DE69219397T2

DE69219397T2 - Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte

Info

Publication number: DE69219397T2
Application number: DE69219397T
Authority: DE
Inventors: Manabu C/O Kabushiki Kaisha Higashi Fuji Suwano-Shi Shizuoka-Ken Aoki; Shigeo C/O Kabushiki Kaisha Higashi Fuji Suwano-Shi Shizuoka-Ken Shibuya; Yuzo C/O Kabushiki Kaisha Higashi Fuji Suwano-Shi Shizuoka-Ken Uemura
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2012-02-06
Also published as: EP0508055B1; KR0121724B1; KR930006167A; DE69219397D1; EP0508055A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte zur Verwendung in verschiedenen elektrischen oder elektronischen Geräten.

Stand der Technik

Zahlreiche übliche elektrische Kontaktmaterialien sind vorgeschlagen worden oder verwendet worden in verschiedenen elektrischen oder elektronischen Geräten. Zu weithin verwendeten elektrischen Kontaktmaterialien gehören zusammengesetzte Materialien auf Silberbasis mit dispergierten Metalloxiden, wie sie in "Metals Handbook", 10. Ausgabe, Band 2, Seite 857, Herausgeber ASM International Handbook Committee, 1990, beschrieben sind. Es wird angegeben, daß solche zusammengesetzten Materialien auf Silberbasis durch innere Oxidation hergestellt werden können. In diesem Verfahren wird zunächst eine Silberlegierung, wie eine Silber-Cadmium-Legierung zu Barren gegossen, welche zu Bandmaterial gewalzt oder weiter in die Endmaterialform bearbeitet werden. Dieses Silberlegierungsmaterial wird dann in Luft oder Sauerstoff erhitzt, so daß der Sauerstoff in die Legierung diffundiert und Metalloxidteilchen (wie CdO im Fall von Ag-Cd- Legierung) bildet, die in der Silber-Matrix dispergiert sind.
Besonders ist aus z.B. US-A-3 933 485 und DE-24 28 147 C2, welche beide JP-B-55 004 825 entsprechen, ein elektrisches Kontaktmaterial bekannt, welches gebildet wird, indem man eine Legierung auf Ag-Basis, die im wesentlichen besteht aus, in Gewichtsprozent: 5 - 10 % Sn, 1 - 6 % In, und, falls gewünscht, weniger als 0,5 % von wenigstens einem Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co, und der Rest Ag und unvermeidbare Verunreinigungen, einer inneren Oxidationsbehandlung unterwirft, wobei die Legierung auf Ag-Basis in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 650 - 750 ºC für eine bestimmte Zeitdauer gehalten wird, um die Bildung gleichförmiger Mikrokristalle in der Struktur der inneren Oxidation zu erhalten. In DE-24 28 147 C2 ist gesagt, daß bei der Herstellung elektrischer Kontakte normalerweise eine vollständig homogene innere Struktur, d.h. durchgehende vollständige innere Oxidation, erhalten werden soll.
Neuerdings wurden erhebliche Fortschritte in der Entwicklung elektrischer und elektronischer Geräte mit verbesserter Leistung und längerer Lebensdauer erreicht. Dementsprechend besteht ein wachsender Bedarf an Materialien für elektrische Kontakte zur Verbindung in diesen elektrischen und elektronischen Geräten, welche verbesserte Verschweißungs- und Abbrandsicherheit bzw. -festigkeit (geringe Verschweißneigung und Abbrandrate) haben. Tatsächlich haben jedoch übliche elektrische Kontaktmaterialien, einschließlich der oben erwähnten zusammengesetzten elektrischen Kontaktmaterialien auf Ag-Basis keine genügende Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit, um den durch neuerdings entwickelte elektrische und elektronische Geräte gestellten Anforderungen zu genügen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte bereitzustellen, welche ausgezeichnete Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit und daher längere Lebensdauer im Betrieb haben.
Zur Erfüllung der Aufgabe stellt die Erfindung ein Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte mit ausgezeichneter Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit bereit, das gebildet wird, indem man einer inneren Oxidationsbehandlung eine Legierung auf Ag-Basis unterwirft, die besteht aus (in Gewichtsprozent)
Sn 4 - 11 %
In 1 - 5 %
Te 0,05 - 4 % und
Ag und Verunreinigungen: der Rest.
Falls erforderlich kann wenigstens eines der folgenden Elemente (a) und (b) der Legierung zugesetzt werden:
a) wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 0,01 bis 1 %;
b) Cd: 0,05 - 3 %.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Herstellung des Metalloxidmaterials auf Silberbasis und Nieten für elektrische Kontakte, die aus solchem Material hergestellt sind, siehe Ansprüche 10 bis 12.
Diese und andere Zwecke, Merkmale, Vorteile der Erfindung werden erläutert durch die folgende genauere Beschreibung.

