DE60034497T2

DE60034497T2 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE60034497T2
Application number: DE60034497T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Okutomi; Takashi Kusano; Iwao Ohshima; Mitsutaka Homma; Atsushi Yamamoto; Takanobu Nishimura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP4404980B2; CN1264142A; EP1026709A2; JP2000226631A; CN1163926C; US6346683B1; DE60034497D1; EP1026709A3; EP1026709B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumunterbrecher, der eine Unterbrechung/Leitung des Stroms im Vakuum bewerkstelligt, sowie einen Vakuumschalter, worin dieser Vakuumunterbrecher montiert ist, und insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen bei der Kontakt-Widerstands- und -Rückzündungscharakteristik der Kontakte des Vakuumunterbrechers.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Beibehaltung oder Verbesserung von neben den drei Grunderfordernissen, die als Anti-Schweiß-, Spannungswiderstands- und Unterbrechercharakteristik typisiert sind, bestehenden Eigenschaften der Stromzerhack-, Erosions-, Kontaktwiderstands- und Temperaturerhöhungscharakteristik usw. werden die Kontakte von in einen Vakuumschalter oder Vakuumstromkreisbrecher montierten Vakuumunterbrechern aus verschiedenen Basismaterialien dargestellt. Allerdings wird es als unmöglich erachtet, dass diese Eigenschaften alle von einem einzelnen Element vollständig erfüllt werden, da die oben geforderten Charakteristika sich widersprechende Materialeigenschaften erfordern.
Demzufolge sind Kontaktmaterialien für spezifische Anwendungen wie Starkstromunterbrechungs- oder Hochwiderstandsspannungsanwendungen durch eine Verwendung von Kompositmaterialien oder Umhüllungen der Basismaterialien usw. entwickelt worden, wobei diese ausgezeichnete Charakteristika auf ihre eigene Weise zeigen und ergeben. Beispielsweise sind als Kontaktmaterialien zur Starkstromunterbrechung, welche die 3 Grundbedingungen erfüllen, Cu-Bi- oder Cu-Te-Legierungen bekannt, die 5 Gew.-% oder weniger Anti-Schweißbestandteile wie Bi oder Te enthalten ( JP Sho 41-12 131 und JP Sho 44-23 751 ).
Die Cu-Bi-Legierung weist ausgezeichnete Starkstrom-Unterbrechercharakteristika auf, da eine niedrige Schweißtrennkraft durch die Versprödung der Legierung selbst bewerkstelligt wird, welche durch das Vorliegen von an Korngrenzen segregiertem spröden Bi erzeugt wird. Ebenso weist die Cu-Te-Legierung ausgezeichnete Starkstrom-Unterbrechercharakteristika auf, da eine niedrige Schweißtrennkraft durch die Versprödung der Legierung selbst bewerkstelligt wird, welche durch das Vorliegen von an Korngrenzen und inneren Körnern segregiertem spröden Cu₂Te erzeugt wird.
Dagegen, ist eine Cu-Cr-Legierung als Kontaktmaterial zur Anwendung als Hochwiderstandsspannung/Starkstromunterbrechung bekannt. Diese Legierung weist eine kleinere Dampfdruckdifferenz zwischen ihren Strukturbestandteilen als die vorgenannte Cu-Bi- oder Cu-Te-Legierung und somit den Vorteil auf, dass ein einheitliches Leistungsvermögen zu erwarten ist, und tatsächlich zeichnet sie sich gemäß den jeweiligen Anwendungen aus. Cu-W ist ebenfalls als Hochwiderstandsspannung-Kontaktmaterial bekannt. Diese Legierungen zeigen und ergeben ausgezeichnete Anti-Lichtbogen-Charakteristika wegen des Effekts der hoch schmelzenden Materialien.
In einem Vakuumstromkreisbrecher und/oder Vakuumschalter kann das Phänomen induziert werden, dass nach Stromunterbrechung ein Blitzdurchschlag im Vakuumunterbrecher auftritt, um einen leitenden Zustand zwischen den Kontakten zu verursachen, die erneut hergestellt werden (eine anschließende Entladung setzt sich nicht fort). Dieses Phänomen wird als Rückzündungsphänomen bezeichnet, aber der Mechanismus seines Auftretens ist bisher nicht aufgeklärt worden. Abnorme Überspannungen treten häufig aufgrund des rapiden Übergangs in einen leitenden Zustand auf, nachdem der elektrische Stromkreis zuerst in den Strom-unterbrochenen Zustand gebracht wurde. Insbesondere wurde in Tests, worin eine Rückzündung auf Unterbrechung einer Kondensatorbank erzeugt wurde, das Auftreten extrem großer Überspannungen und/oder eines übermäßigen Hochfrequenzstrom beobachtet. Die Entwicklung einer Technik zur Absenkung der Rückzündungswahrscheinlichkeit wird daher angestrebt.
Obwohl, wie oben beschrieben, der Mechanismus des Auftretens des Rückzündungsphänomen nicht bekannt ist, tritt gemäß den experimentellen Ergebnissen der Erfinder Rückzündung mit ziemlich großer Häufigkeit zwischen dem einen und anderen Kontakt oder zwischen den Kontakten und dem Lichtbogenschutz im Vakuumunterbrecher auf. Demgemäß haben die Erfinder in erfolgreicher Weise die Anzahl von Rückzündungen dadurch stark abgesenkt, dass sie herausgefunden haben, dass Techniken zur Unterbrechung von abruptem Gas, das beispielsweise entladen wird, wenn die Kontakte einem Lichtbogen unterliegen, sowie Techniken zur Optimierung des Kontaktoberflächenzustands extrem wirkungsvoll zur Absenkung der Rückzündungswahrscheinlichkeit sind.
In letzter Zeit werden allerdings zur Erfüllung von Forderungen nach Verbesserung der Spannungswiderstandsleistung und der Starkstromunterbrechungsleistung von Vakuumunterbrechern, insbesondere von Forderungen nach Miniaturisierung, weitere Absenkungen der Rückzündung der Kontakte benötigt. Ganz spezifisch hat sich in letzter Zeit die Strenge der von den Anwendern geforderten Anwendungsbedingungen und der Belastungsvielfalt erhöht. Einen beachtlichen neueren Trend stellt die steigende Anwendung an Reaktor- und Kondensator-Stromkreisen dar. Die Entwicklung und Verbesserungen entsprechender Kontaktmaterialien ist eine dringende Aufgabe geworden.
Im Fall von Kondensator-Stromkreisen werden ca. 2- oder 3-fache übliche Spannungen angelegt, so dass die Oberfläche der Kontakte durch Lichtbogenbildung bei der Stromunterbrechung oder Stromumschaltung ernsthaft beschädigt und als Ergebnis die Oberflächenrauigkeit und Abblätterungserosion der Kontakte begünstigt werden. Eine solche Oberflächenrauigkeit und/oder Abblätterung erhöhen den Kontaktwiderstand und sollen einen Faktor zur Verursachung von Rückzündungen darstellen. Somit werden, obwohl es unklar ist, was der anfängliche Auslöser ist, Ursache und Wirkung wiederholt, mit dem Ergebnis, dass die Häufigkeit von Rückzündungen und der Kontaktwiderstand beide ansteigen. Allerdings sind, trotz der Bedeutung des Rückzündungsphänomen für die Produktzuverlässigkeit, weder ein Weg zur Verhinderung der Rückzündung noch deren direkte Ursachen bisher aufgeklärt worden.
Als die Erfinder im Detail die Korrelation des Auftretens von Rückzündung mit der Gesamtmenge von in der Erhitzungsstufe der Cu-W- oder Cu-Mo-Legierung entladenem Gas, dem Gas-Typ und mit dessen Entladungsmodus beobachteten, haben sie herausgefunden, dass, im Fall von Kontakten, bei denen es eine beachtliche abrupte Gasentladung in Pulsart in der Nähe des Schmelzpunkts, wenn auch nur für kurze Zeit, gab, die Rückzündungsrate ebenfalls hoch war.
Demzufolge wurde das Rückzündungsphänomen dadurch abgesenkt, dass das Cu-, W- oder Cu-, Mo-Rohmaterial oder die Cu-W- oder Cu-Mo-Kontaktlegierung vorab in der Nähe der Schmelztemperatur oder darüber erhitzt oder vorab Faktoren zur Verursachung einer abrupten Gasbildung in der Cu-W- oder Cu-Mo-Kontaktlegierung oder eine Hochtemperaturalterung der Cu-W- oder Cu-Mo-Kontaktoberflächenschicht beseitigt oder die Sinterverfahren verbessert wurden, um dadurch Poren und/oder strukturelle Segregation in der Cu-W- oder Cu-Mo-Legierung zu unterdrücken.
Auch ist mit den weiteren Forderungen nach Unterdrückung der Rückzündungen in letzter Zeit die Notwendigkeit für weitere Verbesserungen anerkannt und insbesondere die Entwicklung weiterer Strategien wichtig geworden.
Wie oben beschrieben, wurden für Hochwiderstand-Spannung-Kontaktmaterialien Cu-W- oder Cu-Mo-Legierungen bevorzugt gegenüber den oben beschriebenen Cu-Bi-, Cu-Te- oder den Cu-Cr-Legierungen verwendet, diese können aber tatsächlich nicht als Kontaktmaterialien beschrieben werden, die die immer strengeren Erfordernisse zur Absenkung der Rückzündung vollständig erfüllen. In spezifischer Weise sind, sogar im Fall der Cu-W- oder Cu-Mo-Legierungen, die bisher bevorzugt verwendet worden sind, das Auftreten von Rückzündung in strengeren Hochspannungsbereichen und in Stromkreisen, in denen es Stromstöße gibt, oder das Vorliegen von Instabilität der Kontaktwiderstandscharakteristik, welche durch die Materialeigenschaften der Cu-W- oder Cu-Mo-Legierungen verursacht werden, als Probleme identifiziert worden.
Demzufolge ist die Entwicklung eines Kontaktmaterials für Vakuumunterbrecher, die insbesondere ausgezeichnete Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristika aufweisen, wobei sie immer noch ein bestimmtes Niveau der vorgenannten 3 Grunderfordernisse beibehalten, erwünscht.
Zusammenfassung der Erfindung
Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Vakuumunterbrecher und Vakuumschalter, worin jener montiert ist, bereitzustellen, welcher Kontakte umfasst, deren Kontaktwiderstands- und -rückstündungscharakteristik gleichzeitig durch Optimierung der metallurgischen Bedingungen einer Cu-W- oder Cu-Mo-Legierung verbessert werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden in einem Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen der Kontakte im Vakuum durchführt, die oben genannten Kontakte aus einem Kontaktmaterial hergestellt, das als Anti-Lichtbogen-Bestandteil aus W einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 65 bis 85 Gew.-%, als Rückzündungsstabilisierhilfsbestandteil aus 0,09 bis 1,4 Gew.-% der chemischen Verbindung Cu_xSb und als leitfähiger Bestandteil aus einer Cu- oder CuSb-Legierung als Rest dargestellt wird.
Übersteigt die mittlere Korngröße des W 6 μm, wird die einheitliche Dispersion der chemischen Verbindung Cu_xSb beeinträchtigt. Beträgt diese weniger als 0,4 μm, bleibt eine beachtliche Gasmenge im Basismaterial zurück, was für das Kontaktmaterial unerwünscht ist. Liegt der W-Gehalt im Bereich von 65 bis 82 Gew.-%, liegen die Kontaktwiderstands- und -rückzündungscharakteristik gemeinsam im gewünschten Bereich vor. Beträgt der W-Gehalt mehr als 82 Gew.-%, wird die Kontaktwiderstandscharakteristik beeinträchtigt, und beträgt der W-Gehalt weniger als 70 Gew.-%, wird die Rückzündungscharakteristik beeinträchtigt. Liegt der Gehalt der chemischen Verbindung Cu_xSb im Bereich von 0,09 bis 1,4 % vor, liegen die Kontaktwiderstands- und -rückzündungscharakterstik gemeinsam im gewünschten Bereich vor. Beträgt der Gehalt der chemischen Verbindung Cu_xSb mehr als 1,4 %, werden sowohl die Kontaktwiderstands- als auch die -rückzündungscharakteristik gegenläufig beeinflusst. Beträgt der Gehalt der chemischen Verbindung Cu_xSb weniger als 0,09 %, werden die Steuerung des Sb-Gehalts in der Kontaktlegierung schwierig, eine einheitliche Dispersion und Verteilung des Sb-Bestandteils an der Kontaktoberfläche nicht erhalten und sowohl die Kontaktwiderstands- als auch die -rückzündungscharakteristik gegenläufig beeinflusst.
Ferner werden in einem Kontaktunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen von Kontakten im Vakuum bewerkstelligt, die oben genannten Kontakte aus einem Kontaktmaterial hergestellt, das als Anti-Lichtbogen-Bestandteil in integrierter Form und Größe im Bereich von 0,4 bis 10 μm aus W einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 65 bis 85 Gew.-% und aus Mo einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 0,001 bis 5 Gew.-% und als Rückzündungsstabilisierhilfsbestandteil aus 0,09 bis 1,4 Gew.-% der chemischen Verbindung Cu_xSb und als leitfähiger Bestandteil aus einer Cu- oder CuSb-Legierung als Rest dargestellt wird.
Durch das Vorliegen der vorgeschriebenen kleinen Gehaltsmenge von Mo wird das plastische Verformungsvermögen von W bezüglich thermischem oder mechanischem Schock verbessert, welchem das W während einer Stromkreisbrems- oder -umschaltwirkung ausgesetzt wird, und es stellt sich somit der Vorteil einer Unterdrückung der Abschabung von W in extrem winzigen, mikro-maßstäbigen Anteilen ein. Dies trägt daher zur Absenkung von insbesondere dem Schwankungsbereich der Rückzündungshäufigkeit bei. Übersteigt der Mo-Gehalt 5 Gew.-%, wird dieser Vorteil wieder abgeschwächt.
Des Weiteren werden in einem Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen der Kontakt im Vakuum bewerkstelligt, die oben genannten Kontakte aus einem Kontaktmaterial hergestellt, das als Anti-Lichtbogen-Bestandteil aus Mo einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 50 bis 75 Gew.-%, als Rückzündungsstabilisierhilfsbestandteil aus 0,09 bis 1,4 Gew.-% der chemischen Verbindung Cu_xSb und als leitfähiger Bestandteil aus der Cu- oder CuSb-Legierung als Rest dargestellt wird.
