DE3750336T2 - Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter. - Google Patents

Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter.

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter, der ausgezeichnet in der Lage ist, große Ströme zu schalten.
  • Der Vakuumschalter hat verschiedene Vorteile, wie Wartungsfreiheit, keine Umweltverunreinigung, ausgezeichnete Fähigkeit, Strom zu schalten usw., aufgrund deren sich seine Anwendung sehr rasch erweiterte. Mit dieser Ausdehnung seines Einsatzes wurden Forderungen immer stärker, daß der Vakuumschalter einer höheren Spannung widerstehen und er große Ströme schalten sollte. Andererseits hängt die Leistungsfähigkeit des Vakuumschalters zu einem großen Ausmaß von solchen Faktoren ab, die vom Kontaktwerkstoff im Vakuumbehälter des Vakuumschalters bestimmt werden.
  • Damit der Kontaktwerkstoff die Anforderungen im Vakuumschalter erfüllen kann, muß er folgende Eigenschaften aufweisen: (1) eine Kapazität zum Schalten großer Ströme; (2) hoher Spannung widerstehen; (3) geringen Kontaktwiderstand; (4) geringe Schmelzadhäsionskraft; (5) geringen Wert des Abreißstromes; (6) gute Verarbeitbarkeit; (7) genügende mechanische Festigkeit usw.
  • Im tatsächlichen Kontaktwerkstoff ist es recht schwierig, alle diese Eigenschaften zu erhalten, und die allgemeinen Umstände sind derzeit derart, daß man einen Werkstoff einsetzt, der, in Abhängigkeit von seinem speziellen Einsatzzweck, besonders wichtige Eigenschaften zu Lasten anderer Eigenschaften aufweist. So hat zum Beispiel der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Wolfram-Legierung, wie er in der JP-OS 78 429/1980 offenbart ist, eine ausgezeichnete Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, woraufhin er häufig für einen Lastschalter, ein Kontaktglied usw. eingesetzt wird, obwohl seine Fähigkeit, Strom zu schalten, gering ist.
  • Andererseits wurde der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom-Legierung, der zum Beispiel in der JP-OS 71 375/1979 offenbart ist, aufgrund seiner ausgezeichneten Fähigkeit, Strom zu schalten, weit für einen Schalter oder ähnliches, eingesetzt, doch ist seine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, gegenüber dem oben erwähnten Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Wolfram-Legierung, gering.
  • Weiter hat der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom/Wismut-Legierung, wie er zum Beispiel in der JP-OS 147 481/1979 offenbart ist, eine geringe Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, was es ermöglicht, die Betriebskraft des Vakuumschalters zu verringern, mit der Folge, daß ein solcher Schalter in einer kompakten Größe gefertigt werden kann, und der Abreißstrom ebenfalls gering gemacht werden kann. Seine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, und seine Fähigkeit, Strom zu schalten, sind jedoch, gegenüber dem oben erwähnten Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom-Legierung, gering.
  • Weiter ist der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/ Molybdän/Niob-Legierung, wie er zum Beispiel in der JP-OS 230 619/1984 offenbart ist, ausgezeichnet in der Fähigkeit, Strom zu schalten und Spannung zu widerstehen, aufgrund dessen er in der Zukunft in weitem Rahmen anwendbar erscheint, obwohl der Kontaktwerkstoff einen höheren Abreißstrom und eine höhere Schmelzadhäsions- und Abziehkraft aufweist, als der oben erwähnte Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom/Wismut-Legierung.
  • Die EP-A-155 322 offenbart einen Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter mit einer gesinterten Matrix aus ein oder mehreren Elementen, ausgewählt aus den hochschmelzenden Elementen Mo, W und Ta, die mit Cu oder Ag oder deren Legierung imprägniert ist. Das imprägnierende, leitende Metall kann mindestens eines aus Pb, Bi, Te, Se, Sb und Cd enthalten. Das bevorzugte Material dieser Druckschrift ist ein poröser Sinterkörper aus Cobalt, imprägniert mit einer Silberlegierung, die 10% oder mehr von Se oder Te enthält. Ein solches Material ist jedoch hinsichtlich verschiedener Eigenschaften als ein Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nicht vollkommen befriedigend.
  • Die EP-A-110 176 offenbart einen Kontaktwerkstoff, umfassend Cu-Cr-Ta + (Al oder Ti) + ein niedrigschmelzendes Material. Auch ein solches Material ist nicht vollkommen befriedigend als ein Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter.
  • Wie oben beschrieben, haben die konventionellen Kontaktwerkstoffe für Vakuumschalter bisher ihre verschiedenen Eigenschaften genutzt. In den letzten Jahren wurden jedoch Forderungen nach der Fähigkeit, große Ströme zu schalten und hoher Spannung zu widerstehen, für Vakuumschalter immer stärker, mit dem Ergebnis, daß solche konventionellen Kontaktwerkstoffe die geforderte Leistung nur schwer erbringen können. Es wurde auch gefordert, daß der Kontaktwerkstoff eine Verkleinerung des Vakuumschalters gestattet.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf gemacht, den konventionellen Kontaktwerkstoff, wie er oben erwähnt ist, zu verbessern, und sie zielt auf die Schaffung eines verbesserten Kontaktwerkstoffes für Vakuumschalter, der eine ausgezeichnete Fähigkeit zum Schalten von Strom aufweist, höherer Spannung widerstehen kann, eine geringe Schmelzadhäsions- und Abziehkraft hat und einen geringen Abreißstrom und einen geringen Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten aufweist.
  • Die vorliegenden Erfinder haben auf einer experimentellen Basis durch Zugabe verschiedener Metalle, Legierungen und intermetallischer Verbindungen zu Kupfergrundlage verschiedene Legierungsmaterialien hergestellt, und haben diese Legierungsmaterialien in Vakuumschaltern benutzt, um mit diesen verschiedene Tests auszuführen.
  • Als Ergebnis dieser Tests wurde festgestellt, daß die Kontaktwerkstoffe, die in der Grundlegierung aus Kupfer- Molybdän-Niob ein oder mehrere Arten niedrigschmelzender Metalle enthalten, wie Wismut, Tellur, Antimon, Thallium, Blei, Selen, Cer und Calcium, und die Kontaktmaterialien, die in der Grundlegierung aus Kupfer-Molybdän-Tantal ein oder mehrere Arten niedrigschmelzender Metalle, wie Wismut, Tellur, Antimon, Thallium und Blei, enthalten, ausgezeichnet waren hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Strom zu schalten und Spannung zu widerstehen, und daß sie eine geringe Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, einen geringen Abreißstrom und einen geringen Leistungsverbrauch am Kontakt aufwiesen.
  • Der Kontaktwerkstoff für den Vakuumschalter gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er in der Kupfer-Molybdän-Tantal-Grundlegierung ein oder mehrere Arten niedrigschmelzender Metalle innerhalb der in Anspruch 1 angegebenen Bereiche enthält, ausgewählt aus Wismut, Antimon, Tellur, Thallium und Blei.
  • Es werden im folgenden verschiedene Arten der Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Beispiele und die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
  • Fig. 1, 2 und 3 graphische Darstellungen, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen;
  • Fig. 4, 5 und 6 graphische Darstellungen der Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, durch das Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu widerstehen;
  • Fig. 7 und 8 graphische Darstellungen der Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen;
  • Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen der Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung, durch das Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu widerstehen;
  • Fig. 11 und 12 graphische Darstellungen der Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung, hergestellt sind nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen, und
  • Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem Vakuum- Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu widerstehen.
