DE2659012A1 - Sinterkontaktwerkstoff aus silber und eingelagerten metalloxiden - Google Patents

Sinterkontaktwerkstoff aus silber und eingelagerten metalloxiden

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 7ß P 7 5 7 Q BRD
Sinterkontaktwerkstoff aus Silber und eingelagerten Metalloxideη
Die Erfindung betrifft einen Sinterkontaktwerkstoff aus Silber und mindestens zwei eingelagerten Metalloxiden und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Als Werkstoff für elektrische Kontaktstücke ist Reinsilber bei vielen Anwendungen nicht geeignet. Im Lichtbogen, wie er bei Schaltvorgängen, insbesondere bei prellendem Einschalten von Kontakten, entsteht, wird die Silberoberfläche nämlich häufig teilweise aufgeschmolzen und versprazt, was einerseits zu einem hohen Materialabbrand führt, andererseits auch ein Verschweißen der Kontaktstücke miteinander hervorruft, so daß diese nur unter Kraftaufwandung (sog. Schweißkraft) getrennt werden können. Durch Einlagerung von Metalloxiden, wie z.B. von Cadmiumoxid, kann die Schweißkraft und der Abbrand von Kontaktstücken aus Silber herabgesetzt werden. Auch Oxide der Metalle Kupfer, Magnesium, Calzium, Zink, Cadmium, Aluminium, Indium, Lanthan, Silizium, Zinn, Cer, Samarium, Blei, Titan, Zirkon, Antimon, Wismut, Tellur, Chrom, Molybdän, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel sind einzeln oder in Kombinationen als Einlagerungen für silberhaltige Kontaktwerkstoffe bereits vorgeschlagen worden. Durch diese Zusätze sollen auch andere Eigenschaften, z.B. Lichtbogenlaufeigenschaften oder Kontaktwiderstand, verbessert werden, um die Eigenschaften des Kontaktmaterials an die Anforderungen in elektrischen Kontakten anzupassen. Im allgemeinen
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bewirkt jedoch eine Maßnahme, die zur Verbesserung einer Eigenschaft, z.B. des Lichtbogenabbrandes, führt, eine Verschlechterung der anderen Eigenschaften, z.B. der Schweißkraft.
Derartige Kontaktwerkstoffe können durch innere Oxidation eines Legierungspulvers der betreffenden Metalle und Pressen, Sintern und Nachpressen auf pulvermetallurgischem Wege erzeugt werden. Die Größe und Verteilung der im Silber enthaltenen Oxidteilchen hängt dabei weitgehend von der Art der Herstellung; ab. In der Regel strebt man kleine Teilchengrößen und eine möglichst gleichmäßige Verteilung an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff für Kontaktstücke elektrischer Kontakte anzugeben, der aus Silber als Grundmetall und einem Metalloxid besteht, wobei durch Zusatz wenigstens eines weiteren Metalloxides eine Eigenschaft des Werkstoffes verbessert wird, möglichst ohne daß gleichzeitig andere Eigenschaften verschlechtert werden. So soll z.B. der Abbrand eines AgCdO-KontaktStückes verbessert werden und gleichzeitig die Schweißkraft möglichst gering gehalten werden.
Gemäß der Erfindung wird dies erreicht mit eänem Sinterkontaktwerkstoff der eingangs angegebenen Art, bei dem die Metalloxide abwechselnd in verschiedenen mikroskopischen Bereichen des Sinterkontaktwerkstoffes im Silber verteilt sind.
Als Metalloxide kommen die Oxide aller Metalle in Frage, die sich überhaupt für den Einsatz in silberhaltigen Werkstoffen eignen. Eine Reihe von derartigen Metalloxidzusätzen, die bereits für Kontaktwerkstoffe vorgeschlagen und erprobt sind, ist eingangs angegeben.
