DE3606664A1

DE3606664A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen kontaktmaterials aus einer ag-sno-systemlegierung

Info

Publication number: DE3606664A1
Application number: DE19863606664
Authority: DE
Inventors: Akira Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-03
Also published as: US4647322A; GB8605068D0; JPS6258522A; GB2187200A; GB2187200B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ag-Legierungen, deren primäres Lösungsmetall Sn mit einer vergleichsweise großen Menge von beispielsweise mehr als 4,5 Gew.% umfaßt, können in einer Ag-Matrix mit Hilfe von In und/oder Bi vollständig intern oxidiert werden. Solche Ag-Sn- System-Legierungen, die Sn mit mehr als 4,5 Gew.% bis 10 Gew.% und In mit 0,1 bis 5 Gew.% und/oder Bi von 0,01 bis 5 Gew.% umfassen und die intern oxidiert sind, werden heute als elektrische Kontakte für verschiedene elektrische und elektronische Anwendungen vielfach verwandt. Aus Ag-SnO Systemlegierungen bestehende elektrische Kontaktmaterialien dieser Art sind in Veröffentlichungen wie den US-PS 39 33 485, 39 33 486 und 42 43 413 offenbart.

Die vorstehend erwähnte Art der intern oxidierten Ag-SnO- Systemlegierungen ist eine der besten heute für die Herstellung von elektrischen Kontakten zur Verfügung stehenden Materialien mit hervorragender physikalischen und elektrischen Eigenschaften. Wenn sie jedoch eine vergleichsweise große Menge an Sn umfassen, dann tendieren die SnO umfassenden oxidierten Lösungsmetalle, insbesondere wenn sie vergleichsweise große Abmessungen haben, dazu, zu sehr an den äußeren Flächenbereich abgeschieden zu werden und entleeren als Ergebnis der internen Oxidation die inneren Bereiche. Solche Abscheidungen der Oxide innerhalb der Ag-Matrix bringen eine Instabilität der elektrischen und physikalischen Kennwerte mit sich, insbesondere des Kontaktwiderstandes des Materials.

Andererseits können bei elektrischen Kontaktmaterialien, die aus Pulvern aus Ag und metallischen Oxiden durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt sind, die vorstehend erwähnten Abscheidungen vermieden werden. Nichtsdestoweniger können die aus Pulver hergestellten Materialien kaum mit jenen Materialien konkurrieren, die auf dem Legierungsweg durch interne Oxidation hergestellt sind, weil die zuerst genannten eine inhärent grobe Struktur aufweisen und zu schnell unter den normalen Betriebsbedingungen abtragen bzw. abbrennen.

Im Hinblick auf das Vorstehende ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung intern oxidierter Kontaktmaterialien aus einer Ag-SnO-Systemlegierung zu schaffen, welche im wesentlichen keine Abscheidungen von Metalloxiden hierin und eine dichte Struktur aufweisen.

Erfindungsgemäß werden Kontaktmaterialien bestehend aus einer Ag-SnO-Systemlegierung pulvermetallurgisch durch Mischen von Pulvern aus Sn mit 0,5 bis 10 Gew.%, SnO₂ von 0,5 bis 15 Gew.% und Ag als Ausgleichs-Gew.% hergestellt, indem diese zu Legierungen gesintert werden und indem die Lösungsmetallelemente intern oxidiert werden. Wenn Sn in der gesinterten Legierung in einer Menge von mehr als 4,5 Gew.% enthalten ist, dann ist In von 0,1 bis 5 Gew.% und/oder Bi von 0,1 bis 5 Gew.% zwangsläufig für eine erfolgreiche interne Oxidation des Sn erforderlich. Andere Elemente wie Cd, Zn, Sb, Mn, Ca, welche festlöslich mit Ag sind, können in einer Menge weniger als die Gesamtmenge des Sn und SnO₂ hinzugeben werden, um so dem im Ergebnis intern oxidierten Legierungsmaterial die spezifischen Kenndaten oder Eigenschaften zu geben, die für ihre elektrische Anwendung gewünscht werden. Elemente der Eisenfamilie (eisenhaltige Metalle) können hinzuaddiert werden, auch um die Metallkristalle klein werden zu lassen.

Das Vorhandensein von SnO₂ Körnungen in der gesinterten Legierung beschleunigt die Geschwindigkeit der internen Oxidation, da der Sauerstoff leicht an und zwischen den SnO₂- Körnern vorbei bzw. hindurch passieren kann, und kann leicht in die Legierung eindringen, wobei die Lösungsmetallelemente in der Legierung, insbesondere Sn vollständig ohne erhöhte oder ausgedünnte Abscheidung davon intern oxidiert werden können, selbst wenn die Legierung verhältnismäßig große Abmessungen aufweist.

Zusätzlich zu dem vorstehend genannten Vorteil werden die gesinterten Legierungsverbundstoffe, die ziemlich grob sind, da sie pulvermetallurgisch hergestellt werden, dicht, und zwar aufgrund der internen Oxidation, welche die volumenmäßige Expansion der Lösungselemente befördert.

