JPH01301806A - 高密度接点の形成方法 - Google Patents

高密度接点の形成方法

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JPH01301806A
JPH01301806A JP1085626A JP8562689A JPH01301806A JP H01301806 A JPH01301806 A JP H01301806A JP 1085626 A JP1085626 A JP 1085626A JP 8562689 A JP8562689 A JP 8562689A JP H01301806 A JPH01301806 A JP H01301806A
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container
pressure
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density
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JP1085626A
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Norman S Hoyer
ノーマン・スタンリー・ホイヤー
Natraj C Iyer
ナトラジ・チャンドラセカー・ライヤー
Alan T Male
アラン・トーマス・メール
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、完全に緻密な電気接点部材を与える改良され
た粉末冶金技術に関する。
〈従来の技術〉 高密度電気接点は周知である。たとえば、ゲイナー（Ｇ
ａｉｎｅｒ）は米国特許第３，９６０，５５４号明細書
で、少量の銅粉末をクロム粉末と混合し、加圧して圧縮
体を形成させ、真空焼結してクロム母材に銅を浸透させ
る方法を教示している。ゲイナーは更に米国特許第４，
１９０，７５３号明細書で冷間均衡加圧を利用し銅粉末
に少量のクロムを混入した上記と同様の方法を教示して
いる。ホイヤー（）ｌｏｙｅｒ）等は米国特許第４，１
３７，０７６号明細書で、＾ｇ、　ｗｃ及びＴＩＣ粉末
から成る接点を教示しているが、彼等の教示する方法で
は混合物は圧縮された後に還元性雰囲気中で１２６０℃
で焼結して圧縮物が収縮される。次いで圧縮物を熔融し
てスラグの形で付加された鉗を浸透させる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の各方法は何れも、完全に緻密で、破裂強度が高く
、金属−金属結合力が強く、熱応力割れに対する抵抗性
が高い電気接点を提供するためには、種々の欠点がある
。本発明の目的は、上記全ての望ましい特性を備えた電
気接点を与える方法を提供することである。
く問題点を解決するための手段〉 上記の目的に鑑み、本発明は、高密度の電気接点を形成
する方法であって（Ａ）　（ａ）　Ａｇ、　Ｃｕ及びこ
れらの混合物から成る群から選択したクラスｌ金属の粉
末と、（ｂ）　にｄＯ１ｗ、　Ｗ（：、　Ｃ，、ｃｒ、
Ｎ、ｃ及びこれらの混合物から成る群から選択されたク
ラス２材料の粉末であって、粉末粒子の粒子直径が最大
約１００ミクロンの粉末とを混合し、（Ｂ）粉末の表面
上にＣｄＯ以外の酸化物が存在しないようにするに充分
であり且つクラス１金属をより均質に分布させるに充分
な温度で還元性雰囲気下で前記粉末を加熱し、（Ｃ）工
程（８）で碍られる粉末を粒状化して粉末粒子の粒子直
径を再び最大１００ミクロン以下にし、（Ｄ）加熱する
ことなく粉末を一軸加圧して、理論密度の６５％乃至９
５％の圧縮体とし、（Ｅ）少なくとも１個の圧縮体を圧
力を伝達し加圧により変形する容器内に入れて、後に行
なう圧縮体と容器との分離を容易にする離型剤の微細粒