Übersteigt die mittlere Korngröße (der Durchmesser) des Mo 9 μm, wird die einheitliche Dispersion der chemischen Verbindung Cu_xSb beeinträchtigt. Beträgt dieser weniger als 0,4 μm, bleibt eine beachtliche Gasmenge im Basismaterial zurück, was für das Kontaktmaterial unerwünscht ist. Liegt der Mo-Gehalt im Bereich von 50 bis 75 Gew.-%, liegen die Kontaktwiderstands- oder die -rückzündungscharakteristik gemeinsam im gewünschten Bereich. Beträgt der Mo-Gehalt mehr als 75 Gew.-%, wird die Kontaktwiderstandscharakteristik beeinträchtigt, und beträgt der Mo-Gehalt weniger als 50 Gew.-%, wird die Rückzündungscharakteristik beeinträchtigt. Liegt der Gehalt der chemischen Cu_xSb-Verbindung im Bereich von 0,09 bis 1,4 %, liegen die Kontaktwiderstands- und -rückzündungscharakteristik gemeinsam im gewünschten Bereich vor. Beträgt der Gehalt der chemischen Cu_xSb-Verbindung mehr als 1,4 %, werden sowohl die Kontaktwiderstands- als auch -rückzündungscharakteristik gegenläufig beeinflusst. Beträgt der Gehalt der chemischen Cu_xSb-Verbindung weniger als 0,09 %, werden die Steuerung des Sb-Gehalts in der Kontaktlegierung schwierig, eine einheitliche Dispersion und Verteilung des Sb-Bestandteils an der Kontaktoberfläche nicht erhalten und sowohl die Kontaktwiderstands- als auch die -rückzündungscharakterstik gegenläufig beeinflusst.
Des Weiteren werden in einem Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen der Kontakte im Vakuum bewerkstelligt, die oben genannten Kontakte aus einem Material hergestellt, das als Anti-Lichtbogen-Bestandteil in integrierter Form und Größe im Bereich von 0,4 bis 10 μm aus Mo einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 50 bis 75 Gew.-% und aus W einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 0,01 bis 5 Gew.-%, als Rückzündungsstabilisierhilfsbestandteil aus 0,09 bis 1,4 Gew.-% chemischer Cu_xSb-Verbindung und als leitfähiger Bestandteil aus der Cu- oder CuSb-Legierung als Rest dargestellt wird.
Durch das Vorliegen der beschriebenen kleinen Gehaltsmenge von W (das MoW in integrierter Form mit Mo bildet) wird das plastische Verformungsvermögen von Mo bezüglich thermischem oder mechanischem Schock verbessert, welchem das W während der Stromkreisbrems- oder -umschaltwirkung ausgesetzt wird, und somit stellt sich der Vorteil einer Unterdrückung der Abschabung von Mo an der Kontaktoberfläche in extrem winzigen, mikro-maßstäbigen Anteilen ein. Dies trägt daher zur Absenkung von insbesondere dem Schwankungsbereich der Rückzündungshäufigkeit bei. Übersteigt der W-Gehalt 5 Gew.-%, wird dieser Vorteil abgeschwächt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die oben genannte CuSb-Legierung in Festlösung weniger als 0,5 Gew.-% Sb.
Eine CuSb-Legierung, die mehr als 0,5 Gew.-% Sb in Festlösung enthält, weist eine stark eingeschränkte Leitfähigkeit auf und ist für ein Kontaktmaterial nicht verwendbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gilt für das x in der oben genannten chemischen Cu_xSb-Verbindung: x = 1,9 bis 5,5.
Liegt das Verhältnis von x bezüglich dem Cu außerhalb des Bereichs von 1,9 bis 5,5, ist eine Glätte für die Kontaktoberfläche nur schwierig erhältlich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die obige chemische Cu_xSb-Verbindung eine jede von einer oder mehreren Verbindungen sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Cu_5,5Sb, Cu_4,5Sb, Cu_3,65Sb, Cu_3,5Sb, Cu₃Sb, Cu₁₁Sb₄ oder aus Cu₂Sb.
In diesen Ausführungsformen ist, sogar nach Erhitzungsvorgängen wie nach einer Silber-Lötstufe/einem Stromkreisbruch, der Sb-Bestandteil in den Kontakten stabil und bleibt unmittelbar in einheitlicher Form zurück.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mittlere Korngröße (ist die planare Form kreisförmig, ist dies der Durchmesser; ist sie rechteckig, ellipsoid oder polygonal, wird der Durchmesser als Kreis dieser Fläche berechnet) der oben genannten chemischen Cu_xSb-Verbindung Kornabmessungen von 0,02 bis 20 μm auf.
Betragen diese mehr als die 20 μm, werden die Rückzündungs- und auch die Kontaktwiderstandscharakteristik ernsthaft beeinträchtigt. Ein Basismaterial, worin diese weniger als 0,02 μm betragen, ist als einheitliches Basismaterial wirtschaftlich nur schwierig herzustellen. Als ferner Anteile, in denen die mittlere Korngröße unter 0,02 μm lag, ausgewählt und bewertet wurden, ergaben sich, obwohl deren Kontaktwiderstandscharakteristik keine Abnormität zeigte, ernsthafte Schwankungen bei deren Rückzündungscharakteristik.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der mittlere Abstand zwischen Körnern der obigen chemischen Cu_xSb-Verbindung hoch dispers, wobei diese mit 0,2 bis 300 μm isoliert vorliegen.
Ein isoliertes Vorliegen der chemischen Verbindungskörner um weniger als 0,2 μm war mit der Kontaktherstelltechnologie nur schwierig zu bewerkstelligen. Liegen diese um mehr als 300 μm isoliert vor, neigen die Körner der chemischen Cu_xSb-Verbindung dazu, zu aggregieren, und werden groß, wodurch es wegen deren Abblätterung erschwert wird, glatte Kontaktoberflächen herzustellen. Auch stellen sich strenge Schwankungen bei der Rückzündungshäufigkeit ein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die mittlere Oberflächenrauigkeit (Raue (= Rauigkeitsdurchschnitt)) der Kontaktoberflächen der oben genannten Kontakte weniger als 10 μm, bei einem Minimalwert (Rmin) von mindestens 0,05 μm.
Beträgt die mittlere Oberflächenrauigkeit mehr als 10 μm, werden ernsthafte Schwankungen der Kontaktwiderstandscharakteristik beobachtet. Bei einer Kontaktoberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit unter 0,05 μm ergeben sich Probleme bezüglich der Produktivität.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Cu-Schicht mit einer Dicke von mindestens 0,3 mm auf die Oberfläche auf die gegenüberliegende Seite zur Kontaktoberfläche der oben genannten Kontakte aufgebracht.
Dies erleichtert die Durchführung von Silber-Löten mit einer Elektrode und/oder einem Leitungsschaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Oberflächenendbehandlung auf der Kontaktoberfläche der oben beschriebenen Kontakte durch Unterbrechen des Stroms von 1 bis 10 mA in einem Zustand mit einer angelegten Spannung von mindestens 10 kV durchgeführt.
Im Bereich von 1 bis 10 mA verringert sich die Rückzündungshäufigkeit stark. Unter 1 mA wird kein Vorteil beobachtet. Bei mehr als 10 mA wird eine Oberflächenunregelmäßigkeit an der Kontaktoberfläche erzeugt, was den gegenläufigen Effekt von Schwankungen der Rückzündungshäufigkeit und des Kontaktwiderstands zur Folge hat.
(Wirkung)
Allgemeine Bedingungen des Auftretens von Rückzündung in den Arbeitsbeispielen:
Im Allgemeinen neigt ein Lichtbogen dazu, in Bereichen niedriger Lichtbogenspannung zu stagnieren und sich zu konzentrieren. Bei Stromunterbrechung unter Anlegen eines Magnetfelds (z.B. mit einer axialen Magnetfeldtechnik) an den Kontakt bewegt sich der durch die Unterbrechung erzeugte Lichtbogen über die Kontaktelektrodenoberfläche anstatt zu stagnieren und sich in Bereichen niedriger Lichtbogenspannung zu konzentrieren. Eine vorübergehende Beschädigung an der Kontaktoberfläche wird dadurch verringert, was die Unterbrechercharakteristik verbessert und zur Absenkung der Wahrscheinlichkeit von Rückzündungen beiträgt. Da sich der Lichtbogen ganz leicht über die Kontaktelektrode bewegt, wird in spezifischer Weise eine Dispersion des Lichtbogens begünstigt; dies geht einher mit einem wesentlichen Anstieg der Fläche der Kontaktelektrode, die am Verfahrensablauf der Stromunterbrechung beteiligt ist, um dadurch zu einer Verbesserung der Stromunterbrechercharakteristik beizutragen. Da die Stagnation und Konzentration des Lichtbogens verringert werden, werden ferner die Vorteile einer Verhinderung lokaler abnormer Verdampfung der Kontaktelektrode und einer Verringerung ihrer Oberflächenrauigkeit erzielt, um dadurch zur Absenkung der Wahrscheinlichkeit von Rückzündungen beizutragen.
Wird allerdings eine Stromstärke von mehr als einem bestimmten Wert unterbrochen, stagniert der Lichtbogen an einem oder mehreren Punkten, die nicht vorhersagbar sind, auf der Kontaktoberfläche, um dadurch abnormes Schmelzen zu verursachen, wobei die Stromunterbrechungsgrenze erreicht wird. Auch induziert das abnorme Schmelzen sofortige Explosionen oder Verdampfung des Kontaktelektrodenmaterials, und der dadurch erzeugte metallische Dampf beeinträchtigt ernsthaft die Isolationsrückgewinnung des Vakuumstromkreisbrechers in der Kontakttrennstufe (während der erneuten Kontakttrennung), um die Unterbrechungsgrenze weiter zu erniedrigen.
Ferner erzeugt das abnorme Schmelzen riesige geschmolzene Tropfen, die wiederum eine Rauigkeit der Kontaktelektrodenoberfläche erzeugen, um eine Tendenz zur Erniedrigung ihrer Spannungswiderstandsfähigkeit, zum Anstieg der Wahrscheinlichkeit von Rückzündungen und zu abnormer Erosion des Materials zu ergeben. Es ist erwünscht, dass der Kontakt mit solchen Oberflächenbedingungen ausgestattet sein sollte, dass die Stagnationsorte auf der Kontaktelektrodenoberfläche des Lichtbogens, der das Auftreten dieser Phänomene verursacht, vollkommen unvorhersagbar sein sollten, wie oben beschrieben, und dass sich auch der erzeugte Lichtbogen ohne Stagnation bewegt und dispergiert werden sollte.
Dauer des Auftretens von Rückzündung gemäß der vorliegenden Erfindung:
Obwohl, wie oben beschrieben, der Mechanismus der Erzeugung des Rückzündungsphänomen nicht bekannt ist, tritt gemäß den Versuchsergebnissen der Erfinder Rückzündung mit ziemlich hoher Häufigkeit zwischen dem einen und dem anderen Kontakt innerhalb (im Inneren) des Vakuumunterbrechers sowie zwischen den Kontakten und dem Lichtbogenschutz auf. Demnach konnten die Erfinder eine große Erniedrigung bei der Auftrittsrate der Rückzündung durch Ausarbeiten einer extrem wirkungsvollen Technik erzielen, um eine Erzeugung der Rückzündung durch Unterdrückung von abruptem Gas, das entladen wird, wenn z.B. die Kontakte einem Lichtbogen unterworfen werden, und durch Begünstigung der Optimierung der Bedingung der Kontaktoberfläche zu unterdrücken. Gemäß den Ergebnissen einer detaillierten Analyse des vorgenannten simulierten Rückzündungserzeugungstests, der diesbezüglich von den Erfindern durchgeführt wurde, wurde herausgefunden, dass dabei ein Zusammenhang mit direkt durch das Kontaktmaterial beeinflussten Fällen, mit durch Designaspekte der Elektroden- und Schutzkonstruktion usw. beeinflussten Fällen sowie mit äußeren mechanischen/elektrischen Bedingungen wie unvorhergesehener Hochspannung besteht. Allerdings wird angenommen, dass die Grenze bezüglich Verbesserungen der Elektroden wie den bereits erwähnten bezüglich der Forderungen nach höherer Spannungswiderstandsfähigkeit, größerem Stromunterbrechungsvermögen und weiterer Miniaturisierung erreicht worden ist, welche in den letzten Jahren erzielt wurden, und somit sind eine etwas andere Verbesserung/Optimierung notwendig geworden.
Als Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten simulierten Rückzündungstests unter Einbeziehung einer entsprechenden im Vakuumunterbrecher vorgenommenen Montage und Wegnahme verschiedener Strukturelemente wie von Keramik-Isolierbehälterärmeln, Kontakten, Lichtbogenabschirmung, Metallabdeckungen, Leitungsstäben, Versiegelungsmetall und von Bälgen ist herausgefunden worden, dass die Zusammensetzung der Kontakte, die einer direkten Lichtbogeneinwirkung unterworfen werden, deren Material und Zustandsbedingung sowie die Bedingungen ihrer Herstellung von vitaler Bedeutung bezüglich der Auftrittsrate der Rückzündung sind. Insbesondere ist herausgefunden worden, dass Cu-W oder Cu-Mo, die eine hohe Härte und einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, vorteilhafter als Cu-Bi-, Cu-Te- oder Cu-Cr-Legierungen sind, bei denen beobachtet wird, dass sie eine beachtliche Entleerung und Dispersion feiner metallischer Partikel in den Zwischen-Elektrodenraum bei Schockeinwirkung wie durch hohe Stromenergie oder Unterbrechung wegen der Sprödigkeit von deren Materialien ergeben. Eine weitere wichtige Beobachtung beruhte darauf, dass es, sogar für das gleiche Cu-W oder Cu-Mo Schwankungen bezüglich des Häufigkeitsgrades von Entleerung und Dispersion feiner metallischer Partikel in den Zwischenelektrodenraum gab, und dass insbesondere eine hohe Sintertemperatur im Herstellverfahren von Cu-W oder Cu-Mo eine vorteilhafte Tendenz zur Unterdrückung des Auftretens von Rückzündung ergab.
