EP0118717A1 - Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a sintered composite material for electrical contacts made of silver, tin oxide, bismuth oxide, copper oxide and process for its production.
  • AgCdO has proven itself very well for the production of electrical contact pieces for a large number of applications.
  • the CdO has been classified as a toxic material due to its environmental impact. Therefore, an attempt is made to replace Cd0 with another metal oxide.
  • Tin oxide (SnO 2 ) has been shown to be a suitable replacement for cadmium oxide (CdO).
  • AgSn0 2 contact materials do not yet have optimal values in all functionally important properties. For example, AgSn0 2 contact materials have a more firmly adhering oxide layer than AgCdO contact materials.
  • a material for electrical contacts made of silver, tin oxide and another metal oxide is known from European patent specification 0 024 349. This known contact material contains tin oxide, tungsten oxide in a predetermined specific composition and silver.
  • the invention has for its object to improve the known CdO-free silver contact pieces in such a way that the optimization of the contact properties with regard to arcing in the arc, low welding force and low contact resistance enables.
  • the solution consists of a sintered composite material made of silver with tin oxide, bismuth oxide and copper oxide (A g SnO 2 Bi 2 0 3 Cu0) and at least one further metal oxide additive that sublimes below the melting temperature of the silver and the tin oxide, bismuth oxide and copper oxide globularly in silver in microstructures up to a maximum of 200 ⁇ m 0 ⁇ is excreted and the metal oxide addition is distributed in the surfaces of the border areas of these silver areas.
  • a sintered composite material made of silver with tin oxide, bismuth oxide and copper oxide (A g SnO 2 Bi 2 0 3 Cu0) and at least one further metal oxide additive that sublimes below the melting temperature of the silver and the tin oxide, bismuth oxide and copper oxide globularly in silver in microstructures up to a maximum of 200 ⁇ m 0 ⁇ is excreted and the metal oxide addition is distributed in the surfaces of the border areas of these silver areas.
  • the mean particle sizes of the tin oxide, bismuth oxide and copper oxide precipitations in the silver regions are between 0.1 and 5 ⁇ m, in particular between 0.1 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • the tin oxide content between 6 and 15% by mass, the bismuth oxide content between 0.2 and 2% by mass, the copper oxide content between 0.2 and 2% by mass and the proportion of subliming metal oxide addition between 0.2 and 2% by mass is.
  • Molybdenum oxide (Mo03) with a proportion of 0.5% by mass, or tungsten oxide (WO 3 ), with a proportion of 0.8% by mass or tungsten oxide (WO 3 ) with a proportion of 0 has been found to be particularly suitable for the sublimating metal oxide additive , 5% mass content and molybdenum oxide (MoO 3 ) with a proportion of 0.2% mass content.
  • a powder of particle size ⁇ 200 ⁇ m is produced from an AgSnBiCu alloy with 7.7% tin (Sn), 1% bismuth (Bi) and 1% copper (Cu).
  • a suitable method for this is, for example, pressure atomization of the melt of this alloy.
  • the alloy powder obtained is completely internally oxidized, a composite powder of AgSnO 2 Bi 2 O 3 CuO having the corresponding composition being obtained.
  • the internal oxidation is carried out in air, the annealing treatment being started at 500 ° C and after an hour being held at 800 ° C for the same time.
  • the composite powder is mixed with 0.8% by weight of tungsten oxide (W0 3 ) in a stirred ball mill under acetone for one hour and the W0 3 is distributed over the surface of the composite powder particles.
  • a powder of particle size ⁇ 200 ⁇ m is produced from an AgSnBiCu alloy with 7.7% tin (Sn), 1% bismuth (Bi) and 1% copper (Cu) by weight, as in Example 1, by pressure atomization of the molten alloy.
  • An internal oxidation of the alloy powder under the conditions given in Example 1 gives a completely internally oxidized composite powder AgSnO 2 Bi 2 O 3 CuO.
  • the composite powder is ground with 0.4% by mass of tungsten oxide powder (WO) and 0.2% by mass of molybdenum oxide powder (Mo03) in an agitator ball mill under acetone for 1 h and the oxide additives are evenly distributed on the surface of the composite powder particles.

