TW460595B - Sintering material on the basis of silver-tin oxide for electrical contacts and process for its manufacture - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6059 g A7 _______B7___ 五、發明說明（1 ) 本發明係關於一種藉粉末冶金法在銀-錫氧化物底質 上添加氧化銦和氧化鉍製得之用於電觸點的燒結材料，此 燒結材料可用以將設定電流調整於2 0和1 0 〇安培之間 ’本發明亦係關於其製法。 已經證實銀/金屬和銀/金屬氧化物複合材料可用以 製造低電壓開關裝置。最常用的銀/金屣複合材料是銀/ 鎳’主要是應用在電流相當低的應用上。在高電流的情況 中’直到近幾年前最常用的是銀-鎘氧化物。但是，因爲 環境污染的問題，所以越來越希望能夠以他種氧化物來代 替氧化鎘。同時，在許多應用上，可以使用氧化錫來代替 氧化鎘。 因爲氧化錫的熱穩定性离'所以銀一錫氧化物複合材 料的燒失（burn~off)速率比銀—I®氧化物低得多，這使 得開關裝置的操作壽命變長。Ag S n 02的缺點在於它 會形成覆層’因此會使開關裝覃有較大的熱效應。使用某 些添加物（如：W〇3或Mo〇3 )可以克服此問題。已 經證實：在開關裝置須忍受的熱載量高時，這.些材料非常 有用。已經證實含有這些添加物的A g s η 02雖然在開 關電流較低的情況下之操作壽命較短，但是，這些材料在 將開關裝置的設定電流控制在超過1 〇_〇安培及所II的 A C 4的情況下特別有用。

Ag S n 02W03/M〇 03材料利用粉末冶金法藉 壓出技術製得。以粉末冶金屬製造的優點在於可以便用各 種類型和各種量的添加物°因此可以視材料所欲的特;別，性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ----- -4 - <諝先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -------—訂-----I--I 岭. 46059 5 A7 -- - B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（2 ) 質（如·焊接強度或加熱程度）而作最適當的選擇。此外 ’粉末冶金法與壓出技術併用使得吾等能夠以特別經濟的 式製造接觸元件》 內部氧化的A g S η 02/ I n2〇3材料亦有其用途 。此材料（述於DE — OS 2 4 2 8 147)除了 5_1 0%的Sn02以上，尙含有1__6%的1 n2〇3 。但是，內部氧化的材料有著添加物須視材料的氧化動力 情況而選擇的缺點。因爲氧化動力學的緣故，所以想要選 擇性地改變所用的氧化物添加物濃度來影響特定的開關性 質通常是不可能的。但是’此A g S n 〇2 / I n2〇3的 缺點在於它在開關時會使得溫度過高。 在DE_〇S 27 54 335中，描述一種除 了銀以外尙含有1. 6至6. 5%的Bi2〇3和〇. 1至 7 . 5%的S η 〇2的接觸材料。此材料可藉內部氧化法 及粉末冶金法製得。但是，B i 2〇3的含量過高使得它具 有脆性’只能單獨燒結，因此無法利用較經濟的壓出技術 〇 US-PS 4，680，162提出一種內部氧化 的AgSn02材料，其錫含量超過4. 5%，另含有 0. 1 — 5%的銦和〇. 0 1 — 5%的鉍。以金屬—合金 粉末經過壓縮後進行內部氧化處理。利用這些添加物，可 以避免內部氧化作用常會遭遇到的不均勻氧化物沉澱情況 的發生。