Auch beruhte ein charakteristisches Merkmal der von den Erfindern beobachteten Ergebnisse bezüglich der Beziehung zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens von Rückzündung und der Materialbedingung des Cu-W oder Cu-Mo darauf, dass (a) die Kontaktzusammensetzung und deren Zustandsbedingung (Segregation/Einheitlichkeit) in Beziehung zur Optimierung von insbesondere den Mischbedingungen des Herstellverfahrens bestand, und dass Rückzündung statistisch ohne Bezug zur Anzahl der Male vorheriger Stromunterbrechung/Umschaltung auftrat. (b) Ein weiteres charakteristisches Merkmal beruhte darauf, dass, obwohl die Menge/Zustandsbedingung von Gas oder Feuchtigkeit, die an der Kontaktoberfläche haften oder absorbiert sind, ein Problem der Aufbewahrungsumgebung (Handhabungsumgebung) nach der Verarbeitung der vorher endgefertigten Kontakte ist, welches nicht direkt die Sintertechnik betrifft, Rückzündung von einer vergleichsweise frühen Stufe an beobachtet wird, bezogen auf die Anzahl von Malen der Stromunterbrechung/Umschaltung. (c) Die Bedeutung des Herstellverfahrens wird durch die Tatsache gestützt, dass die Qualität des Rohmaterialpulvers (die Auswahl des Cu-, W- oder Mo-Pulvers) und die Mischbedingung der Rohmaterialien wichtige Punkte zur Festlegung der inneren Kontaktzustandsbedingungen wie der Bedingung und Menge von in das Innere der Kontakte eingebrachten Verunreinigungen, und es wird davon ausgegangen, dass diese Ursachen von Rückzündung darstellen, die vergleichsweise spät auftritt, bezogen auf die Anzahl von Malen der Stromunterbrechung.
Somit ist, obwohl der Zeitpunkt des Auftretens von Rückzündung erkennbar nicht auf die Historie der Anzahl von Malen der Stromunterbrechung bezogen ist, herausgefunden worden, dass sich deren Ursachen in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Auftretens wie unter (a), (b) und (c) unterscheiden. Anzunehmen ist, dass dies einen wichtigen Grund zur Manifestation von Schwankungen beim Auftreten von Rückzündung unter verschiedenen Vakuumunterbrechern darstellt.
Wirkung der Legierung der vorliegenden Erfindung:
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Legierung dargestellt durch: W (WMo) oder Mo (MoW) mit der Funktion zur Verbesserung der mechanischen Erosionscharakteristik unter Unterbrechung des Strom-An- oder -Umschaltvorgangs und des Anti-Lichtbogenleistungsvermögen (zur Anti-Lichtbogenerosion) der Kontakte als Ganzes; Cu (CuSb-Festlösung) mit der Funktion zur Aufrechterhaltung eines niedrigen und stabilen Wertes des Kontaktwiderstands und zur Gewährleistung der Kontakte als Ganzes; Cu- oder CuSb-Festlösung, erzeugt durch Überhitzen von W (WMo) oder Mo (MoW); und die chemische Cu_xSb-Verbindung, die die Funktion aufweist, als Rückzündungsstabilisierbestandteil durch Abschwächung vorübergehender Verdampfungsverluste der chemischen Cu_xSb-Verbindung zu wirken. Die chemische Cu_xSb-Verbindung fungiert in wirkungsvoller Weise als Rückzündungsstabilisierbestandteil.
Wirkung (1): in der Legierung sind in der vorliegenden Erfindung die Gehaltsmengen des W (WMo) oder Mo (MoW) in der Cu-W-Legierung und/oder die Korngröße des W (WMo) oder Mo (MoW) optimiert. Ferner wird eine Mikro-Einheitlichkeit der Struktur der Kontaktlegierung als Ganzes durch Anwendung einer solchen Einschränkung bewerkstelligt, dass die Größe des leitfähigen Bestandteils (der Cu-Phase oder CuSb-Festlösung), welche vom W (WMo) oder Mo (MoW) umgeben werden, weniger als 50 μm beträgt oder weniger als 50 μm von zumindest einer vorgeschriebenen Fläche besitzt. Ferner werden durch Steuerung der Korngröße der chemischen Cu_xSb-Verbindung innerhalb eines Bereichs vorgeschriebener Werte (von 0,1 bis 20 μm) und durch Steuerung des mittleren Abstands zwischen den Körnern der chemischen Cu_xSb-Verbindung innerhalb eines Bereichs vorgeschriebener Werte (von 0,2 bis 300 μm) die chemische Cu_xSb-Verbindung in einen hoch dispergierten Zustand versetzt und das Ausmaß der Aggregation der chemischen Cu_xSb-Verbindung an der Kontaktoberfläche oder deren Abblättern von der Kontaktoberfläche herabgesetzt. Als Ergebnis werden die Menge der chemischen Cu_xSb-Verbindung, die unter Lichtbogeneinwirkung selektiv und bevorzugt verdampft und dispergiert wird, auf ein Minimum eingeschränkt, die Körner der chemischen Cu_xSb-Verbindung einheitlich an der Kontaktoberfläche verteilt und der Bestandteil der chemischen Cu_xSb-Verbindung in der Form eines dünnen Films einheitlich an der Kontaktoberfläche verteilt.
Wirkung (2): durch Steuerung der mittleren Korngröße des W (WMo) oder Mo (MoW) in der Legierung und der mittleren Korngröße der chemischen Cu_xSb-Verbindung auf praktisch das gleiche Niveau (die gleiche Größe) werden Dispersion und Abblättern der W (WMo)- oder Mo (MoW)-Körner herabgesetzt. Auch werden die Benetzbarkeit zwischen dem Cu (der CuSb-Festlösung) und W (WMo) oder Mo (MoW) sowie das Haftvermögen zwischen den W (WMo)- oder Mo (MoW)-Körnern und dem Cu (der CuSb-Festlösung) verbessert. Ferner wird ein Wegbrechen der chemischen Cu_xSb-Verbindung von der Kontaktoberfläche, was extrem schädlich bezüglich des Auftretens der Rückzündung ist, sogar unter dem Hitzeschock während der Lichtbogeneinwirkung unterdrückt. Als Ergebnis, werden die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik stabilisiert.
Wirkung (3): Dank der Steuerung der Bedingung, unter der W (WMo) oder Mo (MoW) vorliegen, wird die Einheitlichkeit der Legierungsstruktur bewerkstelligt, und somit wird, sogar nach Lichtbogeneinwirkung ein stabiler Zustand der Kontaktoberfläche bezüglich der Rückzündungswahrscheinlichkeit erhalten.
Wirkung (4): Als modifiziertes Beispiel wurde herausgefunden, dass das Vorliegen von Mo oder W in Cu-W oder Cu-Mo von Vorteil zur Herabsetzung von Entleerung und Dispersion feiner metallischer Partikel in den Zwischen-Elektrodenraum wegen Schockeinwirkung beim Einschalten des Stroms oder dessen Unterbrechung ist. Im Normalfall wird beim Einschalten des Stroms oder dessen Unterbrechung ein Wegbrechen an der W- oder Mo-Oberfläche beobachtet, und etwas von diesem Material kann dispergiert oder abgeblättert werden. Dank des Vorliegens von Mo oder W in Cu-W oder Cu-Mo werden die Bindung des Cu und Mo oder Cu und W verstärkt und die plastische Verformbarkeit in extrem kleinen Flächen verbessert. Dies steht in Verbindung mit dem Vorteil der Steuerung der mittleren Korngröße der chemischen Cu_xSb-Verbindung und des mittleren Abstands zwischen den oben genannten Körnern innerhalb vorgeschriebener Werte. Als Ergebnis wird die erzeugte Menge abgeblätterter Partikel selbst verringert, und sogar wenn einige abgeblätterte Partikel noch vorliegen, wird der Vorteil erhalten, dass ein gewisser Rundungsgrad an den Spitzen der zurück gebliebenen Narben zur Anwendung gelangt. Als Ergebnis, wird der elektrische Feldkonzentrationskoeffizient β, der den Kontaktoberflächenzustand ausdrückt, von mehr als 100 auf weniger als 100 verbessert. Dies ist von Vorteil zur Absenkung von Entleerung und Dispersion feiner metallischer Partikel in den Zwischen-Elektrodenraum bei einer Unterbrechung. Es zeigt sich, dass die chemische Cu_xSb- Verbindung in wirkungsvoller Weise als Rückzündungsstabilisierbestandteil fungiert. Als Ergebnis, wird die Erzeugung feiner metallischer Partikel durch Schockeinwirkung beim Anschalten des Stroms oder dessen Unterbrechung auf ein niedriges Niveau unterdrückt, und deren Mengen, die entleert und dispergiert werden, werden klein, was zur Unterdrückung der Rückzündung und zur Stabilisierung der Kontaktwiderstandscharakteristik beiträgt. Auf diese Weise sind gleichzeitig der Vorteil der oben genannten chemischen Cu_xSb-Verbindung mit optimierter mittlerer Korngröße und mittlerem Abstand zwischen dem Körnern, der Vorteil der Verbesserung des elektrischen Feldkonzentrationskoeffizient β durch das W (WMo) oder Mo (MoW) sowie eine stabile Kontaktwiderstands- und Rückzündungscharakteristik erhältlich.
Aufgrund des synergistischen Effekts dieser gewünschten Wirkungen werden mit der chemischen Cu_xSb-Verbindung in dieser Legierung unter Beibehaltung der Stromunterbrechungscharakteristik eine stabile Kontaktwiderstandscharakteristik der Cu-W- oder Cu-Mo-Legierung sowie die Unterdrückung der Auftrittsrate der Rückzündung erhalten.
Kurze Beschreibung der Figuren
Eine vollständigere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele von damit einhergehenden Vorteilen werden unmittelbar mit einem besseren Verständnis unter Bezug auf die nun folgenden detaillierte Beschreibung bei Betrachtung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren erkennbar, in denen das Folgende dargestellt ist:
1 ist eine Tabelle, worin die Bedingungen der Arbeitsbeispiele 1 bis 29 mit Erläuterungen einer ersten Ausgestaltung eines Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1 bis 13 angegeben sind;
2 ist eine Tabelle, worin weitere Bedingungen der Arbeitsbeispiele 1 bis 29 mit Erläuterungen der ersten Ausgestaltung eines Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1 bis 13 angegeben sind;
3 ist eine Tabelle, worin die Bedingungen der Arbeitsbeispiele 30 bis 58 mit Erläuterungen einer zweiten Ausgestaltung eines Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele 14 bis 26 angegeben sind; und
4 ist eine Tabelle, worin weitere Bedingungen der Arbeitsbeispiele 30 bis 58 mit Erläuterungen der zweiten Ausgestaltung eines Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele 14 bis 26 angegeben sind.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
Was nun die Figuren betrifft, in denen gleiche Bezüge identische oder entsprechende Teile über die verschiedenen Darstellungen hinweg bezeichnen, und insbesondere bezüglich der 1, wird eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Wesentliche der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht in einem Kontaktmaterial, dargestellt, in einem Vakuumunterbrecher, worin Cu-W-basierte Kontakte montiert sind, durch vorgeschriebene Mengen von W (WMo), einer chemischen Cu_xSb-Verbindung und von Cu (einer CuSb-Festlösung), zur Unterdrückung und Absenkung des Auftretens einer Rückzündung des Vakuumunterbrechers und zur Stabilisierung des Kontaktwiderstands, wobei der Effekt durch optimale Handhabung der Gehaltsmengen, Größe und Zustandsbedingung der Bestandteile erhalten wird. Der vitale Punkt ist daher die Steuerung der Gehaltsmengen, Größe und Zustandsbedingung (der Korngröße und/oder des mittleren Abstands zwischen den Körnern) der Bestandteile.
Als Nächstes werden die Bewertungsbedingungen und Bewertungsverfahren usw. unter Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Ausgestaltung angegeben und beschrieben.
(1) Rückzündungscharakteristik
Scheibenförmige Kontakte mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 5 mm, angeordnet, um in Kontakt miteinander gebracht zu werden, wobei deren Kontaktflächen mit einer mittleren Oberflächenrauigkeit von 10 μm endbehandelt sind, von denen der eine Kontakt einen Krümmungsradius von 250 mm aufweist, während der andere flach gestaltet ist, wurden in einen Vakuumunterbrecher vom demontierbaren Typ montiert, und die Häufigkeit des Auftretens von Rückzündung wurde bei Unterbrechung von 20.000 Mal eines Stromkreises von 6 kV × 500 A gemessen. Bei der Montage der Kontakte wurde lediglich ein Backvorgang (450°C × 30 min) durchgeführt; Lötanwendung und einhergehende Erhitzung wurden nicht durchgeführt.
(2) Kontaktwiderstandscharakteristik
Der Kontaktwiderstand wurde unmittelbar nach Montage der obigen Kontakte in einen demontierbaren Vakuumunterbrecher unter einer zwischen diesen beiden angelegten Last von 1 kg ermittelt, wobei der Spannungsabfall zwischen den in Kontakt stehenden Oberflächen unter der daran mit 24 V × 110 A angelegten Bedingung ermittelt und der Kontaktwiderstand (x) des neuen Produkts (vor dem Test) berechnet werden. Ferner wurde unmittelbar nach Beendigung des oben beschriebenen Rückzündungstests, in welchem der Stromkreis von 6 kV × 500 A 20.000 Mal unterbrochen wurde, der Kontaktwiderstand (y) nach dem Test durch Ermittlung des Potenzialabfalls unter den gleichen Spannung/Strom-Bedingungen wie oben berechnet.
Allerdings schwankte bei dem Kontaktmaterial dieses Beispiels, sogar für das neue Produkt, der Kontaktwiderstand im Bereich von 30 bis 200 μΩ, abhängig von den Bedingungen des Kontakts und/oder der Endbehandlung. Demzufolge wurde die Kontaktwiderstandscharakteristik, bezogen auf dessen Verhältnis vor und nach dem Test, bewertet. Der in der Tabelle der 1 als die Kontaktwiderstandscharakteristik angegebene (y/x)-Wert zeigt an, um welchen Faktor sich der Kontaktwiderstandswert (y) nach dem Test bezüglich des Kontaktwiderstandswerts (x) des neuen Produkts verändert hat.