In dem Sinterkontaktwerkstoff nach der Erfindung sind die Metalloxide also nicht gleichmäßig über den gesamten Sinterkontaktwerkstoff verteilt, d.h. es liegen nicht in jedem
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Bereich alle Metalloxide mit annähernd der gleichen Konzentration im Silber vor. Vielmehr besteht der Sinterkontaktwerkstoff aus verschiedenen nebeneinanderliegenden mikroskopischen Bereichen, wobei in einem Bereich das eine Metalloxid bzw. eine Gruppe von Metalloxiden, im danebenliegenden Bereich jedoch ein anderes Metalloxid oder eine andere Gruppe von Metalloxiden im Silber enthalten sind. Es wechseln also z.B. Bereiche aus AgMe^O mit Bereichen aus AgMe~O nebeneinander ab, wobei Me1 und Me2 für verschiedene Unedelmetalle steht. 10
Bevorzugt liegt die mittlere "Teilchengröße" der unterschiedlichen AgMeO-Bereiche zwischen 0,05 und 0,5 mm. Vorteilhaft liegt insbesondere die mittlere Größe unter 0,2 mm.
Die Metalloxide sind dabei vorteilhaft in Form von Teilchen mit einer mittleren Größe zwischen 0,1 und 20 /um in den einzelnen Bereichen verteilt. Bevorzugt liegt dabei die mittlere Größe der Oxidteilchen über 0,5 /um. Als obere Grenze für die mittlere Oxidteilchengröße kann vorteilhaft 5 /Um angegeben werden.
Vorteilhaft kann ferner der Sinterkontaktwerkstoff durch Strangpressen oder Walzen zum Halbzeug verarbeitet sein. Dadurch kann eine besondere Struktur oder Ausrichtung der Bereiche bzw. der Oxidteilchen erreicht werden. Der Sinterkontaktwerkstoff kann aber auch bereits bei seiner Herstellung in die Form von Kontaktstücken für elektrische Kontakte gebracht werden.
Zur Herstellung des Sinterkontaktwerkstoffs gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere ein Verfahren, bei dem mindestens zwei Silber/Metalloxid-Verbundpulver innig miteinander vermischt und zu einem Formkörper verpreßt werden, wobei der Formkörper anschließend gesintert wird. Der gesinterte Formkörper kann anschließend durch Nachpressen zu der Endform, z.B. einem Kontaktstück, verdichtet werden. Er kann aber auch durch Strangpressen oder Walzen zum Halbzeug weiterverarbeitet werden.
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Unter einem Verbundpulver wird dabei, wie in der Pulvermetallurgie üblich, ein Pulver verstanden, dessen Einzelteilchen bereits aus zwei oder mehreren Werkstoffen besteht. Zur Herstellung des Sinterkontaktwerkstoffes wird also von soviel verschiedenen Verbundpulvern ausgegangen, wie Bereiche verschiedener Zusammensetzung für den Sinterkontaktwerkstoff vorgesehen sind. Jedes Verbundpulver besteht dabei aus Silber und dem Metalloxid bzw. den Metalloxiden, die im entsprechenden Bereich enthalten sein sollen.
Der Aufbau des Sinterkontaktwerkstoffes aus verschieden zusammengesetzten Bereichen ermöglicht es, durch den Metalloxidzusatz in dem einen Bereich die' eine Eigenschaft (z.B. Abbrand) zu verbessern, wobei jedoch die in diesem Bereich hervorgerufene Verschlechterung einer anderen Eigenschaft (z.B. Schweißkraft) durch den Metalloxidzusatz in einem anderen Bereich kompensiert oder überkompensiert wird, so daß insgesamt eine Verbesserung des ganzen Eigenschaftsspektrums des fertigen Werkstoffes erreicht wird.
Vorteilhaft stehen die Mengen der zu vermischenden Verbundpulver zueinander in einem Volumenverhältnis zwischen 0,1 und 1. In Sinterkontaktwerkstoff steht dann das Gesamtvolumen aller Bereiche, in denen eines der Metalloxide verteilt ist, zu dem Gesamtvolumen aller Bereiche, in denen ein anderes Metalloxid verteilt ist, ebenfalls in diesem Verhältnis.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung noch näher erläutert.
30
Beispiel 1
Für Kontaktstück vor allem in Niederspannungsschaltgeräten wird ein Werkstoff mit geringer Schweißkraft und gleichzeitig geringem Abbrand gefordert. Ein Kontaktwerkstoff mit Silber als Grundmetall und 6 Gew.-% Cadmiumoxid und 3,75 Gew.-96 Zinkoxid, bezogen auf den fertigen Werkstoff, der aus einer homogenen
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Mischung dieser Komponenten hergestellt ist, genügt diesen Anforderungen noch nicht ganz und soll verbessert werden.