Genauere Beschreibung

Unter den oben angegebenen Umständen haben die Erfinder zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, um Metalloxidmaterial auf Silber-Basis für elektrische Kontakte mit verbesserter Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit zu erhalten, und kamen zu den folgenden Ergebnissen:
Ein Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte, das gebildet wird, indem man eine Legierung auf Ag- Basis, die, abgesehen von Verunreinigungen, besteht aus:
Sn 4 - 11 %
In 1 - 5 %
Te 0,05 - 4 %
und, falls gewünscht, wenigstens eines der folgenden Elemente (a) und (b):
a) wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 0,01 bis 1 %; und
) Cd: 0,05 - 3 %; und
Ag und Verunreinigungen: der Rest
einer inneren Oxidationsbehandlung unter den oben erwähnten Bedingungen unterwirft, d.h..
Atmosphäre: oxidierende Atmosphäre
Oxidationstemperatur: 650 - 750 ºC und
Einwirkungszeit: 8 bis 26 Std
eine weit bessere ausgezeichnete Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit zeigt im Vergleich mit den oben erwähnten Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte.
Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis, und das erfindungsgemäße Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte hat die oben erwähnten chemischen Zusammensetzungen.
Der Grund für die obige Festlegung der Gehalte für Elemente, welche Bestandteile der Legierung auf Ag-Basis sind, bevor diese der inneren Oxidationsbehandlung unterworfen wird, wird nun beschrieben.
(a) Sn:
Das Sn bildet in der Legierung Oxide, welche die Verschweißungssicherheit steigern. Wenn jedoch der Sn-Gehalt weniger als 4 % beträgt, kann die Verschweißungssicherheit nicht in einem gewünschten Ausmaß gesteigert werden, während wenn der Sn-Gehalt 11 % übersteigt, die erhaltenen elektrischen Kontakte zu großen Kontaktwiderstand haben und außerdem das Metalloxidmaterial auf Silberbasis verschlechterte Bearbeitbarkeit bei der Herstellung von elektrischen Kontakten daraus zeigt. Daher soll der Sn-Gehalt auf einen Bereich von 4 - 11 % begrenzt sein. Ein bevorzugter Sn-Gehaltsbereich ist 5-8 %.
(b) In:
Das In wirkt zur Förderung der Oxidation der Sn-Komponente, und auch das In selbst bildet Oxide, welche die Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit verbessern. Wenn jedoch der In-Gehalt unter 1 % beträgt, können die obigen Wirkungen nicht in einem genügenden Ausmaß eintreten, während wenn der In-Gehalt 5 % übersteigt, das erhaltene elektrische Kontaktmaterial sogar eine verschlechterte Verschweißungssicherheit hat. Daher soll der In-Gehalt auf einen Bereich von 1 - 5 % und vorzugsweise 1,5 - 3 % begrenzt sein.
(c) Te:
Das Te bildet Oxide, die bei Bildung eines Lichtbogens beim Schließen oder Öffnen der elektrischen Kontakte leicht sublimiert und daher die Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit weiter verbessert. Wenn jedoch der Te-Gehalt weniger als 0,05 % beträgt, kann die erwähnte Wirkung nicht in einem gewünschten Ausmaß eintreten, während wenn der Te-Gehalt über 4 % beträgt, eine verschlechterte Bearbeitbarkeit resultiert. Daher sollte der Te-Gehalt auf einen Bereich von 0,05 - 4 % und vorzugsweise 0,1 bis 1 % begrenzt sein.
(d) Fe, Ni, und Co:
Je nach Bedarf können eines oder mehrere dieser Elemente zugesetzt werden. Wenn sie zugesetzt werden, lösen sie sich in der Matrix, um die Oxide und die Ag-Körner fein zu verteilen und dadurch die Verschweißungssicherheit zu verbessern. Wenn jedoch der Gesamtgehalt dieser Elemente unter 0,01 % liegt, kann die erwähnte Wirkung nicht in einem befriedigenden Ausmaß erreicht werden, während wenn der Gesamtgehalt 1 % übersteigt, eine verschlechterte Bearbeitbarkeit resultiert. Daher soll der Gesamtgehalt an Fe, Ni und Co auf einen Bereich von 0,01 bis 1 % und vorzugsweise 0,05 bis 0,2 % begrenzt sein.
(e) Cd:
Cd kann, falls erforderlich, zugesetzt werden, da Cd mit dem Te zusammenwirkt, um die Verschweißungssicherheit weiter zu erhöhen. Wenn der Cd-Gehalt unter 0,05 % liegt, kann die gewünschte Verbesserung der Verschweißungssicherheit nicht erreicht werden, während wenn er über 3 % liegt, die Verschweißungssicherheit sogar verschlechtert wird. Daher soll der Cd-Gehalt auf einen Bereich von 0,05 - 3 % und vorzugsweise 0,1 bis 2 % begrenzt sein.
Hiernach werden Beispiele der erfindungsgemäßen Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte beschrieben.

