KR100194504B1 - 은-금속 산화물 복합재료의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

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Description

은-금속 산화물 복합 재료의 제조방법
제1도는 은-산소 시스템의 온도 대 압력 상 도표를 도시한 것이다.
본 발명은 은-금속 산화물 복합 재료 및 이의 제조방법, 특히 전기 용접용 전극 재료 및 전기 접촉 재료로 적합한 은-금속 산화물 복합 재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
금속 산화물(예: 산화주석)을 은에 가하여 제조된 은-금속 산화물 복합 재료는 상당히 개선된 강도를 가지므로 교류 및 직류용 계전기, 스위치, 차단기 등의 전기 접촉 재료로서 사용되며, 특히 매질 부하용 전기 개폐 접촉 재료로서 적절히 사용된다.
은-금속 산화물 복합재료는 지금까지 산화될 하나 이상의 다른 금속을 함유하는 은 합금을 내부적으로 산화시키거나, 또는 은 분말 및 다른 금속 산화물의 분말을 야금으로 소결시키는 방법에 의해 제조되어 왔다.
상기 내부 산화에 따라, 은-기타 금속 고체 용액 합금을 상승된 산소의 분압하에서 그의 융점 이하로 가열하여 산소가 합금내로 확산됨으로써 산소에 대해 비교적 높은 친화성을 갖는 다른 금속이 은 매트릭스 내에 산화물의 미립자로서 침전 되도록 할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 제조된 복합 재료내에 수득된 산화물 함량이 원소 금속을 기준으로 약 4중량% 이하로 한정되며, 고체 용액 합금으로의 산소의 확산속도가 너무 낮아 복합 재료를 제조하는데 많은 시간이 소요되는 단점을 지닌다. 산화물 함량을 원소 금속 기준으로 약 4% 이상으로 증가시키거나 산소의 확산속도를 증가시키기 위해, 산화를 촉진시킬 수 있는 원소(예: In 및 Bi)를 내부 산화전에 가한다. 그럼에도 불구하고, 두꺼운(예: 2mm)합금의 내부 산화에 약 1개월이 소요된다.
더욱이, 내부 산화에 따라, 고체 용액 합금으로 확산된 산소량이 이미 산화된 표면으로부터의 층 두께의 제곱에 대해 반비례로 감소함으로써, 표면에 근접한 산화물 입자는 미세하고 조밀해지는 반면에, 소령의 큰 산화물 입자를 함유하는 합금 상(phase)은 중심내에 형성되는 것이 불가피하다. 결과적으로, 제조된 은-금속 산화물 복합 재료는 산화물 입자의 분포 및 이의 크기에 있어서 균일하지 않다. 입자 크기는 깊이에 따라 증가한다. 산화물 입자는 상술한 바와 같이 크기 및 분포에 있어 불균일하므로 수득된 복합 재료의 강도에 있어서의 개선이 제한되며, 따라서 추가의 개선이 요구되고 있다.
분말 야금에 따른 은-금속 산화물 복합 재료의 제조에서는, 우수한 내화성을 갖는 Sn, Cd, Zn 등의 산화물의 분말 및 은 분말을 은이 고체로 존재하는 온도에서 소결시킨다. 따라서, 은 상과 산화물 입자 사이에 강한 결합이 달성되지 않으며 그들 사이에 미세한 공간이 남게 된다. 출발 산화물의 결정 구조에 존재하는 또다른 결함은 회복되지 않는다. 결과적으로, 수득된 소결 생성물은 특히 고온에서 불량한 기계적 강도를 가지며, 이는 고온압출 또는 단조(forging)와 같은 후처리에 의해서 조차도 개선될 수 없다. 분말 야금에 의해 제조된 은-금속 산화물 복합 재료를 개선하기 위해, 저급 산화물을 형성하는 W, Mo 등의 첨가가 시도되나, 이는 수득되는 복합 재료가 전기 접촉물질로서 사용될 경우 접촉 저항을 증가시키며 침착되기 쉽게 만든다. 개선을 위해 MnO, CaO, ZrO 등의 첨가가 제안될 수 있지만, 이는 소결 특성을 손상시키고, 따라서 수득되는 소결 생성물의 기계적 강도를 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 특정 원소의 미립자가 은 매트릭스에 조밀하게 또는 공간없이 결합되어 은 매트릭스에 균일하게 분산된 은-금속 산화물 복합 재료, 및 비교적 단시간내에 상기한 복합 재료를 고수율로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 은-다른 금속 시스템의 내부 산화시에, 시스템을 액체상 및 고체상이 공존하는 상태로 위치시킴으로써 산소 확산 속도를 증가시킬 수 있으며, 형성된 산화물 입자가 은 매트릭스에 조밀하게 또는 공간없이 결합되어 은 매트릭스 내에 균일하게 분산된 은-금속 산화물 복합 재료를 수득할 수 있음을 밝혀내었다.