Durch innere Oxidation der entsprechenden Legierungspulver werden ein Verbundpulver aus AgCdO mit 12 Gew.-% CdO und ein Verbundpulver aus AgZnO mit 7,5 Gew.-% ZnO hergestellt. Die Teilchengröße beider Pulver liegt unter 0,2 mm. Die Verbundpulver werden im Gewichtsverhältnis 1:1 innig vermischt und mit einem Preßdruck von 600 MN/m in einer Matrize zu einem Formteil verdichtet. Der Preßkörper wird anschließend bei 8500C eine Stunde lang an Luft gesintert. Durch Nachpressen
mit einem Preßdurck von 800 MN/m wird das Formteil auf die gewünschte Endform des Kontaktstückes gebracht, wobei ein Raumerfüllungsgrad von 0,99 erhalten wird. 15
Das Formstück besitzt die Zusammensetzung AgCdO6ZnO 3»75 und wird in einem Prüfschalter bei einem Einschaltstrom t = 1000 A
und einem Ausschaltstrom I = 1500 A geprüft. Gegenüber dem gleich zusammengesetzten Kontaktstück, in dem die Oxide gleichmäßig verteilt sind, liegt der Abbrandwert um 25 % und die Schweißkraft um 50 % günstiger.
Beispiel 2
Aus AgCu und AgCdBi-Legierungspulvern wurden durch innere Oxidation AgCuO und AgCdOBi2O,-Verbundpulver hergestellt. Der CuO- und der CdO-Volumenanteil betrug 15 %, der BipO,-Volumenanteil 1 %. Die mittlere Teilchengröße beider Pulver liegt unter 0,15 mm. Die beiden Verbundpulver wurden im Gewichtsverhältnis 1:1 gemischt und mit einem Preßdruck von 600 MN/m in einer Matrize zu einem Formteil verdichtet. Der Preßkörper wurde anschließend bei 8500C 1 Stunde lang an Luft gesintert. Durch Warmnachpressen des Sinterkörpers mit einem Preßdruck von 600 MN/m , Nachsintern bei 8000C 1 Stunde lang in Stickstoff und Kaltnachpressen mit einem Preßdruck von 800 MN/m wird das Formteil auf die gewünschte Endform gebracht. Der Raumerfüllungsgrad liegt über 0,99. Gegenüber
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dem aus der Pulvermischung aus Silberpulver und den Metalloxiden hergestellten Kontaktstück gleicher Zusammensetzung liegt die Schweißkraft um über 50 % niedriger bei etwa gleichem Abbrandwert.
12 Patentansprüche
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    1J Sinterkontaktwerkstoff aus Silber und mindestens zwei Eingelagerten Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide abwechselnd in verschiedenen mikroskopischen Bereichen des Sinterkontaktwerkstoffes im Silber verteilt sind.
  2. 2. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Bereiche zwischen 0,05 und 0,5 mm liegt.
  3. 3. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Bereiche zwischen 0,05 und 0,2 mm liegt.
  4. 4. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide in Form von Teilchen mit einer mittleren Größe zwischen 0,1 und 20 /um in den einzelnen Bereichen verteilt sind.
  5. 5. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Oxidteilehen über 0,5 /um liegt.
  6. 6. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Oxidteilchen unter 5 /Um liegt.
  7. 7. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen aller Bereiche, in denen eines der Metalloxide verteilt ist, zu dem Gesamtvolumen aller Bereiche, in denen ein anderes Metalloxid verteilt ist, in einem Verhältnis zwischen 0,1 und 1 steht.
  8. 8. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einem Halbzeug verarbeitet ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
  9. 9. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einem Kontaktstück für elektrische Kontakte verarbeitet ist.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkontaktwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Verbundpulver aus Silber und mindestens einem Metalloxid hergestellt werden, die sich in der Metalloxidkomponente unterscheiden, daß die Verbundpulver innig miteinander vermischt und zu einem Formkörper verpreßt werden und daß der Formkörper anschließend gesintert wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Formkörper anschließend durch Nachpressen zur Endform verdichtet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Formkörper anschließend durch Strangpressen oder Walzen zu einem Halbzeug verdichtet wird.
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