Die Gesamtmenge von Sn und SnO₂ beträgt erfindungsgemäß vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, da weniger als 5 Gew.% von ihnen dem Endmaterial kaum die hitzebeständigen Kennwerte geben kann, die dem Bogenschweißen standhalten, und da mehr als 20 Gew.% von ihnen die Legierung massenreich werden läßt. Die Verwendung von weniger als 0,5 Gew.% und SnO₂ verstärkt nicht die Beschleunigung der internen Oxidation, während die Verwendung von mehr als 15 Gew.% von ihnen die Materialien ebenfalls massenreich werden läßt.

Beispiele:

Diese Erfindung wird ferner anhand der folgenden Beispiele erläutert:

(1) Sn - 5 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
In - 2 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
SnO₂ - 5 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 120)
Ag - Rest% (aus Pulver der Siebgröße 120)
(2) Sn - 3 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
SnO₂ - 6 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
Cd - 2 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
Ag - Rest% (das gleiche wie oben unter (1))
(3) Sn - 6 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
SnO₂ - 3 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
Bi - 0,5 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
Ag - Rest% (das gleiche wie oben unter (1))
(4) Sn - 4,5 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
SnO₂ - 6 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
In - 1 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
Zn - 0,5 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
Ag - Rest% (das gleiche wie oben unter (1))
(5) Sn - 3 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
SnO₂ - 5 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
Bi - 0,5 Gew.% (das gleiche wie oben unter (1))
Sb - 0,5 Gew.% (aus Pulver der Siebgröße 200)
Ag - Rest% (das gleiche wie oben unter (1))

Die oben genannten Bestandteile (1) bis (5) werden jeweils in einer Vibrationsmühle für 48 Stunden gemixt. Diese Mischungen (1) bis (5) werden jede unter 50 T/Cm² gepreßt, um Verbundstoffe von 50 mm Weite, 100 mm Länge und 10 mm Höhe zu bilden, und zwar mit reinem Ag-Platten unterlegt. Jeder Verbundstoff wurde für 2 Stunden in einem Argongas bei 800°C gesintert, dann heißgerollt bei 850-900°C, und zwar zu einer Dicke von 2 mm. Die Verbundstoffe wurden dann bei einer Sauerstoffatmosphäre von 10 atm bei 700°C für 2,5 Stunden intern oxidiert.

Die sich ergebenden Kontaktmaterialien (1) bis (5) aus Ag- SnO Systemlegierungen hatten die folgenden Eigenschaften, die ergeben, daß diese besonders gut für Unterbrecher, Kontakte, Relais und Schalter verwandt werden können, während durch mikroskopische Beobachtungen bestätigt wurde, daß sie im wesentlichen keine Abscheidungen von metallischen Oxiden innerhalb der Ag-Matrix aufweisen.

Während die Zeit und Temperatur der Sinterung bei diesem Verfahren einer gewissen Variation unterzogen werden kann, soll die Sinterung der gepreßten Mischungen bei einer Temperatur zwischen 700°C und 900°C für 1 bis 5 Stunden durchgeführt werden, wie dies für Fachleute bekannt ist, beispielsweise wie in dem US-Patent 41 41 727 ausgeführt. Das in den oben erwähnten Beispielen benutzte Argongas kann durch ein anderes Edelgas ersetzt werden.

Die Erfindung betrifft also ein elektrisches Kontaktmaterial aus einer Ag-SnO-Systemlegierung. Die Ag-Legierung enthält vor der internen Oxidation Sn in einer Menge von 5 bis 20 Gew.%, 0,5 bis 15 Gew.% hiervon ist im Pulver in Form von SnO₂ gegeben. Das Vorhandensein von SnO₂ Partikeln in der Legierung beschleunigt die interne Oxidationsgeschwindigkeit, wobei ferner hierdurch der Sauerstoff leicht an den Partikeln vorbei und zwischen den Partikeln hindurch passieren kann, wobei die interne Oxidation per se die Legierung bei Ausschaltung der Räume zwischen den SnO₂ Kornpartikeln dichter macht, und zwar aufgrund der volumenmäßigen Expansion von Sn, was aus deren internen Oxidation resultiert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Kontaktmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß diese gemischte Pulver aus Sn, SnO und Ag in Gew.% von 0,5 bis 10 Gew.% Sn, 0,5 bis 15 Gew.% SnO umfassen, wobei, wenn der Anteil an Sn weniger als 4,5 Gew.% beträgt, der Rest aus Ag bzw., wenn der Anteil an Sn mehr als 4,5 Gew.% beträgt, der Rest aus Ag und zumindest In im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.% und/oder Bi im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.% besteht, und daß die Mischung zu einem pulvermetallurgisch hergestellten Legierungsverbund bearbeitet und dieser Legierungsaufwand zur Erzielung einer vollständigen internen Oxidation behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ferner ein Element oder Elemente von weniger als der Menge des Zinn und der Zinnoxide aus der Gruppe bestehend aus Cd, Zn, Sb, Mn und Ca umfaßt.