은-금속 산화물 복합 재료
따라서, 본 발명은 은 매트릭스, (a) Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준), 및 임의로, (b) Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준) 및/또는 (c) Sb, Bi 및 철족 금속(예: Fe, Ni 및 Co) 으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준)를 포함하며; 여기서 (a) 원소의 산화물, 및 경우에 따라 (b) 원소의 산화물 및/또는 (c) 원소의 산화물이 입자크기가 약 0.1㎛ 이하인 미립자 형태로 은 매트릭스에 이의 표면으로부터 중심까지 균일하게 분산되어 산화물과 은 매트릭스 사이에 공간없이 은 매트릭스에 결합된, 은-금속 산화물 복합 재료를 제공한다.
본 발명의 은-금속 산화물 복합 재료에서, 매트릭스 내에 분산된 산화물 입자는 통산 경질의 조밀한 결정 구조를 갖는다.
본 발명의 은-금속 산화물 복합 재료에서는 내부 산화에 의해 제조되는 선행 기술의 복합 재료와는 달리, 산화물이 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 미립자 형태로 은 매트릭스에 이의 표면으로부터 중심까지 균일하게 분산되어 은 매트릭스에 조밀하게 또는 공간없이 결합되므로, 복합 재료는 특히 고온에서의 물리적 및 화학적 강도가 탁월하다. 내부 산화에 의해서는 원소 금속 기준으로 단지 약 4중량% 이하의 산화물이 복합 재료에 혼합될 수 있음에도 불구하고, 본 발명의 복합 재료는 산화물을 거의 무제한량으로, 그러나 실직적으로는 원소 금속을 기준으로 50중량% 이하, 바람직하게는 36 중량% 이하로 함유할 수 있으므로 강도가 추가로 개선된다.
또한 통산의 내부 산화는 산화의 완결을 위해 많은 시간을 필요로 하며, 이에 의해서는 특히 난점을 지닌 두꺼운 벽의 복합 재료가 제조될 수 있지만, 반대로 후술하는 본 발명의 방법에 의해서는 현저히 짧은 시간내에도 고수율로 심지어 두꺼운 벽을 갖는 형태 또는 벌크 블록의 형태로도 상기 복합 재료를 제조할 수 있다. 본 발명의 복합 재료가 (a) 원소의 산화물 이외에, (b) 원소의 산화물 및/ 또는 (c) 원소의 산화물을 함유하는 경우, 이러한 산화물은 통상 배합 산화물 (또는 혼합 산화물)의 형태로 존재한다.
본 발명의 복합 재료는 고온에서의 강도가 우수하고, 교류 및 직류용 계전기, 스위치, 차단기 등의 전기 접촉 재료로서 유용하다. 특히, 복합 재료의 내화성을 증진시키는 (b) 원소의 산화물을 함유하는 복합 재료는 예를 들어 전기 용접용 전극 재료로서 적합하다. (c) 원소의 금속은 하기한 바와 같은 제조방법에서 산화될 원소들의 산화를 촉진시키는데 작용하여 (a) 원소 및 경우에 따라 (c) 원소의 함께 혼합 산화물을 형성함으로써 낮은 전류 영역에서의 접촉 저항을 효과적으로 안정화 시킨다.