子によつて各圧縮体を包囲させ、（ｎ容器から空気を吸
引除去し、（Ｇ）圧縮体を容器内に密閉し、（）Ｉ）融
点の低い粉末成分の融点又は分解温度よりも０．５℃乃
至１００℃低い温度で圧力伝達容器を介して圧縮物を熱
間均衡加圧して加熱加圧するとともに圧縮物の密度を高
め、（Ｉ）除冷し且つ圧縮物に加えられている圧力を徐
々に下げることにより圧縮物を加圧下で冷却して、少な
くとも理論密度の９８％の密度の圧縮体を得、（Ｊ）容
器から圧縮物を分離ないし離型する工程から成り、工程
（Ｈ）以前には圧縮物の加熱は行なわないことを特徴と
する方法に関する。
〈作用〉 上記の方法により、酸化物のない金属表面が得られると
ともに、熱間均衡加圧時の温度制御により高密度が得ら
れ従来の電気接点形成法に用いられる浸透工程が不要に
なる。
本明細書中で用いる「熱間均衡加圧」という語句は、溶
融温度の低い粉末につき一般的に許容されている焼結温
度を実質的に越える温度で加圧し的に両側部から行なう
一軸圧縮とは異なり通常は気体状媒体を用いて同時に全
方向から加圧することを意味する。この同時加熱・加圧
を組み合わせることにより、圧縮物は主として溶融温度
の低い材料の塑性流動により、はぼ理論密度に近い密度
になる。
本発明方法のもう一つの特徴は、−軸圧縮前に粉末をろ
うづけ可能な金属材料と接触させることができる点にあ
る。本発明方法は基本的には、混合、酸化物の除去、粒
状化、−軸圧縮、熱間均衡加圧及び加圧下での冷却の６
エ程より成る。使用できる粉末の組合せを例示すると、
Ａｇ＋ＣｄＯ１Ａｇ＋Ｗ、八ｇ＋に、　Ａｇ＋ｗｃ、Ａ
ｇ＋ＷＣ＋Ｃ０、Ａｇ＋Ｗ（：＋Ｎ、、Ｃ，＋Ｃ，，Ｃ
ｕ＋ｃ　　及びＣｕ＋ｗｃ＋ｃ、がある。
〈実施例〉 添付の図面に示す本発明の好ましい実施例についての以
下の説明から本発明をより明確に理解できるものと考え
る。
添付の図面のブロック１の工程で、最大粒子直径約１０
０マイクロメータ、好ましくは０．５乃至５０マイクロ
メータの直径を持つ金属含有粉末並びに金属含有粉末に
炭素粉末を添加した粉末から適宜に選択した粉末を均質
になるよう混合する。粉末粒子の直径が１００マイクロ
メータを越えると、高密度の製品を得ることが困難にな
る。使用可能な粉末はＡｇ、Ｃｕ及びこれらの混合物か
ら成る本明細書中で「クラス１」と定義する粉末群と、
ＧｄＯ，Ｗ、ＷＣ：、　Ｃ０、Ｃｒ、Ｎ１．Ｃ及びこれ
らの混合物から成る本明細書中で「クラス２」と定義す
る粉末群の２群の粉末である。「クラス１」粉末が粉末
混合物の１０重量％乃至９５重量％を占める。
図面のブロック２で示すように、次いで混合粉末を熱処
理して比較的清浄な粒子面にする。この工程は、普通、
Ａｇ９５重量％＋Ｃｄ０５重量％の混合粉末の場合には
約４５０℃、ＣｕｌＯ重量％＋Ｗ９０重量％の混合粉末
の場合には約１１００℃、他の組み合わせの混合粉末の
場合には約４５０℃と約１１００℃の間の温度で、還元
性雰囲気、好ましくは水素ガス又は解離したアンモニア
雰囲気中で約０．５時間乃至１．５時間加熱する工程で
ある。この加熱処理温度は、金属表面上の酸化物類を除
去するには充分に高く、しかも存在するＣｄＯの分解を
来たさない温度である。この工程は、後の熱間均衡加圧
と組み合わせた場合に、高密度化を実現するうえで重要
な工程であることがわかった。少量の「クラス１」粉末
を用いた場合には、この工程で「クラス１」粉末が他の
粉末中に分布して、何れの場合にも、「クラス１−」金
属粉末が均等に分布する。図のブロック３の工程で加熱
酸化物除去処理済みにおいては通常は塊状になる処理後
の粒子を粒状化して、粒子直径を再び０．５マイクロメ
ータ乃至１００マイクロメータにする。次に、混合粉末
を加圧型に入れる。
ろうづけ可能又ははんだづけ可能な接点面を形成するた
めには、銀と銅の合金のようなろうづけ可能な金属の薄
片または多孔性格子若しくは銀または銅のようなろうづ