(3) Beispiel eines Herstellverfahrens von Kontakten
Zur Herstellung einer [Cu-W-Cu_xSb]-Legierung können die folgenden fünf Verfahren in industriellem Maßstab selektiv angewandt werden.
Gemäß dem ersten Verfahren wird zuallererst die chemische Cu_xSb-Verbindung vorab hergestellt, und diese Cu_xSb-Verbindung wird dann zu einem Pulver pulverisiert. Als Nächstes werden jeweils eine Cu-Pulver (oder ein Pulver einer CuSb-Festlösung), ein W-Pulver und das Pulver der chemischen Cu_xSb-Verbindung in vorgeschriebenen Mengen eingewogen, gründlich vermischt, geformt und unter einem angelegten Druck von z.B. 4000 t/cm² gesintert, um Kontaktblankproben zu erzeugen.
Im zweiten Verfahren werden zuallererst ein (CuW)-Gerüst, ein (CuSb – Festlösung – W)-Gerüst und ein (W)-Gerüst mit vorgeschriebenen Porositäten bei z.B. 1200°C hergestellt. Getrennt davon, werden eine chemische Cu_xSb-Verbindung und eine CuSb-Legierung hergestellt. Kontaktblankproben werden dann durch Infiltrieren des Sb-Bestandteils (der vorgenannten chemischen Cu_xSb-Verbindung oder CuSb-Legierung) und des Cu-Bestandteils in die vorgeschriebenen Leerräume von jedem dieser Gerüste bei z.B. 1150°C erzeugt.
Im dritten Verfahren ist es, da die Gehaltsmenge der chemischen Cu_xSb-Verbindung in der Cu-W-Legierung sehr viel kleiner als die (Cu + W)-Gehaltsmenge ist, notwendig, eine einheitliche Mischung der chemischen Cu_xSb-Verbindung in der Legierung zu bewerkstelligen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise etwas oder alles der Gehaltsmenge der chemischen Cu_xSb-Verbindung, die endgültig benötigt wird, mit praktisch dem gleichen Volumen W (nötigenfalls unter Zugabe von Cu) vermischt, um ein primäres vermischtes Pulver zu erhalten (nötigenfalls kann dies bis zu einer n-ten Mischung wiederholt werden).
Dieses primäre vermischte Pulver (oder das n-te vermischte Pulver) und das restliche W-Pulver werden erneut vermischt, um am Ende ein gemischtes Pulver aus (W + chemische Cu_xSb-Verbindung) in gründlich und gut vermischtem Zustand zu erzeugen. Dieses vermischtes Pulver aus (W + chemische Cu_xSb-Verbindung) und eine vorgeschriebene Menge Cu-Pulver werden vermischt, dann gesintert und z.B. bei einer Temperatur von 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) ein- oder mehrmals unter Druck gesetzt, um Cu-W-Cu_xSb-Kontaktblankproben herzustellen, die dann verwendet werden, um Kontakte durch Verarbeitung in die vorgeschriebene Form herzustellen.
Ebenso werden etwas oder alles der chemischen Cu_xSb-Verbindung, die am Ende notwendig sein wird, mit praktisch dem gleichen Volumen Cu (nötigenfalls unter Zugabe von W) vermischt, um ein primäres vermischtes Pulver zu erhalten (nötigenfalls kann dies bis zu einer n-ten Mischung wiederholt werden).
Dieses primäre gemischte Pulver (oder n-te vermischte Pulver) und das restliche Cu-Pulver werden erneut vermischt, um am Ende ein gemischtes Pulver aus (Cu + chemische Cu_xSb-Verbindung) in gründlich und gut vermischtem Zustand zu erzeugen. Dieses gemischte Pulver aus (Cu + chemische Cu_xSb-Verbindung) und eine vorgeschriebene Menge W-Pulver werden vermischt, dann gesintert und z.B. bei einer Temperatur von 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) ein- oder mehrmals unter Druck gesetzt, um {Cu-W-Cu_xSb}-Kontaktblankproben herzustellen, die dann verwendet werden, um Kontakte durch Verarbeitung in die vorgeschriebene Form herzustellen.
Das vierte Verfahren ist ein physikalisches Verfahren unter Anwendung einer Ionenplattier-Vorrichtung oder einer Zerstäubungsvorrichtung oder ein mechanisches Verfahren mit einer Kugelmühle; W-Pulver wird durch Überziehen der Oberfläche des W-Pulvers mit einer chemischen Cu_xSb-Verbindung erhalten, und dieses mit der chemischen Cu_xSb-Verbindung überzogene W-Pulver und ein Cu-Pulver werden vermischt und {Cu-W-Cu_xSb}-Kontaktblankproben dann durch ein- oder mehrmaliges Zusammenbringen hergestellt, worauf das Ganze gesintert und bei einer Temperatur von z.B. 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) unter Druck behandelt wird.
Im fünften Verfahren gelangt in vorteilhafter Weise eine Verfahrenstechnik zum einheitlichen Vermischen von insbesondere Cu-Pulver, W-Pulver und einem Pulver der chemischen Cu_xSb-Verbindung mit einem Verfahren zur Anwendung, wobei Schüttelvibration und Mischen überlagert werden. Dadurch wird das Phänomen einer Bildung von Klumpen oder Aggregaten, welches vorkommt, wenn Lösungsmittel wie das allgemein verwendete Aceton mit vermischtem Pulver verwendet werden, eliminiert, und die Arbeitsweise ist verbessert.
Auch wird, wenn das R/S-Verhältnis der Anzahl der Male R des Mischens der Mischbewegung des Mischbehälters im Mischvorgang zur Anzahl der Male S des Rüttelns der an den Mischbehälter angelegten Rüttelvibration in einem bevorzugten Bereich von ca. 10 bis 0,1 ausgewählt wird, ein bevorzugter Bereich des Energieeintrags auf das Pulver bei Zerkleinerung, Dispersion und Mischen angewandt, was zu dem charakteristischen Merkmal führt, dass das Ausmaß einer Denaturierung des Pulvers oder dessen Kontaminationsgrad im Mischvorgang niedrig gehalten werden können.
Obwohl eine Zerreibungswirkung am Pulver beim Mischen und Pulverisieren in einem herkömmlichen Mischer mit dem vorliegenden Verfahren angewandt wird, in welchem die Rüttelvibration und die Mischbewegung überlagert sind, wobei das vorgenannte R/S-Verhältnis mit ca. 10 bis 0,1 verteilt ist, wird der Mischvorgang bis zu einem solchen Ausmaß durchgeführt, dass die Pulver innig mit einander vermengt werden, um dadurch eine gute Permeabilität zu erzielen und somit die Sintercharakteristika zu verbessern und eine ausgezeichnete Formgebung zum Erhalt eines gesinterten Körpers oder Gerüsts zu ermöglichen. Da ferner kein Energieeintrag über das Notwenige hinaus erfolgt, wird das Pulver nicht denaturiert. Bei Verwendung eines solchen gemischten Pulvers als Rohmaterial wird eine nur niedrige Gasentwicklung aus der Legierung nach Sintern und Infiltration bewerkstelligt, was zur Stabilisierung der Rückzündungscharakteristik beiträgt.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf Arbeitsbeispiele beschrieben.
Arbeitsbeispiele 1 bis 3
Zuallererst wird die Auslegung des Zusammenbaus eines Testventils für Unterbrechungstests beschrieben. Ein keramisch isolierter Behälter (Hauptbestandteil: Al₂O₃) wurde hergestellt, mit einer auf ca. 1,5 μm geriebenen mittleren Oberflächenrauigkeit der Endfläche; eine Vorerhitzungsbehandlung dieses keramisch isolierten Behälters bei 1650°C wurde vor dem Zusammenbau durchgeführt.
Als Siegelmetall wurden 42 Gew.-% Ni-Fe-Legierung mit einer Blechdicke von 2 mm verwendet.
Als Lötmaterial wurden 72 Gew.-% Ag-Cu-Legierung einer Dicke von 0,1 mm verwendet.
Die oben hergestellten Elemente wurden so angeordnet, um einen Vakuumsiegelverbund zwischen den zu verbindenden Teilen (der Endfläche des keramisch isolierten Behälters und dem Siegelmetall) zu bewerkstelligen, und das Ganze wurde einer Vakuumsiegelstufe des Siegelmetalls und des keramisch isolierten Behälters in einer Vakuum-Atmosphäre von 5 × 10^-4 Pa unterzogen.
Als Nächstes werden Details der Testkontaktmaterialien sowie Bewertungsdetails und Ergebnisse usw. beschrieben.
Für die (Cu – W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung (x = 2) wurde W einer mittleren Korngröße von 1,5 μm als Rohmaterialpulver zubereitet, und Kontaktblankproben von (60 bis 92 Gew.-% W – Cu_xSb, Rest Cu} wurden durch geeignete Auswahl der obigen ersten bis fünften Herstellverfahren hergestellt. Diese Blankproben wurden zu Kontaktteststücken in vorgeschriebener Form verarbeitet und einer Endbehandlung auf einer Oberflächendicke der Kontaktoberflächen von 2 μm für die Teststücke unterzogen. Deren Details sind in der Tabelle der 1 angegeben, während die Bewertungsbedingungen und -ergebnisse in der Tabelle der 2 angegeben sind.
Zuallererst wurden die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik der {75 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung, angegeben in Arbeitsbeispiel 2 der Tabelle der 1, gemessen, wobei diese Werte als Standardwerte herangezogen werden.
Dagegen, zeigte im Fall der {60 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiel 1 die Rückzündungscharakteristik bei Unterbrechung des Stromkreises von 6 kV × 500 A mit 20.000 Mal die hohe Häufigkeit und Schwankung der Rückzündung von 1,34 bis 2,16 %, d.h., sie war viel schlechter als im Fall des Standard-Arbeitsbeispiels 2 der {75 Gew.-% W – Cu₂SB – Rest Cu}-Legierung und somit unerwünscht.
Betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik nach Messung der Rückzündungscharakteristik in Arbeitsbeispiel 1, wurde diese durch den Effekt des Cu-Gehalts in der Legierung annähernd halbiert (42,4 bis 61,8), bezogen auf den Wert im Fall des Arbeitsbeispiel 1 mit 100, d.h. sie ergab in den meisten Regionen eine niedrige und stabile Kontaktwiderstandscharakteristik.
Dagegen, zeigten sich im Fall der Legierung mit W-Gehalt {75 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}, wie in Arbeitsbeispiel 1, und der {85 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung, wie in Arbeitsbeispiel 3, Rückzündungshäufigkeiten in den erlaubten Bereichen von 0,96 bis 0,99 und von 0,93 bis 0,95. Die ermittelten Kontaktwiderstandsbereiche betrugen 100,1 bis 128 und 118,6 bis 142,5, was keine Probleme in der Praxis ergibt, bezogen auf den Wert des Arbeitsbeispiels 2 mit 100.
Dagegen, war im Fall der {92 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 2, obwohl sich eine stabile Rückzündungshäufigkeit und Schwankungscharakteristik im Bereich von 0,91 bis 0,94 zeigte, der Kontaktwiderstand extrem hoch mit 719 bis 1634 und ergab eine große Schwankung bis zum Ausmaß, dass diese Legierung in der Praxis nicht zu verwenden war. Außerdem wurde in einem weiteren Test gefunden, dass der Temperaturanstieg während der Leitung hoch war. Es wurde gefunden, dass die Unterbrechung von 500 A örtliche Schildkrötenschalen-artige Brüche durch Überhitzung an den Kontaktoberflächen erzeugte. Die Erzeugung enormer Brüche und teilweises Abblättern an der Unterbrechungsoberfläche wurden beobachtet. Obwohl die Rückzündungscharakteristik im gewünschten Bereich lag, war der Kontaktwiderstand an einigen Stellen sehr hoch, was hauptsächlich durch Verschlechterung der Leitfähigkeit und Erzeugung von Joule-Erhitzung wegen des ungenügenden Cu-Gehalts verursacht wurde.
Somit werden im Fall der {60 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 1 häufige Rückzündung und ein beachtlicher Anstieg beim Kontaktwiderstand und im Fall der {92 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 2 ein weiterer Anstieg beim Kontaktwiderstand beobachtet; dies ist daher unerwünscht. Es wurde gefunden, dass in Übereinstimmung mit der in der vorliegenden Erfindung gestellten Aufgabe eine Gesamtstabilität erzielt wurde, als der W-Gehalt im Bereich von 65 bis 85 Gew.-% lag (Arbeitsbeispiele 1 bis 3).
Arbeitsbeispiele 4 bis 7
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 3 wurden die Vorteile erläutert und dargelegt, in denen der Mo-Gehalt in der {W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung 0 (Null) ist, wobei sich aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur in diesem Fall einstellen.
In spezifischer Weise ergaben sich, als der Mo-Gehalt auf 0,001 bis 5 % in der {75 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung eingestellt wurde, Relativwerte von 0,94 bis 0,98, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es zeigte sich eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 2. Auch zeigten sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 95,4 bis 159,6, d.h., es zeigte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 2.
Bei Betrachtung der Kontaktoberfläche wurde gefunden, dass sich durch das Vorliegen einer vorgeschriebenen Mo-Gehaltsmenge die Tendenz einstellt, bis zu einem gewissen Grad die Abschabung von W zu unterdrücken. Allerdings zeigte sich im Fall des Vergleichsbeispiels 3, worin der Mo-Gehalt 12 betrug, eine Rückzündungscharakteristik von 0,96 bis 1,36, was unerwünscht ist, und es werden häufigere Rückzündungsabläufe und eine größere Schwankung als im Fall der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2, welche als Standard herangezogen wurde, beobachtet, was ebenfalls unerwünscht ist. Auch zeigen sich Kontaktwiderstandswerte von 128,7 bis 273,2, und es ergibt sich eine größere Schwankung als im Fall des Arbeitsbeispiels 2, das als Standard herangezogen wurde; dies ist daher unerwünscht. Auch bei Betrachtungen der Kontaktoberfläche erwies sich der auf die Unterdrückung der Abschabung von W bezogene Vorteil als klein. Bei integrierten WMo-Körnern wurde gefunden, dass sie in einem bezüglich der Zusammensetzung segregierten Zustand vorlagen. Bei Vorliegen einer derartigen Segregation bestand die Tendenz zu Schwankungen bei der Rückzündungscharakteristik und dem Kontaktwiderstand. Es wurde daher davon ausgegangen, dass sich die Gesamtstabilität in einem Bereich des Mo-Gehalts von 0,001 bis 5 % zeigte, wie angegeben in den Arbeitsbeispielen 4 bis 7 der Tabelle der 1.