상술한 복합 재료는 산화물을 총 50 중량% 이하, 바람직하게는 36 중량% 이하로 함유할 수 있다. 산화물의 양이 너무 많으면 재료의 전기 전도성을 손상시킬 수 있다.
본 발명의 복합 재료는 여러 가지 양태를 포함한다. 어떤 양태에 있어서도, (a) 원소의 산화물 및, 임의로, (b) 원소의 산화물 및/또는 (c) 원소의 산화물이 은 매트릭스중에 상술한 상태로 균일하게 분산되다.
복합 재료의 제 1 양태에 있어서, 복합 재료는 필수적으로 은 매트릭스 및 (a) 원소의 산화물 1 내지 20중량%(원소 금속 기준)로 이루어진다.
복합 재료의 제 2 양태에 있어서 복합 재료는 필수적으로 은 매트릭스, (a) Sn, Cd, Zn 및 In 으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소이 산화물 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준) 및 (b) Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준)로 이루어지며, (a) 및 (b)의 산화물은 배합 산화물을 형성한다.
복합 재료의 제 3 양태에 있어서, 복합 재료는 필수적으로 은 매트릭스, (a) Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준), (c) Sb, Bi 및 철족 금속으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준)로 이루어지며, (a) 및 (c)의 산화물은 배합 산화물을 형성한다.
복합 재료의 제 4 양태에 있어서, 복합 재료는 필수적으로 은 매트릭스, (a) Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준), (b) Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준) 및 (c) Sb, Bi 및 철족 금속으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준)으로 이루어지고, (a), (b) 및 (c) 원소의 산화물은 배합 산화물을 형성한다.
상술한 제 2 내지 제 4 양태에서, 형성된 배합 산화물은 입자 직경이 약 0.1㎛ 이하인 미립자 형태로 은 매트릭스에 이의 표면으로부터 중심까지 균일하게 분산되어, 음 매트릭스에 조밀하게 또는 입자와 매트릭스 사이에 공간없이 결합된다.
은- 금속 산화물 복합 재료를 제조하는 방법
본 발명의 방법에 따라, 은 및 (a) 원소 및, 임의로, (b) 원소 및/또는 (c) 원소를 함유하는 출발 물질을 액체상 및 고체상이 공존하는 상태로 위치시킨다. 이러한 상태에서, 시스템의 일부는 액체상으로 존재하여 산소가 운반되는 좋은 통로로서 작용한다. 따라서 통상적인 내부 산화와 비교하여 현저하게 신속한 산소의 확산이 달성되어 산화가 비교적 단시간내에 표면으로부터 중심까지 균일하게 진행된다.
따라서, 본 발명의 은-금속 산화물 복합 재료는
(A) 산소의 분압을 상승시키고, 그 안에서 은, (a) 금속 및/ 또는 산화물 상태인, Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준), 및 임의로, (b) 금속 및/또는 산화물 상태인, Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준) 및/또는 (c) 금속 및/또는 산화물 상태인, Sb, Bi 및 철족 금속(예: Fe, Ni 및 Co)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소의 산화물 0.01 내지 8 중량% (원소 금속 기준)를 포함하는 혼합물을 가열하여, 혼합물을 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 만들어서, 이에 의해 금속 상태의 (a) 원소, 및 경우에 따라 금속 상태의 (b) 원소 및/또는 (c) 원소를 산화물로서 침전시키고;
(B) 산소의 분압을 강하시키고 혼합물을 냉각시키는 단계를 특징으로 하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
단계 (A)에서 출발 물질로서 사용되는 혼합물은 예를 들어, 은, (a) 원소 및, 임의로, 필요에 따라 첨가되는 (b) 원소 및/또는 (c) 원소의 분말 야금에 의해 생성된 합금 또는 소결 생성물 형태일 수 있다. (b) 원소는 산소에 대해 높은 친화성을 가지며, 미세한 산화물 입자를 효과적으로 침전시켜 복합 재료의 내화성을 개선시키는데 기여한다. (a) 원소는 비교적 소량으로 함유하나 (b) 원소를 비교적 다량으로 함유하는 출발물질은 일반적으로 산화되기 어렵지만, 본 발명의 방법은 이러한 출발물질의 산화를 용이하게 진행시켜서 전기 용접용 전극 재료로서 적합한 우수한 내화성을 갖는 복합 재료를 생성기킨다. (c) 원소는 산화를 촉진시키는데 효과적이다.
