EP0549087A1 - Elektrischer Kontakt und Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes - Google Patents

Elektrischer Kontakt und Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes Download PDF

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EP0549087A1
EP0549087A1 EP92250356A EP92250356A EP0549087A1 EP 0549087 A1 EP0549087 A1 EP 0549087A1 EP 92250356 A EP92250356 A EP 92250356A EP 92250356 A EP92250356 A EP 92250356A EP 0549087 A1 EP0549087 A1 EP 0549087A1
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EP
European Patent Office
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oxide
noble metal
contact
contact layer
deposition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP92250356A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dipl.-Ing. Beyer
Klaus-Dieter Heppner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H01H1/0237—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides

Definitions

  • the invention relates to an electrical contact with a noble metal contact layer formed on a contact carrier and a method for producing an electrical contact in which a noble metal contact layer is applied to a contact carrier.
  • Electrical contacts can be found in electrical devices and switching devices, such as. B. in light switches, circuit breakers or relays, diverse application and are widely used.
  • the components of an electrical contact involved in the switching processes d. H.
  • high demands are made with regard to electrical conductivity, wear resistance, undeformability and resistance to welding (low tendency to weld), especially when exposed to temperature. It has been shown that these requirements, which often determine the choice of materials, can be met particularly satisfactorily by noble metal-metal oxide composites.
  • the use of such composite materials and their production by means of powder metallurgical manufacturing processes, in particular sintering processes, has long been known for. B. from "Technology of the Metallurgical Industry", G. Damerow and W. Leudert, VEB Verlagtechnik Berlin, 1968, pp. 317 and 318.
  • the known sintering processes for such composite materials are relatively complex and can in particular Produce only partially deformable and cladable composite materials with higher oxide contents.
  • the only peripheral caking of the precious metal / metal oxide particles during sintering sets comparatively low limits with regard to the permissible current densities.
  • Another problem is the connection of a contact layer consisting of a powder metallurgically produced composite material to the contact carrier; the connection is e.g. B. by means of brazing only with relatively complex special joining methods - z. B. can be produced via a sintered silver intermediate layer.
  • the object of the present invention is therefore to provide an economically producible electrical contact which is particularly low in tendency to weld (i.e. has a high resistance to welding).
  • This object is achieved according to the invention by electrical contact with a noble metal contact layer formed on a contact carrier by electrochemical deposition, particles of cadmium oxide, tin oxide, zinc oxide and / or nickel oxide being embedded in the noble metal matrix to reduce the tendency to weld.
  • the direct deposition of the precious metal together with the metal oxide particles creates a homogeneous contact layer on the contact carrier, in which the oxide particles are firmly and positively integrated.
  • the metal oxide particles are closely enclosed by the noble metal matrix, so that there is a very dense contact layer with high permissible current densities.
  • the contact layer can be deposited directly on the contact carrier, so that complex intermediate layers are produced can be dispensed with.
  • the electrical contact according to the invention is comparatively simple to produce and is distinguished by a surprisingly low tendency to weld and a behavior which promotes the extinguishing of arcs.
  • the method according to the invention for producing a low-welding electrical contact with a noble metal contact layer applied to a contact carrier provides that cadmium oxide, tin oxide, zinc oxide and / or nickel oxide particles are suspended in an electrolyte containing an noble metal in at least partially dissociated form and that the noble metal contact layer is formed on the contact carrier by electro-chemical deposition from the electrolyte, the cadmium oxide, tin oxide, zinc oxide and / or nickel oxide particles being incorporated in the matrix to reduce the tendency to weld during the deposition process.
  • a contact layer made of a noble metal-metal oxide composite (dispersion layer with metal oxide particles contained in a noble metal matrix) is thus formed on the contact carrier directly from the preferably aqueous electrolyte solution in a process-technically simple manner without an additional manufacturing step for the electrically conductive connection of the contact layer to the contact carrier is required.
  • particularly high-quality electrical contacts can be produced by using silver as the noble metal.
  • contacts with particularly good contact properties are produced in that the deposition is controlled in such a way that a contact layer of 0.01 to 1 mm thickness with a content of 4 to 15 percent by weight metal oxide is formed.
  • An oxide particle concentration of 10 to 300 g / l electrolyte is preferably used. Separation currents between 1 and 100 A are particularly suitable.
  • An aqueous solution of potassium silver cyanide is preferably used to carry out the process according to the invention.
  • the potassium silver cyanide dissociates according to equation (1) K [Ag (CN) 2] ⁇ ----> K+ + [Ag (CN) 2] ⁇ (1) and continue according to equation (2) K+ + [Ag (CN) 2] ⁇ ⁇ -----> K+ + Ag+ + 2CN ⁇ (2) such that the aqueous electrolyte contains silver in ionized, dissociated form.
  • Cadmium oxide, tin oxide, zinc oxide or nickel oxide is (preferably pulverized with a grain size of approximately 5 ⁇ m) into this solution stirred alone or in combination with one or more of the other oxides to form a suspension and z.
  • the oxide concentration is preferably 10 to 300 g / l electrolyte.
  • the contact carrier which is preferably arranged in a frame with a large number of further contact carriers, is then brought into contact with the electrolyte.
  • an electrochemical deposition described for example in "Römpps Chemie Lexikon" loc. Cit. - with deposition currents from 1 to 100 A, both the tin oxide and the silver are simultaneously formed from the electrolyte, forming a silver-tin oxide dispersion as a contact layer on the Contact carrier deposited cathodically.
  • the deposition is controlled so that the contact layer has a thickness of 0.01 to 1 mm with a content of 4 to 15 percent by weight of tin oxide.
  • the contact layer formed in this way is adhered directly from the aqueous electrolyte solution in the desired composition to the contact carrier and in any thickness and configuration, without the need for an additional joining process for the connection between the contact layer and the contact carrier.
  • the contact layer allows high load currents due to the high-density noble metal structure compared to sintered materials with maximum security against welding (due to the integrated oxide particles).
  • the contact carrier can be coated particularly quickly in the so-called (for example described in DE-OS 25 51 988) jet plating process in continuous systems in which, for. B. a nozzle designed simultaneously as an anode for spraying the electrolyte onto the contact carrier serves. This enables a particularly cost-effective and quick production of electrical contacts.