Beispiel 1

Legierungen auf Ag-Basis mit den in den Tabellen 1 und 2 angegebenen chemischen Zusammensetzungen wurden in einem Hochfrequenz-Schmelzofen vom üblichen Typ geschmolzen und unter üblichen gewöhnlichen Gußbedingungen zu Barren gegossen. Jeder der Barren wurde heißextrudiert zu einer Platte mit einer Dicke von 5 mm. Die Platte wurde dann heißgewalzt und anschließend kaltgewalzt zu einem Blech mit einer Dicke von 0,6 mm. Das Blech wurde in seiner Längsrichtung zu einem Band mit einer Breite von 2 mm geschnitten oder gespalten. Das Band wurde einer inneren Oxidationsbehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 700 ºC und einer Einwirkungs- oder Haltezeit von 24 Stunden unterworfen. Die innerlich oxidierten Bänder wurden zusammengelegt und zu einem Knüppel mit einem Durchmesser von 70 mm gepreßt. Der Knüppel wurde zu einem Durchmesser von 7 mm extrudiert, gefolgt von Drahtziehen zu einem Draht mit einem Durchmesser von 2 mm. Schließlich wurde der Draht durch eine Prägemaschine zu Nieten mit einem Kopfdurchmesser von 4 mm, einer Kopfhöhe von 1 mm, einem Schaftdurchmesser von 2 mm und einer Schaftlänge von 2 mm geformt. Die erhaltenen Nieten wurden eingesetzt als Proben der erfindungsgemäßen Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte (hiernach bezeichnet als "die erfindungsgemäßen Kontaktmaterialien no. 1 - 13") und Proben üblicher Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte (hiernach bezeichnet als "die üblichen Kontaktmaterialen no. 1 - 11").
Dann wurden elektrische Prüfungen mit den erfindungsgemäßen Kontaktmaterialien no. 1 - 13 und den üblichen Kontaktmaterialien no. 1 - 11 unter Verwendung einer Prüfmaschine für elektrische Kontakte gemäß ASTM unter den folgenden Bedingungen unterworfen, um die Anzahl von Verschweißungen und die Menge von Abbrand zu untersuchen, und die Verschweißungssicherheit (deposition resistance) und Abbrandsicherheit (consumption resistance) zu bewerten:
Gleichstromspannung: 14 V;
Einschaltstrom: 150 A;
Ausschaltstrom: 30 A;
Schaltzeit: EIN während 1 Sek.
AUS während 9 Sek.
Kontaktkraft: 80 g;
Öffnungskraft: 80 g;
Schaltzahl: 10.000
Die Ergebnisse der Prüfungen sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 1 Tabelle 2

Beispiel 2

Nieten wurden aus Legierungen auf Ag-Basis mit den in den Tabellen 3 und 4 angegebenen Zusammensetzungen unter den gleichen Bedingungen wie im obigen Beispiel 1 geformt, um die erfindungsgemäßen Materialien no. 14 - 29 und die üblichen Materialien no. 12 - 17 zu erhalten.
Dann wurden elektrische Prüfungen mit den erfindungsgemäßen Kontaktmaterialien no. 14 - 29 und den üblichen Kontaktmatenahen no. 12 - 17 unter Verwendung einer Testmaschine für elektrische Kontakte gemäß ASTM unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, um die Anzahl des Auftretens von Verschweißungen und die Menge des Abbrands zu prüfen, um die Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit zu bewerten:
Gleichstromspannung: 24 V;
Einschaltstrom: 100 A;
Ausschaltstrom: 20 A;
Schaltzeit: EIN während 1 Sek.
AUS während 9 Sek.
Kontaktkraft: 100 g;
Öffnungskraft: 100 g;
Schaltzahl: 5.000
Die Ergebnisse der Prüfung sind in den Tabellen 3 und 4 angegeben.
Aus den Tabellen 1 - 4 ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Kontaktmaterialien no. 1 - 29 alle eine weit bessere Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit als die üblichen Kontaktmaterialien no. 1 - 17 zeigen.
Da die erfindungsgemäßen Metalloxidmaterialien auf Silberbasis für elektrische Kontakte also ausgezeichnete Verschweißungssicherheit und Abbrandsicherheit aufweisen, tragen sie bei der Verwendung in verschiedenen elektrischen oder elektronischen Geräten ganz erheblich zur Verbesserung der Leistung der elektrischen oder elektronischen Geräte, sowie zur Verlängerung von deren. Lebensdauer (Standzeit) bei. Tabelle 3 Tabelle 4