출발 혼합물로서 사용될 수 있는 소결 생성물에는 예를 들어, 은 분말, 및 은, (a) 원소 및, 임의로, (b) 원소 및/또는 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 소결 생성물이 포함된다.
출발 혼합물로서 사용될 수 있는 소결 생성물에는 또한 은 분말, 및 (a) 원소, (b) 원소 및/또는 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 소결 생성물이 포함된다.
바람직하게는, 상기 방법을 실행함에 있어서, 합금 또는 소결 생성물인 혼합물을 은으로 또는 은 이외의 다른 금속 성분을 1 중량% 미만의 소량으로 함유하는 은-기본 합금으로 피복시킨다. 이와 같이 피복하는 이유는, 높은 산소 분압을 (a) 원소 5 내지 20 중량%를 함유하는 은 혼합물에 적용시킬 경우, SnO2와 같은 산화물이 표면층에 축적되어 산소가 혼합물 내부로 투과 또는 침투하는 것을 방해할 수도 있기 때문이다. 이와 같은 방해를 막기 위해서는, 산소 분압을 목적하는 값까지 서서히 증가시켜야 하며, 결국 산화 처리에 긴 시간의 소요가 불가피하다. 그러나, 혼합물을 상기 기술한 바와 같이 미리 피복할 경우, 표면층에서의 산화물 축적을 방지할 수 있고, 따라서 처음부터 목적하는 산소 분압을 사용하여 처리를 개시할 수 있다. 이는 단시간내에 산화를 완결시킴에 있어 유리하다.
상기 방법에서, 출발 혼합물로서 1 내지 20 중량%의 (a) 원소 및 나머지 은으로 필수적으로 이루어진 은 혼합물을 사용하면 제 1 양태의 복합 재료가 생성된다.
상기 방법에서, 출발 혼합물로서 1 내지 20 중량%의 (a) 원소, 및 0.01 내지 8 중량%의 (b) 원소 및 나머지 은으로 필수적으로 이루어진 은 혼합물을 사용하면 제 2 양태의 복합 재료가 생성된다. 시스템을 액체상과 고체상이 공존하는 상태에서 위치시킬 경우, (a) 및 (b) 금속 전체가 산화물로서 침전될 때까지 산화 반응이 진행된다.
상기 방법에서, 출발 혼합물로서 1 내지 20 중량%의 (a) 원소, 및 0.01 내지 8 중량%의 (c) 원소 및 나머지 은으로 필수적으로 이루어진 은 혼합물을 사용하면 제 3 양태의 복합 재료가 생성된다. 시스템을 액체상과 고체상이 공존하는 상태에서 위치시킬 경우, (a) 및 (c) 금속 전체가 산화물로서 침전될 때까지 산화 반응이 진행된다.
또한, 상기 방법에서, 출발 혼합물로서 1 내지 20 중량%의 (a) 원소, 및 0.01 내지 8 중량%의 (b) 원소, 0.01 내지 8 중량%의 (c) 원소 및 나머지 은으로 필수적으로 이루어진 은 혼합물을 사용하면 제 4 양태의 복합 재료가 생성된다. 시스템을 액체상과 고체상이 공존하는 상태에서 위치시킬 경우, (a), (b) 및 (c) 금속 전체가 산화물로서 침전될 때까지 산화 반응이 진행된다.
본 발명의 방법에서, 단계 (A)에서 사용된 출발 혼합물 중에 함유된 (a) 원소 및. 임의로, (b) 원소 및/또는 (c) 원소 각각의 일부 또는 전체는 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 산화물의 입자로서 존재할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법은, 추가의 양태로서, 단계(A)에서 사용된 출발 혼합물이 은 분말, 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 (a) 원소의 산화물 분말 및, 임의로 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 (b) 원소의 산화물 분말 및/또는 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 (c) 원소의 산화물 분말로부터 제조된 소결 생성물인 양태를 포함한다.