  • BEISPIELE
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben.
  • Herstellung von Kontaktwerkstoffen
  • Die Kontaktwerkstoffe wurden gemäß der Pulvermetallurgie unter Anwendung der drei Verfahren "Infiltration", "Pulversintern" und "Heißpressen" hergestellt.
  • Die Herstellung von Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrations-Verfahren wurde in einer solchen Weise ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer Teilchengröße von im Mittel 3 um, Tantalpulver mit einer Teilchengröße von 40 um oder weniger, Kupferpulver mit einer Teilchengröße von 40 um oder weniger und Wismutpulver mit einer Teilchengröße von 75 um oder weniger, in ihren jeweiligen Verhältnissen von 67,6 : 13,9 : 18.0 : 0,5 abgewogen wurden, gefolgt vom Vermischen der Bestandteile für zwei Stunden, woraufhin das gemischte Pulver in eine Metallform einer vorbestimmten Konfiguration gefüllt und unter einem Druck von 1 Tonne/cm² geformt wurde, danach eine Masse aus sauerstofffreiem Kupfer auf diesem Formkörper angeordnet wurde, der eine Stunde lang in Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1250ºC gehalten wurde, um den Kontaktwerkstoff durch Imprägnieren des sauerstofffreien Kupfers in den Formkörper zu erhalten. Das endgültige Zusammensetzungsverhältnis dieses Kontaktwerkstoffes ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben, wo es als "Probennummer T-Bi-18" angegeben ist. Diese Tabelle 1 führt auch andere Kontaktwerkstoffe verschiedener Zusammensetzungsverhältnisse auf, die nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, hergestellt wurden.
  • Die Herstellung des Kontaktwerkstoffes nach dem Pulversinter-Verfahren wurde in einer solchen Weise ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 um, Tantalpulver mit einer Teilchengröße von 40 um oder darunter, Kupferpulver mit einer Teilchengröße von 75 mm oder darunter, und Wismutpulver mit einer Teilchengröße von 75 um oder darunter in ihren jeweiligen Verhältnissen von 36,5 : 3,5 : 59,5 : 0,1 abgewogen wurden, gefolgt vom Vermischen der Bestandteile für zwei Stunden, woraufhin dieses gemischte Pulver in einer Metallform einer vorbestimmten Konfiguration gefüllt und unter einem Druck von 3,3 Tonnen/cm² geformt wurde, woraufhin dieser gepreßte Körper zwei Stunden in Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur unmittelbar unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer gesintert wurde, wodurch der beabsichtigte Kontaktwerkstoff erhalten wurde. Die endgültige Zusammensetzung dieses Kontaktwerkstoffes ist in Tabelle 2 angegeben, wo sie als "Probennummer T-Bi-89" bezeichnet ist. Diese Tabelle 2 führt auch andere Kontaktwerkstoffe anderer Zusammensetzungen auf, die ebenfalls nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.
  • Die Herstellung des Kontaktwerkstoffes gemäß dem Heißpreß-Verfahren wurde in einer solchen Weise ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 um, Niobpulver mit einer Teilchengröße von 40 um oder weniger, Kupferpulver mit einer Teilchengröße von 75 um oder weniger, und Wismutpulver mit einer Teilchengröße von 75 um oder weniger, in ihren jeweiligen Verhältnissen von 36,5 : 3,5 : 59,9 : 0,1 abgewogen wurden, gefolgt vom zweistündigen Vermischen der Bestandteile, woraufhin dieses gemischte Pulver in einen aus Kohlenstoff hergestellten Würfel gefüllt und dann im Vakuum zwei Stunden auf eine Temperatur 1000ºC erhitzt wurde, während ein Druck von 200 kg/cm² mittels einer Heißpreß- Vorrichtung auf die Pulvermischung ausgeübt wurde, wodurch eine Masse des Kontaktwerkstoffes erhalten wurde. Die endgültige Zusammensetzung des so erhaltenen Kontaktwerkstoffes ist in der folgenden Tabelle 3 gezeigt, in der sie als "Probennummer T-Bi-137" angegeben ist. In dieser Tabelle 3 sind auch andere Kontaktmaterialien anderer Zusammensetzungen angegeben, die nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, hergestellt wurden.
  • Zum Vergleich der Eigenschaften mit den Kontaktwerkstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Tabelle 4 die Zusammensetzungsverhältnisse der Kontaktwerkstoffe angegeben, die bisher verwendet wurden. Es wurde das gleiche Verfahren der Pulversinterung, wie oben beschrieben, für die Herstellung dieser konventionellen Kontaktwerkstoffe angewendet. Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe Die oben beschriebenen Kontaktwerkstoffe, die mit den vorbeschriebenen verschiedenen Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt worden waren, wurden maschinell zu Elektroden verarbeitet, die jeweils einen Durchmesser von 20 mm aufwiesen. Jede dieser Elektroden wurde dann in einen Vakuumschalter eingebaut, um deren elektrische Eigenschaften zu messen. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. Die Messungen wurden ausgeführt hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten, bzw. zu unterbrechen, der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, dem Wert des Abreißstromes, der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft und des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten. Die Ergebnisse sind als Faktoren der Eigenschaften der konventionellen Cu-25Cr-Legierung (der Probe C-1 in Tabelle 4), als dem Bezugsmaterial, angegeben. Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen, zeigt ein größerer Faktor daher eine Verbesserung, und ein Kontaktwerkstoff mit einem Faktor von 1 oder mehr zeigt, daß er eine bessere Fähigkeit hat, Strom zu schalten, als konventionelle Cu-25Cr- Legierungen. Hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, kann das gleiche gesagt werden, wie zur Fähigkeit, Strom zu schalten, d. h., ein größerer Faktor zeigt eine Verbesserung. Der Wert des Abreißstromes sollte erwünschtermaßen geringer sein vom Standpunkt des Einsatzes, somit zeigt eine geringerer Faktor bessere Eigenschaften. In der gleichen Weise kann eine Verringerung der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, vom Standpunkt des Betriebsmechanismus aus, vorteilhaft sein, und ein geringerer Faktor sollte auch erwünscht sein hinsichtlich des Leistungsverbrauches am Kontaktpunkt; daher zeigen geringere Werte für beide Eigenschaften eine Verbesserung.
  • Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen, fast alle Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Infiltrationsverfahren hergestellt wurden, besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung. Für solche Kontaktwerkstoffe, deren Fähigkeit, Strom zu schalten, i oder darunter ist, sieht man, wenn zum Beispiel Probennummer T-Bi- 73 mit dem Cu-Cr-Bi-Legierungsmaterial (Probennummer c- Bi-7 in der folgenden Tabelle 6) verglichen wird, das die gleiche Wismutmenge (20 Gew.-%) wie T-Bi-73 enthält, daß T-Bi-73 einen Faktor von 0,6 (verglichen mit Cu-25Cr) hat, während C-Bi-7 einen Faktor von 0,51 (verglichen mit Cu-25Cr) hat, so daß der Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung besser ist.
  • Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung zeigt, Strom zu schalten, wobei diese Fähigkeit ausgedrückt ist durch den Kontaktwerkstoff, hergestellt nach dem Infiltrations-Verfahren, bei dem die Kupfermenge etwa 60 Gew.-% beträgt. In der Zeichnung gibt die Ordinate die Fähigkeit, Strom zu schalten, im Vergleich mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr (Probennummer C-1) als Bezugsmaterial an, während die Abszisse die Zugabemenge von Bi wiedergibt. In der Zeichnung zeigt die Kurve 101 die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8 Gew.-% beträgt, während die Zugabemenge an Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-1, T-Bi-13, T-Bi-25, T-Bi-37, T- Bi-49, T-Bi-61, T-Bi-73); Kurve 102 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 17 Gew.-% beträgt, wobei die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-2, T- Bi-14, T-Bi-26, T-Bi-38, T-Bi-50, T-Bi-62, T-Bi-74); Kurve 103 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten bzw. -unterbrechen des Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-3, T- Bi-15, T-Bi-27, T-Bi-39, T-Bi-51, T-Bi-63, T-Bi-75); und Kurve 104 zeigt ebenfalls die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 44,1 Gew.-% beträgt, während die Zugabemenge an Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-4, T-Bi-16, T-Bi- 28, T-Bi-40, T-Bi-52, T-Bi-64, T-Bi-76). Weiter zeigt die Kurve 105 (gestrichelt) die Fähigkeit zum Stromschalten des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung (Probennummern C-1, C-Bi-1, C-Bi-2, C-Bi-3, C-Bi- 4, C-Bi-5, C-Bi-6, C-Bi-7), zu dem Bi hinzugegeben wurde. Außerdem zeigt in der gleichen Figur der Doppelkreis 106 die Fähigkeit zum Stromschalten des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-Mo-Legierung (Probennummer M-1). Die Ergebnisse der Messungen dieser konventionellen Legierungs-Kontaktwerkstoffe sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt.
  • Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit der zu Mo hinzugegebenen Tantalmenge von 17,0 Gew.-%, 31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% (die Kurven 102, 103 und 104 der Zeichnung) besser sind, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, selbst wenn die Zugabemenge von Bi 20 Gew.-% beträgt. Weiter ist auch der Legierungs- Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8 Gew.-% beträgt (Kurve 101 in der Zeichnung), ebenfalls besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn die Zugabemenge von Bi 5 Gew.-% nicht übersteigt, und dieser Kontaktwerkstoff ist noch besser im Vergleich mit dem Kontaktwerkstoff aus der Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105 in der Zeichnung), selbst wenn die Zugabemenge von Bi oberhalb von 5 Gew.-% liegt.
  • Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei diese Fähigkeit sich auf Kontaktwerkstoff bezieht, der hergestellt ist durch das Infiltrations-Verfahren bei einer Kupfermenge von etwa 50 Gew.-%. In dieser Figur haben sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. In der Zeichnung zeigt Kurve 107 die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung, bei dem Ta in einer Menge von 8,8 Gew.-% zu Mo hinzugegeben ist und die Zugabemenge von Bi variiert (Probennummern T-Bi-5, T-Bi-17, T-Bi-29, T-Bi-41, T-Bi-53, T-Bi-65, T-Bi-77); Kurve 108 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-6, T-Bi-18, T-Bi-30, T-Bi-42, T-Bi-54, T-Bi-66, T-Bi-78); Kurve 109 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-7, T-Bi-19, T-Bi-31, T-Bi-43, T-Bi-55, T-Bi-67, T-Bi-79); Kurve 110 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-8, T-Bi-20, T-Bi-32, T-Bi-44, T-Bi-44, T-Bi-56, T-Bi- 68, T-Bi-80).
  • Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit ihren jeweiligen Zugabemengen von Tantal zu Mo von 8,8 Gew.-%, 17,0 Gew.-%, 31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% (Kurven 107, 108, 109 und 110) eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten haben als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu- 25Cr-Legierung, selbst wenn die Zugabemenge von Bi 20 Gew.-% beträgt. Im Vergleich mit Fig. 1 zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bei Zugabemengen von Ta zu Mo von 8,8 Gew.-% bzw. 17,0 Gew.-% ihre verbesserte Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen.
  • Fig. 3 ist auch eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die hergestellt sind durch das Infiltrations-Verfahren bei einer Kupfermenge von etwa 40 Gew.-%. In der Figur haben sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die gleichen Bedeutungen wie in Fig. 1. Kurve 111 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem 8,8 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben worden sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-9, T-Bi-21, T-Bi-33, T-Bi-45, T-Bi- 57, T-Bi-69, T-Bi-81); Kurve 112 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe, bei denen 17,0 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-10, T-Bi-22, T-Bi-34, T-Bi-46, T-Bi-58, T-Bi-70, T-Bi-82); Kurve 113 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe, bei denen 31,5 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-11, T-Bi-23, T-Bi-35, T-Bi-47, T-Bi-59, T-Bi-71, T-Bi-83); und Kurve 114 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei dem 44,1 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-12, T-Bi-24, T-Bi-36, T-Bi-48, T-Bi- 60, T-Bi-72, T-Bi-84).
  • Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit ihren zu Mo hinzugegebenen Tantalmengen von 8,8 Gew.-%, 17,0 Gew.-%, 31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% (Kurven 111, 112, 113 und 114) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung eine hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten haben, selbst wenn die Zugabemenge von Bi 20 Gew.-% beträgt. Die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt, ist jedoch gering, im Vergleich mit der in Fig. 2. Wird die vorliegende Fig. 3 mit Fig. 1 verglichen, dann wird die optimale Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen, mit dem Legierungs-Kontaktwerkstoff erhalten, bei dem der Kupfergehalt in der Nähe von 50 Gew.-% liegt.
  • In den Fig. 1, 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Grad der Verringerung der Fähigkeit zum Stromleiten beim Kontaktwerkstoff, wenn die Zugabemenge von Bi erhöht wird, bei einem Kupfergehalt von 40 Gew.-% geringer ist als bei anderen Bestandteilen. Vergleicht man den Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung (Probennummern T-Bi-1 bis T-Bi-84) mit dem konventionellen Cu-Mo-Kontaktwerkstoff (Probennummer M-1), dann haben alle Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-Mo-Legierung.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei einer Zugabemenge von 17 Gew.-% Ta zu Mo oder mehr, der Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung bei einem Kupfergehalt im Bereich von 40 bis 60 Gew.-% eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten hat als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, ungeachtet der Zugabemenge von Bi; beträgt die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-%, dann hat der Kontaktwerkstoff bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 5 Gew.-% eine bessere Eigenschaft zum Stromschalten als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn der Kupfergehalt 60 Gew.-% beträgt; wenn die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt und der Kupfergehalt 50 oder 40 Gew.-% ist, dann hat der Kontaktwerkstoff ungeachtet der Zugabemenge von Bi eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten als konventioneller Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung. Vergleicht man daher die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung im Hinblick auf den gleichen Bi-Gehalt, dann haben alle Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten innerhalb des gesamten Zusammensetzungsbereiches.
  • Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, besser ist als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung. Wird hinsichtlich des Kontaktwerkstoffes, der eine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, von 1 oder darunter hat, der Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-1Bi-Legierung (Probennummer C-Bi-4), der die gleiche Menge Bi enthält (1 Gew.-%), wie der Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung (zum Beispiel Probennummer T-Bi-37), mit dem Kontaktwerkstoff aus T-Bi-37-Legierung verglichen, dann hat der letztere eine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, von 0,64 (ein Verhältnis gegenüber Cu-25Cr), während der Kontaktwerkstoff aus C-Bi-4-Legierung eine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, von 0,3 hat (ein Verhältnis von Cu-25Cr). Daraus ist ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit hat, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle Kontaktwerkstoff.
