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Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktmaterials durch
Pressen und Sintern von Rheniumpulver Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von Kontaktmaterial aus. reinem Rhenium und Kontakte, die aus einem
derartigen laterial hergestellt sind.
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Nach den neuesten Erfahrungen zeigen Metalle aus reinem Rhen.ium sowie
Legierungen aus Rhenium mit anderen hochschmelzenden Metallen, z. B. Ruthenium oder
Platin, ausgezeichnete Kontakteigenschaften. Sie können Stromstärken bis zu to Amp.
schalten und zeigen noch nach zoo Millionen Schaltungen keine Spitzenbildung, geringe
:Materialwanderung sowie eine unmeßbar kleine Frittspannung. Das beruht in hohem
Grade darauf, daß die niederen Rheniumoxyde ausgezeichnete elektrische Leiter sind
und die höheren Oxyde wegen ihres hohen Dampfdruckes verdampfen. Insofern wären
Rheniumko:ntakte ein idealer Ersatz für die bekannten Wolframstarkstromkontakte,
die bekanntlich wegen Anwachsens schlecht leitender Oxyde bei längerer Betriebsdauer
versagen, wenn nicht der hohe Preis des Rheniums (ungefähr der des Platins) eine
allgemeine Benutzung verhindert. Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, durch gewisse
Maßnahmen eine allgemeine Verwendung von Rhenium bei elektrischen Kontakten zu ermöglichen.
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Es ist bekannt, daß Kontakte aus. Rhenium dadurch hergestellt werden,
daß das. Metallpulver zu Pastillen der gewünschten Abmessungen gepreßt wird mit
nachfolgendem, bis nahe an den Schmelzpunkt gesteigertem Sintern im Vakuum oder
in reduzierenden bzw. nicht angreifenden Gasen.
Durch dieses Verfahren
ist es aber nicht möglich, den Preis der Kontakte so zu reduzieren,- daß sich eine
allgemeine Verwendung lohnt.
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Nach der Erfindung wird das Pressen und Sintern derart ausgeführt,
daß man ein Metall von genügender Festigkeit für Kontakte von so großer Porosität
und dadurch so niedriger Dichte erhält, daß der Preis je Volumeneinheit genügend
sinkt, um eine allgemeinere Verwendung zu ermöglichen. Das Verfahren nach der Erfindung
besteht darin, daß das Rheniumpulver in den Zustand übergeführt wird, daß wenigstens
70 % der Pulverkörner kleiner als 0,004 mm sind, und daß das Pressen bei einem Druck
von 6ooo bis 9000 kg/cm2 erfolgt, wonach das Material bei einer Temperatur von 180o
bis 215o° C in einem Wasserstoffstrom gesintert wird. Gute Ergebnisse werden bei
einem Preßdruck von 8000 kg/cm2 und einer Sintertemperatur von etwa 180o° C erreicht.
Die niedrige Sintertemperatur hat den Vorteil, daß die Herstellungskosten und die
Verunreinigungsgefaht vermindert werden.
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Diese Sinterung bei Temperaturen unter 215o° C gelingt durch Verwendung
von besonders feinkörnigem Re-Metallpulver, bei dem wenigstens 70% der Körner kleiner
als 0,004 mm sind. Solches Pulver wird z. B. durch Reduktion von ReK04 mit H2 gewonnen.
So geringe Korngröße erreicht man bei möglichst niedriger Reduktionstemperatur (t<6oo°
C). Bei gemachten Versuchen sind Sintertemperaturen verwendet worden, die zwischen
.170o. und 250o° C liegen, bei Sinterzeiten zwischen 3 Minuten und 1/2 Stunde, wobei
man ein Material mit guten Kontakteigenschaften bekommen kann. Für gewisse Zwecke
ist es zweckmäßig, das. Pulver bei z. B. 180o° C während einer Zeit von 5 bis 1o
Minuten zu sintern. Dabei erhält man ein Material genügender mechanischer Festigkeit
und einer Dichte, die 40% niedriger ist als die theoretische Dichte von Rhenium.