이러한 양태의 경우, 은 매트릭스중에 분산될 (a) 원소의 산화물, 및 임의로, (b) 원소 및/또는 (c) 원소의 산화물은 입자 크기가 약 0.1㎛ 이하인 산화물 분말 형태로 미리 제공된다. 소결 생성물을 시스템의 일부가 액체상이 되는 조건하에 위치시킬 경우, 은 입자 및 산화물 입자 중에 또는 주위에 존재할 수 있는 미세한 공간은 액체상으로 충전되어 공간이 없는 조밀하거나 빽빽한 구조가 달성된다. 따라서, 수득된 복합 재료의 강도가 개선된다.
방법의 양태에 있어서, 은 분말 및 (a) 원소의 산화물 분말 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준)로부터 제조된 소결 생성물을 사용하면 제 1 양태의 복합 재료가 수득된다.
방법의 양태에 있어서, 은 분말 및 (a) 원소의 산화물 분말 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준) 및 (b) 원소의 산화물 분말 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준)으로부터 제조된 소결 생성물을 사용하면 제 2 양태의 복합 재료가 수득된다.
방법의 양태에 있어서, 은 분말 및 (a) 원소의 산화물 분말 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준) 및 (c) 원소의 산화물 분말 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준)으로부터 제조된 소결 생성물을 사용하면 제 3 양태의 복합 재료가 수득된다.
방법의 양태에 있어서, 은 분말 및 (a) 원소의 산화물 분말 1 내지 20 중량%(원소 금속 기준) 및 (b) 원소의 산화물 분말 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준) 및 (c) 원소의 산화물 분말 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준)으로부터 제조된 소결 생성물을 사용하면 제 4 양태의 복합 재료가 수득된다.
제1도는 은-산소 시스템의 온도 대 압력 상 도표를 나타낸다. 본 발명의 방법의 출발 혼합물이 금속 상태의 (a) 원소 및. 임의로, (b) 원소 및/또는 (c) 원소를 함유하는 경우, 상 도표는 어느정도 변화하게 된다. 그러나, 제1도의 상 도표는 본 발명의 방법을 이해하는데 도움이 될 것이다. 출발 혼합물을 액체상 및 고체상이 공존하는 상태(도면에서 α+L로서 표시된 영역)에 위치시킬 경우, 산소의 시스템으로의 투과 또는 침투는 음이 부분적으로 액체상의 형태이기 때문에 외부산소압에 의해 쉽게 발생할 수 있다. 산소의 확산 속도는 통산적인 내부 산화로 산소가 고체 용액으로 확산되는 경우에 비해 현저하게 크다. 산소가 액체상을 통해 운반되므로, (a) 원소, (b) 원소 및/또는 (c) 원소는 경우에 따라 원소 금속 형태인 산화된 원소이다. 산화는 시스템 표면으로부터 진행된다. 예를 들어, 주석이 존재하는 경우, 주석은 은- 주석 용액으로부터 산화되어 산화가 진행됨에 따라 미세한 주석 산화문(SnO2) 입자로서 침전되며, 순수한 은상이 남게 된다. 예측컨대, 이러한 반응은 표면으로부터 중심쪽으로 연속적으로 진행되며, 최종적으로 미세한 주석 산화물 입자가 시스템을 통해 균일하게 분산된 상태가 수득된다.
온도 대 압력 상 도표는 (a) 원소, (b) 원소 및/또는 (c) 원소의 존재 또는 부재 및 이의 함량에 따라 다르며, 액체상이 존재하는 산소의 분압 및 온도는 일반적으로 특정화할 수 없다. 그러나, 온도 및 압력을 특정 출발 혼합물에 대해 상승 시킬 경우, 시스템이 고체상만이 존재하는 상태에서 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 이동하기 때문에, 이러한 상태는 어떠한 시스템에 대해서도 본 기술 분야의 숙련가가 알아내기 쉽다. 심지어 시스템의 일부가 액화될 경우, 산소의 확산속도는 크게 증가한다. 그러므로, 액체상이 존재하는 한, 비교적 저압 및 저온이면 충분하고 이러한 비교적 온화한 조건은 에너지 소모의 관점에서 유리하다. 고체상 및 액체상이 상 도표에서 광범위한 영역에서 공존하더라도(특히, 특정 온도 범위에 대해 산소 분압에 대한 상한이 없다), 두 상이 350℃ 내지 830℃의 온도 범위 및 100 내지 450 기압의 산소 분압 범위에서 공존하는 상태를 밝혀냄으로써 본 발명의 방법을 수행하는 것이 실용적이다.