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Abstract

Auf einem Kontaktträger wird eine Kontaktschicht aus einem Edelmetall-Metalloxid-Verbundwerkstoff durch elektro-chemische Abscheidung aus einem Elektrolyten gebildet. Dazu enthält der Elektrolyt das Edelmetall in zumindest teilweise dissoziierter Form und eine Suspension von Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid- und/oder Nickeloxid-Teilchen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt mit einer auf einem Kontaktträger ausgebildeten Edelmetall-Kontaktschicht und ein verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes, bei dem auf einen Kontaktträger eine Edelmetall-Kontaktschicht aufgebracht wird.
  • Elektrische Kontakte finden in elektrischen Geräten und Schaltgeräten, wie z. B. in Lichtschaltern, Schutzschaltern oder Relais, vielfältige Anwendung und sind weit verbreitet. An die an den Schaltvorgängen beteiligten Bestandteile eines elektrischen Kontaktes, d. h. insbesondere an die Kontaktschicht, werden hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Abnutzungsfestigkeit, Undeformierbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verschweißen (geringe Verschweißneigung), insbesondere bei Temperatureinwirkungen, hohe Anforderungen gestellt. Es hat sich gezeigt, daß diese die Werkstoffwahl oft gegensätzlich bestimmenden Anforderungen besonders zufriedenstellend von Edelmetall-Metalloxid-Verbundwerkstoffen erfüllt werden können. Die Verwendung derartiger Verbundwerkstoffe und ihre Erzeugung mittels pulvermetallurgischer Fertigungsverfahren, insbesondere Sinterverfahren, ist seit längerem z. B. aus "Technologie der metallurgischen Industrie", G. Damerow und W. Leudert, VEB Verlag Technik Berlin, 1968, S. 317 und 318 bekannt.
  • Die bekannten Sinterverfahren für derartige Verbundwerkstoffe sind verhältnismäßig aufwendig und können insbesondere bei höheren Oxidgehalten nur bedingt verformbare und plattierbare Verbundwerkstoffe erzeugen. Das nur periphere Verbacken der Edelmetall/Metalloxid-Teilchen beim Sintern setzt hinsichtlich der zulässigen Stromdichten vergleichsweise niedrige Grenzen. Ein weiteres Problem besteht in der Verbindung einer aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Verbundwerkstoff bestehenden Kontaktschicht mit dem Kontaktträger; die Verbindung ist z. B. mittels Hartlöten nur mit verhältnismäßig aufwendigen Sonderfügeverfahren - z. B. über eine angesinterte Silber-Zwischenschicht -herstellbar.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines wirtschaftlich herstellbaren elektrischen Kontaktes, der besonders verschweißneigungsarm ist (d. h. eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verschweißen besitzt).