Arbeitsbeispiele 8 bis 9
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispielen 1 bis 2 wurden die Vorteile beschrieben, als der W-Gehalt in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 60 bis 92 Gew.-% betrug, bei der mittleren Korngröße des W von 1,5 μm, was auch für den Fall gilt, bei dem in den Arbeitsbeispielen 4 bis 7 und in Vergleichsbeispiel 3 der Mo-Gehalt in der {WMo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung 0,001 bis 12 Gew.-% betrug, bei der mittleren Korngröße der integrierten WMo-Körner von 1,5 μm. Allerdings zeigen und ergeben sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur, wenn die mittlere Korngröße auf 1,5 μm eingeschränkt ist.
In spezifischer Weise ergaben sich, als, wie in den Arbeitsbeispielen 8 bis 9 der Tabelle 1 der 1, die {75 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung verwendet wurde, worin der Mo-Gehalt 0 und der W-Gehalt 75 Gew.-% betragen, obwohl sogar die mittlere Korngröße 0,4 bis 9 μm betrug, Relativwerte der Rückzündungshäufigkeitsrate von 0,88 bis 1,02, d.h. es zeigte sich eine Charakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 2.
Auch betreffend den Kontaktwiderstand-Prozentsatz, zeigten sich Relativwerte von 95,2 bis 138,2, bezogen auf das Arbeitsbeispiel 2 mit 100; dies stellt einen im Wesentlichen erwünschten Bereich dar.
Dagegen, betrug, als die mittlere Korngröße des W auf 0,1 μm eingestellt wurde (Vergleichsbeispiel 4), obwohl der Kontaktwiderstand-Prozentsatz im sehr erwünschten Bereich von 90,5 bis 99,6 lag, die Rückzündungsrate 2,66 bis 3,18, d.h., es lag eine ernsthafte Verschlechterung der Rückzündungscharakteristik gegenüber der Charakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 2 vor; dies war daher nicht wünschenswert. Bezüglich der Gründe dafür wird davon ausgegangen, dass diese darauf beruhen, dass, bei Untersuchung des Gasgehalts der Kontaktblankproben festgestellt wurde, dass dieser nicht vollständig entfernt wurde und Restgas zurückblieb, verursacht durch die Tatsache, dass die mittlere Korngröße des eingesetzten W mit 0,1 μm extrem fein war; es wird angenommen, dass dies ganz besonders die Rückzündungshäufigkeit beeinflusste.
Ebenso ergab die Rückzündungshäufigkeitsrate bei der vergleichsweise groben mittleren Korngröße von 15 μm Relativwerte von 3,42 bis 6,28 (Male), d.h., es stellte sich eine beachtliche Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein, das als Standard herangezogen wurde; somit ergab sich eine Charakteristik, die bezüglich der Stabilität unterlegen war. Der Kontaktwiderstand-Prozentsatz zeigte ebenso Relativwerte von 118 bis 784 Male, bezogen auf denjenigen des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, d.h., es stellte sich ein im Wesentlichen unerwünschter Bereich ein (Vergleichsbeispiele 4 bis 5). Es sei angemerkt, dass wegen der häufigen Rückzündungen die Bewertung nicht für die vorgeschriebenen 20.000 Male erfolgte, sondern bei 2.000 Malen unterbrochen wurde. Der Gasgehalt in den Kontaktblankproben war viel größer.
Arbeitsbeispiele 10 bis 15
Bezüglich des Hilfsbestandteils in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung, wurde in den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 9 der Effekt dargelegt, wenn x = 2, wobei sich aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur dann einstellen, wenn dies der Fall ist.
In spezifischer Weise wurden, als x im Hilfsbestandteil Cu_xSb 1,9 bis 5,5 betrug, wie im Fall der Arbeitsbeispiele 10 bis 15 der Tabelle der 1, Relativwerte von 0,98 bis 1,04 Malen erhalten, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es wurden Rückzündungscharakteristika der gleichen Stabilität wie derjenigen des Arbeitsbeispiels 2 erhalten, das als Standard herangezogen wurde. Bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, ergaben sich Relativwerte von 95,4 bis 124,1 Malen, d.h., es zeigte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 2.
Dagegen zeigte, als, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 6, x in Cu_xSb weniger als 1,9 betrug, obwohl der Kontaktwiderstand-Prozentsatz im Bereich von 98,0 bis 124,1 lag, d.h. eine gleichwertige Charakteristik zu derjenigen des Arbeitsbeispiels 2 darstellte, das als Standard herangezogen wurde, der Prozentsatz der Rückzündungshäufigkeit Werte von 0,98 bis 4,18, d.h., es stellte sich eine große Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 2 ein; dies war daher unerwünscht.
Der Grund dafür beruht darauf, dass, wenn x in Cu_xSb weniger als 1,9 beträgt, die Sb-Verteilung nicht völlig einheitlich dispergiert werden kann, und es liegen somit, abhängig von den jeweiligen Orten, breite Bereiche vor, in denen kein Sb vorhanden ist (Segregation von Sb).
Aus dem oben Gesagten wurde gefolgert, dass x in der {W – Cu_xSb – Cu}-Legierung bevorzugt im Bereich des x = 2,75 bis 5,5 liegt.
Arbeitsbeispiele 16 bis 18
Wenn auch in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 15 die Vorteile aufgezeigt wurden, als der Gehalt des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 0,11 Gew.-% betrug, stellen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur dann ein, wenn dies der Fall ist.
In spezifischer Weise ergeben sich, wie in den Arbeitsbeispielen 16 bis 18 der Tabelle der 1 dargelegt, wenn der Cu_xSb-Gehalt auf 0,09 bis 1,4 % eingestellt wird, Relativwerte von 0,94 bis 1,01 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es stellt sich eine Rückzündungscharakteristik der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 2 ein. Bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, ergeben sich Relativwerte von 99,7 bis 146,6 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie derjenigen des Arbeitsbeispiels 2 ein, das als Standard herangezogen wurde.
Andererseits ergeben sich, wenn, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 7, x in Cu_xSb auf 0,03 % eingestellt wird, Relativwerte von 90,0 bis 95,9 Malen, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik ein, die die gleiche Stabilität wie diejenige des Arbeitsbeispiels 2 aufweist, das als Standard herangezogen wurde. Allerdings ergibt sich, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, ein Rückzündungsprozentsatz von 0,31 bis 3,36 Malen, d.h., es stellt sich eine ernsthafte Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein, die als Standard herangezogen wurde. Der entsprechende Grund beruht darauf, dass es aus technischen Gründen während der Herstellung der Legierung nicht möglich war, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, in welcher das Cu_xSb vollkommen einheitlich dispergiert wurde.
Als ferner, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 8 x im Cu_xSb auf 2,3 % eingestellt wurde, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 181,5 bis 446,0 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit ernsthafter Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein, die als Standard herangezogen wurde.
Ebenso ergab sich in diesem Beispiel, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, ein Rückzündungsprozentsatz von 2,02 bis 6,62 Malen, d.h., es stellte sich eine ernsthafte Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein, die als Standard herangezogen wurde. Dies ergab sich aufgrund des Silberlötens mit der Tendenz zu geringerer Qualität wegen überschüssigen Cu_xSb-Gehalts, und weil es nicht möglich ist, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, in welcher das Cu_xSb einheitlich dispergiert wurde.
Aus dem oben Gesagten wurde gefolgert, dass die Gehaltsmenge des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W – Cu_xSb – Cu}-Legierung bevorzugt im Bereich von 0,09 bis 1,4 Gew.-% liegen sollte.
Arbeitsbeispiele 19 bis 20
Wenn auch in den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 18 die Vorteile für den Fall dargelegt wurden, in welchem die Größe der Körner des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 7 μm betrug, manifestieren sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur dann, wenn dies der Fall ist.
In spezifischer Weise ergaben sich, wie dargelegt in den Arbeitsbeispielen 19 bis 20 der Tabelle der 1, als die Größe der Cu_xSb-Körner auf 0,02 bis 20 μm eingestellt wurde, Relativwerte von 0,94 bis 0,99 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es stellte sich eine Rückzündungscharakteristik der gleichen Stabilität wie derjenigen des Arbeitsbeispiels 2 ein, die als Standard herangezogen wurde. Auch bezüglich der Kontaktwiderstandscharakteristik, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 97,1 bis 12,48 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie derjenigen als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Dagegen wurde, wie in Vergleichsbeispiel 9 dargelegt, als die Größe der Körner des Hilfsbestandteils Cu_xSb auf weniger als 0,02 μm eingestellt wurde, der Test, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, unterbrochen und vom wirkungsvollen Bereich ausgeschlossen, da es schwierig war, Kontaktblankproben mit einer Struktur, worin die Cu_xSb-Körner einheitlich auf einem Mikroniveau dispergiert wurden, in Masse produzieren.
Ferner ergeben sich, wie in Vergleichsbeispiel 10 dargelegt, als die Größe der Cu_xSb-Körner mit 34 μm herangezogen wurde, Relativwerte von 216,3 bis 417,1 Malen, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, d.h., die Kontaktwiderstandscharakteristik zeigte ernsthafte Verschlechterung und große Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2. Ebenso ergeben sich, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, Rückzündungsprozentsätze von 0,99 bis 2,46 Malen, was eine beachtliche Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 darstellt.
Die Gründe dafür sind: wegen des Vorliegens grober Cu_xSb-Körner mit großem Kontaktwiderstand das Problem, dass die Wahrscheinlichkeit des Kontaktpunkts exakt oberhalb demjenigen dieser groben Cu_xSb-Körner angeordnet wird, was zu einer großen Schwankung des sich ergebenden Kontaktwiderstands führt; geringwertiges Silberlöten, das tendenziell wegen der großen Gehaltsmenge von Cu_xSb-Körnern auftritt, die nur geringe Verbindungseigenschaften zeigen; und es ist nicht möglich, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, worin das Cu_xSb genügend gut einheitlich dispergiert wird.
Aus diesen Gründen ist es bevorzugt, dass die Größe des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W – Cu_xSb – Cu}-Legierung im Bereich von 0,02 bis 20,0 % liegen sollte.
Arbeitsbeispiele 21 bis 24
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 20 wurden die Vorteile für den Fall beschrieben, in welchem der mittlere Abstand zwischen den Körnern des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 25 μm betrug, wobei sich aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nur in diesem Fall zeigen und ergeben.
In spezifischer Weise ergeben sich, wenn der mittlere Abstand zwischen den Cu_xSb-Körnern der Arbeitsbeispiele 21 bis 24 der Tabelle von 1 mit 0,2 bis 300 μm herangezogen wird, Relativwerte von 0,98 bis 1,24 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es stellt sich eine Rückzündungscharakteristik ein, die die gleiche Stabilität wie die als Standard herangezogene Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 aufweist. Ebenso ergeben sich im Fall der Kontaktwiderstandscharakteristik, wenn der Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100 herangezogen wird, Relativwerte von 95,3 bis 144,7 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Dagegen wurde, wie in Vergleichsbeispiel 11 dargelegt, als der mittlere Abstand zwischen den Körnern des Hilfsstoff-Cu_xSb auf weniger auf 0,2 μm eingestellt wurde, genau wie im Fall des obigen Vergleichsbeispiels 9, d.h., als der mittlere Abstand zwischen den Cu_xSb-Körnern auf weniger als 0,2 μm eingestellt war, der Test unterbrochen und aus dem wirkungsvollen Bereich der Erfindung ausgeschlossen, da es schwierig war, Kontaktproben mit einer Struktur in Masse zu produzieren, in welcher diese einheitlich auf Mikroniveau dispergiert wurden.
Als ferner, wie in Vergleichsbeispiel 11, der mittlere Abstand zwischen den Cu_xSb-Körnern auf 600 μm eingestellt wurde, ergab sich, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, ein Rückzündungsprozentsatz von 2,16 bis 5,58 Malen, d.h., im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 stellten sich eine ernsthafte Verschlechterung und große Schwankung ein.
Ebenso ergeben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 128,7 bis 275,5 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik, die deutlich unterlegen ist und beachtliche Schwankung zeigt, im Vergleich mit der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein, das als Standard herangezogen wurde.
Da der Abstand zwischen benachbarten Körnern des Cu_xSb, die einen hohen Kontaktwiderstand aufweisen, vergrößert ist, wird der Abstand zwischen der Cu-Phase oder der CuSb-Legierungsphase, die einen vergleichsweise niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen, ebenfalls groß; infolgedessen wird ein grober Strukturzustand erzeugt, worin eine große Schwankung des Kontaktwiderstands vorliegt, abhängig von der Position des Kontaktpunktes. Auch bezüglich der Rückzündungscharakteristik, zeigt sich eine ähnliche Schwankung, abhängig von der Position des Kathodenspot, wegen der groben Strukturbedingung; und somit zeigt der Rückzündungswert ebenfalls eine beachtliche Schwankung.
Aus dem oben Gesagten ist es erwünscht, dass der mittlere Abstand zwischen den Körnern des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {W Cu_xSb – Cu}-Legierung im Bereich von 0,2 bis 300 μm liegen sollte.
Arbeitsbeispiele 25 bis 27
In den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 24 wurden die Vorteile für den Fall beschrieben, worin der Sb-Gehalt. (Gehalt von Sb in Festlösung in der CuSb-Festlösung) im leitfähigen Bestandteil in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 0,01 Gew.-% betrug, wobei aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt sind.