출발 혼합물을 목적 온도 및 압력 상태로 만드는 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 온도를 목적치로 우선 조정하고, 이어서 산소 분압을 목적치로 조절하여 시스템이 α영역으로부터 α+L 영역으로 이동하도록 함으로써 수행할 수 있다. 또는, 산소 분압을 목적치로 우선 증가시키고 이어서 온도를 목적치에 가까우나 α+Ag2O 영역에 있는 온도로 상승시켜서 시스템을 잠시 유지시킨 다음, 목적 온도로 가열하여 시스템이 α+Ag2O 영역으로부터 α+L 영역으로 점차 이동하도록 함으로써 수행할 수 있다.
[실시예]
본 발명을 실시예 및 비교 실시예를 참조로 상세히 기술한다.
[실시예 1 내지 12]
각각의 실시예의 시험 견본을 하기 방법중 하나로 제조한다. 각각의 실시예의 시험 견본의 조성 및 제조방법을 표 1에 기재한다.
-방법 A: 예정량의 기타 금속을 함유하고 두께가 1/10인 순수한 은 층으로 피복된 은 합금을 통산의 고온 롤링 방법에 의해 두께가 1mm인 쉬이트로 롤링시키고, 이어서 절단하여 직경이 4.5mm이고 두께가 1mm인 디스크를 생성시킨다. 배럴 은 도금법(barrel silver plating method)에 의해 디스크의 전표면상에 두께 3㎛로 은 도금하여 시험 견본을 제조한다.
-방법 B: 예정량의 기타 금속을 함유하는 은 합금의 용융물을 탄소판 주형상에 제공된 직경이 4.5mm이고 깊이가 1.0mm인 구멍에서 주조한 후, 금속성 주형으로 냉각시켜 직경이 4.5mm이고 두께가 1mm인 디스크를 생성시킨다. 배럴 은 도금법에 의해 디스크의 전표면상에 두께 3㎛로 은 도금하여 시험 견본을 제조한다.
-방법 C: 고비율의 주석을 함유하는 은 합금의 용융물을 질소 가스내로 분무시켜 합금 분말을 형성시킨다. 수득된 은-주석 합금 분말을 예정된 비율로 은분말과 혼합한 후, 진동 분쇄기로 분쇄시킨다. 생성된 혼합 분말을 1ton의 압력하 성형시켜 직경이 4.5mm이고 두께가 1.1mm인 디스크를 형성시킨다. 수득된 압분 성형체를 750℃에서 1시간 동안 질소대기중에 유지시켜 예비 소결시킨 후 재성형시켜 직경이 4.5mm이고 두깨자 1.0mm인 시험 견본을 제조한다.
-방법 D: 고비율의 주석을 함유하는 금속간 화합물의 용융물을 질소 가스내로 분무시켜 분말을 형성시킨다. 수득된 분말을 예정량의 주석 및 기타 금속을 함유하도록 은 분말과 혼합한 후 진동 분쇄기로 분쇄시킨다. 생성된 혼합 분말을 방법 C의 동일한 방법으로 성형시키고 예비 소결시킨 다음, 재성형시켜 시험 견본을 제조한다.
-방법 E: 은 분말, 주석 산화물 분말, 및 필요한 경우 하나 이상의 기타 금속의 산화물 분말을 원소 금속 기준으로 예정량의 성분을 각각 함유하도록 혼합한 후 진동 분쇄시킨다. 생성된 혼합 분말을 방법 C와 동일한 방법으로 성형시키고 임시 소결시킨 다음, 재성형시켜 시험 견본을 제조한다.