け可能な金属粉末粒子をブロック４の工程で用いる加圧
型中の主接点粉末混合物の上部又は下部に入れる。
図面のブロック５で示すように、加熱又は焼結を行なわ
ずに、取扱い可能な未焼結圧縮物を形成するに充分な圧
力、通常は３５．２ｋｇ／ｃｍ２（５００ｐｓｉ）乃至
２１１５ｋｇ／ｃｍ２（３０，０００ｐｓｉ）の圧力で
常法により一軸加圧する。この処理によって、理論密度
の６５％乃至９５％の密度を持つ圧縮体が得られる。
次に、図面のブロック６で示すように、一つ又は複数の
圧縮体を圧力伝達・加圧変形・押しつぶし可能な容器内
に入れ、たとえば遊離した粉末、超微細粒子の被膜耐熱
性の布或いはこれらを組み合わせた、圧縮体と容器材料
との分離助剤によって各圧縮物を包囲させる。次に、図
面のブロック７で示すように、容器内の空気を抜き、図
面のブロック８で示すように、通常は溶接して容器を密
封する。
容器は一般的にはシート鋼製であり、分離助剤はたとえ
ば好ましくは直径約５マイクロメータ以下のアルミナ若
しくは窒化硼素のようなセラミック 哄又はグラファイト粒子及び／又は直径約１マイクロメ
ータ以下の上記の粒子の被膜を圧縮体上に塗布したもの
である。容器に封入した圧縮体を、図面のブロック９に
示すように、均衡加圧室に入れ、圧力印加媒体としてア
ルゴンその他の適当な気体を使用して容器へまた容器を
介して容器内の圧縮体に圧力を印加する。
熱間均衡加圧工程の圧力は、３５２ｋｇ／ｃｍ２（５、
０００ｐｓｉ）乃至２１１５ｋｇ／ｃｍ２（３０，００
０ｐｓｒ）、好ましくは１０５６ｋｇ／ｃｍ２（１５，
０００ｐｓｉ）乃至２１１５ｋｇ／ｃｍ２（３０，０Ｏ
Ｏｐｓｉ）である。この工程の温度は、融点の低い粉末
成分の融点又は分解温度よりも０．５℃乃至１００℃、
好ましくは０．５℃乃至２０℃低くして、容器を押しつ
ぶすと同時に、容器を圧縮体と接触させ、圧力伝達容器
を介して圧縮体を熱間加圧し、圧縮体の密度を高めて理
論密度の９８％、好ましくは９９゜５％、以上の密度に
する。この工程の滞留時間は、１分間乃至４時間、通常
は５分間乃至６０分間である。均衡加圧はよく知られ、
商業的に利用されている。Ａｇ９０重量％＋ＣｄＯ１０
重量％の粉末混合物を使用した場合の例を挙げると、Ｃ
ｄＯの分解温度は約９００℃であり、均衡加圧工程の温
度は約８００℃乃至８９９．５℃である。従来技術の電
気接点形成法で用いられる浸透工程を省略して上首尾の
方法を提供するには、均衡加圧時の温度制御が必要であ
る。
次に、図面のブロック１０に示すように、時間をかけて
（通常は２時間乃至１０時間）熱間均衡加圧された圧縮
物を徐々に室温・大気圧の状態にする。特にろうづけ層
が圧縮体に結合されている場合には上記の加圧下におけ
る除冷は非常に重要である。その理由は加圧下における
除冷により成分層内の残留引張応力が最小になり熱膨張
特性の相違に起因する歪が抑制されるからである。最後
に、図面のブロック１１で示すように、圧縮体の周囲に
押しつぶされている容器から圧縮体を分離して離型する
。本発明方法によって製造した接点圧縮体は、たとえば
Ａｇ−Ａｇ結合、Ａｇ−Ｗ結合又はＣｕ−Ｃ，結合等の
成分量結合力が強く、アーク腐蝕耐性が高く、加熱応力
割れ耐性が向上しており、はぼ１００％の密度にするこ
とができる。本発明方法においては、熱間均衡加圧工程
前には、加圧された圧縮体の加熱は行なわない。
以下に、本発明を例示する実施例を掲げるが、以下の実
施例は本発明を限定するものではない。
実−」Ｌ−侃一」工 粒子直径約４４マイクロメータ以下のＡｇ粒子９０重量
％と同様の粒度のＣｄＯ粉末１０重量％との混合物を完
全に混合し、５９４℃に加熱して酸化物を除去し且つＡ
ｇを均質に分布させ、粉砕・篩装置で粒状化して粒度を
再び粒子直径４４マイクロメータ以下にした。次に、上
記の粉末を型に入れ、３５２ｋｇ／ｃｍ２（５，０００
