DE3305270A1 - Sinterverbundwerkstoff fuer elektrische kontakte und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Sinterverbundwerkstoff fuer elektrische kontakte und verfahren zu seiner herstellung

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 83 P 3 0 5 0 OE
Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid, Kupferoxid und Verfahren zu seiner Herstellung.
Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen hat sich für das Herstellen von elektrischen Kontaktstücken AgCdO sehr gut bewährt. Das CdO ist wegen seiner Umweltbelastung als toxischer Werkstoff eingestuft worden. Daher wird versucht, CdO durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen.. Es hat sich gezeigt, daß Zinnoxid (SnO2) ein geeigneter Ersatz für Cadmiumoxid (CdO) ist. Es hat sich aber auch gezeigt, daß AgSn02-Kontaktwerkstoffe noch nicht in allen funktionswichtigen Eigenschaften optimale Werte aufweisen. So tritt z.B. bei AgSn02~Kontaktwerkstoffen gegenüber AgCdO-Kontaktwerkstoffen eine fester haftende Oxidschicht auf. Durch die europäische Patentschrift 0 024 349 ist ein Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid bekannt. Dieser bekannte Kontaktwerkstoff enthält Zinnoxid, Wolframoxid in einer vorgegebenen bestimmten Zusammensetzung und Silber.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten CdO-freien Silberkontaktstücke dahingehend zu verbessern, daß die Optimierung der Kontakteigenschaften hinsichtlich Abbrand im Lichtbogen, kleine Schweißkraft und kleinen Kontaktwiderstand ermöglicht.
Wb 2 Gr / 10.2.1983
Die Lösung besteht in einem Sinterverbundwerkstoff aus Silber mit Zinnoxid, Wismutoxid und Kupferoxid (AgSnO„Bi„O_CuO) und mindestens einem weiteren Metalloxidzusatz, der unter der Schmelztemperatur des Silbers sublimiert und das Zinnoxid, das Wismutoxid und das Kupferoxid globular im Silber in Gefügebereichen bis höchstens 200 \im 0 ausgeschieden ist und der Metalloxidzusatz in den Oberflächen der Grenzbereiche dieser Silberbereiche verteilt ist.
Es hat sich besonders bewährt, wenn die mittleren Teilchengrößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den· Silberbereichen zwischen 0,1 und 5 \xm insbesondere zwischen 0,1 tun und 3 μΐη betragen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Zinnoxidanteil zwischen 6 und 15 % Massengehalt, der Wismutoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt, der Kupferoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt und der Anteil an sublimierenden Metalloxidzusatz zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt beträgt.
Als besonders geeignet hat sich für den sublimierenden Metalloxidzusatz Molybdänoxid (MoO-.) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt, oder Wolframoxid (WO.,), mit einem Anteil von 0,8 % Massengehalt oder Wolframoxid (WO-.) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt und Molybdänoxid (MoO..) mit einem Anteil von 0,2 % Massengehalt erwiesen.
Bei dem Kontaktwerkstoff gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 wird eine Optimierung durch die Silberbereiche mit den globularen Oxidausscheidungen von Zinnoxid, Wismutoxid und Kupferoxid mit sehr günstigen
Liehtbogenexgenschaften und den an der Oberfläche dieser Silberbereiche liegenden sublimierendcn Metalloxiden erreicht, die bei Lichtbogenbelastungen zu kleinen Silberinseln führen, aus denen die Metalloxide unter der Silber-Schmelztemperatur sublimieren und dadurch eine geschlossene Deckschicht an Oxiden vermeiden. Dadurch wird eine deutliche Erniedrigung des Kontaktwiderstandes erzielt, ohne daß die Schweißkraft erhöht wird. An zwei Äusführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1:
Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7 % Massengehalt Zinn (Sn),1 % Massengehalt Wismut (Bi) und 1 % Massengehalt Kupfer (Cu) wird ein Pulver der Teilchengröße<200 μΐη hergestellt. Ein geeignetes Verfahren dafür ist z.B. die Druckverdüsung der Schmelze dieser Legierung. Das erhaltene Legierungspulver wird vollständig inneroxidiert, wobei ein Verbundpulver AgSnO-BipO^CuO entsprechender Zusammensetzung erhalten wird. Die innere Oxidation wird an Luft vorgenommen, wobei die Glühbehandlung bei 500 0C begonnen wird und nach einer Stunde während der gleichen Zeit bei 800 0C gehalten wird. Das Verbundpulver wird mit 0,8 % Massengehalt Wolframoxid (WO3) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während einör Stunde gemischt und dabei das WO3 auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen verteilt.