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Kontakt mit einer auf einem Kontaktträger durch elektro-chemische Abscheidung gebildeten Edelmetall-Kontaktschicht gelöst, wobei zur Verminderung der Verschweißneigung in der Edelmetall-Matrix Teilchen aus Kadmiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid und/oder Nickeloxid eingelagert sind. Durch die unmittelbare Abscheidung des Edelmetalls zusammen mit den Metalloxid-Teilchen entsteht auf dem Kontaktträger eine homogene Kontaktschicht, in der die Oxid-Teilchen fest und formschlüssig eingebunden sind. Im Gegensatz zu den bekannten Sintermaterialien sind also die Metalloxid-Teilchen eng von der Edelmetall-Matrix umschlossen, so daß eine sehr dichte Kontaktschicht mit hohen zulässigen Stromdichten vorliegt. Die Kontaktschicht kann unmittelbar auf dem Kontaktträger abgeschieden sein, so daß auf eine aufwendige Erzeugung von Zwischenschichten verzichtet werden kann. Der erfindungsgemäße elektrische Kontakt ist vergleichsweise einfach herstellbar und zeichnet sich durch eine überraschend geringe Verschweißneigung und ein die Löschung von Lichtbögen begünstigendes Verhalten aus.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines verschweißungsarmen elektrischen Kontaktes mit einer auf einen Kontaktträger aufgebrachten Edelmetall-Kontaktschicht sieht vor, daß Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid- und/oder Nickeloxid-Teilchen in einem ein Edelmetall in zumindest teilweise dissoziierter Form enthaltenden Elektrolyten suspendiert werden und daß auf dem Kontaktträger durch elektro-chemische Abscheidung aus dem Elektrolyten die Edelmetall-Kontaktschicht gebildet wird, in deren Matrix zur Verminderung der Verschweißneigung die Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid und/oder Nickeloxid-Teilchen bei Abscheidungsvorgang eingelagert werden.
  • Die für sich beispielsweise aus "Römpps Chemie-Lexikon", Stuttgart 1981, S. 1093 ff. bekannte elektro-chemische Abscheidung ist verfahrenstechnisch verhältnismäßig einfach zu handhaben und zuverlässig zu steuern. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das in Form einer Suspension vorliegende Kadmium-, Zinn-, Zink- und/oder Nickeloxid zusammen mit dem zumindest teilweise in elektrolytisch dissoziierter Form in dem Elektrolyten enthaltenen Edelmetall auf dem Kontaktträger abgeschieden wird. Damit wird in prozeßtechnisch einfacher Weise eine Kontaktschicht aus einem Edelmetall-Metalloxid-Verbundwerkstoff (Dispersionsschicht mit in einer Edelmetall-Matrix enthaltenen Metalloxid-Teilchen) auf dem Kontaktträger direkt aus der vorzugsweise wäßrigen Elektrolytlösung gebildet, ohne daß es eines zusätzlichen Fertigungsschritts zur elektrisch leitenden Verbindung der Kontaktschicht mit dem Kontaktträger bedarf.
  • Qualitativ besonders hochwertige elektrische Kontakte lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch herstellen, daß als Edelmetall Silber verwendet wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kontakte mit besonders guten Kontakteigenschaften dadurch erzeugt, daß die Abscheidung so gesteuert wird, daß eine Kontaktschicht von 0,01 bis 1 mm Schichtdicke mit einem Gehalt von 4 bis 15 Gewichtsprozent Metalloxid gebildet wird. Vorzugsweise wird eine Oxidteilchen-Konzentration von 10 bis 300 g/l Elektrolyt verwendet. Besonders geeignet sind Abscheideströme zwischen 1 und 100 A.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise eine wäßrige Lösung von Kalium-Silberzyanid angesetzt. Das Kalium-Silberzyanid dissoziiert nach Gleichung (1) zu