ｐｓｉ）で−軸加工して、理論密度の約８０％の密度を
持つ圧縮体を得た。この圧縮体は長さ２．５４ｃ＋ｎ、
幅１．２７ｃｍ、厚さ０．２５Ｃｍであった。１２個の
圧縮体を１列に６個ずつ２列に並べて、各圧縮体の周囲
に離型剤として働く直径約２マイクロメータのセラミッ
ク粉末を入れて、全体を金属製の罐に入れた。
真空ポンプを用いて罐中の空気を吸引除去した後、溶接
して罐を密閉した。密閉した罐を均衡加圧室に入れ、罐
に圧力を印加する媒体として加圧されたアルゴンガスを
用いた。ナショナル・フォーラ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｆ
ｏｒｇｅ）の２１１５ｋｇ／ｃｍ、２（３０，０００ｐ
ｓｉ）プレスを用いて、同時に８９５℃に加熱しつつ、
１０５６ｋｇ／ｃｍ’　（１５，０００ｐｓｉ）の圧力
で約５分間熱間均衡加圧を行なった。上記の温度は、粉
末混合物のうち安定性の低い成分であるＧｄＯの分解温
度よりも５℃低い温度である。次に、６時間かけて冷却
及び減圧を行なった。押しつぶされた罐から接点を取り
出したところ、熱間加圧時に１３％収縮して密度は９８
．５％になっていることがわかった。全体の構造は均質
であフた。
火−五一理−ユ 同様にして、Ａｇ粉末３５重量％とＷ粉末６５重量％と
から成り、厚さ０．０２５ｃｍ　（０，０１インチ）の
Ａｇろうづけ層を持つ１０個の接点を製造した。製造工
程は上記と同様であるが、均衡加圧の温度は、粉末混合
物のうちの安定性の低い成分であるＡｇの融点よりも１
１℃低い約９５０℃にした。接点の寸法は、長さ２．５
４ｃｍ、幅１．１Ｃｍ、厚さ０．２２ｃｍであった。少
量の八ｇをＷに混合し加圧した後、残りの八ｇを圧縮体
上で熔融させて構造物に浸透させる液相浸透法によって
製造した標準Ａｇ−Ｗ接点と比較して、本実施例によっ
て製造した接点の特性を下表１に示す。
表　　　　１ 傘（註）比較試料 上表かられかるように、熱間均衡加圧方法は優れた結果
を与える。各試料接点を破砕し、各接点の代表的な破砕
面の走査電子線顕微鏡写真を撮影した。本発明方法によ
って製造した試料２の顕微鏡写真は、試料１の接点の場
合に存在する大きな孔部領域がないことを示していた。
又、試料１及び試料２の両接点を成形ケース回路遮断器
に入れ、６００ボルト、ｌＯキロアンペアで標準短絡試
験に供した。その後、両接点を取り出し、厚さ方向に切
断した。切断面の光学顕微鏡写真を撮影した。試料１の
断面は表面割れが生じ、物質損失が認められ、浸透粒子
が鋸歯状になった区域が認められた。本発明方法によっ
て製造した試料２の接点は、割れも少なく、物質損失も
遥かに少なかった。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明方法を示す工程図である。 １・・・・粉末混合 ２・・・・加熱清浄化 ３・・・・粒状化 ４・・・・ろうづけ可能な材料をつけた接点５・・・・
−軸加工 ６・・・・容器に挿入 ７・・・・容器真空化 ８・・・・容器密閉 ９・・・・熱間均衡加圧 １０・・・・加圧下で冷却 １１・・・・離型

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）高密度の電気接点を形成する方法であって （Ａ）（ａ）Ａｇ、Ｃｕ及びこれらの混合物から成る群
    から選択したクラス１金属の粉末と、 （ｂ）ＣｄＯ、Ｗ、ＷＣ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、ｃ及びこ
    れらの混合物から成る群から選択されたクラス２材料の
    粉末であって、粉末粒子の粒子直径が最大約１００ミク
    ロンの粉末とを混合し、 （Ｂ）粉末の表面上にＣｄＯ以外の酸化物が存在しない
    ようにするに充分であり且つクラス１金属をより均質に
    分布させるに充分な温度で還元性雰囲気下で前記粉末を
