DE3538684A1

DE3538684A1 - Elektrisches kontaktmaterial

Info

Publication number: DE3538684A1
Application number: DE19853538684
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1986-05-07
Also published as: GB2182674B; US4672008A; JPS61114417A; GB8527073D0; GB2182674A

Description

Chugai Denki Kogyo K.K., Tokyo / JAPAN

65 P 50

Elektrisches Kontakmaterial

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktmaterial, welches durch innere Oxidation einer Silber-Zinn-Indium-Legierung hergestellt wird.

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Ag-Sn-In-Legierungssysteme, die intern oxidiert werden, werden heutzutage bevorzugt als elektrische Kontaktmaterialien verwandt. Da in ihrer Ag-Matrix sehr fein verteilte Oxidpartikel mit Lösungsmetallelementen vorhanden sind, sind die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Hitzebeständigkeit der Materialien exzellent. Es wurde jedoch manchmal beobachtet, daß die Materialien einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand, insbesondere in der Anfangsphase des Gebrauches aufweisen..

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Hypobank Roserhein (BLZ 70020001) Kto.-Nr. 6210182 336

Postscheckamt München (BLZ 700",POHO) Kto.-Nr. 31Y.: h !-·

Dieser vergleichsweise hohe Kontaktwiderstand bewirkt häufig einen Temperaturanstieg der Kontaktfläche des Materials.

Dieses Phänomen des hohen elektrischen Kontaktwiderstandes und des Anstieges der Oberflächentemperatur ist hauptsächlich durch die Absonderungs- oder Entreichungsschichten verursacht, die häufig an dem äußeren Oberflächenbereich des intern oxidierten Ag-Sn-In-Legierungssystems sichtbar ist.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die oben erwähnten Nachteile zu überwinden, die dem intern oxidierten Ag-Sn-In-Legierungssystem inhärent anheften,

Eine Silberlegierung, die 5 bis 12 Gew„% Zinn und 1 bis 8 Gew,. % Indium enthält und die intern oxidiert wurde, und bei der die Gesamtmenge an Zinn und Indium innerhalb von 7 bis 18 GeWo% lag, weist exzellente elektrische Eigenschaften wie oben erwähnt auf, mit der Ausnahme, daß deren elektrischer Kontaktwiderstand vergleichsweise hoch ist und folglich vergleichsweise hohe Temperaturen auftreten. Die untere Grenze von Sn und In und ihr oben wiedergegebener Gesamtbereich umfaßt eine derartige Menge, bei der die minimalen Erfordernisse bezüglich der Hitzebeständigkeit für das Material erzielbar sind, wohingegen die obere Grenze so gewählt ist, daß das Material nicht brüchig oder spröde wird.

Wenn diese Art von Ag-Sn-In-Legierungssystem als Substrat an ihren Oberflächen mit einer dünnen Schicht einer Silberlegierung plattiert werden, die Sn in einer geringeren Menge enthalten, als der Anteil in der Substratlegierung ist, und wenn danach eine interne Oxidation durchgeführt wird, dann wurde herausgefunden, daß keine Abscheidung oder Entreicherung an Zinnoxiden an der Oberfläche produziert wird.

Das Arbeitsprinzip dieser Erfindung liegt darin begründet, daß eine dünne Schicht als Abschirmung oder Maske benützt wird, welche den der Substratlegierung für deren interne Oxidation zugeführten Sauerstoff weg kontrolliert. Mit anderen Worten wird ein Partialdruck des Sauerstoffes, der durch die dünne Silberlegierungsschicht hindurchpassiert ist, insbesondere durch die Silbermatrix, gemäßigt und ermöglicht die allmähliche interne Oxidation des Substrats ohne Erzeugung irgendeiner Abscheidung von Metalloxiden in dem Substrat.

Erfindungsgemäß kann die dünne Schicht der über das Substrat übergezogenen plattierten Silberlegierung gleichzeitig mit der internen Oxidation des Substrates oder hiervon getrennt intern oxidiert werden. Oder aber sie kann aus einer pulvermetallurgisch gesinterten Silberlegierung bestehen, welche zuvor oxidierte Zinnoxide umfaßt. Die Substratlegierung sollte jedoch erst dann intern oxidiert werden, nachdem sie mit der dünnen Silberlegierungsschicht überzogen ist. Dies ist unterschiedlich zu herkömmlichen zusammengesetzten elektrischen Kontaktmaterialien, bei denen eine Substrat-Silberlegierung, die intern oxidiert worden ist, mit anderen Materialien plattiert wird.