Claims

1. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte mit ausgezeichneter Verschweißsicherheit und Abbrandsicherheit, welches gebildet wird, indem man einer inneren Oxidationsbehandlung eine Legierung auf Ag-Basis unterwirft, die in Gewichtsprozent besteht aus:

Sn: 4 - 11 %;

In: 1 - 5 %;

Te: 0.05 - 4 %; und

Ag und Verunreinigungen: der Rest.

2. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte mit ausgezeichneter Verschweißsicherheit und Abbrandsicherheit, welches gebildet wird, indem man einer inneren Oxidationsbehandlung eine Legierung auf Ag-Basis unterwirft, die in Gewichtsprozent besteht aus:

Sn: 4 - 11 %;

In: 1 - 5 %;

Te: 0.05 - 4 %; und

wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 0.01 - 1 %; und

Ag und Verunreinigungen: der Rest.

3. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte mit ausgezeichneter Verschweißsicherheit und Abbrandsicherheit, welches gebildet wird, indem man einer inneren Oxidationsbehandlung eine Legierung auf Ag-Basis unterwirft, die in Gewichtsprözent besteht aus:

Sn: 4 - 11%;

In: 1 - 5 %;

Te: 0.05 - 4 %; und

Cd: 0.05 - 3 %; und

Ag und Verunreinigungen: der Rest.

4. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte mit ausgezeichneter Verschweißsicherheit und Abbrandsicherheit , welches gebildet wird, indem man einer inneren Oxidationsbehandlung eine Legierung auf Ag-Basis unterwirft, die in Gewichtsprozent besteht aus:

Sn: 4 - 11 %;

In: 1 - 5 %;

Te: 0.05 - 4 %;

Cd: 0.05 - 3 %;

wenigstens ein Element ausgewählt

aus der Gruppe Fe, Ni und Co: 0.01 - 1 %; und

Ag und Verunreinigungen: der Rest.

5. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 1 - 4, worin die innere Oxidationsbehandlung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wird:

Atmosphäre: oxidierende Atmosphäre

Oxidationstemperatur: 650 - 750 ºC; und

Einwirkungszeit 8 - 26 Std.

6. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 1 - 4, worin Sn in der Legierung auf Ag-Basis in einer Menge von 5 - 8 % enthalten ist.

7. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 1 - 4, worin In in der Legierung auf Ag-Basis in einer Menge von 1,5 bis 3 % enthalten ist.

8. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 3 oder 4, worin Cd in der Legierung auf Ag-Basis in einer Menge von 0.1 bis 2 % enthalten ist.

9. Metalloxidmaterial auf Silberbasis für elektrische Kontakte nach einem der Ansprüche 2 oder 4, worin wenigstens ein Element aus der Gruppe Fe, Ni und Co in der Legierung auf Ag-Basis in einer Menge von 0.05 - 0.2 % enthalten ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Metalloxidmaterials auf Silberbasis für elektrische Kontakte durch innere Oxidation irgendeiner der Legierungen der Ansprüche 1 - 9, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

1) durch Schmelzen und Gießen hergestellte Barren der Legierung auf Silberbasis werden heiß zu einer Platte mit einer Dicke von 5 mm extrudiert;

2) diese Platte wird dann heißgewalzt und anschließend kaltgewalzt zu einem Blech von 0,6 mm Dicke;

3) dieses Blech wird in seiner Längsrichtung in Streifen mit einer Breite von 2 mm geschnitten oder gespalten;

4) diese Streifen werden einer inneren Oxidationsbehandlung unter einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 700 ºC während 24 Stunden unterworfen;

5) die innerlich oxidierten Streifen werden zusammengebracht und zu einem Knüppel mit einem Durchmesser von 70 mm gepreßt, und der Knüppel wird zu einem Durchmesser von 7 mm extrudiert, worauf falls gewünscht ein Drahtziehen zu einem Draht von einem Durchmesser von 2 mm erfolgt.

11. Eine Niete hergestellt aus einem Metalloxidmaterial auf Silberbasis, das einer inneren Oxidationsbehandlung unterworfen wurde, nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

12. Eine Niete hergestellt nach Anspruch 10.