Nach Trocknen dieser Pulvermischung wird durch Pressen, Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporosität bei <ζ 1,5 % liegt. Die Kontakteigenschaften wie Abbrand im Lichtbogen, Schweißkraft und Kontaktwiderstand wurden unter in der Literatur beschriebenen Bedingungen auf einem Prüfschalter gemessen und mit einer sehr guten AgCdO-Qualität ver-
- \ - VPA 33 ρ3050 DE
glichen. Die Abbrandwerte liegen um 25 % niedriger, womit eine entsprechende Verbesserung der Lebensdauer erreicht wird. Dadurch kann eine entsprechende Silbereinsparung durch Verkleinerung des Kontaktstückvolumens erzielt werden. Die Schweißkraftwerte lagen im gleichen Bereich wie bei AgCdOI2 und auch der Kontaktwiderstand lag im gleichen Schwankungsbereich.
Beispiel 2\
Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7 % Massengehalt Zinn (Sn), 1 % Massengehalt Wismut (Bi) und 1 % Massengehalt Kupfer (Cu) wird wie bei Beispiel 1 ein Pulver der Teilchengröße < 200 μπι durch Druckverdüsung der geschmolzenen Legierung hergestellt. Durch innere Oxidation des Legierungspulvers wird unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen ein vollständig inneroxidiertes Verbundpulver AgSnO-Bi-O3CuO erhalten. Das Verbundpulver wird mit 0,4 % Massengehalt Wolframoxid-Pulver (WO,) und 0,2 % Massengehalt Molybdänoxid-Pulver (MoO-) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während 1 h gemahlen und die Oxidzusätze auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen gleichmäßig verteilt. Nach Trocknen der Pulvermischung wird durch Pressen, Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporösität bei < 1,5 % liegt. Die Kontakteigenschaften wurden auf einem in der Literatur beschriebenen Prüfschalter gemessen, sie sind genauso hervorragend wie bei dem im Beispiel 1 beschriebenen Kontaktwerkstoff.

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    V^K/Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid, Kupferoxid (AgSnO2Bi2O3CuO), dadurch gekennz e i c h η e t , daß der Werkstoff mindestens einen weiteren Metalloxidzusatz enthält, daß der Metalloxidzusatz unter der Schmelztemperatur des Silbers sublimiert, daß das Zinnoxid, das Wismutoxid und das Kupferoxid globular im Silber in Gefügebereiche bis höchstens 200 pm 0 ausgeschieden ist und daß der Metalloxidzusatz in den Oberflächen der Grenzbereiche dieser Silberbereiche verteilt ist.
  2. 2. Sinterverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mittleren Teilchengrößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 und 5 \im betragen.
  3. 3. Sinterverbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die mittleren Teilchengorößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 [im und 3 μπα betragen.
  4. 4. Sinterverbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinnoxidanteil zwischen 6 und 15 % Massengehalt, der Wismutoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt, der Kupferoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt beträgt und daß der Anteil an sublimierenden Metalloxidzusatz zwischen 0,2 und 2 % MäSsengehalt beträgt.
  5. 5. Sinterverbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden AnsOrüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß als sublimierender Metalloxidzusatz Molybdänoxid (MoO3) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt vorgesehen ist.
  6. 6. Sinterverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ daß als sublimierender Metalloxidzusatz Wolframoxid (WO3) mit einem Anteil von 0,8 % Massengehalt vorgesehen ist.
  7. 7. Sinterverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als sublimierender Metalloxidzusatz Wolframoxid (WO3) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt und Molybdänoxid (MoO-) mit einem Anteil von 0,2 % Massengehalt vorgesehen ist.
  8. 8. Verfahren zum Herstellen eines Sinterverbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Legierungspulver aus AgSnBiCu vorgegebener Zusammensetzung zu einem AgSnO3Bi O3CuO-Verbundpulver inneroxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das AgSnO2Bi2O3CuO-Verbundpulver mit mindestens einem unter der Silberschmelztemperatur sublimierenden Metalloxid vorgegebener Menge in einer Rührwerksmühle unter Azeton gemischt und dabei der Metalloxidzusatz auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen verteilt wird.
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