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Abstract

Es ist Aufgabe der Erfindung AgCdO-Kontaktstücke in Schützen und Kleinselbstschaltern durch eine CdO-freie Qualität, die einen kleinen Abbrand im Lichtbogen, eine kleine Schweißkraft und eine niedrige Erwärmung beiDauerstromführung aufweist, zu ersetzen. Die bekannten AgSn02-Kontaktwerkstoffe zeigen nicht in allen funktionswichtigen Eigenschaften optimale Werte. Bei diesen Kontaktwerkstoffen tritt gegenüber AgCdO eine fester haftende Oxidschicht auf. Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus AgSnO2Bi2O3CuO der mindestens einen weiteren Metalloxidzusatz enthält. Dieser Metalloxidzusatz sublimiert unter der Schmelztemperatur des Silbers. Das Sn02, Bi203 und CuO ist im Silber in Gefügebereichen bis höchstens 200 µm

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid, Kupferoxid und Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen hat sich für das Herstellen von elektrischen Kontaktstücken AgCdO sehr gut bewährt. Das CdO ist wegen seiner Umweltbelastung als toxischer Werkstoff eingestuft worden. Daher wird versucht, Cd0 durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Es hat sich gezeigt, daß Zinnoxid (SnO2) ein geeigneter Ersatz für Cadmiumoxid (CdO) ist. Es hat sich aber auch gezeigt, daß AgSn02-Kontaktwerkstoffe noch nicht in allen funktionswichtigen Eigenschaften optimale Werte aufweisen. So tritt z.B. bei AgSn02-Kontaktwerkstoffen gegenüber AgCdO-Kontaktwerkstoffen eine fester haftende Oxidschicht auf. Durch die europäische Patentschrift 0 024 349 ist ein Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid bekannt. Dieser bekannte Kontaktwerkstoff enthält Zinnoxid, Wolframoxid in einer vorgegebenen bestimmten Zusammensetzung und Silber.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten CdO-freien Silberkontaktstücke dahingehend zu verbessern, daß die Optimierung der Kontakteigenschaften hinsichtlich Abbrand im Lichtbogen, kleine Schweißkraft und kleinen Kontaktwiderstand ermöglicht.
  • Die Lösung besteht in einem Sinterverbundwerkstoff aus Silber mit Zinnoxid, Wismutoxid und Kupferoxid (AgSnO2Bi203Cu0) und mindestens einem weiteren Metalloxidzusatz, der unter der Schmelztemperatur des Silbers sublimiert und das Zinnoxid, das Wismutoxid und das Kupferoxid globular im Silber in Gefügebereichen bis höchstens 200 µm 0̸ ausgeschieden ist und der Metalloxidzusatz in den Oberflächen der Grenzbereiche dieser Silberbereiche verteilt ist.
  • Es hat sich besonders bewährt, wenn die mittleren Teilchengrößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 und 5 µm insbesondere zwischen 0,1 µm und 3 µm betragen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Zinnoxidanteil zwischen 6 und 15 % Massengehalt, der Wismutoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt, der Kupferoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt und der Anteil an sublimierenden Metalloxidzusatz zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt beträgt.
  • Als besonders geeignet hat sich für den sublimierenden Metalloxidzusatz Molybdänoxid (Mo03) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt, oder Wolframoxid (WO3), mit einem Anteil von 0,8 % Massengehalt oder Wolframoxid (WO3) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt und Molybdänoxid (MoO3) mit einem Anteil von 0,2 % Massengehalt erwiesen.
  • Bei dem Kontaktwerkstoff gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 wird eine Optimierung durch die Silberbereiche mit den globularen Oxidausscheidungen von Zinnoxid, Wismutoxid und Kupferoxid mit sehr günstigen Lichtbogeneigenschaften und den an der Oberfläche dieser Silberbereiche liegenden sublimierenden Metalloxiden erreicht, die bei Lichtbogenbelastungen zu kleinen Silberinseln führen, aus denen die Metalloxide unter der Silberschmelztemperatur sublimieren und dadurch eine geschlossene Deckschicht an Oxiden vermeiden. Dadurch wird eine deutliche Erniedrigung des Kontaktwiderstandes erzielt, ohne daß die Schweißkraft erhöht wird. An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
    • Beispiel 1:
  • Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7 % Massengehalt Zinn (Sn),1 % Massengehalt Wismut (Bi) und 1 % Massengehalt Kupfer (Cu) wird ein Pulver der Teilchengröße<200 µm hergestellt. Ein geeignetes Verfahren dafür ist z.B. die Druckverdüsung der Schmelze dieser Legierung. Das erhaltene Legierungspulver wird vollständig inneroxidiert, wobei ein Verbundpulver AgSnO2Bi2O3CuO entsprechender Zusammensetzung erhalten wird. Die innere Oxidation wird an Luft vorgenommen, wobei die Glühbehandlung bei 500 °C begonnen wird und nach einer Stunde während der gleichen Zeit bei 800 °C gehalten wird. Das Verbundpulver wird mit 0,8 % Massengehalt Wolframoxid (W03) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während einer Stunde gemischt und dabei das W03 auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen verteilt.
  • Nach Trocknen dieser Pulvermischung wird durch Pressen, Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporosität bei < 1,5 % liegt. Die Kontakteigenschaften wie Abbrand im Lichtbogen, Schweißkraft und Kontaktwiderstand wurden unter in der Literatur beschriebenen Bedingungen auf einem Prüfschalter gemessen und mit einer sehr guten AgCdO-Qualität verglichen. Die Abbrandwerte liegen um 25 % niedriger, womit eine entsprechende Verbesserung der Lebensdauer erreicht wird. Dadurch kann eine entsprechende Silbereinsparung durch Verkleinerung des Kontaktstückvolumens erzielt werden. Die Schweißkraftwerte lagen im gleichen Bereich wie bei AgCd012 und auch der Kontaktwiderstand lag im gleichen Schwankungsbereich.
    • Beispiel 2:
  • Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7 % Massengehalt Zinn (Sn), 1 % Massengehalt Wismut (Bi) und 1 % Massengehalt Kupfer (Cu) wird wie bei Beispiel 1 ein Pulver der Teilchengröße < 200 µm durch Druckverdüsung der geschmolzenen Legierung hergestellt. Durch innere Oxidation des Legierungspulvers wird unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen ein vollständig inneroxidiertes Verbundpulver AgSnO2Bi2O3CuO erhalten. Das Verbundpulver wird mit 0,4 % Massengehalt Wolframoxid-Pulver (WO ) und 0,2 % Massengehalt Molybdänoxid-Pulver (Mo03) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während 1 h gemahlen und die Oxidzusätze auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen gleichmäßig verteilt. Nach Trocknen der Pulvermischung wird durch Pressen, Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporosität bei <1,5 % liegt. Die Kontakteigenschaften wurden auf einem in der Literatur beschriebenen Prüfschalter gemessen, sie sind genauso hervorragend wie bei dem im Beispiel 1 beschriebenen Kontaktwerkstoff.
  • 8 Patentansprüche