  • Die Messung der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, beim Kontaktmaterial wurde durch mehrmaliges Wiederholen des folgenden Zyklus von Stufen ausgeführt: (1) Leitung elektrischen Stromes; (2) Unterbrechung ohne Belastung; (3) Anlegen einer hohen Spannung und (4) Überprüfen der Anwesenheit oder Abwesenheit elektrischer Entladung aufgrund des Anlegens der hohen Spannung. Diese vier Stufen (1) bis (4) bilden einen Zyklus und durch mehrmaliges Wiederholen dieses Zyklus wurde ein Spannungs-Wiederstandswert errechnet aus (Zahl des Zyklus, bei der die elektrische Entladung auftrat)/(die Gesamtzahl der Zyklen) wobei auf der Grundlage dieser Berechnung das Anlegen von Spannung so eingestellt wurde, daß die Wahrscheinlichkeit der elektrischen Entladung 50% wird. Tabelle 5 zeigt den Spannungs-Widerstandswert der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem Spannungswert, der eine 50%ige Entladungswahrscheinlichkeit bei konventionellem Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, als Bezugsmaterial, zustande bringt. Bei dieser Messung wurden die Stromleitung, das Raumintervall zwischen den Kontakten und andere Bedingungen gleich eingestellt.
  • Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei der Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrations-Verfahren bei 60 Gew.-% Kupfer erhalten war und die Ordinate die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung wiedergibt, Spannung zu widerstehen, und die Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung als Bezugsmaterial genommen wurde, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi zeigt. Es ist zu bemerken, daß zur Angabe von Variationen hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, aufgrund der Zugabe variierender Bi-Menge, die graphische Darstellung in Fig. 4-1 und 4-2 bei der Zugabemenge von Bi von 1 Gew.-% aufgeteilt ist. In diesen unterteilten graphischen Darstellungen gelten die Kurven 101 bis 105 und der Doppelkreis 106 für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 1.
  • Aus den Fig. 4-1 und 4-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die Kurven 101, 102, 103 und 104) besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn 8,8 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind und die Zugabemenge von Bi bis zu 0,27 Gew.-% beträgt; wenn beim Kontaktwerkstoff 17,0 Gew.-% Ta zum Mo hinzugegeben sind und die Zugabemenge von Bi bis zu 0,4 Gew.-% beträgt; wenn bei dem Kontaktwerkstoff 31,5 Gew.-% Ta zum Mo hinzugegeben sind und die Zugabemenge von Bi bis zu 0,6 Gew.-% beträgt, und wenn beim Kontaktwerkstoff die Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabe von Bi bis zu 1,4 Gew.-% ausmacht. Weiter ist aus den Figuren 4-1 und 4-2 ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe mit einer größeren Zugabemenge von Ta zu Mo eine geringe Abnahme der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, aufgrund der zunehmenden Zugabemenge von Bi zeigen.
  • Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung, Spannung zu widerstehen, zeigt, wobei der Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt ist und der Kupfergehalt 50 Gew.-% beträgt, wobei sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben wie in den Fig. 4-1 und 4-2. Es ist zu bemerken, daß, wie in Fig. 4, diese graphische Darstellung der Fig. 5 am Punkt der Bi-Zugabe von 1 Gew.-% unterteilt ist, und daß die Kurven 107 bis 110 für die gleichen Kontaktwerkstoffe gelten wie in Fig. 2.
  • Aus den Fig. 5-1 und 5-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die Kurven 107, 108, 109 und 110) besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8 Gew.-% beträgt und bis zu 0,43 Gew.-% Bi hinzugegeben sind, wenn die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 17,0 Gew.-% beträgt und bis zu 0,94 Gew.-% Bi hinzugegeben sind, wenn 31,5 Gew.-% Ta zum Mo hinzugegeben sind, und bis zu 8,9 Gew.-% Bi hinzugegeben sind und wenn Mo 44,1 Gew.-% Ta enthält und bis zu 20 Gew.-% Bi hinzugegeben sind. Weiter ist aus den Fig. 5-1 und 5-2 ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe, bei denen mehr Tantal zu Mo hinzugegeben ist, eine geringe Abnahme in der Fähigkeit zeigen, Spannung zu widerstehen, aufgrund der zunehmenden Zugabemenge von Bi, die auch die Fig. 4-1 und 4-2 zeigen. Werden darüber hinaus die Fig. 4-1 und 4-2 mit den Fig. 5-1 und 5-2 verglichen, dann zeigen die letztgenannten graphischen Darstellungen allgemein eine höhere Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als die ersteren, was der Kupfermenge in den Kontaktwerkstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuschreiben ist. In anderen Worten, kann gesagt werden, daß der Kontaktwerkstoff mit einem Kupfergehalt von 50 Gew.-% eine bessere Fähigkeit hat, Spannung zu widerstehen, als der Kontaktwerkstoff mit 60 Gew.-% Kupfergehalt.
  • Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, Spannung zu widerstehen, zeigt, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, bei einem Kupfergehalt von 40 Gew.-%, wobei sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben wie in den Fig. 4-1 und 4-2, und die Kurven 111 bis 114 für die gleichen Kontaktwerkstoffe gelten wie in Fig. 3. Wie in Fig. 4 ist diese graphische Darstellung der Fig. 6 beim Punkt der 1 Gew.-%igen Bi-Zugabe in die Fig. 6-1 und 6-2 unterteilt.
  • Aus den Fig. 6-1 und 6-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die Kurven 111, 112, 113 und 114) besser sind, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen, wenn sie bis zu 0,2 Gew.-% Bi enthalten, bei 8,8 Gew.-% Ta-Zugabe zu Mo, wenn sie bis zu 0,36 Gew.-% Bi enthalten, bei einer Ta-Zugabe von 17,0 Gew.-% zu Mo, wenn sie bis zu 0,44 Gew.-% Bi enthalten, bei einer Ta- Zugabe von 31,5 Gew.-% zu Mo, und wenn sie bis zu 0,54 Gew.-% Bi enthalten, bei einer Ta-Zugabe von 44,1 Gew.-% zu Mo. Weiter kann den Fig. 6-1 und 6-2 entnommen werden, daß die Kontaktwerkstoffe, bei denen mehr Ta zu Mo hinzugegeben ist, aufgrund der größeren Zugabemenge von Bi eine geringe Abnahme in der Fähigkeit zeigen, Spannung zu widerstehen. Werden die Fig. 5-1 und 5-2 mit den Fig. 6-1 und 6-2 verglichen, dann zeigen die ersteren graphischen Darstellungen im allgemeinen eine bessere Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als die letzteren. Wird der oben erwähnte Vergleich zwischen den Fig. 4-1 und 4-2 sowie den Fig. 5-1 und 5-2 dazugenommen, dann wird ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe mit einem Kupfergehalt von etwa 50 Gew.-% in der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, hervorragend sind.
  • Aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 wird deutlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, hergestellt nach dem Infiltrations-Verfahren (Probennummern T-Bi-1 bis T-Bi-84), hinsichtlich ihres Wertes des Abreißstromes von der Zugabemenge von Bi abhängen. Die Wirkung der Zugabe von Bi ergibt sich bei etwa 1 Gew.-%, und mit zunehmender Zugabemenge von Bi nimmt der Wert des Abreißstromes ab. Die Hauptkomponente, die den Wert des Abreißstromes beeinflußt, ist Bi, wobei die anderen Komponenten von Cu, Mo und Nb keinen merklichen Einfluß auf den Wert des Abreißstromes innerhalb der Zusammensetzungsbereiche in den Kontaktwerkstoffen der vorliegenden Erfindung haben. Hinsichtlich der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Wirkung bei der Zugabemenge von 0,1 Gew.-% Bi, jenseits von der der gemessene Wert Null (0) ist. Die Messung der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft wurde ausgeführt, indem man zuerst einen Strom von 12,5 kA bei geschlossenen Kontakten eines Vakuumschalters drei Sekunden lang leitete, woraufhin der Vakuumschalter aus dem Schalter entfernt wurde, um die Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zwischen den Kontakten mittels eines Zugtesters zu messen. In der weiter unten folgenden Tabelle 5 sollte der Wert Null (0), der in der Spalte "Schmelzadhäsions- und Abziehkraft" erscheint, so verstanden werden, daß keine Schmelzadhäsion beim Testen durch den Zugtester vorhanden war oder die Kontakte während ihrer Handhabung für den Test, aufgrund einer sehr geringen Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, getrennt worden waren. Hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten ergibt sich aus der weiter unten folgenden Tabelle 5, daß ungeachtet der Zugabemenge von Bi, die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr- Legierung. Diese Güte wird der Funktion der einzelnen Elemente, insbesondere Mo, Ta und Cu, die die Kontaktwerkstoffe bilden, zugeschrieben. Als Folge zeigen die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, ihre Wirkung hinsichtlich des Wertes des Abreißstromes bei Gew.-% oder mehr hinzugegebenem Bi, ihre Wirkung hinsichtlich der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft bei 0,1 Gew.-% hinzugegebenem Bi und ihre Wirkung hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beim Zusammensetzungsbereich von Cu, Mo, Ta und Bi, die in den Kontaktwerkstoffen vorhanden sind, wie in der weiter unten folgenden Tabelle 1 gezeigt (d. h., der Kupfergehalt liegt im Bereich von 40 bis 60 Gew.-%, die zum Mo hinzugegebene Tantalmenge liegt im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und der Bi-Gehalt liegt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%).
  • Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, innerhalb ihres Zusammensetzungsbereiches von Kupfer von 32,6 bis 65,9 Gew.-%, Mo von 26,8 bis 61,5 Gew.-%, Ta von 3,9 bis 29,7 Gew.-% und Bi von 0,1 bis 20 Gew.-%, gute Eigenschaften aufwiesen.
  • Die weiter unten folgende Tabelle 5 zeigt auch, als Probennummern T-Bi-85 bis T-Bi-132, verschiedene Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, hergestellt nach dem Pulversinter-Verfahren. Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen, ist aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 deutlich ersichtlich, daß alle Kontaktwerkstoffe eine bessere Fähigkeit haben, Strom zu schalten, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung (Probennummer C-1).
  • Fig. 7 zeigt die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung, Strom zu schalten, wobei dieser Kontaktwerkstoff nach dem Pulversinter- Verfahren hergestellt ist, bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-%, wobei die Ordinate die Fähigkeit angibt, Strom zu schalten, im Vergleich mit dieser Eigenschaft vom konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, als Bezugsmaterial, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi angibt. In der graphischen Darstellung der Fig. 7 zeigt Kurve 115 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-85, T-Bi-93, T-Bi-101, T-Bi-109, T- Bi-117, T-Bi-125); Kurve 116 zeigt die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-86, T-Bi- 94, T-Bi-102, T-Bi-110, T-Bi-118, T-Bi-126); Kurve 117 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-87, T-Bi-95, T-Bi-103, T-Bi-111, T- Bi-119, T-Bi-127) und Kurve 118 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-88, T-Bi- 96, T-Bi-104, T-Bi-112, T-Bi-120, T-Bi-128).
  • Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bessere Eigenschaften haben als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu- 25Cr-Legierung, bezüglich der Eigenschaft zum Stromschalten, obwohl diese Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi abnimmt. Es ist auch ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die durch das Pulversinter-Verfahren hergestellt sind und einen Kupfergehalt von 75 Gew.-% haben, eine hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten bei einer Zugabemenge von Ta zu Mo im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und einer Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen.
  • Fig. 8 zeigt die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, Strom zu schalten, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, bei einem Kupfergehalt von 60 Gew.-%. Die Ordinate und die Abszisse haben die gleichen Bedeutungen wie in Fig. 7. In der Figur zeigt Kurve 119 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi- 89, T-Bi-97, T-Bi-105, T-Bi-113, T-Bi-121, T-Bi-129); Kurve 120 zeigt die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-90, T-Bi-98, T-Bi-106, T-Bi-114, T-Bi-122, T-Bi-130); Kurve 121 zeigt die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-91, T-Bi- 99, T-Bi-107, T-Bi-115, T-Bi-123, T-Bi-131), und Kurve 122 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-92, T-Bi-100, T-Bi-108, T-Bi-116, T- Bi-124 T-Bi-132)
  • Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bessere Eigenschaften zum Stromschalten haben als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr, obwohl diese Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi abnimmt. Es ist auch ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren bei einem Kupfergehalt von 60 Gew.-% hergestellt sind, eine hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten bei Zugabemengen von Ta zu Mo im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und einer Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen. Hinsichtlich des Unterschiedes in der Eigenschaft zum Stromschalten, aufgrund des Unterschiedes im Kupfergehalt, ist aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe mit einem zugegebenen Ta-Gehalt zu Mo von 8,8 Gew.-% eine hervorragende Eigenschaft zum Stromschalten bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-%, bei Zugabe einer geringen Bi- Menge, aufweisen, wobei der Unterschied in der Eigenschaft zum Stromschalten mit zunehmender Bi-Menge gering oder vollkommen verschwunden ist; bei Kontaktwerkstoffen, die einen zugegebenen Ta-Gehalt zu Mo von 17,0 Gew.-%, 31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% aufweisen, ist die Eigenschaft zum Stromschalten gleich oder besser als die von konventionellem Kontaktwerkstoff, wenn der Kupfergehalt 60 Gew.-% beträgt. Die Kontaktwerkstoffe mit dem Kupfergehalt von 60 Gew.-% zeigen jedoch eine geringe Abnahme hinsichtlich der Eigenschaft zum Stromschalten, aufgrund einer Zunahme bei der Zugabemenge von Bi.
  • Aus dem vorgehenden ergibt sich, daß bei einer Zugabemenge von Ta zu Mo von 8,8 Gew.-% oder mehr, die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Bereiches des Kupfergehaltes von 60 bis 75 Gew.-%, unabhängig von der Zugabemenge von Bi, eine bessere Eigenschaft zum Stromschalten haben, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr,. Werden die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung mit Bezug auf den gleichen Bi-Gehalt verglichen, dann haben die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten im gesamten Zusammensetzungsbereich als der konventionelle Kontaktwerkstoff.
  • Es ist weiter aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 ersichtlich, daß hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, bei geringer Zugabemenge von Bi besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr.
  • Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-% zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten sind und die Ordinate die Fähigkeit wiedergibt, Spannung zu widerstehen wobei diese Fähigkeit des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung als Bezugsmaterial dient, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi angibt. Die graphische Darstellung der Fig. 9 ist in der gleichen Weise wie Figur 4 am Punkt des 1 Gew.-%-igen Bi-Gehaltes in Fig. 9-1 und 9-2 unterteilt. In diesen graphischen Darstellungen gelten die Kurven 115 bis 118 für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 7.