In spezifischer Weise ergaben sich, wie in den Arbeitsbeispielen 25 bis 27 der Tabelle von 1 dargelegt, als der Sb-Gehalt im leitfähigen Bestandteil auf 0,004 bis 0,5 % eingestellt wurde, Relativwerte von 0,90 bis 1,02, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, d.h., es stellt sich eine Rückzündungscharakteristik der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein. Auch bezüglich der Kontaktwiderstandscharakteristik, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 98,3 bis 145,5 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Als allerdings, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 13, der Sb-Gehalt im leitfähigen Bestandteil auf mehr als 0,5 % eingestellt wurde, ergaben sich, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, Rückzündungsprozentsätze von 1,00 bis 2,24 Malen; und somit ist erkennbar, dass dies gegenüber der Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2, die als Standard herangezogen wurde, unterlegen war. Ebenso ergaben sich in diesem Vergleichsbeispiel 13, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 392,4 bis 617,7 Malen, d.h., es stellten sich eine beachtliche Verschlechterung und große Schwankung der Kontaktwiderstandscharakteristik im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Arbeitsbeispiele 28 und 29
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 1 bis 27 wurden die Vorteile bei Verwendung der CuSb-Festlösung als leitfähiger Bestandteil in der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung dargelegt, wobei aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt bleiben.
Spezifisch ergeben sich in den beiden Fällen, in denen der leitfähige Bestandteil {Cu + CuSb-Festlösung} und {Cu} ist, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 2 mit 1,00, Relativwerte von 0,96 bis 0,99 Malen, d.h., es wird eine Rückzündungscharakteristik der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 erhalten. Auch betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik, ergeben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 2 mit 100, Relativwerte von 90,8 bis 123,3 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie im als Standard herangezogenen Arbeitsbeispiel 2 ein.
Angemerkt sei, dass, wenn auch in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 29 die auf die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik bezogenen Vorteile dargelegt wurden, als die Oberflächenrauigkeit (Raue) der Kontaktoberfläche nach Herstellung der {W – Cu_xSb – Rest Cu}Legierung auf 2 um eingestellt wurde, die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt bleiben.
Spezifisch stellt sich, sogar wenn die mittlere Oberflächenrauigkeit (Raue) auf weniger als 10 μm bis herab auf einen Minimalwert (Rmin) von mehr als 0,5 μm eingestellt wird, eine Kontaktwiderstandscharakteristik der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Wenn auch in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 29 die auf die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik bezogenen Vorteile dargelegt wurden, als der elektrische Stromkreis durch direktes Silberlöten einer {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung auf die Elektrode oder einen Leitungsstab dargestellt wurde, werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht alleiniglich in diesem Fall manifestiert.
Spezifisch stellen sich, sogar bei Verbesserung der Silberlötbarkeit durch Aufbringen einer Cu-Schicht mit einer Dicke von mindestens 0,3 mm auf die Flächen der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung gegenüber der Kontaktoberfläche, Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristika mit der gleichen Stabilität wie der als Standard herangezogenen Charakteristika des Arbeitsbeispiels 2 ein.
Wie in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 29 zeigten sich die auf die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik bezogenen Vorteile, als die Oberflächenrauigkeit (Raue) der Kontaktoberfläche auf 2 μm nach Herstellung der {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung eingestellt wurde, wobei aber eine noch stabilere Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik durch eine Oberflächenendbehandlung erhältlich ist, die durch Unterbrechen von Stromstärken von 1 bis 10 mA unter der Bedingung mit angelegten mindestens 10 kV an der durch die {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung gebildeten Kontaktoberfläche durchgeführt wird.
Eine zweite Ausgestaltung des Vakuumunterbrechers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
In einem Vakuumunterbrecher, worin Cu-Mo-basierte Kontakte montiert sind, besteht das Wesentliche der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einem Kontaktmaterial, worin die Vorteile durch optimale Anwendung der Gehaltsmenge, Größe und Zustandsbedingung der Bestandteile durch deren Erstellung in vorgeschriebener Menge von Mo (oder MoW), einer chemischen Cu_xSb-Verbindung und von Cu (CuSb-Festlösung), um ein Auftreten des Rückzündungsphänomen des Vakuumunterbrechers zu unterdrücken und herabzusetzen und den Kontaktwiderstand zu stabilisieren. Die Steuerung der Gehaltsmenge, Größe und Zustandsbedingung (Korngröße und/oder mittlerer Abstand zwischen den Körnern) der Bestandteile stellt deshalb den vitalen Punkt dar.
Die Bewertung zur Klärung der Vorteile dieser Ausgestaltung wird, bezogen auf die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik, durchgeführt und ist die gleiche wie diejenige der auf den entsprechenden vorangegangenen Seiten beschriebenen vorherigen Ausgestaltung, auf die Bezug genommen wird.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Cu-Mo-Kontakten beschrieben.
Zur Herstellung einer [Mo – Cu_xSb – Cu]-Legierung können die folgenden 5 Verfahren in industriellem Maßstab selektiv angewandt werden.
Gemäß dem ersten Verfahren wird zuallererst eine chemische Cu_xSb-Verbindung vorab hergestellt, und diese Verbindung wird dann zu einem Pulver pulverisiert. Als Nächstes werden jeweils ein Cu-Pulver (oder CuSb-Festlösungspulver), ein Mo-Pulver und ein Pulver einer chemischen Cu_xSb-Verbindung in vorgeschriebenen Mengen eingewogen, gründlich vermischt und geformt, worauf das Ganze unter einem angelegten Druck von z.B. 4 t/cm² zur Erzeugung von Kontaktblankproben gesintert wird.
Im zweiten Verfahren werden zuallererst ein (MoCu)-Gerüst, ein (Mo-CuSb-Festlösung)-Gerüst und ein (Mo)-Gerüst mit vorgeschriebenen Porositäten bei z.B. 1200°C vorab hergestellt. Getrennt davon, werden eine chemische Cu_xSb-Verbindung und eine CuSb-Legierung hergestellt. Kontaktblankproben werden dann durch Infiltrieren des Sb-Bestandteils (der vorgenannten chemischen Cu_xSb-Verbindung oder CuSb-Legierung) und des Cu-Bestandteils in die vorgeschriebenen Leerräume eines jeden dieser Gerüste bei z.B. 1150°C erzeugt.
Im dritten Verfahren ist es, da die Gehaltsmenge der chemischen Cu_xSb-Verbindung in der Cu-Mo-Legierung sehr viel kleiner als die (Cu + Mo)-Gehaltsmenge ist, notwendig, eine einheitliche Mischung der chemischen Cu_xSb-Verbindung in der Legierung zu bewerkstelligen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise etwas oder alles der Gehaltsmenge der chemischen Cu_xSb-Verbindung, die am Ende benötigt wird, mit praktisch dem gleichen Volumen Mo (nötigenfalls unter Zugabe von Cu) vermischt, um ein primäres gemischtes Pulver zu erhalten (nötigenfalls kann dies bis zu einer n-ten Mischung wiederholt werden).
Dieses primäre gemischte Pulver oder n-te gemischte Pulver und das restliche Mo-Pulver werden erneut vermischt, um am Ende ein gemischtes Pulver aus (Mo + chemische Cu_xSb-Verbindung) in gründlich und gut vermischtem Zustand zu erzeugen. Dieses vermischte Pulver aus (Mo + chemische Cu_xSb-Verbindung) und eine vorgeschriebene Menge eines Cu-Pulvers werden vermischt, dann gesintert und z.B. bei einer Temperatur von 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) ein- oder mehrmals unter Druckanwendung behandelt, um {Mo – Cu_xSb – Cu}-Kontaktblankproben herzustellen, die danach verwendet werden, um Kontakte durch Verarbeitung in die gewünschte Form herzustellen.
Auch werden etwas oder alles der Gehaltsmenge der chemischen Cu_xSb-Verbindung, welche am Ende benötigt wird, mit praktisch dem gleichen Volumen Cu (nötigenfalls unter Zugabe von Mo) vermischt, um ein primäres gemischtes Pulver zu erhalten (nötigenfalls kann dies bis zu einer n-ten Mischung wiederholt werden).
Das primäre gemischte Pulver (oder n-te gemischte Pulver) und das restliche Cu-Pulver werden erneut vermischt, um am Ende ein gemischtes Pulver aus (Cu + chemische Cu_xSb-Verbindung) in gründlich und gut vermischtem Zustand zu erzeugen. Dieses gemischte Pulver aus (Cu + chemische Cu_xSb-Verbindung) und eine vorgeschriebene Menge eines Mo-Pulvers werden vermischt, dann gesintert und z.B. bei einer Temperatur von 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) ein- oder mehrmals unter Druckanwendung behandelt, um {Mo – Cu_xSb – Cu}-Kontaktblankproben herzustellen, die dann verwendet werden, um Kontakte durch Verarbeiten in die gewünschte Form herzustellen.
Das vierte Verfahren ist ein physikalisches Verfahren unter Anwendung einer Ion-Plattiervorrichtung oder Zerstäubungsvorrichtung oder ein mechanisches Verfahren unter Anwendung einer Kugelmühle; Mo-Pulver wird durch Überziehen der Oberfläche des Mo-Pulvers mit einer chemischen Cu_xSb-Verbindung erhalten, und dieses mit der chemischen Cu_xSb-Verbindung überzogene Mo-Pulver und Cu-Pulver werden vermischt und {Mo – Cu_xSb – Cu}-Kontaktblankproben dann durch ein- oder mehrmaliges Zusammenbringen hergestellt, das Ganze wird gesintert und bei einer Temperatur von z.B. 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre (Vakuum ist ebenfalls möglich) unter Druckanwendung behandelt.
Im fünften Verfahren gelangt in vorteilhafter Weise in der Verfahrenstechnik zur einheitlichen Vermischung von insbesondere einem Cu-Pulver, Mo-Pulver und einem Pulver einer Cu_xSb-Verbindung ein Verfahren zu Anwendung, worin eine Rüttelvibration und Vermischung überlagert werden. Dadurch wird das Phänomen der Bildung von Klumpen oder Aggregaten, das zu finden ist, wenn Lösungsmittel wie das üblich verwendete Aceton mit gemischtem Pulver verwendet werden, eliminiert, um die Arbeitsweise zu verbessern.
Auch wird, wenn das Verhältnis R/S der Anzahl der Male R der Mischbewegung des Mischbehälters im Mischvorgang zur Anzahl der Male S des Rüttelns der an den Mischbehälter angelegten Mischvibration im bevorzugten Bereich von ca. 10 bis 0,1 ausgewählt wird, ein bevorzugter Bereich des Energieeintrags auf das Pulver bei Zerkleinerung, Dispersion und Vermischung bewerkstelligt, was zu dem charakteristischen Merkmal führt, das das Ausmaß einer Denaturierung des Pulvers oder dessen Kontaminationsgrad im Mischvorgang niedrig gehalten werden.
Obwohl eine Zerkleinerungswirkung auf das Pulver beim Vermischen und Pulverisieren in einem herkömmlichen Mischer mit dem vorliegenden Verfahren angewandt werden, worin die Rüttelvibration und Mischbewegung überlagert werden, wobei das vorgenannte R/S-Verhältnis mit ca. 10 bis 0,1 verteilt wird, wird bis zu einem Ausmaß vermischt, bei dem die Pulver innig miteinander vermengt werden, um dadurch eine gute Permeabilität zu bewerkstelligen und somit die Sintercharakteristika zu verbessern und eine ausgezeichnete Formgebung zu ermöglichen, um den gesinterten Körper oder das gesinterte Gerüst zu erhalten.
Da ferner kein Energieübertrag über den benötigten hinaus erfolgt, wird das Pulver nicht denaturiert. Bei Verwendung eines derartigen gemischten Pulvers als Rohmaterial kann eine nur niedrige Gasentwicklung aus der Legierung nach Sintern und Infiltration bewerkstelligt werden, was zur Stabilisierung der Rückzündungscharakteristik beiträgt.
Als Nächstes wird die zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf die im Folgenden angegebenen Arbeitsbeispiele beschrieben.
Arbeitsbeispiele 30 bis 32
Zuallererst wurden die Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik der {60 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung, angegeben im Arbeitsbeispiel 31 der Tabelle der 3, gleichfalls gemessen, und diese Werte als Standardwerte herangezogen.
Dagegen, zeigte und ergab im Fall der {44 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 14 die Rückzündungscharakteristik bei Unterbrechung eines Stromkreises von 6 kV × 500 A mit 20.000 Malen die hohe Häufigkeit und Schwankung der Rückzündung von 1,31 bis 2,05 %, d.h., sie war viel schlechter als im Fall des als Standard herangezogenen Arbeitsbeispiels 31 der {60 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung, weshalb dies unerwünscht war.
Betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik nach Messung der Rückzündungscharakteristik, wurde diese in Vergleichsbeispiel 14 wegen des Kupfergehalts in der Legierung annähernd halbiert (auf 40,2 bis 58,7), bezogen auf den Wert im Fall des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, d.h., es zeigte sich in den meisten Regionen eine niedrige und stabile Kontaktwiderstandscharakteristik.
Dagegen, ergaben sich im Fall der Legierung mit Mo-Gehalt {50 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu} wie in Arbeitsbeispiel 30 und der {75 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung wie in Arbeitsbeispiel 32 Rückzündungshäufigkeiten in den erlaubten Bereichen von 0,86 bis 0,90 bzw. von 0,83 bis 0,85. Die angegebenen Kontaktwiderstandsbereiche betrugen 95,1 bis 121,6 bzw. 112,6 bis 135,4, was keine Probleme in der Praxis darstellt, bezogen auf den Wert des Arbeitsbeispiels 31 mit 100.
Dagegen, war im Fall der {82 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 15, obwohl sich eine stabile Rückzündungshäufigkeitscharakteristik im Bereich von 0,81 bis 0,84 einstellte, der Kontaktwiderstand extrem hoch mit 883,5 bis 1553,1 und zeigte große Schwankung bis zu einem Ausmaß, dass diese Legierung in der Praxis nicht zu verwenden war. Außerdem wurde in einem weiteren Test herausgefunden, dass der Temperaturanstieg während der Stromleitung hoch war. Es wurde festgestellt, dass die Unterbrechung von 500 A örtliche Schildkrötenschalen-förmige Brüche durch Überhitzung an den Kontaktoberflächen erzeugte. Außerdem wurde das Auftreten enormer Brüche sowie teilweises Abblättern an der Unterbrechungsoberfläche beobachtet. Als Ergebnis, war, obwohl die Rückzündungscharakteristik in Vergleichsbeispiel 15 im gewünschten Bereich lag, der Kontaktwiderstand in einigen Stellen sehr hoch, was hauptsächlich durch Verschlechterung der Leitfähigkeit und Erzeugung von Joule-Erhitzung wegen des ungenügenden Cu-Gehalts verursacht wurde.