실시예 1 내지 12의 시험 견본을 내열성 스테인레스강으로 제조된 내열성 용기에 넣고, 이를 이어서 용접 밀폐한다. 시험 견본을 산소 스트림하에 480℃ 이하로 가열하고, 이어서 산소 분압을 점차적으로 414기압으로 증가시키며, 여기에서 시험견본을 8시간 동안 유지시킨다. 이어서, 시험 견본을 510℃ 및 500기압에서 10분간 유지시킨다. 이후, 압력을 강하시키고 냉각을 점차로 수행한다.
이렇게 처리된 시험 견본을 절단하고 관찰하여, 형성된 산화물 입자가 견본과 매트릭스간에 공간이 없이 견본에 걸쳐서 균일하게 분산되었음을 밝혀낸다.
[실시예 13 및 14]
실시예 13 및 14의 시험 견본을 상기 방법 A에 의해 제조한다. 시험 견본의 조성은 표 1에 제시되어 있다. 이들 시험 견본을 700℃ 및 산소 분압 200기압에서 12시간 동안 유지시킨다. 이어서, 압력을 350기압으로 상승시키고, 이 압력에서 10분 동안 유지시킨 다음, 1기압으로 낮추고, 냉각시킨다.
[비교 실시예 1 및 2]
각각 실시예 13 및 14와 동일한 방법으로 제조한 비교 실시예 1 및 2의 시험 견본을 700℃ 및 산소 분압 30기압의 조건하에 5시간 동안 유지시킨다. 산화는 표면으로부터 0.1mm이하의 깊이에서 멈추는 것으로 인식된다. 그러므로, 완전한 산화는 불가능하다고 여겨진다.
상기 실시예 1 내지 14에서 기술한 바와 같이 처리된 시험 견본에 대해 경도 및 전기 전도도를 측정한다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
또한, 실시예 1 내지 14의 각각의 시험 견본을 하기 전기 시험을 수행하기 위해 Ag-15%, In-13%, Sn(중량에 의함)의 조성을 갖는 은납을 사용하여 접촉-지지체합금에 납땜한다.
1) 개폐 시험:
개폐시험은 ASTM 시험기를 사용하여 과부하 조건하에 수행한다. 즉, 시험은 교류 전압 200V, 전류 50A, 역률 0.28, 개폐 빈도수 60/분, 접촉하중 400gf./세트, 파단력 600gf. 및 개폐수 30,000의 조건하에 수행하며, 단, 비정상적인 소모나 침전이 있을 경우 시험을 중단한다. 접촉물로서 사용된 시험 견본의 소모량을 측정하고, 시험된 견본의 표면 상태를 육안으로 관찰한다.
2) 접촉-용접 시험
접촉물이 침착에 내성을 갖는 전류의 최대값을 하전성 콘덴서의 방전을 사용하여 전류를 생성시킴으로써 측정한다. 콘덴서에 의해 방전된 전류의 피크값은 시간당 500A로 연속적으로 증가한다. 침착은 접촉압이 500gf./세트를 초과하고 접촉 파단력이 1500gf.를 초과할 경우 발생한다. 결과는 표 2에 제시되어 있다.

Claims (23)

  1. (A) 은, 및 (a) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소 1 내지 20중량%(원소 금속 기준)를 포함하는 혼합물을 형성시키고, (B) 산소의 분압을 약 100내지 450기압으로 상승시키면서, 혼합물을 약 350 내지 830℃로 가열하여 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 만들고, 이에 의해 금속 상태의 (a) 원소를 산화물로서 침전시키고, (C) 산소의 분압을 강하시키고, 혼합물을 냉각시키는 단계를 특징으로 하여, 은-금속 산화물 복합 재료를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 및 (a) 원소로 이루어진 합금을 포함하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 및 (a) 원소로 이루어진 소결 생성물을 포함하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 은 및 (a) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 분말 및 (a) 원소의 산화물의 분말로부터 제조된 소결 생성물을 포함하는 방법.