但是，此材料無法有最佳的接觸性質表現》 1 9 8 8年6月20-24日於巴黎進行的第1 4屆 (請先閱婧背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6059 5 A7 ___B7_____五、發明說明（3 ) 電觸點國際研討會所發表的文獻第4 0 5 — 4 〇 9頁中， '銀-錫-氧化物接觸材料的開關作用之研究（ Investigation into the Switching Behaviour of new 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Si 1 ver-Tin-Oxide Contact 氧 化 物 製 得 並 藉 粉 末 冶 金 法 製 得 的 此 物 中 含 兩 種 其 他 的 、 氧 化 鉬 和 氧 化 鶴 1 此 文 獻 成 有 關 的 事 項 0 U S — P S 4 Ϊ 6 9 含 0 5 一 1 2 % 錫 0 - 1 5 鉍 之 內 部 氧 化 材 料 之 很 高 Q 利用 粉 末 混 合 、 冷 均 壓 法 在 銀 — 錫 氧 化 物 底 質 上 製 方 法 已 由 如 S D E — 〇 S — 0 S 4 3 3 1 5 2 由 U S — P S 4 > 1 由 混 合 的 氧 化 物 粉 末 製 得 含 〇 此 外 在 D E — P S 2 化 物 粉 末 於 9 0 0 — 1 6 0 因 爲 A g C d 0 材 料 的 A g S η 0 2 材 料 所 無 法 達 安 培 的 中 等 設 定 電 流 範 圍 內 無法完全代替有毒的A g C

Materials) 提到由銀一錫 製造的電觸點之開關行爲，所 氧化物，選自氧化鉍、氧化銅 中未提及與這些材料之確實組 5，3 3 0提出一種用以製造 5—15%銦和0. 01— 特別的方法。但是此方法成本 、燒結及壓出法•藉粉末冶金 造接觸材料時而形成半成品的 43 19 137 和 DE 6得知》 4 1 ’ 7 2 7，已經知道可以 銀、鉍-錫氧化物的接觸材料 9 52 128中，錫一氧 0°C下退火之後與銀粉混合。 開關壽命是目前已知的 到的，所以，在2 0至1 0 0 ，已知的AgSn02材料都 d 0材料。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝！|訂·！-崎 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 6 4 6 0 59 5 A7 ___ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（4 ) 因此’本發明的目的是要發展出一種用於電觸點之由 粉未冶金法，以添加氧化銦或氧化鉍的方式在銀—錫氧化 物底質上製得的燒結材料，在開關設定電流介於2 〇和 1 〇 0安培之間及開關裝置爲AC 3載量時，該材料的焊 接趨勢小且過溫（excess temperature)低，操作壽命與 銀-鎘氧化物類似。此外’提出一種經濟之製造該燒結材 料的方法，並進一步地改良此材料。 由3. 2至19. 9重量％的氧化錫、各〇. 〇5至 〇. 4重量％的氧化銦及氧化鉍’餘者爲銀所構成的該材 料能夠達成本發明之目的。 在設定電流範圍爲2 0至1 0 0安培時，此材料的操 作壽命極佳，過溫明顯低於1 〇 〇°C » 製造此材料時’混合追些粉未’冷均壓此粉末混合物 ’於5 0 0至9 4 0°C的溫度下燒結，壓出以形成線或形 狀，所用的氧化錫粉末在與銀粉及他種氧化物粉末混合之 前有超過6 0重量％之粒徑大於1微米，將可使材料具有 特別佳的性質。 已經證實：使氧化鉍在與銀粉及氧化銦粉末混合之前 ’先與氧化錫粉末混合而形成超過6 0重量％的粒徑大於 1微米之混合的氧化物粉末B i 2S n2〇7 ，是特別有用 的方法。 因爲所購得的氧化錫通常是7 0重量％以上之粒徑小 於1微米者*所以必須要將這些粉末作成粗粒。最好是使 氧化錫粉末單獨或氧化鉍粉末一起於7 0 0至1 4 0 0°C (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐〉 A7 460595 ___B7_____ 五、發明說明（5 ) 的溫度下退火直到6 0重量％的氧化錫或混合的氧化物粉 末之粒徑大於1微米爲止》 (請先W讀背面之注f項再填寫本頁) 使用粗粒化的氧化物粉末，在將加壓的顆粒燒結之後 1製得比由所購得的氧化物顆粒所製得者不易碎裂且因此 可較易變形的材料。 下面的實例用以更進一步地說明本發明： 1.組成爲 Ag 90、SnO2 9. 4' Ιη203 〇 4 ' B i 2 Ο 3 0. 2的材料之製法如下。