  • Aus den Fig. 9-1 und 9-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die Kurven 115, 116, 117 und 118) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105) eine hervorragende Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die einen Ta-Gehalt mit Bezug auf Mo von 8,8 Gew.-% aufweisen, hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, besser sind, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu- 25Cr, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,13 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,23 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem zugegebenen Ta- Gehalt von 31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,31 Gew.-%, und die Kontaktwerkstoffe, die mit Bezug auf Mo 44,1 Gew.-% Ta enthalten, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,32 Gew.-%. Weiter ist aus den Fig. 9-1 und 9-2 ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der bezüglich Mo einen höheren Ta-Gehalt aufweist, aufgrund der zunehmenden Zugabemenge von Bi, eine geringe Verminderung bei der Fähigkeit zeigt, Spannung zu widerstehen.
  • Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Kupfergehalt von 60 Gew.-% zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten sind, wobei die Ordinate und die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben wie Fig. 9. Die graphische Darstellung der Fig. 10 ist beim Punkt des Bi-Gehaltes von 1 Gew.-% in die Fig. 10-1 und 10-2 unterteilt. In diesen graphischen Darstellungen gelten die Kurven 119 bis 122 für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 8.
  • Aus den Fig. 10-1 und 10-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (Kurven 119, 120, 121 und 122) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105) eine ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einer zugegebenen Ta-Menge von 8,8 Gew.-% zu Mo, gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, eine hervorragende Fähigkeit haben, Spannung zu widerstehen, bis zu einer Zugabemenge von Bi von 0,26 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bis zu einer Zugabemenge von Bi von 0,5 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einer Zugabemenge von Ta von 31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bis zu einer Zugabemenge von 1,2 Gew.-% Bi; und die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bis zu einer Zugabemenge von Bi von 3,6 Gew.-%. Weiter ist aus den Figuren 10-1 und 10-2 ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der mit Bezug auf Mo mehr Ta enthält, aufgrund der zunehmenden Zunahmemenge von Bi, eine geringe Abnahme hinsichtlich der Fähigkeit zeigt, Spannung zu widerstehen. Beim Vergleich zwischen den Fig. 9-1 und 9-2 mit den Fig. 10-1 und 10-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% eine bessere Fähigkeit haben, Spannung zu widerstehen, als die Kontaktwerkstoffe mit dem Cu-Gehalt von 75 Gew.-%.
  • Weiter ist aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 ersichtlich, daß der Wert des Abreißstromes für die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind (Probennummern T-Bi-85 bis T-Bi-132), von der Zugabemenge von Bi abhängt. Die Wirkung der Bi-Zugabe zeigt sich bei etwa 1 Gew.-%, und dann nimmt der Wert des Abreißstromes mit zunehmender Zugabemenge von Bi ab. Hinsichtlich der Schmelzadhäsion- und Abziehkraft zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Wirkung bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-%, jenseits der der gemessene Wert Null (0) ist. Hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten sind die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die durch das Pulversinter-Verfahren erhalten sind, nicht von der Zugabemenge von Bi abhängig, wohl aber vom Gehalt an Cu und anderen Komponenten. Die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% zeigen ihre ausgezeichnete Fähigkeit des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten, der etwa das 0,2- bis 0,3-fache dessen von konventionellem Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung beträgt, wobei diese Eigenschaft gleich der des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung ist, der durch das oben erwähnte Infiltrations-Verfahren erhalten wurde. Die Kontaktwerkstoffe mit dem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% haben einen Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten vom 0,5- bis 0,7-fachen dessen des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung, woraus ersichtlich ist, daß bei einem Cu-Gehalt von weniger als 60 Gew.-% eine nicht so deutliche Änderung hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beobachtet werden kann. Wenn die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung oder aus Cu-25Cr-Bi-Legierung verglichen werden, dann ist der Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten für die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung das 0,5- bis 0,7-fache von dem der konventionellen Kontaktwerkstoffe, wobei dieser Unterschied dem Unterschied in den Bestandteilen der Kontaktwerkstoffe zugeschrieben wird. Als Folge zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die durch das Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, ihre Auswirkung hinsichtlich des Wertes des Abreißstromes bei der Zugabemenge von Bi bei 1 Gew.-% oder darüber, ihre Auswirkung auf die Schmelzadhäsions- und Abziehkraft bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-% oder darüber, und ihre günstigen Eigenschaften hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beim Cu- Gehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, dem Ta-Gehalt im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und der Zugabemenge von Bi in einem Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%.
  • Aus dem vorhergehenden wird deutlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, ihre günstigen Eigenschaften im Bereich des Gehaltes von Kupfer von 60 bis 75 Gew.-%, von Molybdän im Bereich von 14,0 bis 36,5 Gew.-%, von Ta im Bereich von 2,2 bis 17,6 Gew.-% und von Bi im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% zeigen.
  • Tabelle 5 weiter unten zeigt auch verschiedene Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch Vakuum-Heißpressen hergestellt sind, wie die Probennummern T-Bi-133 bis T-Bi-180. Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten, ist aus Tabelle 5 deutlich ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung.
  • Fig. 11 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zum Stromschalten, wobei diese Kontaktwerkstoffe erhalten sind nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren beim Kupfergehalt von 75 Gew.-%, wobei die Ordinate die Eigenschaft zum Stromschalten bei Anwendung des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu- 25Cr-Legierung als Bezugsmaterial zeigt und die Abszisse die Zugabemenge von Bi wiedergibt. In der graphischen Darstellung der Fig. 11 zeigt Kurve 123 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 8,8 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-133, T-Bi-141, T-Bi-149, T-Bi-157, T-Bi-165, T- Bi-173); Kurve 124 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta- Menge, mit Bezug auf Mo, 17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-134, T- Bi-142, T-Bi-150, T-Bi-158, T-Bi-166, T-Bi-174); Kurve 125 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-135, T-Bi-143, T-Bi-151, T-Bi-159, T-Bi-167, T-Bi-175), und Kurve 126 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-136, T-Bi-144, T-Bi-152, T-Bi-160, T- Bi-168, T-Bi-176).
  • Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, obwohl sich diese Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi verschlechtert. Aus Fig. 11 ist auch ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die bei einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% nach dem Vakuum-Heißpreß- Verfahren hergestellt sind, eine hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten, bei einer Zugabemenge von Ta im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und einer Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen.
  • Fig. 12 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zum Stromschalten, wobei diese Kontaktwerkstoffe erhalten sind nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren, beim Kupfergehalt von 60 Gew.-%, bei dem die Ordinate und die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben wie in Fig. 11. In der Figur zeigt Kurve 127 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 8,8 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-137, T-Bi-145, T-Bi-153, T-Bi-161, T-Bi-169, T-Bi-177); Kurve 128 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-138, T-Bi-146, T-Bi-154, T-Bi-162, T-Bi-170, T-Bi-178); Kurve 129 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta- Menge, mit Bezug auf Mo, 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-139, T- Bi-147, T-Bi-155, T-Bi-163, T-Bi-171, T-Bi-179), und Kurve 130 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 44,1 Gew.-% beträgt, und die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-140, T-Bi-148, T-Bi-156, T-Bi-164, T-Bi-172, T-Bi-180).
  • Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, obwohl sich diese Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi verschlechtert. Aus Fig. 12 ist auch ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die bei einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, eine hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten, bei einer Zugabemenge von Ta im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und einer Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen. Hinsichtlich des Unterschiedes in der Eigenschaft zum Stromschalten, aufgrund des Unterschiedes im Cu-Gehalt, ist aus den Figuren 11 und 12 ersichtlich, daß dieser Unterschied im allgemeinen bei Kontaktwerkstoffen mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% größer ist.
  • Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu- Gehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, dem zu Mo hinzugegebenen Ta-Gehalt im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und der Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-%, eine ausgezeichnete Fähigkeit zum Stromschalten im Vergleich mit dem konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung aufweisen.
  • Aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 ist hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, besser sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn die Zugabemenge von Bi gering ist.
  • Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren erhalten sind, bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-%, und wobei die Ordinate die Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, wiedergibt, bei Verwendung dieser Eigenschaft des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung als Bezugsmaterial, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi angibt. In der gleichen Weise wie in Fig. 4 ist die graphische Darstellung der Fig. 13 beim Punkt des Bi-Gehaltes von 1 Gew.-% unterteilt. Die Kurven 123 bis 126 gelten für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 11.
  • Aus den Fig. 13-1 und 13-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (Kurven 123, 124, 125 und 126) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi (Kurve 105) eine ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Ta-Gehalt von 8,8 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, besser sind hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,15 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,25 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,28 Gew.-%; und die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei der Zugabemenge von Bi bis zu 0,29 Gew.-%. Weiter ist aus den Fig. 13-1 und 13-2 ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der-mit Bezug auf Mo einen höheren Ta-Gehalt aufweist, aufgrund der Zugabe von Bi eine geringe Verminderung hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, erfährt.
  • Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe, bei einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-%, nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren erhalten sind, wobei die Ordinate und die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben wie in Fig. 13. Auch die graphische Darstellung der Fig. 14 ist bei dem Punkt des Bi-Gehaltes von 1 Gew.-% in die Fig. 14-1 und 14-2 unterteilt. In diesen graphischen Darstellungen gelten die Kurven 127 bis 130 für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 12.
  • Aus den Fig. 14-1 und 14-2 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (Kurven 127, 128, 129 und 130) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105) eine ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Ta-Gehalt von 8,8 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, besser sind hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,32 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,54 Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 2,5 Gew.-%; und die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei der Zugabemenge von Bi bis zu 7 Gew.-%. Weiter ist aus den Fig. 14-1 und 14-2 ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der mit Bezug auf Mo einen höheren Ta-Gehalt aufweist, aufgrund der Zugabe von Bi eine geringe Verminderung hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, erfährt. Weiter kann aus einem Vergleich zwischen den Fig. 13-1 und 13-2 sowie den Fig. 14-1 und 14-2 ersehen werden, daß der Kontaktwerkstoff mit dem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% eine höhere Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, hat als der Kontaktwerkstoff mit dem Cu-Gehalt von 75 Gew.-%.
  • Weiter ist aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 ersichtlich, daß der Wert des Abreißstromes der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind (Probennummern T-Bi-133 bis T-Bi-180), von der Zugabemenge von Bi abhängt. Die Wirkung der Zugabe von Bi ergibt sich bei etwa 1 Gew.-%, mit zunehmender Zugabemenge von Bi nimmt der Wert des Abreißstromes ab. Hinsichtlich der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Auswirkung bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-%, jenseits der der gemessene Wert Null (0) ist. Hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten sind die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung nicht von der Zugabemenge von Bi, aber vom Gehalt an Cu und anderen Komponenten abhängig. Der Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% hat einen ausgezeichneten Leistungsverbrauch, der das 0,2- bis 0,3-fache dessen des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung ist; wie im Falle der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten sind, ist diese Eigenschaft vergleichbar mit der Eigenschaft der oben erwähnten Kontaktwerkstoffe nach der vorliegenden Erfindung. Die Kontaktwerkstoffe mit einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% zeigen einen Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten vom 0,5- bis 0,7-fachen dessen des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung, d. h., diese Fähigkeit ist gleich der der Kontaktwerkstoffe, die nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten wurden. Daraus ist ersichtlich, daß bei einem Cu-Gehalt von weniger als 60 Gew.-% keine so bemerkenswerte Änderung im Leistungsgebrauch an den Kontaktpunkten feststellbar ist. Werden die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr oder Cu-25Cr-Bi verglichen, dann zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Leistungsverbrauch, der das 0,5- bis 0,7-fache dessen des konventionellen Kontaktwerkstoffes ist, wobei dieser Unterschied dem Unterschied in den Bestandteilen der Kontaktwerkstoffe zugeschrieben wird. Die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß- Verfahren hergestellt sind, zeigen ihre Wirkung auf den Wert des Abreißstromes, wenn die Zugabemenge von Bi 1 Gew.-% oder darüber ist, ihre Wirkung auf die Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, wenn die Zugabemenge von Bi 0,1 Gew.-% oder darüber ist, und ihre günstige Eigenschaft hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten, wenn der Kupfer-Gehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, der Ta-Gehalt, mit Bezug auf Molybdän, im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und die Zugabemenge von Bi im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% liegt.
  • Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, und einen Kupfergehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, einen Mo- Iybdängehalt im Bereich von 14,0 bis 36,5 Gew.-%, einen Tantalgehalt im Bereich von 2,2 bis 17,7 Gew.-% und einen Wismutgehalt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% aufweisen, ihre günstigen Eigenschaften zeigen.
  • Es sollte bemerkt werden, daß, obwohl in den vorgenannten Beispielen der vorliegenden Erfindung Erläuterungen hinsichtlich der Kontaktwerkstoffe gegeben wurden, die durch die Zugabe von Bi zu der Grundlegierung aus Cu-Mo-Ta hergestellt wurden, anstelle von Bi auch solche Elemente, wie Te, Sb, Tl und Pb eingesetzt werden können, in welchem Falle ein oder mehrere Arten dieser niedrigschmelzenden Materialien zu der Grundlegierung hinzugegeben werden können. Die weiter unten folgende Tabelle 7 zeigt verschiedene Proben, die diese Elemente enthalten. In dieser Tabelle 7 wurde der Zusammensetzungsbereich in Bezug auf die vorbeschriebenen Beispiele bestimmt, und die Zugabemenge des niedrigschmelzenden Materials für die Proben wurde auf maximal 20 Gew.-% festgesetzt, woraufhin die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit konventionellen Kontaktwerkstoffen verglichen wurden. Das Verfahren zum Herstellen dieser Kontaktwerkstoffe ist folgendes: Probennummern 1, 2 und 3 wurden hergestellt nach dem Infiltrations-Verfahren; Probennummern 4 und 5 wurden nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten, und Probenummern 6 und 7 wurden nach dem Vakuum- Heißpreß-Verfahren erhalten. Die Form bzw. Gestalt der Kontakte und das Testverfahren waren die gleichen, wie in den vorbeschriebenen Beispielen. Die Ergebnisse der Messungen sind in der weiter unten folgenden Tabelle 8 angegeben.