  6. (A) 은, 및 (a) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 1 내지 20중량%(원소 금속 기준) 및 (b) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 0.01 내지 8중량%(원소 금속 기준)를 포함하는 혼합물을 형성시키고, (B) 산소의 분압을 약 100내지 450기압으로 상승시키면서, 혼합물을 약 350 내지 830℃로 가열하여 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 만들고, 이에 의해 금속 상태의 (a) 원소 및 금속 상태의 (b) 원소를 산화물로서 침전시키고, (C) 산소의 분압을 강하시키고, 혼합물을 냉각시키는 단계를 특징으로 하여, 은-금속 산화물 복합 재료를 제조하는 방법.
  7. (A) 은, 및 (a) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 1 내지 20중량%(원소 금속 기준) 및 (c) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sb, Bi 및 철족 금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 0.01 내지 8중량%(원소 금속 기준)를 포함하는 혼합물을 형성시키고, (B) 산소의 분압을 약 100내지 450기압으로 상승시키면서, 혼합물을 약 350 내지 830℃로 가열하여 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 만들고, 이에 의해 금속 상태의 (a) 원소 및 금속 상태의 (c) 원소를 산화물로서 침전시키고, (C) 산소의 분압을 강하시키고, 혼합물을 냉각시키는 단계를 특징으로 하여, 은-금속 산화물 복합 재료를 제조하는 방법.
  8. (A) 은, 및 (a) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sn, Cd, Zn 및 In으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 1 내지 20중량%(원소 금속 기준) 및 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Mg, Zr, Ca, Al, Ce, Cr, Mn 및 Ti 으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 원소 0.01 내지 8중량%(원소 금속 기준) 및 (c) 금속, 산화물 또는 이들 둘 다의 상태인, Sb, Bi 및 철족 금속으로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 이상의 원소 0.01 내지 8 중량%(원소 금속 기준)를 포함하는 혼합물을 형성시키고, (B) 산소의 분압을 약 100내지 450기압으로 상승시키면서, 혼합물을 약 350 내지 830℃로 가열하여 고체상 및 액체상이 공존하는 상태로 만들고, 이에 의해 금속 상태의 (a) 원소, 금속 상태의 (b) 원소 및 금속 상태의 (c) 원소를 산화물로서 침전시키고, (C) 산소의 분압을 강하시키고, 혼합물을 냉각시키는 단계를 특징으로 하여, 은-금속 산화물 복합 재료를 제조하는 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소 및 (b) 원소로 이루어진 합금을 포함하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소 및 (c) 원소로 이루어진 합금을 포함하는 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소, (b) 원소 및 (c) 원소로 이루어진 합금을 포함하는 방법.
  12. 제 6항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소 및 (b) 원소로 이루어진 소결 생성물을 포함하는 방법.
  13. 제 7항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소 및 (c) 원소로 이루어진 소결 생성물을 포함하는 방법.
  14. 제 8항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은, (a) 원소, (b) 원소 및 (c) 원소로 이루어진 소결 생성물을 포함하는 방법.
  15. 제 12항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 은, (a) 원소 및 (b) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  16. 제 13항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 은, (a) 원소 및 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 은, (a) 원소, (b) 원소 및 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  18. 제 12항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 (a) 원소 및 (b) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  19. 제 13항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 (a) 원소 및 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  20. 제 14항에 있어서, 소결 생성물이 은 분말, 및 (a) 원소, (b) 원소 및 (c) 원소의 합금의 분말로부터 제조된 방법.
  21. 제 6항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 분말, (a) 원소의 산화물의 분말 및 (b) 원소의 산화물의 분말로부터 제조된 소결 생성물을 포함하는 방법.
  22. 제 7항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 분말, (a) 원소의 산화물의 분말 및 (c) 원소의 산화물의 분말로부터 제조된 소결 생성물을 포함하는 방법.
  23. 제 8항에 있어서, 단계(A)에서 사용된 혼합물이 은 분말, (a) 원소의 산화물의 분말, (b) 원소의 산화물의 분말 및 (c) 원소의 산화물의 분말로부터 제조된 소결 생성물을 포함하는 방법.
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