購得 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 的S η 〇2粉末（有8 2%的顆粒粒徑小於1微米） 於1 000 °C退火20小時，使得Sn02粉末之粒 徑小於1微米的比例降至2 5%。這些粉末與 I n2〇3和B i 2〇3粉末及Ag粉末混合，其中每一 者的粒徑都小於6 3微米。以冷均壓對此混合物施壓 而形成粗胚，於7 5 0 °C燒結2小時。對此粗胚加壓 而使其成型。在市售之設定電流約5 〇安培的開關裝 置上’此材料的操作壽命爲2百萬次開關循環。此操 作壽命顯然比已知的A g S η 〇 2材料來.得長。過溫 沒有臨界值，平均上來說，明顯低於1 〇 〇〇c ^ 2_依據實例1製得組成爲Ag 8 8 > S η Ο 2 11. 4 · 1 η 2 0 3 〇 3 ' B i 2 〇 3 0.3 的 材料。在市售之設定電流約5 〇安培的開關裝置上， 此材料的操作壽命爲2百萬次開關循環。此操作壽命 顯然比已知的AgSn〇2材料來得長β過溫沒有臨 界值，平均上來說，明顯低於1 0 ， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 460595 ----B7_ 玉、發明說明（6 ) 3. 組成爲 Ag 88、Sn02 11. 4、Ιη203 0. 3 ' B i 2 〇 3 〇. 3的材料之製法如下"購得 的S η 02粉未（有8 2%的顆粒粒徑小於1微米） 與B i2〇3粉末（粒徑<32微米）混合，在空氣中 於1 0 0 0°C退火1 5小時，形成粒徑< 1微米的顆 比例僅2 0 %之S b 0 2 - B i 2 0 3混合氧化物。此 粉末與Ag粉末（粒徑<6 3微米）和I n203粉末 混合，以冷均壓施壓而形成粗胚。然後此粗胚於 7 5 0°C燒結2小時並加壓成型》在市售之設定電流 約5 0安培的開關裝置上，此材料的操作壽命爲 2· 2百萬次開關循環。此操作壽命顯然比已知的

AgSn〇2材料來得長。過溫沒有臨界值，平均上 來說，明顯低於1 〇 〇 °C。 4. 組成爲 Ag 90'SnO2 8. 7' Ιη203 0 · 5 ' B i 2 0 3 1. 6的材料之製法如下。購得 的S η 〇2粉末（有8 2%的顆粒粒徑小於1微米） 於1 0 0 0 °C退火6 0小時，使得粒徑小.於1微米的 比例降至5 % °此粉末進一步地以實例所述的方法加 工》此材料，其複合物不在本發明的範圍內，在加工 時不會發生困難，但開關壽命比本發明之材料來得短 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ! —訂---------崎 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 460595 々、申請專利範圍 '—1^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 一種藉粉末冶金法在銀-錫氧化物底質上添加氧 化銦及氧化鉍製得之用於電觸點的燒結材料，其特徵爲其 含有3. 2至19. 9重置％的氧化錫、各〇. 〇5至 0. 4重惫％的氧化銦及氧化鉍*餘者爲銀；且其適用於 2 0 - 1 0 0安培的應用電流範園· 2. —種製造如申請專利範圔第1項之燒結材料的方 法，此方法包含：混合此粉末、冷均壓此粉末混合物、 5 0 0至9 4 0 eC的溫度下燒結及壓出而形成線或形狀， 其特徵爲在與銀粉和他種氧化物粉末混合之前*氧化錫粉 末之粒徑超過1微米的顆粒比例超過6 0重量％ · 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中，以加熱的 方式使氧化鉍粉末與氧化錫粉末發生反應，而形成粒徑超 過1微米的顆粒比例超過6 0重量i 2S n203混 合的氧化物粉末，其中，此混合的氧化物粉末與銀粉和氧 化銦粉末混合* 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 4 .