DE3829250A1

DE3829250A1 - Verfahren zur herstellung eines kontaktwerkstoffes fuer vakuumschalter

Info

Publication number: DE3829250A1
Application number: DE19883829250
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Phil Kippenberg; Hannelore Schnoedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1990-03-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes für Vakuumschaltröhren gemäß Oberbe griff des Patentanspruches 1.

In der DE-OS 31 50 846 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes angegeben, der Hauptkomponenten sowie min destens ein niedrigschmelzendes Zusatzmetall in feiner Vertei lung enthält. Um Störungen in der Gleichmäßigkeit der Vertei lung der Komponenten zu vermeiden, wie sie sich aus dem niedri gen Schmelzpunkt der Zusatznetalle gewöhnlich ergeben, soll bei der Herstellung des Werkstoffes speziell von höherschmelzen den Oxiden der Zusatzmetalle ausgegangen werden. Diese sollen im Verlauf des Herstellprozesses reduziert werden, so daß sich am Ende die gewünschte Werkstoffzusammensetzung mit gleich mäßiger Verteilung der metallischen Zusätze ergibt.

Bei obigem Verfahren wird das Pulver der Hauptkomponenten mit dem Pulver der Oxide des Zusatzmetalles, z. B. Wismut-Oxid (Bi₂O₃), vermischt und die Mischung durch Sintern im Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre oder in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur oberhalb der Dissoziationstemperatur des Additivoxides und unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten zum Kontaktwerkstoff verarbeitet. Als Hauptkomponente wird entweder von Kupfer (Cu) oder Silber (Ag) oder aber von Kupfer (Cu) oder (Ag) und einem weiteren lichtbogenfesten Metall aus der Gruppe von Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) ausgegangen.

Mit Cu als Hauptkomponente und Bi₂O₃ als Oxid des Zusatzme talles gelingt es, bei einer Zusammenmischung von Cu-Pulver und Bi ₂ O ₃-Pulver durch Wärmebehandlung in der angegebenen Weise den Sauerstoff vollständig freizusetzen, um im Ergeb nis einen Werkstoff der Konstitution CuBi herzustellen. Dies gelingt jedoch bei Anwesenheit von Chrom nicht, da sich auf grund der großen Sauerstoffaffinität von Cr störendes Chrom oxid bilden und die vollständige Reduktion des Wismut-Oxids zu metallischem Wismut verhindern kann. Im Werkstoff bleibt daher der überwiegende Anteil des Zusatzes Bi in Form von Bi₂O₃ zurück.

Ein solcher Werkstoff, der in nennenswerter Menge Oxide ent hält, kann aber nicht erfolgreich in Vakuumschaltröhren ein gesetzt werden, da die Oxide im Lichtbogen dissoziiert wer den und der freigesetzte Sauerstoff zu Störungen im Schalt betrieb führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das angegebene Verfahren speziell zur Herstellung eines Werkstoffes der Konstitution CuCrBi so zu verbessern, daß ein für den Einsatz in Vakuum schaltröhren verwendungsfähiger Kontaktwerkstoff geschaffen werden kann, der nicht durch hohe Wismut-Oxid-Konzentrationen belastet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung ist einerseits erreicht, daß bei der Sin terung das metallische Wismut daran gehindert wird, sich nach Überschreiten der Bi-Schmelztemperatur unkontrolliert im Pul vergefüge neu zu verteilen und zu koagulieren bzw. in nicht vernachlässigbarer Menge abzudampfen; andererseits wird hier für aber nur so wenig Wismut-Oxid benötigt, daß bei Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb der Dissoziationstemperatur eine nahezu vollständige Zersetzung auch bei Anwesenheit von Chrom erreicht werden kann. Die beim erfindungsgemäßen Vorgehen ein gesetzte Menge an Wismut-Oxid ist im übrigen so gering, daß in einem Teil der bestimmungsgemäßen Anwendungsfälle ihr Verbleib im Werkstoff nicht zu einer Störung im Schaltverhalten führt, so daß es für den Schaltbetrieb ohne Bedeutung ist, ob der ge ringe Wismut-Oxid-Anteil reduziert wird oder nicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie les, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schliffbild des Zwischenproduktes und

Fig. 2 ein Gefügebild des erfindungsgemäß hergestellten Werk stoffes.