Somit werden im Fall der {44 % Mo – Cu2^Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 14 ein häufiges Auftreten von Rückzündung sowie ein beachtlicher Anstieg beim Kontaktwiderstand und im Fall der {82 % Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung des Vergleichsbeispiels 15 ein noch größerer Anstieg des Kontaktwiderstands beobachtet; dies ist daher unerwünscht. Es wurde herausgefunden, dass sich gemäß der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung eine Gesamtstabilität zeigte, als der Mo-Gehalt im Bereich von 50 bis 75 Gew.-% lag, wie in den Arbeitsbeispielen 30 bis 32 dargelegt.
Arbeitsbeispiele 33 bis 36
In den Arbeitsbeispielen 30 bis 32 wurden die Vorteile dargelegt, wobei der W-Gehalt in der {Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung 0 (Null) beträgt, die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aber nicht allein in diesem Fall dargestellt.
Spezifisch, ergaben sich, als der W-Gehalt auf 0,001 bis 5 % in der Legierung {60 Gew.-% Mo – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung in den Arbeitsbeispielen 33 bis 36, wie in der Tabelle der 4 angegeben, Relativwerte von 0,84 bis 0,88, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, d.h., es stellte sich eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein. Auch ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 90,6 bis 129,0, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein.
Bei Betrachtung der Kontaktoberfläche wird festgestellt, dass durch das Vorliegen des vorgeschriebenen W-Gehalts die Tendenz besteht, eine Abschabung von Mo bis zu einem gewissen Grad zu unterdrücken. Auch stellte sich im Fall des Vergleichsbeispiels 16, worin der Mo-Gehalt 12 % betrug, eine Rückzündungscharakteristik von 0,86 bis 1,36 ein, die im gewünschten Bereich liegt und praktisch die gleiche wie die als Standard herangezogene Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 war.
Allerdings ergab der Kontaktwiderstandsprozentsatz des Vergleichsbeispiels 16 Werte von 122,3 bis 259,5, d.h., es wurde eine beachtliche Schwankung, bezogen auf die als Standard herangezogene Charakteristik des Arbeitsbeispiels 1, beobachtet, was unerwünscht war. Auch erwies sich bei Betrachtungen der Kontaktoberfläche der Vorteil bezüglich einer Unterdrückung der Abschabung von Mo als klein, wobei sich bei den integrierten Körnern von WMo herausstellte, dass sie bezüglich der Zusammensetzung in einem segregierten Zustand vorlagen. Bei Vorliegen einer derartigen Segregation bestand die Tendenz, dass Schwankungen bei der Rückzündungscharakteristik und beim Kontaktwiderstand auftraten. Daher wurde beurteilt, dass sich eine Gesamtstabilität in einem Bereich des zugefügten W-Gehalts von 0,001 bis 5 % einstellte, wie in den Arbeitsbeispielen 33 bis 36 dargelegt.
Arbeitsbeispiele 37 und 38
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 30 bis 32 und Vergleichsbeispielen 14 und 15 wurden die Vorteile beschrieben, als der Mo-Gehalt in der {Mo – Cu2^Sb – Rest Cu}-Legierung 44 bis 82 Gew.-% bei der mittleren Korngröße des Mo von 1,5 μm betrug, wobei die Vorteile auch im Fall beschrieben wurden, wobei in den Arbeitsbeispielen 33 bis 36 und in Vergleichsbeispiel 16 der Mo-Gehalt in der {MoW – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung 0,001 bis 12 Gew.-% bei einer mittleren Korngröße der integrierten MoW-Körner von 1,5 μm betrug. Allerdings stellen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht allein dann ein, wenn die mittlere Korngröße auf 1,5 μm eingeschränkt bleibt.
Spezifisch, ergaben sich, wie in den Arbeitsbeispielen 37 und 38 der Tabelle der 3, bei Verwendung der {60 Gew.-% W – Cu₂Sb – Rest Cu}-Legierung, worin der Mo-Gehalt 0 und der W-Gehalt 60 Gew.-% betragen, obwohl sogar die mittlere Korngröße 0,4 bis 9 μm betrug, Relativwerte der Rate der Rückzündungshäufigkeit von 0,79 bis 0,97, d.h., es stellte sich eine Charakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein.
Auch betreffend den Kontaktwiderstandsprozentsatz, ergaben sich Relativwerte von 90,4 bis 131,3, bezogen auf das Arbeitsbeispiel 31 mit 100; es ist ersichtlich, dass dies einen im Wesentlichen gewünschten Bereich darstellt.
Dagegen, betrug, als die mittlere Korngröße des Mo auf 0,1 μm eingestellt wurde, wie in Vergleichsbeispiel 17 angegeben, obwohl der Kontaktwiderstandsprozentsatz im sehr erwünschten Bereich von 86,0 bis 94,6 lag, der Auftrittsprozentsatz der Rückzündungsrate 2,39 bis 2,86, d.h., es lag eine ernsthafte Verschlechterung der Rückzündungscharakteristik vor, bezogen auf die Charakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 31; dies war daher unerwünscht. Bezüglich der Gründe dafür wird davon ausgegangen, dass bei Untersuchung des Gasgehalts der Kontaktblankproben herausgefunden wurde, dass dieser nicht vollständig entfernt wurde und restliches Gas zurückblieb, verursacht durch die Tatsache, dass die mittlere Korngröße des eingesetzten Mo extrem fein mit 0,1 μm war; es wird angenommen, dass dies insbesondere die Rückzündungshäufigkeit beeinflusste.
Auch ergab, wie in Vergleichsbeispiel 18 dargelegt, der Prozentsatz der Häufigkeitsrate der Rückzündung, als die mittlere Korngröße vergleichsweise grob mit 15 μm war, die Relativwerte von 3,08 bis 5,65 (Malen), d.h., es stellte sich eine deutliche Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 2 ein; somit ergab sich eine Charakteristik, die unterlegen bezüglich der Stabilität war. Auch der Kontaktwiderstandsprozentsatz in Vergleichsbeispiel 18 zeigte Relativwerte von 112,9 bis 745,4 Malen, bezogen auf das Arbeitsbeispiel 31 mit 100, d.h., es stellte sich ein im Wesentlichen unerwünschter Bereich ein. Angemerkt sei, dass wegen der häufigen Rückzündungen die Bewertung nicht für die vorgeschriebenen 20.000 Male durchgeführt, sondern bei 2.000 Malen unterbrochen wurde. Der Gasgehalt in den Kontaktblankproben war viel größer.
Arbeitsbeispiele 39 bis 44
Was den Hilfsbestandteil in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung betrifft, wurden die oben beschriebenen Arbeitsbeispiele 30 bis 38 auch bezüglich des Effekts mit x = 2 angegeben, wobei sich aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht allein in diesem Fall einstellen.
Spezifisch, wurden, als x im Hilfsbestandteil Cu_xSb mit 1,9 bis 5,5 wie im Fall der Arbeitsbeispiele 39 bis 44 der Tabelle der 4 verwendet wurde, Relativwerte von 0,86 bis 1,0 Malen erhalten, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, d.h., es wurden Rückzündungscharakteristika mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 erhalten. Bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, ergaben sich im Fall der Arbeitsbeispiele 39 bis 44 Relativwerte von 90,6 bis 115,0 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der Charakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein.
Dagegen, zeigte, als wie im Fall des Vergleichsbeispiels 19 x in Cu_xSb W weniger als 1,9 betrug, obwohl der Kontaktwiderstandsprozentsatz im Bereich von 93,1 bis 117,9 lag, d.h., eine gleichwertige Charakteristik zu derjenigen des Arbeitsbeispiels 31 darstellte, die als Standard herangezogen wurde, der Prozentsatz der Rückzündung Werte von 0,88 bis 3,97, d.h., es stellte sich eine große Schwankung im Vergleich mit der Charakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein; und dies war daher unerwünscht.
Der Grund dafür beruht darauf, dass weil x in Cu_xSb W in Vergleichsbeispiel 19 auf weniger als 1,9 eingestellt war, die Sb-Verteilung nicht vollkommen einheitlich dispergiert werden kann, und es liegen somit, abhängig vom Ort, breite Bereiche vor, in denen Sb nicht vorhanden ist (Segregation von Sb).
Aus dem oben Gesagten wurde gefolgert, dass x in der {Mo – Cu_xSb – Cu}-Legierung bevorzugt im Bereich des x = 1,9 bis 5,5 liegt.
Arbeitsbeispiele 45 bis 47
Obwohl in den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 30 bis 44 die Vorteile angegeben wurden, als die Gehaltsmenge des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 0,11 Gew.-% betrug, stellen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht allein in diesem Fall ein.
Spezifisch, zeigen sich, wie in den Arbeitsbeispielen 45 bis 47 der Tabelle der 4, wenn der Cu_xSb-Gehalt auf 0,9 bis 1,4 % eingestellt ist, Relativwerte von 0,84 bis 0,96 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Beispiels 31 mit 1,00, d.h., es stellt sich eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der Rückzündungscharakteristik des Standard-Arbeitsbeispiels 31 ein. Bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, ergeben sich Relativwerte von 94,7 bis 139,3 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiel 31 ein.
Werden andererseits, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 20, x in Cu_xSb auf 2 und dessen Gehaltsmenge auf 0,03 Gew.-% eingestellt, ergeben sich Relativwerte von 85,5 bis 91,1 Malen, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik ein, die die gleiche Stabilität wie die als Standard herangezogene Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 aufweist. Allerdings ergibt sich, auch in Vergleichsbeispiel 20, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, ein Rückzündungsprozentsatz von 0,21 bis 2,36 Malen, d.h., es stellt sich eine ernste Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein. Der Grund dafür beruht darauf, dass es aus technischen Gründen bei der Herstellung der Legierung nicht möglich war, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, worin das Cu_xSb vollkommen einheitlich dispergiert wurde.
Als ferner, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 21, x im Cu_xSb auf 2 und dessen Gehaltsmenge auf 2,3 Gew.-% eingestellt wurden, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 172,4 bis 423,7 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit ernster Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein.
Auch ergab sich in Vergleichsbeispiel 21, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, ein Rückzündungsprozentsatz von 1,92 bis 6,29 Malen, d.h., es zeigte sich eine ernste Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Beispiels 31. Dies deshalb, weil beim Silberlöten die Tendenz bestand, dass dieses wegen des überschüssigen Cu_xSb-Gehalts nur geringwertig durchgeführt werden konnte und es nicht möglich war, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, worin das Cu_xSb einheitlich dispergiert wurde. Aus dem oben Gesagten wurde gefolgert, dass, wie in den Arbeitsbeispielen 45 bis 47 dargelegt, die Gehaltsmenge des Hilfsstoffs Cu_xSb in der {Mo – Cu_xSb – Cu}-Legierung bevorzugt im Bereich von 0,09 bis 1,4 Gew.-% liegen sollte.
Arbeitsbeispiele 48 und 49
Wenn auch in den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 30 bis 47 die Vorteile für den Fall dargelegt wurden, in welchem die Größe der Körner des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 7 μm betrug, stellen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht allein in diesem Fall ein.
Spezifisch, zeigten sich, wie in den Arbeitsbeispielen 30 bis 44 der Tabelle der 4 angegeben, als die Größe der Cu_xSb-Körner auf 0,02 bis 20 μm eingestellt wurde, Relativwerte von 0,85 bis 0,90 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, d.h., es stellte sich eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein. Auch betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 92,0 bis 118,6 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein.
Dagegen, wurde, wie in Vergleichsbeispiel 22 dargelegt, als die Größe der Körner des Hilfsbestandteils Cu_xSb auf weniger als 0,02 μm eingestellt war, der Test, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, unterbrochen und vom wirkungsvollen Bereich ausgeschlossen, da es schwierig war, Kontaktblankproben in Masse mit einer Struktur zu produzieren, worin die Cu_xSb-Körner einheitlich auf Mikroniveau dispergiert wurden.
Ferner ergeben sich, wie in Vergleichsbeispiel 23 dargelegt, bei Anwendung der Größe der Cu_xSb-Körner mit 34 μm Relativwerte von 205,5 bis 396,5 Malen, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, d.h., die Kontaktwiderstandscharakteristik zeigte ernste Verschlechterung und große Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31. Auch ergeben sich, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, Rückzündungsprozentsätze von 0,89 bis 2,34 Malen, was eine beachtliche Schwankung im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 darstellt.
Die Gründe dafür sind: wegen des Vorliegens grober Cu_xSb-Körner mit großem Kontaktwiderstand das Problem, dass der Kontaktpunkt wahrscheinlich genau über diese groben Cu_xSb-Körner zu liegen kommt, was zu einer großen Schwankung des sich ergebenden Kontaktwiderstands führt; Tendenz zu geringwertiger Silberlötung, die wegen des großen Gehalts von Cu_xSb-Körnern abläuft, die nur geringwertige Verbindungscharakteristika aufweisen; und es ist nicht möglich, in wirtschaftlicher Weise eine Legierung zu erhalten, worin das Cu_xSb genügend einheitlich dispergiert wird.
Aus diesen Gründen ist es bevorzugt, dass die Größe des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {Mo – Cu_xSb – Cu}-Legierung im Bereich von 0,2 bis 20,0 μm liegt.
Arbeitsbeispiele 50 bis 53
In den oben beschriebenen Arbeitsbeispielen 30 bis 49 wurden die Vorteile für den Fall beschrieben, bei dem der mittlere Abstand zwischen den Körnern des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 25 μm betrug, die Vorteile der vorliegenden Erfindung stellen sich aber nicht allein in diesem Fall ein.
Spezifisch, ergeben sich bei Anwendung des mittleren Abstands zwischen den Cu_xSb-Körnern der Arbeitsbeispiele 50 bis 53 der Tabelle der 4 mit 0,2 bis 300 μm Relativwerte von 0,82 bis 1,11 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31, d.h., es stellt sich eine Charakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein. Auch ergeben sich im Fall der Kontaktwiderstandscharakteristik mit dem Bezugswert von 100 für den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 Relativwerte von 90,5 bis 137,5 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein.