    K [Ag(CN)₂] <----> K⁺ +[Ag(CN)₂]⁻   (1)
    Figure imgb0001

    und weiter nach Gleichung (2) zu

    K⁺+[Ag(CN)₂]⁻ <-----> K⁺ + Ag⁺ + 2CN⁻   (2)
    Figure imgb0002

    derart, daß der wäßrige Elektrolyt Silber in ionisierter, dissoziierter Form enthält. In diese Lösung wird (vorzugsweise mit einer Korngröße von ca. 5 µm pulverisiert) Kadmiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid oder Nickeloxid allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen Oxide zur Bildung einer Suspension eingerührt und z. B. durch Bewegung des Elektrolyten in der Schwebe gehalten. Die Oxidkonzentration beträgt bevorzugt 10 bis 300 g/l Elektrolyt. Anschließend wird der vorzugsweise mit einer Vielzahl weiterer Kontaktträger in einem Gestell angeordnete Kontaktträger in Kontakt mit dem Elektrolyten gebracht. Durch eine - für sich beispielsweise in "Römpps Chemie Lexikon" aaO beschriebene - elektro-chemische Abscheidung mit Abscheideströmen von 1 bis 100 A wird aus dem Elektrolyten gleichzeitig sowohl beispielsweise das Zinnoxid und das Silber unter Bildung einer Silber-Zinnoxid-Dispersion als Kontaktschicht auf dem Kontaktträger kathodisch abgeschieden. Dabei wird die Abscheidung so gesteuert, daß die Kontaktschicht eine Dicke von 0,01 bis 1 mm bei einem Gehalt von 4 bis 15 Gewichtsprozent Zinnoxid aufweist.
  • Die so gebildete Kontaktschicht wird direkt aus der wäßrigen Elektrolyt-Lösung in gewünschter Zusammensetzung auf dem Kontaktträger haftfest und in beliebiger Dicke und Konfiguration aufgebracht, ohne daß für die Verbindung zwischen der Kontaktschicht und dem Kontaktträger ein zusätzliches Fügeverfahren erforderlich ist. Die Kontaktschicht erlaubt bei höchster Sicherheit gegen Verschweißen (aufgrund der eingebundenen Oxid-Teilchen) hohe Lastströme aufgrund der im Vergleich zu Sinterwerkstoffen hochverdichteten Edelmetall-Struktur.
  • Besonders schnell kann eine Beschichtung des Kontakträgers im sogenannten (z. B. in der DE-OS 25 51 988 beschriebenen) Jet-Plating-Verfahren in Durchlaufanlagen erfolgen, bei dem z. B. eine gleichzeitig als Anode ausgestaltete Düse zum Aufspritzen des Elektrolyten auf den Kontaktträger dient. Damit ist eine besonders kostengünstige und schnelle Herstellung elektrischer Kontakte möglich.

Claims (4)

  1. Elektrischer Kontakt mit einer auf einem Kontaktträger durch elektro-chemische Abscheidung gebildeten Edelmetall-Kontaktschicht, in der zur Verminderung der Verschweißneigung Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid- und/oder Nickeloxid-Teilchen eingelagert sind.
  2. Verfahren zum Herstellen eines verschweißneigungsarmen elektrischen Kontaktes mit einer auf einen Kontaktträger aufgebrachten Edelmetall-Kontaktschicht,
    - bei dem Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid- und/oder Nickeloxid-Teilchen in einem ein Edelmetall in zumindest teilweise dissoziierter Form enthaltenden Elektrolyten suspendiert werden und
    - bei dem auf dem Kontaktträger durch elektro-chemische Abscheidung aus dem Elektrolyten die Edelmetall-Kontaktschicht gebildet wird, in deren Matrix zur Verminderung der Verschweißneigung die Kadmiumoxid-, Zinnoxid-, Zinkoxid- und/oder Nickeloxid-Teilchen beim Abscheidungsvorgang eingelagert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Edelmetall Silber verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung so gesteuert wird, daß eine Kontaktschicht von 0,01 bis 1 mm Schichtdicke mit einem Gehalt von 4 bis 15 Gewichtsprozent Metalloxid gebildet wird.
EP92250356A 1991-12-20 1992-12-08 Elektrischer Kontakt und Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes Withdrawn EP0549087A1 (de)

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