Beispiel:

Es soll ein CuCrBi-Kontaktwerkstoff mit den Massenanteilen 63% Cu, 25% Cr und 12% Bi hergestellt werden:

Cu- und Cr-Pulver mit Teilchengrößenverteilungen zwischen 10 und 60 µm werden eingewogen und gemischt. Bi-Pulver mit Teil chengrößen zwischen 25 und 63 µm wird bei 300°C für ca. 2 h in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, z. B. Luft, gehalten. Durch ein derartiges Glühen bildet sich auf dem einzelnen Wismut- Partikel eine Bi₂O₃-Deckschicht von ca. 1 µm, die als geschlos sene Haut das metallische Wismut umgibt, was im Schliffbild lichtmikroskopisch erkennbar ist. In Fig. 1 sind in einer Ein bettmasse 1 derartige Bi-Pulverteilchen mit Bi₂O₃-Deckschich ten angeschliffen.

Durch das Wismut-Oxid mit hohem Schmelzpunkt (817°C) und ver gleichsweise geringem Dampfdruck ist für die weitere Verar beitung das metallische Wismut, das einen niedrigen Schmelz punkt (273°C) und einen hohen Dampfdruck hat, geschützt.

Das so vorbehandelte Bi-Pulver wird mit dem Pulveransatz aus Kupfer und Chrom gemischt. Diese Mischung wird mit einem Druck von 800 MPa gepreßt und anschließend für zwei Stunden bei 1000°C gesintert.

Es ergibt sich ein Werkstoff mit einem Gefüge gemäß Fig. 2: Der Werkstoff besteht aus einer, aus Kupferteilchen 10 ge bildeten Matrix, in die Chromteilchen 11 eingebettet sind. An den Korngrenzen ist metallisches Wismut 12 abgeschieden, das teilweise auch noch gebundenes Oxid 13 in geringen Mengen aufweisen kann. Diese Rest-Oxide sind aber beim be stimmungsmäßigen Gebrauch des Kontaktwerkstoffes in Vakuum schaltern unproblematisch, da sie von einem in die Röhre ein gebrachten Getter-Material gebunden werden.

Wie sich aus dem Gefügebild ergibt, ist das Wismut im wesent lichen nur an den Korngrenzen verteilt. Ein großräumiges Koagulieren von Wismut tritt vorteilhafterweise nicht auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes für Vakuumschalter auf der Basis von Kupfer (Cu) und Chrom (Cr), mit Wismut (Bi) als Zusatz, bei dem Kupfer- und Chrom-Pulver als Hauptkomponenten gemischt und Pulver des leichtverdampfli chen Wismut in chemisch gebundener Form zugegeben wird und die Mischung durch Schmelzen bzw. Sintern im Vakuum bei einer Temperatur oberhalb der Dissoziationstemperatur des gebun denen Wismut zum Kontaktwerkstoff verarbeitet wird, da durch gekennzeichnet, daß das Wismut-Pul ver vor der Verarbeitung oberflächennah nur soweit oxidiert ist, daß die einzelnen Körner mit einer geschlossenen Wismut- Oxid-Haut versehen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß Wismut-Pulver mit einer Teilchengrößen verteilung von 10 bis 60 µm während etwa 120 min bei einer Temperatur von ca. 300°C oberflächlich oxidiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kupfer- und das Chrom-Pulver Teil chengrößenverteilungen von 25 bis 80 µm haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pulvermischung bei einem Druck von etwa 800 MPa gepreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sinterung bei ca. 1000°C über einem Zeitraum von 2 h erfolgt.