  • Aus Tabelle 8 ist ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, denen die niedrigschmelzende Komponente aus Te, Sb, Tl, Pb, Se und Bi-Te in einer Menge von 20 Gew.-% hinzugegeben wurde (Probennummern T-Te-2, T-Te-3, T-Te-5, T-Te-7, T-Sb-2, T-Sb-3, T-Sb-5, T-Sb-7, T-Tl-2, T-Tl-3, T-Tl-5, T-Tl-7, T-Pb-2, T-Pb-3, T-Pb-5, T-Pb-7, T-BT-2, T-BT-3, T-BT-5, T-BT-7), eine bessere Eigenschaft zum Stromschalten haben, als der konventionelle Kontaktwerkstoff der Probennummer C-B-7, und daß diese Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung auch hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, ausgezeichnet sind. Es ist weiter ersichtlich, daß in Abhängigkeit von der Art des niedrigschmelzenden Materials, die Kontaktwerkstoffe, die Bi und Te enthielten, eine sehr geringe Verschlechterung hinsichtlich der Eigenschaft zum Stromschalten erfuhren, und die Kontaktwerkstoffe, die Pb enthielten, hinsichtlich dieser Eigenschaft unter den Kontaktwerkstoffen der vorliegenden Erfindung schlechter sind. Weiter kann eine ausgezeichnete Eigenschaft zum Stromschalten bei Zugabe von 20 Gew.-% von insgesamt Bi und Te erhalten werden, wobei jedes 10 Gew.-% ausmacht, eher, als wenn man 20 Gew.-% von Bi oder Te einzeln hinzugibt. Die gleiche Wirkung kann bei den anderen niedrigschmelzenden Komponenten erwartet werden. Andererseits ergibt sich aus der weiter unten folgenden Tabelle 8, daß der Wert des Abreißstromes, die Schmelzadhäsions- und Abziehkraft und der Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten nicht so sehr von den hinzuzugebenden niedrigschmelzenden Komponenten abhängen.
  • Die Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Tabelle 8 gezeigt sind, werden daher im wesentlichen als gleich den Kontaktwerkstoffen angesehen, bei denen Bi hinzugegeben ist, und die in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigt sind. D.h., die nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellten Kontaktwerkstoffe zeigen ihre ausgezeichneten Eigenschaften bei einem Gehalt von Kupfer im Bereich von 32,6 bis 65,9 Gew.-%, Tantal, mit Bezug auf Mo, im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% (d. h., der Mo-Gehalt liegt von 26,8 bis 61,5 Gew.-% und der Ta-Gehalt von 3,9 bis 29,7 Gew.-%), und einer oder mehreren Arten der niedrigschmelzenden Materialien, wie Te, Sb, Tl, Pb und Bi, im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%; und die Kontaktwerkstoffe, die nach dem Pulversinter-Verfahren oder dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, zeigen ihre ausgezeichneten Eigenschaften mit einem Gehalt von Cu im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, Ta, mit Bezug auf Mo, im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% (d. h., dem Mo-Gehalt von 14,0 bis 36,5 Gew.-% und dem Ta-Gehalt von 2,2 bis 17,6 Gew.-%), und einer oder mehreren Arten der niedrigschmelzenden Materialien, wie Te, Sb, Tl, Pb und Bi, im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%.
  • Im Vorhergehenden wurden Erläuterungen hinsichtlich der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 32,6 bis 75 Gew.-%, einem Mo-Gehalt von 14,0 bis 61,5 Gew.-%, einem Ta-Gehalt von 2,2 bis 29,7 Gew.-% und einer oder mehreren Arten der niedrigschmelzenden Materialien von 0,1 bis 20 Gew.-% gemacht. Der Zusammensetzungsbereich der praktisch brauchbaren Kontaktwerkstoffe wird jedoch als viel breiter angesehen. D.h., es sind Kontaktwerkstoffe mit einem Cu-Gehalt von 30 bis 80 Gew.-%, einem Ta-Gehalt, mit Bezug auf Mo, von 2 bis 55 Gew.-% (d. h., der Mo-Gehalt von 9 bis 68,6 Gew.-% und der Ta-Gehalt von 0,4 bis 38,5 Gew.-%), und dem Gehalt von einem oder mehreren der niedrigschmelzenden Materialien von 0,05 bis 25 Gew.-% ins Auge gefaßt, und irgendwelche Legierungsmaterialien können in Abhängigkeit von ihrem Einsatz aus diesen Zusammensetzungsbereichen ausgewählt werden.
  • Wie im Vorstehenden erwähnt, hat der Vakuumschalter ausgezeichnete Betriebseigenschaften, da die vorliegende Erfindung Kontaktwerkstoffe benutzt, die zusammengesetzt sind aus Cu, Mo, Ta und einer oder mehreren Arten von niedrigschmelzenden Materialien als Elektroden für den Vakuumschalter.
  • Tabelle 1-1
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-2
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-3
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-4
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-5
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-6
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 1-7
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 2-1
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 2-2
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 2-3
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 3-1
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 3-2
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 3-3
  • Probe Nr. Zusammensetzung
  • Tabelle 4
  • Probe Nr. Zusammensetzung Tabelle 5-1 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-2 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-3 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-4 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-5 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-6 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-7 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 5-8 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 6 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 7-1 Probe Nr. Zusammensetzung Tabelle 7-2 Probe Nr. Zusammenseztung Tabelle 8-1 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten Tabelle 8-2 Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten

Claims (5)

1. Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter, zusammengesetzt aus Kupfer, Molybdän, Tantal und einer oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien, ausgewählt aus Wismut, Tellur, Antimon, Blei und Tallium, bei dem der Kupfergehalt in einem Bereich von 30 Gew.-% bis 80 Gew.-%, der Molybdängehalt in einem Bereich von 9 Gew.-% bis 68,6 Gew.-%, der Tantalgehalt in einem Bereich von 0,4 Gew.-% bis 38,5 Gew.-% und der Gehalt der einen oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien in einem Bereich von 0,05 Gew.-% bis 25 Gew.-% liegt.
2. Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nach Anspruch 1, bei dem der Kupfergehalt in einem Bereich von 32,6 Gew.-% bis 75 Gew.-%, der Molybdängehalt in einem Bereich von 14 Gew.-% bis 61,5 Gew.-%, der Tantalgehalt in einem Bereich von 2,2 Gew.-% bis 29,7 Gew.-% und der Gehalt der einen oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% liegt.
3. Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nach Anspruch 1, bei dem der Kupfergehalt in einem Bereich von 32,6 Gew.-% bis 65,9 Gew.-%, der Molybdängehalt in einem Bereich von 26,8 Gew.-% bis 61,5 Gew.-%, der Tantalgehalt in einem Bereich von 3,9 Gew.-% bis 29,7 Gew.-% und der Gehalt der einen oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% liegt, und der Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrationsverfahren hergestellt ist.
4. Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nach Anspruch 1, bei dem der Kupfergehalt in einem Bereich von 60 Gew.-% bis 75 Gew.-%, der Molybdängehalt in einem Bereich von 14 Gew.-% bis 36,5 Gew.-%, der Tantalgehalt in einem Bereich von 2,2 Gew.-% bis 17,6 Gew.-% und der Gehalt der einen oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% liegt, und der Kontaktwerkstoff nach dem Pulversinterverfahren hergestellt ist.
5. Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nach Anspruch 1, bei dem der Kupfergehalt in einem Bereich von 60 Gew.-% bis 75 Gew.-%, der Molybdängehalt in einem Bereich von 14 Gew.-% bis 36,5 Gew.-%, der Tantalgehalt in einem Bereich von 2,2 Gew.-% bis 17,6 Gew.-% und der Gehalt der einen oder mehreren Arten von einen tiefen Schmelzpunkt aufweisenden Materialien in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% liegt, und der Kontaktwerkstoff durch Vakuum-Heißpressen hergestellt ist.
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