DE2536985A1

DE2536985A1 - Elektrischer kontakt und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2536985A1
Application number: DE19752536985
Authority: DE
Inventors: Max Prof Dr Wutz
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1975-08-20
Filing date: 1975-08-20
Publication date: 1977-02-24
Also published as: US4100385A; DE2536985B2

Description

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Hanau, den 15. August 1975 PA-Dr.Hn/W

W, C. Heraeus GmbH, Hanau (Main)

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Elektrischer Kontakt und Verfahren zu dessen

Herstellung"

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kontakt, insbesondere auf einen Steckkontakt, der wenigstens im Bereich der Kontaktgabe eine Schicht aus einem Kontaktwerkstoff aufweist.

Es ist bekannt, als Kontaktwerkstoffe insbesondere korrosionsbeständige Metalle zu verwenden. Die Gruppe der korrosionsbeständigen Metalle umfaßt aber nicht nur Edelmetalle und Edelmetallbasis-Legierungen, sondern auch solche Unedelmetalle, die in Luft oder einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bilden, die das betreffende Unedelmetall vor Korrosion schützt. Typische Vertreter solcher Unedelmetalle sind beispielsweise Aluminium, Titan, Niob, Chrom, Magnesium, Silizium und Zirkonium. Diese Unedelmetalle, wie reines Aluminium und Aluminium-Legierungen, sind jedoch als Kontaktwerkstoffe im

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engeren Sinn wegen der stets vorhandenen elektrisch isolierenden oxidischen Deckschicht unbrauchbar (A. Keil: Werkstoffe für
elektrische Kontakte, Springer-Verlag, 1960, S. 122). Die
schlechten Kontakteigenschaften,beispielsweise von Aluminium,
lassen sich durch Verwendung von walzplattiertem Aluminium, das ein- oder beidseitig mit einer Kupfer-Auflage versehen ist,
verbessern. In diesem Fall werden jedoch die Oberflächeneigenschaften des Kontaktmaterials durch das Auflagematerial bestimmt

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, elektrische Kontakte bereitzustellen, die den Einsatz von solchen Unedelmetallen als Kontaktwerkstoff ermöglichen, die in Luft oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bilden.

Gelöst wird die Erfindung für elektrische Kontakt, insbesondere Steckkontakte, der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Kontaktschicht aus einem Unedelmetall, das in Luft oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bildet, eine 0,01 bis 1/um dicke, poröse Deckschicht aus
einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung und an deren porösen Stellen ein Oxid des Unedelmetalls aufweist. Als Edelmetalle eignen sich Gold, Silber, Platin, Palladium und
Ruthenium, als Edelmetall-Legierungen solche Legierungen, deren Basis eines der genannten Edelmetalle ist. Besonders haben sich Gold und Gold-Legierungen für erfindungsgemäße Kontakte bewährt. Die poröse Deckschicht aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung ist vorzugsweise 0,1/um dick. Als Unedelmetall für
die Kontaktschicht kommen beispielsweise Aluminium, Titan, Niob, ihrom, Silizium, Zirkonium oder Tantal zur Anwendung. Besonders geeignet erweisen sich Aluminium, Titan, Niob und Chrom. Die
Dicke der Kontaktschicht liegt im Bereich von 2 bis 100/um,
insbesondere beträgt sie etwa 10/um.

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Auch elektrische Kontakte, bei denen die Kontaktschicht auf einen Träger aufgebracht ist, werden von der Erfindung umfaßt. Als Trägerwerkstoffe haben sich insbesondere metallische Werkstoffe bewährt, und zwar solche, wie sie auch für elektrische Kontakte wie Steck- oder Schaltkontakte anderer Art verwendet werden. Insbesondere kann der Trägerwerkstoff aus einem Metall der Gruppe Bronze, Neusilber, Messing und Kupfer-Beryllium bestehen.