Dagegen, wurde, wie in Vergleichsbeispiel 24 dargelegt, als der mittlere Abstand zwischen Körnern des Hilfsbestandteils Cu_xSb auf weniger als 0,2 μm eingestellt war, genau wie im Fall des obigen Vergleichsbeispiels 22, d.h. bei Einstellung bei mittleren Abstands zwischen Cu_xSb-Körnern auf weniger als 0,2 μm, der Test unterbrochen und vom wirkungsvollen Bereich der Erfindung ausgeschlossen, da es schwierig war, Kontaktblankproben in Masse mit einer Struktur zu produzieren, worin diese einheitlich am Mikroniveau dispergiert wurden.
Ferner ergab sich bei Einstellung des mittleren Abstands zwischen den Cu_xSb-Körnern auf 600 μm wie in Vergleichsbeispiel 25 ein Rückzündungsprozentsatz von 1,94 bis 5,30 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00. Auch stellten sich in Vergleichsbeispiel 25 im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ernste Verschlechterung und große Schwankung ein. Ebenso ergeben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 122,3 bis 261,7 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik ein, die im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 deutlich unterlegen ist und beachtliche Schwankung zeigt.
Da der Abstand zwischen benachbarten Körnern des Cu_xSb, die einen hohen Kontaktwiderstand aufweisen, vergrößert ist, wird der Abstand zwischen der Cu-Phase oder der CuSb-Legierungsphase, die einen vergleichsweise niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen, ebenfalls groß; als Folge davon wird ein grober Strukturzustand erzeugt, was zu einer großen Schwankung des Kontaktwiderstands, abhängig von der Position des Kontaktpunktes, führt. Auch bezüglich der Rückzündungscharakteristik, stellt sich eine ähnliche Schwankung, abhängig von der Position des Kathodenspot, wegen des groben Strukturzustands ein; somit zeigt auch der Rückzündungswert eine beachtliche Schwankung.
Aus dem oben Gesagten ist es erwünscht, dass der mittlere Abstand zwischen den Körnern des Hilfsbestandteils Cu_xSb in der (Mo – Cu_xSb – Cu}-Legierung im Bereich von 0,2 bis 300 μm liegen sollte, wie dies in den Arbeitsbeispielen 50 bis 53 dargelegt ist.
Arbeitsbeispiele 54 bis 56
In den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 53 wurden die Vorteile für den Fall beschrieben, in welchem der Sb-Gehalt (der Gehalt von Sb in fester Lösung in der CuSb-Festlösung) im leitfähigen Bestandteil in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung 0,01 Gew.-% betrug, wobei aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt sind.
Spezifisch, ergaben sich, wie in den Arbeitsbeispielen 54 bis 56 der Tabelle der 4 dargelegt, als der Sb-Gehalt im leitfähigen Bestandteil auf 0,004 bis 0,5 % eingestellt war, Relativwerte von 0,86 bis 0,97 Malen, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, d.h., es stellte sich eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein. Auch betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik, ergaben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 93,4 bis 138,2 Malen, d.h., es stellte sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein.
Als allerdings, wie im Fall des Vergleichsbeispiels 26 der Sb-Gehalt im leitfähigen Bestandteil auf mehr als 0,5 % eingestellt wurde, ergaben sich Rückzündungsprozentsätze, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, von 1,90 bis 5,30 Malen; d.h., es ist ersichtlich, dass dies gegenüber der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 unterlegen war. Auch ergaben sich in diesem Vergleichsbeispiel 26 Relativwerte, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, von 372,4 bis 586,8 Malen, d.h., es stellten sich eine beachtliche Verschlechterung und große Schwankung der Kontaktwiderstandscharakteristik im Vergleich mit der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 ein.
Arbeitsbeispiele 57 und 58
In den oben beschriebenen Beispielen 30 bis 56 wurden die Vorteile bei Anwendung der CuSb-Festlösung als leitfähiger Bestandteil in der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung dargelegt, wobei aber die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt sind.
Spezifisch, ergeben sich in beiden Fällen, in denen der leitfähige Bestandteil {Cu + CuSb – Festlösung} wie im Arbeitsbeispiel 57 der Tabelle der 4 und {Cu} wie im Arbeitsbeispiel 58 sind, Relativwerte, bezogen auf die Rückzündungscharakteristik des Arbeitsbeispiels 31 mit 1,00, von 0,86 bis 0,96 Malen, d.h., es wird eine Rückzündungscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31 erhalten. Auch betreffend die Kontaktwiderstandscharakteristik, ergeben sich, bezogen auf den Kontaktwiderstand des Arbeitsbeispiels 31 mit 100, Relativwerte von 86,3 bis 117,0 Malen, d.h., es stellt sich eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen des als Standard herangezogenen Arbeitsbeispiels 2 ein.
Es sei angemerkt, dass, obwohl in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 56 die Vorteile bezüglich der Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik dargelegt wurden, als die Oberflächenrauigkeit (Raue) der Kontaktoberflächen nach Herstellung der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung auf 2 μm eingestellt war, die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt bleiben.
Spezifisch, ergibt sich, sogar wenn die mittlere Oberflächenrauigkeit (Raue) auf weniger als 10 μm und bis herab auf einen Minimalwert (Rmin) von mehr als 0,05 μm eingestellt wird, eine Kontaktwiderstandscharakteristik mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristik des Arbeitsbeispiels 31.
Obwohl in den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 58 die Vorteile bezüglich der Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik dargelegt wurden, als der elektrische Stromkreis durch direktes Silberlöten einer {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Le gierung auf die Elektrode oder den Leitungsstab erstellt wurde, werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht allein in diesem Fall manifestiert.
Spezifisch, ergeben sich, sogar wenn die Silberlötbarkeit durch Anbringen einer Cu-Schicht einer Dicke von mindestens 0,3 mm an Flächen der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung, welche sich von der Kontaktfläche unterscheiden, verbessert wird, Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristika mit der gleichen Stabilität wie derjenigen der als Standard herangezogenen Charakteristika des Arbeitsbeispiels 31.
In den obigen Arbeitsbeispielen 1 bis 58 wurden die Vorteile bezüglich der Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik aufgezeigt, als die Oberflächenrauigkeit (Raue) der Kontaktoberfläche auf 2 μm nach Herstellung der {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung eingestellt war, wobei aber eine noch stabilere Rückzündungs- und Kontaktwiderstandscharakteristik durch eine Oberflächenendbehandlung erhältlich ist, die durch Unterbrechen von Stromstärken von 1 bis 10 mA im Zustand mit einer angelegten Spannung von mindestens 10 kV an der durch die {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierung gebildeten Kontaktoberfläche durchgeführt wird.
Es sei angemerkt, dass die gleichen Vorteile erhältlich sind, und zwar unabhängig, ob der mit in der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausgestaltung beschriebenen Kontakten versehene Vakuumunterbrecher in einen Vakuumschalter oder in einen Vakuumstromkreisbrecher eingebaut wird.
Wie oben im Detail beschrieben, werden mit der vorliegenden Erfindung {W – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierungskontakte montiert, und als Anti-Lichtbogen-Bestandteil werden in der Legierung W oder WMo angewandt; ferner beträgt deren Gehaltsmenge 65 bis 85 % bei einer Korngröße von 0,4 bis 9 μm. Ferner wird als Hilfsbestandteil Cu_xSb verwendet, wobei dessen Gehaltsmenge 0,09 bis 1,4 Gew.-%, das x darin 1,9 bis 5,5, die Korngröße 0,02 bis 20 μm und der mittlere Abstand zwischen den Körnern 0,2 bis 300 μm betragen. Ferner werden als leitfähiger Bestandteil Cu oder CuSb-Festlösung verwendet, wobei der in Festlösungsform vorliegende Sb-Gehalt in der CuSb-Festlösung weniger als 0,5 % beträgt. Als Ergebnis, wird nicht nur die Dispersion von Cu_xSb, das selektiv und bevorzugt bei Lichtbogeneinwirkung verdampft wird, herabgesetzt, sondern es wird auch die Erzeugung ernster Brüche, die einen gegenläufigen Effekt bezüglich des Auftretens von Rückzündung ausüben, in der Kontaktoberfläche bei durch Lichtbogeneinwirkung verursachtem Hitzeschock verhindert, um Dispersion und Abblättern von W-Körnern zu unterdrücken. Auf diese Weise sind Verbesserungen wie die Herstellung einer einheitlicheren Legierungsstruktur des Cu_xSb erzielbar, um es zu ermöglichen, dass Beschädigungen durch Schmelzen und Dispersion an den Kontaktoberflächen sogar nach Lichtbogeneinwirkung herabgesetzt, Rückzündungen verhindert und die Kontaktwiderstandscharakteristik verbessert werden.
Ferner werden {Mo – Cu_xSb – Rest Cu}-Legierungskontakte eingebaut, und als Anti-Lichtbogen-Bestandteil werden in der Legierung Mo oder MoW verwendet; ferner wird deren Gehaltsmenge mit 50 bis 75 Gew.-% bei einer Korngröße von 0,4 bis 9 μm angewandt. Des Weiteren wird als Hilfsbestandteil Cu_xSb verwendet, wobei der Cu_xSb-Gehalt 0,09 bis 1,4 Gew.-%, das x darin 1,9 bis 5,5, die Korngröße 0,02 bis 20 μm und der mittlere Abstand zwischen den Körnern 0,2 bis 300 μm betragen. Ferner werden als leitfähiger Bestandteil Cu oder CuSb-Festlösung verwendet, wobei der in einer Festlösungsform vorliegende Sb-Gehalt in der CuSb-Festlösung weniger als 0,5 Gew.-% beträgt. Als Ergebnis, wird nicht nur die Dispersion von Cu_xSb, das selektiv und bevorzugt bei Lichtbogeneinwirkung verdampft wird, herabgesetzt, sondern auch die Erzeugung ernster Brüche, die einen gegenläufig Effekt bezüglich des Auftretens von Rückzündung ausüben, in den Kontaktoberflächen bei durch Lichtbogeneinwirkung verursachtem Hitzeschock verhindert, um Dispersion und Abblättern der Mo-Körner zu unterdrücken. Auf diese Weise sind Verbesserungen wie die Herstellung einer einheitlicheren Legierungsstruktur wegen des Cu_xSb erzielbar, um es zu ermöglichen, dass eine Beschädigung durch Schmelzen und Dispersion an den Kontaktoberflächen sogar nach Lichtbogeneinwirkung herabgesetzt, Rückzündung verhindert und die Kontaktwiderstandscharakteristik verbessert werden.
Ganz offensichtlich sind zahlreiche zusätzliche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen technischen Lehren möglich. Es sollte daher klar und selbstverständlich sein, dass im Umfang der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung auch auf andere Weise als die hierin spezifisch beschriebene durchgeführt werden kann.

Claims

Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen von Kontakten im Vakuum durchführt, wobei das Material der Kontakte umfaßt: W mit einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 65 bis 85 Gew.%; 0,09 bis 1,4 Gew.% einer chemischen Verbindung Cu_xSb; und der Rest Cu oder CuSb-Legierung.
Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen von Kontakten im Vakuum durchführt, wobei das Material der Kontakte umfaßt: W mit einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 65 bis 85 Gew.%; Mo mit einer mittleren Größe von 0,4 bis 9 μm mit 0,001 bis 5 Gew.%, worin das W und das Mo in einer integrierten Form und Größe im Bereich von 0,4 bis 10 μm aufgebaut sind; 0,09 bis 1,4 Gew.% einer chemischen Verbindung Cu_xSb; und der Rest Cu oder CuSb-Legierung.
Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen von Kontakten im Vakuum durchführt, wobei das Material der Kontakte umfaßt: Mo mit einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 50 bis 75 Gew.%, 0,09 bis 1,4 Gew.% einer chemischen Verbindung Cu_xSb; und der Rest Cu oder CuSb-Legierung.
Vakuumunterbrecher, der eine Stromunterbrechung/Leitung durch Öffnen/Schließen von Kontakten im Vakuum durchführt, wobei das Material der Kontakte umfaßt: Mo mit einer mittleren Korngröße von 0,4 bis 9 μm mit 50 bis 75 Gew.%, W mit einer mittleren Größe von 0,4 bis 9 μm mit 0,001 bis 5 Gew.%; worin das Mo und das W in einer integrierten Form und Größe im Bereich von 0,4 bis 10 μm aufgebaut sind; 0,09 bis 1,4 Gew.% einer chemischen Verbindung Cu_xSb; und der Rest Cu oder CuSb-Legierung.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin: die CuSb-Legierung in fester Lösung weniger als 0,5 % Sb enthält.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin: das x in der chemischen Cu_xSb-Verbindung x = 1,9 bis 5,5 ist.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin: die chemische Cu_xSb-Verbindung irgendeine oder mehrere ist/sind, die aus der Gruppe ausgewählt ist/sind, die besteht aus: Cu_5,5Sb, Cu_4,5Sb, Cu_3,65Sb, Cu_3,5Sb, Cu₃Sb, Cu₁₁Sb₄ oder Cu₂Sb.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin: die mittlere Korngröße der chemischen Cu_xSb-Verbindung eine Korndimension von 0,02 bis 20 μm aufweist.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin: die Körner der chemischen Cu_xSb-Verbindung hochgradig dispergiert sind, wobei der mittlere Abstand zwischen den Körnern 0,02 bis 300 μm beträgt.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, worin: die mittlere Oberflächenrauheit (Raue.) der Kontaktoberflächen der Kontakte weniger als 10 μm mit einem Minimumwert (Rmin.) von wenigstens 0,05 μm beträgt.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, worin: eine Cu-Schicht mit einer Dicke von mindestens 0,3 mm auf eine Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite zu der Kontaktüberfläche der Kontakte aufgetragen ist.
Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, worin: eine Oberflächenendbehandlung auf der Kontaktoberfläche der Kontakte durchgeführt ist, indem ein Strom von 1 bis 10 mA in einem Zustand unterbrochen wird, bei dem eine Spannung von mindestens 10 kV anliegt.
Vakuumschalter, in dem der Vakuumunterbrecher gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 montiert ist.