    加熱し、 （Ｃ）工程（Ｂ）で得られる粉末を粒状化して粉末粒子
    の粒子直径を再び最大１００ミクロン以下にし、 （Ｄ）加熱することなく粉末を一軸加圧して、理論密度
    の６５％乃至９５％の圧縮体とし、（Ｅ）少なくとも１
    個の圧縮体を圧力を伝達し加圧により変形する容器内に
    入れて、後に行なう圧縮体と容器との分離を容易にする
    離型剤の微細粒子によって各圧縮体を包囲させ、（Ｆ）
    容器から空気を吸引除去し、 （Ｇ）圧縮体を容器内に密閉し、 （Ｈ）融点の低い粉末成分の融点又は分解温度よりも０
    ．５℃乃至１００℃低い温度で圧力伝達容器を介して圧
    縮物を熱間均衡加圧して加熱加圧するとともに圧縮物の
    密度を高め、 （Ｉ）除冷し且つ圧縮物に加えられている圧力を徐々に
    下げることにより圧縮物を加圧下で冷却して、少なくと
    も理論密度の９８％の密度の圧縮体を得、 （Ｊ）容器から圧縮物を分離ないし離型する工程から成
    り、工程（Ｈ）以前には圧縮物の加熱は行なわないこと
    を特徴とする方法。
  2. （２）工程（Ｄ）以前に、粉末をろうづけ可能な金属材
    料と接触させることを特徴とする請求項第（１）項に記
    載の方法。
  3. （３）工程（Ｄ）以前に、粉末をろうづけ可能な金属帯
    片と接触させることを特徴とする請求項第（１）項に記
    載の方法。
  4. （４）工程（Ｄ）において粉末に３５．２ｋｇ／ｃｍ＾
    ２乃至２１１５ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力を印加することを
    特徴とする請求項第（１）項に記載の方法。
  5. （５）工程（Ｈ）における熱間均衡加圧の圧力が３７２
    ｋｇ／ｃｍ＾２乃至２１１５ｋｇ／ｃｍ＾２であり、加
    熱温度が融点の低い粉末成分の融点又は分解温度よりも
    ０．５℃乃至２０℃低い温度であることを特徴とする請
    求項第（１）項に記載の方法。
  6. （６）粉末が、Ａｇ＋ＣｄＯ；Ａｇ＋Ｗ；Ａｇ＋Ｃ；Ａ
    ｇ＋ＷＣ；Ａｇ＋ＷＣ＋Ｃｏ；Ａｇ＋ＷＣ＋Ｎｉ；Ｃｕ
    ＋Ｃｒ；Ｃｕ＋Ｃ及びＣｕ＋ＷＣ＋Ｃｏから成る群から
    選択したものであることを特徴とする請求項第（１）項
    に記載の方法。
  7. （７）粉末がＡｇ＋ＣｄＯであることを特徴とする請求
    項第（１）項に記載の方法。
  8. （８）粉末がＡｇ＋Ｗであることを特徴とする請求項第
    （１）項に記載の方法。
  9. （９）粉末の粒度が０．５ミクロン乃至５０ミクロンで
    あり、工程（Ｄ）以前に粉末を金属帯片と接触させるこ
    とを特徴とする請求項第（７）項に記載の方法。
  10. （１０）工程（Ｂ）の熱処理を水素ガス及び解離アンモ
    ニアから成る群から選んだガス雰囲気で行なうことを特
    徴とする請求項第（１）項に記載の方法。
  11. （１１）工程（Ｈ）において、容器の押しつぶし及び容
    器と圧縮体との接触が行なわれるとともに、加熱加圧並
    びに圧力伝達容器を介して圧縮物の理論密度の９９．５
    ％を越える圧縮が行なわれることを特徴とする請求項第
    （１）項に記載の方法。
  12. （１２）請求項第（１）項に記載の方法によって製造し
    た高密度電気接点。
JP1085626A 1988-04-04 1989-04-04 高密度接点の形成方法 Pending JPH01301806A (ja)

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BR (1) BR8901550A (ja)
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