Obwohl die bevorzugten Konstitutionsverhältnissen der in der Substrat-Silberlegierung verwandten Lösungsmetallelemente entsprechend der Erfindung vorstehend aufgeführt sind, können die Anteile für die dünne Schicht, soweit der untere Grenzbereich betroffen ist, 3 % für Sn und 1 % für In ausmachen, wobei die minimale Gesamtmenge von Sn und In 3,5 % betragen soll, da andererseits die dünne Schicht keine ausreichende Hitzebeständigkeit gewährleistet Die Obergrenze kann kaum definiert werden, wenn die dünne Schicht mittels pulvermetallurgisch hergestellten Legierungen gebildet ist.

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Λ-

Wenn jedoch die Aufmerksamkeit darauf gerichtet wird, daß die dünne Schicht nicht zu brüchig sein sollte und daß nicht irgendwelche Abscheidungen an Metalloxiden erzeugt werden sollen, wenn sie einer internen Oxidation unterzogen werden, dann beträgt das obere Konstitutionsverhaltnis vorzugsweise . · 6 % für Sn und 6 % In, wobei die maximale Gesamtmenge 9 % beträgt.

Um die elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Materialien zu modifizieren, können ein ödere mehrere Metallelemente aus der Cd, Sb, Zn, Mn, Ca, Mg und Bi umfassenden Gruppe zu der Substratslegierung hinzugefügt werden. Ihre Menge soll innerhalb eines Bereiches liegen, der die der Substratslegierung inhärent gegebenen Eigenschaften nicht grundsätzlich verändert, der also 0,01 bis 5 % beträgt.

Diese Hilfslösungsmetalle können auch der dünnen Legierungsschicht in einer geringen Menge von 0,01 bis 4 Gew.% hinzugefügt werden, so daß die Legierung über das Substrat mit einer guten Längungsrate (Dehnungseigenschaften) plattiert werden können.

Ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe von Co, Ni und Fe können auch zu dem Substrat und/oder dünnen Legierungsschicht in einer Menge von 0,01 bis 1 % hinzugefügt werden, so daß sie kristalline Strukturen der Legierung noch feiner werden lassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen genauer erläutert.
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Beispiel 1:

(1) Ag-Sn 8 %-In 4,5 % bekanntes elektrisches Kontaktmaterial:

Kontaktmaterial A (nach der Erfindung):

(1) Ag-Sn 8 %-In 4,5 % (Substrat)

(2) Ag-Sn 5 %-In 3 % (dünne Schicht) 5

Kontaktmaterial B (nach der Erfindung):

(3) Ag-Sn 8 %-In 4,5 %-Ca 0,1 % (Substrat)

(4) Ag-Sn 5 %-In 3 %-Co 0,2 % (dünne Schicht) 10

Kontaktmaterial C (nach der Erfindung):

(5) Ag-Sn 8 %-In 4,5 %-Bi 0,2 % (Substrat)

(6) Ag-Sn 5 %-In 3 %-Cd 2 % (dünne Schicht) 15

Die oben erwähnten Legierungen (1) bis (6) wurden erwärmt und jeweils in einem Hochfrequenz-Schmelzofen bei 1.000 bis 1-200⁰C geschmolzen. Jede dieser Legierungen wurde in eine Form gegossen, um eine Barrenplatte zu erhalten. Die Dicke der Barren der Legierungen (1), (3) und (5) wurde mit 4 mm gewählt, während die Legierungsbarren (2), (4) und (6) mit 2 mm Dicke hergestellt wurden.

Die Barrenplatte (2) wurde über einer Fläche der Barrenplatte (1) plattiert und eine reine Silberplatte mit 4 mm Dicke wurde an einer anderen Fläche der Barrenplatte (1) angeordnet. Sie wurden bei 600 bis 700⁰C gepreßt und gerollt, nachgeglüht und kaltgerollt, um den Kontakt A. mit 2 mm Dicke zu erhalten. Die Dicke der oberen dünnen Schicht von Ag-Sn 5 %-In 3 % wurde ungefähr 0,05 mm, wohingegen die Dicke der unteren reinen Silberschicht ungefähr 0,1 mm aufwies.

-st-

Das so hergestellte Kontaktmaterial A wurde gestanzt, um Kontaktstücke mit 6 mm Durchmesser zu erhalten. Die Kontaktstücke wurden bei einer Sauerstoff atmosphäre von 10 atm. bei 68O⁰C für 24 Stunden intern oxidiert,

Ähnlich wie das Kontaktmaterial A wurden die Kontaktmaterialien B und C hergestellt. Um Vergleichstests durchzuführen, wurde das bekannte elektrische Kontaktmaterial (1) so hergestellt, daß an einer Unterfläche der Legierung (1) eine reine Silberplatte kontaktiert wurde, und dann eine interne Oxidation durchgeführt wurde. Das so hergestellte bekannte Material (1) bestand aus Kontaktstücken mit 6 mm Durchmesser und ungefähr 0,1 mm Dicke, welche an ihren Unterflächen mit reinen Silberschichten von ungefähr 2 mm Dicke verbunden waren.

