KR102058655B1 - 은 주석 산화물 또는 은 아연 산화물에 기반한 접점 재료의 제조방법 및 접점 재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은-주석 산화물 또는 은-아연 산화물에 기반한 접점 재료의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 주석 산화물 입자들 및/또는 아연 산화물 입자들은 은 이외의 금속의 분말과 혼합되고, 상기 혼합물은 금속 분말의 용융점 이상으로 가열되어 주석 산화물 입자들 및/또는 아연 산화물 입자들을 액상 금속으로 적시고, 혼합물을 산소 함유 분위기에 노출시켜 금속을 산화시키고, 그 후에 산화 단계에 의해 형성된 생성물을 은 기지에 분말로서 임배딩시킨다. 본 발명은 또한 대응하는 접점 재료에 관한 것이다.

Description

은 주석 산화물 또는 은 아연 산화물에 기반한 접점 재료의 제조방법 및 접점 재료
본 발명은 은-주석 산화물 또는 은-아연 산화물에 기반한 접점 재료(contact material)의 제조방법 및 대응하는 접점 재료에 관한 것이다. 은 주석 산화물에 기반한 접점 재료와 이들을 제조하는 방법은 예를 들어 DE 43 31 526 C2 및 DE 198 28 692 A1에 공지되어 있다.
전기 접점부는 스위칭시 형성되는 전기 아크에 의해 상당한 응력에 노출된다. 이 유형의 아크에 의해 접점부의 재료가 국소적으로 용융되고 부분적으로 기화되며; 이것은 번-오프(burn-off)로 알려져 있다. 접점 재료는 이러한 응력을 가능한 잘 영구적으로 견딜 수 있어야 한다.
은 주석 산화물에 기반한 접점 재료는 이 점에서 우수한 특성을 가지는데, 그 이유는 은 기지가 우수한 전기 및 열 전도성을 제공하는 반면에 주석 산화물 입자들은 번-오프를 감소시키기 때문이다. 그러나, 은 주석 산화물의 더 높은 열 저항성으로 인해, 은 주석 산화물은 아크의 작용 하에서 접점부 표면에 슬래그의 전도 층들을 불충분하게 형성하여, 연속 전류 조건하에서 불만족스러운 가열 거동을 야기하는 경향이 있다. 이러한 단점은 예를 들어 텅스텐, 몰리브데넘, 비스무트, 바나듐 및/또는 구리 산화물의 접점재료와 추가 금속 산화물을 혼합함으로써 해소될 수 있다. 이러한 추가재들은 접점 부분의 표면이 스위치 아크 작용 하에서 국소적으로 용융될 때 주석 산화물이 부유상태로 계속 미세하게 분산되어 있도록 주석 산화물 입자들을 적시는 것을 돕는다.
그러나, 이러한 추가재들이 취화를 유발하기 때문에 은 주석 산화물에 기반한 접점 재료들의 완전히 만족스럽지는 않게 된 소성 변형능(plastic deformability)이 더욱 악화된다. 이러한 현상은 비스무트 산화물 및 몰리브데넘 산화물에 특히 흔하다.
본 발명의 목적은 우수한 기계적 특성과 유리한 가열 거동 및 높은 번-오프 저항성을 보다 잘 조합한 접점 재료를 제조할 수 있는 방법을 나타내는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항에 열거된 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 추가 유리한 실시형태들은 종속 청구항의 대상이다.
본 발명에 따른 방법에서, 주석 산화물 및/또는 아연 산화물 분말을 은 이외의 원소 또는 합금일 수 있는 금속 분말, 예를 들어 비스무트 분말과 혼합한다. 그 다음 이 혼합물을 상기 금속 분말의 용융점 이상으로 가열하여 주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들을 액상 금속으로 적신다. 그 후 산소 함유 분위기, 예를 들어 공기의 작용에 의해, 주석 산화물 또는 금속 산화물 입자들을 적시고 있는 상기 금속이 산화된다. 이러한 방식으로, 주석 산화물 또는 아연 산화물 분말의 입자들과 매우 밀접하게 결합된 금속 산화물 입자들이 형성된다.
주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들은 본 발명에 따른 방법을 이용하여 액상 금속으로 코팅될 수 있다. 이 금속을 산화시킴으로써, 주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들은 금속 산화물로 코팅되고 그것과 아주 잘 결합된다. 주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들과 금속 산화물은 복합 산화물을 형성할 수 있다. 또한, 사용된 금속의 양은 주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들 전체가 완전히 코팅될 정도로 반드시 많을 필요는 없다.
