DE2659012B2 - Verfahren zum Herstellen eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und eingelagerten Metalloxiden - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und eingelagerten Metalloxiden

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkontaktwerkstoffs aus Silber und mindestens zwei eingelagerten Metalloxiden, mittels Pressen und Sintern eines Silber-Metalloxid-Verbundpulvers.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 22 60 559 bekannt.
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 Kraftaufwendung (sog. Schweißkraft) getrennt werden können. Durch Einlagerung von Metalloxiden, wie z. B. von Dadmiumoxid, 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
i" 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 . nthaltenen 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, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art dahingehend
-'ΐ weiterzuentwickeln, daß die Eigenschaft des damit herzustellenden Werkstoffes verbessert wird, und zwar derart daß gleichzeitig möglichst keine andere Eigenschaft verschlechtert wird. So soll z. B. der Abbrand eines AgCdO-Kontaktstückes verbessert werden und
Jn gleichzeitig die Schweißkraft möglichst gering gehalten werden.
Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem das Verbundpulver vor dem Pressen mit wenigstens einem weiteren Silber-Metalloxid-Verbundpulver innig ver-
'""> mischt wird, das sich in der Metalloxid-Komponente von dem ersten Verbundpulver unterscheidet.
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 auf diese Weise hergestellten Sinterkontaktwerkstoff sind die Metalloxide nicht gleichmäßig über den gesamten Sinterkontaktwerkstoff verteilt, d. h. es liegen nicht in jedem 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
w Metalloxid bzw. eine Gruppe von ivletalloxiden, im danebenliegenden Bereich jedoch ein anderes Metalloxid oder eine andere Gruppe von Metalloxiden im Silber enthaltet, sind. Es wechseln also z. B. Bereiche aus AgMeiO mit Bereichen aus AgMejO nebeneinander ab,
r->r> wobei Mei und Μβ2 für verschiedene Unedelmetalle steht.
Bevorzugt wird eine mittlere »Teilchengröße« der unterschiedlichen AgMeO-Bereiche zwischen 0,05 und 0,5 mm hergestellt. Vorteilhaft liegt insbesondere die
M) mittlere Größe unter 0,2 mm.
Die Metalloxide sind dabei vorteilhaft in Form von Teilchen mit einer mittleren Größe zwischen 0,1 und 20μΐτι in den einzelnen Bereichen verteilt. Bevorzugt liegt dabei die mittlere Größe der Oxidteilchen über 0,5 μπι. Als obere Grenze für die mittlere Oxidteilchengröße kann vorteilhaft 5 μπι angegeben werden.
Vorteilhaft kann ferner der Sinterkontaktwerkstoff durch Strangpressen oder Walzen zum Halbzeug
verarbeitet werden. 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.
Der Sinterkontaktwerkstoff wird also gemäß der Ei findung durch ein Verfahren erzeugt, bei dem mindestens zwei Silber/Metalloxid-Verbundpul ver innig miteinander vermischt und zu einem Formkörper in 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 ΐί weiterverarbeitet werden.
Unter einem Verbundpulver wird dabei, wie in der Pulvermetallurgie üblich, ein Pulver verstanden, dessen Einzelteilchen bereits aus zwei oder mehreren Werkstoffen besteht Z»r Herstellung des Sinterkontaktwerkstoffes wird also von so viel 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 Sinterkontaktwcrkstoffes aus verschieden zusammengesetzten Bereichen ermöglicht es, durch den Metalloxidzusatz in dem einen Bereich die eine Eigenschaft (z. B. Abbrand) zu verbessern, wobei 1» jedoch die in diesem Bereich hervorgerufene Verschlechterung einer anderen Eigenschaft (z. B. Schweißkraft) durch den Metalloxiiizusatz '.n einem anderen Bereich kompensiert oder Qt erkompensiert wird, so daß insgesamt eine Verbesserung d«-. ganzen Eigen- >"> schaftsspektrums 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 Erfin- ■·"· dung noch näher erläutert.
Beispiel 1
Für Kontaktstücke vor allem in Niederspannungsschaltgeräten wird ein Werkstoff mit geringer Schweiß- "><> kraft und gleichzeitig geringem Abbrand gefordert Ein Kontaktwerkstoff mit Silber als Grundmetall und 6 Gew.-% Cadmiumoxid und 3,75 Gew.-% Zinkoxid, bezogen auf den fertigen Werkstoff, der aus einer homogenen Mischung dieser Komponenten hergestellt ist, genügt diesen Anforderungen nocli 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/ra2 in einer Matrize zu einem Formteil verdichtet Der Preßkörper wird anschließend bei 850°C eine Stunde lang an Luft gesintert Durch Nachpressen mit einem Preßdruck von 800 MN/m2 wird das Formteil auf die gewünschte Endform des Kontaktstückes gebracht, wobei ein Raumerfüllungsgrad von 0,99 erhalten wird.
Das Formstück besitzt die Zusammensetzung AgCdO6ZnO 3,75 und wird in einem Prüfschalter bei einem Einschaltstrom ΐ= 1000 A und einem Ausschaltstrom T = 1500A geprüft Gegenüber dem gleich zusammengesetzten Kontaktstück, in dem die Oxide gleichmäßig verteilt sind, liegt der Abbrandwert um 25% und die Schwerkraft um 50% günstiger.
Beispiel 2
Aus AgCu und AgCdBi-Legierungspulvern wurden durch innere Oxidation AgCuO und AgCdOBi2Oj-Verbundpulver hergestellt Der CuO- und der CdO-Volumenanteil betrug 15%, der Bi2O3-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/m2 in der 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/m2, Nachsintern bei 800°C 1 Stunde lang in Stickstoff und Kaltnachpressen mit einem Preßdruck von 800 MN/m2 wird das Formteil auf die gewünschte Endform gebracht Der Raumerfüllungsgrad liegt über 0,99. Gegenüber dem aus der Pulvermischung aus Silberpulver und den Metalloxiden hergestellten Kontaktstück gleicher Zusammensetzung liegt die Schweißkraft um über 50% niedriger bei etwa gleichem Abbrandweri.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und mindestens zwei eingelagerten Metalloxiden, mittels Pressen und Sintern eines Silber-Metalloxid-Verbundpulvers, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundpulver vor dem Pressen mit wenigstens einem weiteren Silber-Metalloxid-Verbundpulver innig vermischt wird, das sich in der Metalloxid-Komponente von dem ersten Verbundpulver unterscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbundpulver mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 0,05 und 03 mm verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verbundpulver mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 0,05 und 0,2 mm verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Verbundpulver verwendet werden, in denen die Metalloxide in Form von Teilchen mit einer mittleren Größe zwischen 0,1 und 20 μπι im Silber verteilt sind.
5. Verfahren nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Oxidteilchen über 03 μΓΤΐ liegt
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Oxidteilchen unter 5 μπι liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundpulver in einem Volumenverhältnis zwischen 0,1 und 1 vermischt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Werkstoff anschließend durch Nachpressen zu einem Formkörper verdichtet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Werkstoff anschließend durch Strangpressen oder Walzen zu einem Halbzeug verdichtet wird.
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