Es ist auch möglich, das Pressen und Sintern in an sich bekannter Weise gleichzeitig
vorzunehmen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es von Bedeutung, daß das
Pressen und das Sintern dem Material eine Form geben, die sich so wenig wie möglich
von der Form der gewünschten Kontakte unterscheidet. Es hat sich auch gezeigt, daß
es sehr vorteilhaft ist, daß diejenige Fläche des Kontaktkörpers, die an einer anderen
Metallfläche f 9 'ch, mit einer Metalest elötet werden soll, galvanis lisierung,
z. B. aus Kupfer, überzogen wird. Re-Kontaktplättchen, die auf der einen Seite plan,
auf der anderen Seite gekuppt sind, werden in gehärteten Stahlmatrizen gepreßt,
wobei nur ein Stempel bewegt wird, und zwar der mit konkaver Oberfläche. Durch diese
Art des Preßvorganges- erreicht die Oberflächenschicht der Kuppe eine größere Dichte
und. Härte als die tiefer gelegenen Schichten. Um denselben Effekt bei doppelseitig
gekuppten Kontakten zu erreichen, werden bei deren Pressung zwei konkave Stempel
aufeinanderbewegt. Die Pressung wird bei Zimmertemperatur und bei einem Preßdruck
von 6ooo bis gooo kg/cm2 vorgenommen. Preßkörper, die aus so feinem Korn mit so
hohem Druck hergestellt sind, brauchen zur Sinterung in HZ-Atmosphäre nur 1o bis
25 Minuten bei 1850 ± q.0° C. Auf diese Weise kann man z. B. Elektroöfen mit Wolfram-
oder Molybdänwelideln verwenden mit A120.-Röhren. Bei 2100 ± q.0° C beträgt die
Sinterdauer der kleinen Kontaktplättchen (etwa 2 mm 0) nur noch 5 bis 1o Minuten;
aber hier kann man nicht mehr Ale 03 Röhren verwenden, sondern wählt einen Kohlerohrofen,
z. B. nach Tammann, wodurch die Sinterungskosten größer werden und Gefahr der Verunreinigung
des Re durch Kohle und deren Verunreinigungen besteht.
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Bei den angegebenen Sinterbedingungen im Wolfram- oder Molyb:dänofen,
nämlich 1850 ± q.0° C und 1o bis 25 Minuten, erreicht man eine durchschnittliche
Porosität von 1o bis 300/0, was für Kontaktbelastungen bis zu 5 Amp. ausreicht.
Für höhere Strombelastungen ist eine geringere Porosität von 5 bis 150/0 günstiger,
wie sie bei Sinterung bei 21q.0 ± q.0° C in 5 bis 1o Minuten erreicht wird.
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Das Kontaktplättchen ist an einer Kontaktfeder u. dgl. durch Löten
oder Schweißen befestigt. Wenn ein Lötverfahren verwendet wird, muß das Kontaktplättchen
erst mit Kupfer galvanisch überzogen werden. Die Schweißmethode ist billiger und
gibt größere Festigkeit als die Lötmethode. Das Kontaktplättchen, - das an -einer
Unterlage durch Schweißen befestigt werden soll, muß eine gewölbte Fläche an der
Schweißstelle haben. Die Widerstandsschweißung ist zwar möglichst zu verwenden,
aber die Kondensatorschweißung hat bessere Resultate ergeben. Diese Methode, die
bei der Schweißung anderer Materialien schon verwendet worden ist, wird derartig
durchgeführt, daß der Strom von einer Kondensatorbatterie über die Schweißstelle
in dem Moment entladen wird, wenn die beiden Flächen zur Berührung kommen.
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Ein Kontaktplättchen, das für die Übertragung von 5 bis ro Amp. bei
2q. Volt konstruiert ist und einen Durchmesser von 1,6 mm und eine Dicke von 0,5
mm und dessen Schweißfläche einen Radius. von q. mm hat, wird mit Hilfe einer Kondensatorbatterie
von 7000 ,uF und eines Elektrodenpreßdruckes von 5 bis 1o kg geschweißt. Diese Methode
ist billig und kann leicht automatisiert werden.