용융 후 금속 분말로부터 형성된 금속 산화물이 주석 산화물 또는 아연 산화물과 매우 강하게 결합되기 때문에 금속 분말의 양은 적게 유지될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물의 질량은 주석 산화물 및/또는 아연 산화물의 질량의 10분의 1보다 적고, 약 2% 내지 5%일 수 있다.
특히 주석 및 아연 산화물 분말의 양에 대한 금속 분말의 양이 상대적으로 적은 경우에, 본 발명에 따른 방법을 적용하여 제조된 복합 산화물은 분말로서 직접 얻어질 수 있거나 또는 거의 노력없이 분말화될 수 있다. 이어서, 이 복합 산화물 분말은 예를 들어 복합 산화물 분말을 은 분말과 혼합하고 이어서 분말 혼합물을 소결시킴으로써 은 기지에 매립된다.
여기에서 은 기지는 예를 들어 순수 은으로 구성되거나, 다른 금속 추가재, 예를 들어 구리를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 금속성 은 기지는 85 중량% 보다 많은 은으로 구성된다.
금속 산화물을 제조하기 위해 본 발명에 따른 방법에 사용되는 금속 분말은 예를 들어 비스무트, 텅스텐, 몰리브데넘 및/또는 바나듐 분말일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 복합 산화물 분말은 추가 산화물 분말과 혼합될 수 있다.
본 발명의 유리한 추가 실시형태에서, 산화 단계는 고온(raised temperature)에서, 예를 들어 600℃이상에서, 특히 800℃이상에서 수행된다. 예를 들어 비스무트와 같은 많은 금속들은 실온에서 산화되지 않거나 단지 매우 느리게 산화된다.
본 발명의 다른 유리한 실시형태에서, 산화 단계에서 형성된 금속 산화물과 주석 산화물 또는 아연 산화물로부터 형성된 복합 산화물을 더 높은 온도에서, 예를 들어 1000℃이상에서 어닐링한다. 이러한 방식으로, 주석 산화물 또는 아연 산화물 입자들과 인접한 금속 산화물 입자들 사이의 경계에 혼합 산화물이 국소적으로 형성될 수 있고, 따라서 복합재는 더욱 개선된다.
예시적인 실시형태:
예를 들어 FSSS(Fisher Sub-Sieve Sizer)에 따라 7 μm 미만의 입자 크기를 갖는 주석 산화물 분말 100 중량부 및 비스무트 분말 5 중량부를 함께 혼합했다. 이어서, 이 분말 혼합물을 액체 비스무트가 주석 산화물 입자들을 적시도록 가열하였다. 가열은 진공 또는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 그 다음, 혼합물을 산소 함유 분위기, 예를 들어 공기에 노출시키고, 이어서 1000℃에서 1시간 동안 어닐링하여 비스무트를 산화시켰다. 산화가 완료된 후, 생성된 복합 산화물은 추가 가열 처리, 예를 들어 1100℃이상에서 1시간 이상동안 어닐링되었다.
이러한 방식으로 형성된 산화물 재료는 이어서 분쇄되고, 은 분말과 혼합되었다. 은 분말은 이어서 용융되고, 이러한 방식으로 산화물은 은 기지에 매립될 수 있다. 그러나, 산화물은 소결 및/또는 압출로 은 기지에 매립될 수도 있다. 본 발명에 따라 제조된 재료는 종래 제조된 재료들에 비해 더 가단성이 있고(malleable), 동등한 스위치 특성을 갖는다.

Claims (6)

  1. 은 주석 산화물 또는 은 아연 산화물에 기반한 접점 재료의 제조방법으로서,
    주석 산화물 입자들 또는 아연 산화물 입자들을 은 이외의 금속 분말과 혼합하여 혼합물을 형성하고,
    상기 혼합물을 상기 금속 분말의 용융점 이상으로 가열하여 액상 금속이 상기 주석 산화물 입자들 또는 아연 산화물 입자들을 적시게 하고,
    상기 혼합물을 산소 함유 분위기에 노출시켜 상기 금속을 산화시키고,
    그 후에 상기 산화 단계에서 형성된 생성물을 은 기지에 분말로서 매립시키는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 비스무트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화 단계는 적어도 600℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화 단계에서 형성된 생성물은 적어도 1000℃에서 열 처리되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 은 기지에 임배딩시키는 것은 은 분말과 혼합하고 이어서 은 분말을 소결시켜 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제조된 접점 재료.
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