Die erfindungsgemäß hergestellten Kontaktmaterialien A bis C und das bekannte Kontaktmaterial (1) wurden mit einer ASTM-50 Testmaschine bezüglich ihres Anfangskontaktwiderstandes und ihres Temperaturanstieges (der Anstieg gegenüber der Zimmertemperatur) an mit den Materialien verbundenen Anschlußenden nach 1.000 Schaltzyklen getestet.

Die Testbedingungen waren wie folgt, wobei die Testergebnisse in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 wiedergegeben sind.

Test bezüglich des Anfangskontaktwiderstandes:

Kontaktkraft 400 g
Strom DC (Gleichstrom) 6V, IA

Test bezüglich des Temperaturanstieges:

Last AC (Wechselstrom) 200V 5OA pf=0.23

Frequenz 60 Zyklen /Minute

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Tabelle 1

Anfangskontaktwiderstanci tm -Ω-)

Material A 0,3-0,9

...... C 0,4-0,8

bekanntes Material (1) 0,3 -.2,2 10

Tabelle 2

Temperaturanstieg C⁰C)

Material A 55-60

B 52 - 61

C - 50-r· 58

bekanntes Material (1) 60 - 75

Wie aus den oben wiedergegebenen Tabellen 1 und 2 leicht zu verstehen ist, sind die erfindungsgemäß hergestellten elektrischen Kontakmaterialien dem vergleichbaren bekannten Kontaktmaterial im Hinblick auf ihren niedrigeren Kontaktwiderstand und Temperaturanstieg überlegen.

Beispiel 2: ......

Ein Blatt von 1 mm Dicke einer Ag-Sn 7,5 %-In 4 %-Ni 0,1 %-Legierung wurde als Substrat verwandt. An einer Fläche dieses Substrates wurde eine dünne Blattschicht plattiert, die durch Sinterung von .6 % von Zinnoxidpulver und Rest Silberpulver hergestellt worden ist, wohingegen eine andere Fläche des Substratlegierungsblechs mit einer reinen Silberplatte plattiert wurde, welche wiederum mit einer Ni-Platte plattiert wurde.

ORIGINAL INSPECTED

Nachdem sie intern oxidiert wurden, wurde die Ni-Platte wieder entfernt. Das so erfindungsgemäß hergestellte Material zeigte auch gute Testergebnisse, die mit den in Tabelle 1 und 2 wiedergegebenen Ergebnisses vergleichbar sind.

Claims

Chugai Denki Kogyo K.K., Tokyo / JAPAN 65 P 50 Elektrisches Kontaktmaterial Ansprüche: 10

1. Elektrisches Kontaktmaterial, hergestellt aus einer Silberlegierung mit 5 bis 12 Gew.% Sn und 1 bis 8 Gew.% In durch interne Oxidation, wobei die Gesamtmenge von Sn und In 7 bis 18 Gew.% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Silber-Zinn-Indiumlegierung ein Substrat bildet, welches mit einer dünnen Schicht einer Silberlegierung kontaktiert ist, welche Sn mit einem geringeren Gehalt als die in der Substrat-Silberlegierung enthaltenen Menge an Sn aufweist, wobei die Lösungsmetallelemente in dem Substrat und jene in der Dünnschicht oxidiert worden sind.

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Hyoobank Rosenhein (BLZ 70020001) Kto.-Nr. 6210182336

Postscheckamt München (9LZ 700100 80) Kto.-Nr. 3272

-λ.

2. Elektrisches Kontaktmaterial nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Silberlegierung 3 bis 6 Gew.% Sn und 1 bis 6 Gew.% In enthält, wobei die Gesamtmenge von Sn und In 3,5 bis 9 Gew.% beträgt.

3. Elektrisches Kontaktmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Silberlegierung 0,01 bis 5 Gew.% an einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe umfassend Cd, Sb, Zn, Mn, Ca, Mg und Bi umfaßt.

4. Elektrisches Kontaktmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Silberlegierung 0,01 bis 1 Gew.% von einem oder mehreren Elemente aus der Gruppe umfassend Co, Ni und Fe umfaßt.

5. Elektrisches Kontaktmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Silberlegierung 0,01 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe bestehend aus Cd, Sb, Zn, Mn, Ca, Mg und Bi umfaßt.

6. Elektrisches Kontaktmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,- daß die Dünnschicht-Silberlegierung 0,01 bis 1 Gew.% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe bestehend aus Co, Ni und Fe umfaßt.