Claims (8)

1. Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid, Kupferoxid (AgSnO2Bi2O3CuO), dadurch gekennzeichnet , daß der Werkstoff mindestens einen weiteren Metalloxidzusatz enthält, daß der Metalloxidzusatz unter der Schmelztemperatur des Silbers sublimiert, daß das Zinnoxid, das Wismutoxid und das Kupferoxid globular im Silber in Gefügebereiche bis höchstens 200 µm 0̸ ausgeschieden ist und daß der Metalloxidzusatz in den Oberflächen der Grenzbereiche dieser Silberbereiche verteilt ist.
2. Sinterverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mittleren Teilchengrößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 und 5 µm betragen.
3. Sinterverbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die mittleren Teilchengrößen der Zinnoxid-, Wismutoxid- und Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 µm und 3 µm betragen.
4. Sinterverbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Zinnoxidanteil zwischen 6 und 15 % Massengehalt, der Wismutoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt, der Kupferoxidanteil zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt beträgt und daß der Anteil an sublimierenden Metalloxidzusatz zwischen 0,2 und 2 % Massengehalt beträgt.
5. Sinterverbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß als sublimierender Metalloxidzusatz Molybdänoxid (MoO3) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt vorgesehen ist.
6. Sinterverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß als sublimierender Metalloxidzusatz Wolframoxid (W03) mit einem Anteil von 0,8 % Massengehalt vorgesehen ist.
7. Sinterverbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß als sublimierender Metalloxidzusatz Wolframoxid (WO3) mit einem Anteil von 0,5 % Massengehalt und Molybdänoxid (Mo03) mit einem Anteil von 0,2 % Massengehalt vorgesehen ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines Sinterverbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Legierungspulver aus AgSnBiCu vorgegebener Zusammensetzung zu einem AgSnO2Bi2O3CuO-Verbundpulver inneroxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das AgSnO2Bi2O3CuO-Verbundpulver mit mindestens einem unter der Silberschmelztemperatur sublimierenden Metalloxid vorgegebener Menge in einer Rührwerksmühle unter Azeton gemischt und dabei der Metalloxidzusatz auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen verteilt wird.
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