DE3212005C2

DE3212005C2 - Verfahren zum Herstellen eines Zweischicht-Sinter-Kontaktstückes auf der Basis von Silber und Kupfer

Info

Publication number: DE3212005C2
Application number: DE19823212005
Authority: DE
Inventors: Horst Prof. Dr. 8500 Nürnberg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3212005A1; JPS58181806A

Abstract

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, SnO ↓2, TiO ↓2, Al ↓2O ↓3, NiO, CuO oder Metalloide wie AgC, AgNiC und aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wird gemäß der Erfindung ein Zweischichten-Formkörper bei einer Temperatur von 1052 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. erwärmt. Anschließend wird der Formkörper mit 200 bis 800 MPa warmgepreßt. Der Warmpreßkörper wird einer zweiten Erwärmung bei einer Temperatur zwischen 1052 K und 1123 K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Sek. unterzogen. Der Warmpreßkörper wird anschließend mit 200 bis 800 Mpa bis zur Endform warm nachgepreßt.

Description

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. SnOj. TiO₂. AI;Oj. 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 eutektische;! 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 Zwischichten-Sinter-Kontaktstükkes mit geringer Schweißneigung 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 Kupier 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 Kupferlegierung gesintert.

Weiterhin ist durch die russische Patentschrift 4 23 875 ein Verfahren bekannt zum Herstellen von elektrischen Kontakten aus einer metallkeramischen

ίο 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 Wasserdampfatmosphäre bei 973K bis 1123K gesintert. Anschließend wird in

!5 der Preßform kalibriert und bei einer Temperatur von 673K bis 723K in Wasserdampfatmosphäre geglüht.

Der vorliegenden Erfindung liegt dir Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der bekannten Verfahren anzugeben, durch die das technische Problem gelöst

Zi) wird, einen Kontaktwerkstoff der genannten Art herzustellen, bei dem beim Verbinden z. B. durch Hartlöten mit einem Trägermetall in der Grenzschicht die Festigkeit erhalten bleibt.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zweischichten-Formkörper bei einer Temperatur von 1O52K 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 1052K und 1123K 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 auf seine Endform warmgepreßten Formkörper einer zusätzlichen Wärmebehandlung zwischen 873K und 1023K in Neutralgas, z. B. in Stickstoff, zu unterziehen, und zwar während einer Zeitdauer von einer halben bis einer Stunde.

■to Die Erfindung baut auf der überraschenden Erkenntnis auf. daß beim Überschreiten der Sintertemperatur von 1052K 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 berücksichtig 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 1032K 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 1123K 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 indirekten beheiz-

ten 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 Sintertemperaturen oberhalb der eutektischen Temperatur und des Aufsaugens 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.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Zweischicht-Sinter-Kontaktstückes mit geringer Schweißneigung und mit gleichbleibender Festigkeit in der Grenzschicht, bestehend aus einer Schicht aus Silber und Metalloxid wie CdO. ZnO. SnO;. TiO;. Al;O₃. 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 eutekdschen Temperatur zwischen Silber und Kupfer oder zwischen Silber und der Kupferlegierung gesintert und anschließend kalt oder warm nachverdichten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischichten-Formkörper bei einer Temperatur von 1032K während einer Zeitdauer von 3 bis 30 Set erwärmt wird, daß anschließend der Formkörper mit 200 bis 800 MPa warmgepreßt wird, daß der Warmpreßkörper einer zweiten Erwärmung bei einer Temperatur zwischen 1052K und 1123K 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. dadurch gekennzeichnet, daß der zu seiner Endform warmgepreßte Formkörper einer zusätzlichen Wärmebehandlung zwischen 873K und 1023K während einer Zeitdauer von einer halben bis einer Stunde in einer Neutraigasatmosphäre unterzogen wird.