Grenzschicht, bestehend aus einer Schicht aus Silber und Metalloxid wie CdO, ZnO, SnO2, TiO2, Al203, NiO, CuO oder Metalloiden wie AgC, AgNiC und aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, durch Pressen und Sintern in einer neutralen Atmosphäre, wobei in einer Matrize ein Verbundpulver aus Silber und einem Metalloxid oder Metalloid und ein Pulver aus Kupfer oder einer Kupferlegierung übereinander geschichtet und beide Schichten durch Pressen zu einem Formkörper verdichtet werden und der Formkörper sowohl unterhalb als auch oberhalb der eutektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupferlegierung gesintert und anschließend kalt oder warm nachverdichtet wird.
In der DE-AS 21 02 996 wird bereits ein Verfahren zum Herstellen eines Zweischichten-Sinter-Kontaktstückes mit geringerSchweißneigung beschrieben. Die eine Schicht besteht aus Silber und einem Metalloxid und die andere Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Durch Pressen und Sintern in einer neutralen Atmosphäre wird ein Verbundpulver aus Silber und einem Metalloxid und ein Pulver aus Kupfer oder einer Kupferlegierung übereinander geschichtet und beide Schichten werden durch Pressen zu einem Formkörper verdichtet. Der Formkörper wird in einer sauerstofffreien Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupfer legierung gesintert.
Weiterhin ist durch die russische Patentschrift Nr.423 875 ein Verfahren bekannt zum Herstellen von elektrischen Kontakten aus einer metallkeramischen Mischung AgCdO mit Cu-Unterlage durch Pressen, Sintern in neutraler Atmosphäre, kalibrieren in der Preßform und Glühen. Bei diesem Verfahren wird der Zweischichten-Preßkörper in einer Wasserdampfatmos.phäre bei 973 K bis 1123 K gesintert. Anschließend wird in der Preßform kalibriert und bei einer Temperatur von 673 K bis 723 K in Wasserdampfatmosphäre geglüht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Verbesserung der bekannten Verfahren anzugeben, durch die das technische Problem gelöst Wird, einen Kontaktwerkstoff der genannten Art herzustellen, bei dem beim Verbinden z.B. durch Hartlöten mit einem Trägermetall in der Grenzschicht die Fertigkeit erhalten bleibt.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zweischichten-Formkörper bei einer Temperatur von 1052 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek.
erwärmt wird, daß anschließend der Formkörper mit 200 bis 800 MPa warmgepreßt wird, daß der Warmpreßkörper einer zweiten Erwärmung bei einer Temperatur zwischen 1052 K und 1123 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. unterzogen wird und daß dann der Warmpreßkörper mit 200 bis 800 MPa bis zur Endform warm nachgepreßt wird.
Sollen die Festigkeitseigenschaften noch gesteigert werden, ist es vorteilhaft, den Sinterprozeß zwischen 873 K und 1023 K in Neutralgas, z.B. in Stickstoff, durchzuführen, und zwar während einer Zeitdauer von einer halben bis einer Stunde.
Die Erfindung baut auf der überraschenden Erkenntnis auf, daß beim Überschreiten der Sintertemperatur von 1052 K die beiden Schichten nicht verbunden sind oder bei leichter Belastung auseinanderbrechen, obwohl zunächst anzunehmen war, daß eine eutektische Phase die beiden Schichten miteinander verlötet.
Die Erfindung berücksichtigt diesen Effekt durch die Auswahl gezielter Bereiche hinsichtlich der Temperatur und vor allem der Dauer der Wärmebehandlungen.
Anhand eines Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.
In einer Stahlmatrize wird ein Zweischichten-Formkörper aus dem Metallpulver der silberhaltigen Kontaktschicht, z.B. AgCdO und einer zweiten Schicht aus Kupferpulver, hergestellt. Der Zweischichten-Formkörper wird während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. auf eine Temperatur bis zur eutektischen Temperatur von 1052 K erwärmt und unmittelbar nach Erreichen dieser Temperatur mit einem Preßdruck zwischen 200 bis 800 MPa warmgepreßt. Nach diesem ersten Warmpressen erfolgt ein zweites Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur bis zu 1123 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek.
Anschließend erfolgt ein zweites Warmpressen zwischen 200 und 800 MPa. Die Matrize für das zweite Warmnachpressen ist so dimensioniert, daß ein Umformen in der Höhe bis zu 10 * erfolgt. Die Erwärmungsprozesse können sowohl in einer Induktionsspule, die sich in neutraler Atmosphäre befindet, oder aber in einer indirekt beheizten Heizpatrone, die ebenfalls mit Neutralgas gespült ist, durchgeführt werden. Auch die Zuführbahn zur Matrize ist neutralgasgespült. Nach dem zweiten Warmnachpressen zeigen sowohl die Schichten als auch die Grenzschicht eine sehr gute Festigkeit.
Der Effekt der Ausbildung einer flüssigen eutektischen Phase bei Sintertemperattiren oberhalb der eutektischen Temperatur und des Aufsaugen der flüssigen Phase durch die porenhaltige Kupferschicht unter Bildung von Abstandsstegen und Spalten zwischen den beiden Schichten, wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung vermieden.
Wesentlich dabei ist eine kurze Erwärmungszeit im Temperaturbereich oberhalb der eutektischen Temperatur und weitgehendes Vorverdichten, vor allem der Kupferschicht, damit ein Absaugen der flüssigen eutektischen Phase vermieden wird.
2 Patentansprüche 0 Figuren

Claims

Patentansprche 1. Verfahren zum Herstellen eines Zweischicht-Sinterintaktstückes mit geringer Schweißneigung und mit gleichbleibender Festigkeit in der Grenzschicht, bestehend aus einer Schicht aus Silber und Metalloxid wie CdO, ZnO, SnO2, TiO2, A1203, NiO, CuO oder Metalloide wie AgC, AgNiC und aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, durch Pressen und Sintern in einer neutralen Atmosphäre, wobei in einer Matrize ein Verbundpulver aus Silber und einem Metalloxid oder Metalloid und ein Pulver aus Kupfer oder einer Kupferlegierung übereinander geschichtet und beide Schichten durch Pressen zu einem Formkörper verdichtet werden und der Formkörper sowohl unterhalb als auch oberhalb der eutektischen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupferlegierung gesintert und anschließend kalt oder warm nachverdichtet wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zweischichten-Formkörper bei einer Temperatur von 1052 K während einet Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. erwärmt Wird, daß anschließend der Formkörper mit 200 bis 800 MPa warmgepreßt wird, daß der Warmpreßkörper einer zweiten Erwärmung bei einer Temperatur zwischen 1052 K und 1123 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. unterzogen wird und daß dann der Warmpreßkörper mit 200 bis 800 MPa bis zur Endform warm nachgepreßt wird.
2. Verfahren 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 zu seiner Endform warmgepreßte Formkörper einer Wärmebehandlung zwischen 873 K und 1023 K während einer Zeitdauer von einer halben bis einer Stunde in einer Neutralgasatmosphäre unterzogen wird.