如申請專利範圍第2項之方法•其中*所用的氧 化錫於7 0 0至1 4 0 0 eC的溫度下退火•直到粉末中粒 徑超過1微米的顆粒比例超過6 0重置％爲止* 5-如申請專利範圍第3項之方法•其中，所用的氧 化錫與所用的氧化鉍於7 0 0至1 4 0 0 °C的溫度下退火 ，直到混合氧化物粉末中粒徑超過1微米的顆粒比例超過 6 0重量％爲止· 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10 - 附件一：第 85 1 0063 6 號專利申請案 中文說明書修正本 民國89年8月呈 申請曰期 85 年 1 月 19日 案 號 85100636 類 別 CxzCΗ^ιΐΊ 以上各櫊由本局填註） 46059b

   ||鋈專利説明書7 公告本 中 文 發明 新型 名稱 用於電觸點之/以銀一錫氧化物為底質的燒結材料及其製法 英 Wintering material on the basis of silver-tin oxide for ?lectrical contacts and process for its manufacture ,, A '1)伍夫岡‘威斯 Weise, Wolfgang 姓 名0羅傑•伍爾K Wolmer, Roger* (3)彼德·伯羅曼 Braunann, Peter 經濟部皙您5:是^3::工消#合作社印製 發明 創作 人 三、申請人 國 籍 住、居所 阳德國 0法國(1)德國法蘭克福艾根漢莫蘭德街一四六號 Eckenheiioer Landstrasse 146, D-60318 Frankfurt, Germani¢3德國漢努哈蒙尼街八號 Harmoniestrasse S, D-63456 Hanau, Geraany (3)德國艾森努席德朗街三七號 Siedlungsstrasse 37, D-63755 Alzenau, Genany (3) 德國 裝 訂 姓 名 (名稱）國 籍 住、居所 (事務所） 代表人 姓 名 (1)提古沙一胡斯股份有限公司 Degussa-Huls Aktiengesellschaft (1)德國⑴德國馬爾市保羅布門路一號 Paul-Baumann-Strasse 1, DE*45764 Marl, Germany (1)武夫剛•律伯 Weber, Wolfgang 馬特紐♦史契夫Schafer, Matthias 本紙張尺JL適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 線

   460595 々、申請專利範圍 '—1^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 一種藉粉末冶金法在銀-錫氧化物底質上添加氧 化銦及氧化鉍製得之用於電觸點的燒結材料，其特徵爲其 含有3. 2至19. 9重置％的氧化錫、各〇. 〇5至 0. 4重惫％的氧化銦及氧化鉍*餘者爲銀；且其適用於 2 0 - 1 0 0安培的應用電流範園· 2. —種製造如申請專利範圔第1項之燒結材料的方 法，此方法包含：混合此粉末、冷均壓此粉末混合物、 5 0 0至9 4 0 eC的溫度下燒結及壓出而形成線或形狀， 其特徵爲在與銀粉和他種氧化物粉末混合之前*氧化錫粉 末之粒徑超過1微米的顆粒比例超過6 0重量％ · 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中，以加熱的 方式使氧化鉍粉末與氧化錫粉末發生反應，而形成粒徑超 過1微米的顆粒比例超過6 0重量i 2S n203混 合的氧化物粉末，其中，此混合的氧化物粉末與銀粉和氧 化銦粉末混合* 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 4 .如申請專利範圍第2項之方法•其中*所用的氧 化錫於7 0 0至1 4 0 0 eC的溫度下退火•直到粉末中粒 徑超過1微米的顆粒比例超過6 0重置％爲止* 5-如申請專利範圍第3項之方法•其中，所用的氧 化錫與所用的氧化鉍於7 0 0至1 4 0 0 °C的溫度下退火 ，直到混合氧化物粉末中粒徑超過1微米的顆粒比例超過 6 0重量％爲止· 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10 -