Bei den erfindungsgemäßen elektrischen Kontakten besteht die Deckschicht aus einem Mosaik, das aus nebeneinanderliegenden Bereichen aus elektrisch isolierendem Unedelmetall-Oxid und aus Bereichen aus elektrisch leitendem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung besteht. Dieser Aufbau gewährleistet die an elektrische Kontakte gestellte Forderung der Korrosionsbeständigkeit, die sowohl durch die Bereiche aus Unedelmetall-Oxid als auch durch die Bereiche aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung sichergestellt ist. Durch die Bereiche aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, die im Betrieb des Kontaktes wie in die Unedelmetall-Oxid-Schicht eingebaute Leitfähigkeitsbrücken wirken, ist die Unedelmetall-Oxid-Schicht de facto elektrisch leitfähig gemacht. Der Kontaktübergangswiderstand ist durch das In-Verbindung-stehen der Bereiche aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung mit dem Träger gewährleistet.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktes erfolgt vorteilhafterweise unter Anwendung von Beschichtungsverfahren, unter vermindertem Druck, wie Aufdampfverfahren oder Kathodenzerstäubung. Zur Herstellung eines Kontaktes, der auf einem Träger eine Kontaktschicht aufweist, wird auf einen in für Vakuum-Beschichtungsverfahren an sich bekannter Weise gereinigten Träger, beispielsweise aus Bronze, Neusilber,

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Messing oder Kupfer-Beryllium im Hochvakuum, d. h. unter Ausschluß von Sauerstoff, die Kontaktschicht aus Unedelmetall, beispielsweise Niob, in einer Schichtdicke von etwa 10/um aus der Dampfphase niedergeschlagen. Unter Aufrechterhaltung des Hochvakuums, d. h. ohne zwischenzeitliche Einwirkung von Sauerstoff, wird danach eine 0,1 /um dicke, poröse Deckschicht aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, beispielsweise Gold oder Gold-Legierung, auf das Unedelmetall aufgedampft. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Oberfläche der Kontaktschicht vor dem Aufdampfen des Edelmetalls, wie an sich bekannt, durch Ionenbombardement zu reinigen. Nach Entnahme des so beschichteten Trägers aus der Vakuum-Apparatur bildet sich in Luft an den porösen Stellen der Deckschicht ein Oxid des Kontaktwerkstoffes aus Unedelmetall, beispielsweise Nioboxid.

Für den Fall, daß der erfindungsgemäße Kontakt keinen Träger aufweist, also nur aus Unedelmetall besteht, das in Luft oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bildet, ist vor dem Aufbringen der porösen Deckschicht aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung zunächst die auf dem Kontaktwerkstoff vorhandene unporöse Oxidhaut zu entfernen, beispielsweise mittels Kathodenzerstäubungsverfahren.

Anstelle des beschriebenen Aufdampfverfahrens zum Aufbringen der Kontaktschicht und der porösen Deckschicht können auch galvanische Verfahren zum Aufbringen dieser Schichten verwendet werden. Hierbei wird ohne die elektrolytische Abscheidung zu unterbrechen zum Beispiel zuerst Chrom auf einen Träger und danach eine poröse Deckschicht aus Gold auf die Chromschicht abgeschieden. Für diese Abscheidungen wird vorteilhafterweise mittels gepumpter Umlaufelektrolyten gearbeitet, weil hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, unmittelbar von beispielsweise einem chromhaltigen Elektrolyten auf einen goldhaltigen Elektrolyten umzuschalten. Selbstverständlich kann auch die Abscheidung der Chromschicht und danach der Goldschicht in der Weise

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erfolgen, daß zwei separate galvanische Bäder benutzt werden und der Transport des chrombeschichtetcn Trägers unter Schutzgasatmosphäre und Anlegen einer elektrischen Spannung beim Spülen zum Goldbad erfolgt.

In der Figur ist schematisch ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Kontaktmesser eines Steckkontaktes dargestellt, wobei die erfindungswesentlichen Teile im Vertikalschnitt dargestellt sind.

Mit 1 ist das Steckergehäuse bezeichnet. Aus ihm ragt der Steckkontakt 2 hervcr. Dieser besteht erfindungsgemäß aus dem Träger 3 und der Kontaktschicht 4. Diese ist mit einer Deckschicht versehen, die aus Bereichen 5 aus Edelmetall oder Edelmetall-Legierung und Bereichen 6 aus einem Unedelmetall-Oxid des Kontaktschichtwerkstoffes besteht.

Es ist selbstverständlich möglich, daß der Träger nicht vollständig beschichtet ist, sondern nur derjenige Teil seiner Oberfläche, der bei Gebrauch der Kontaktgabe dient.

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Claims

Patentansprüche

ektrischer Kontakt, insbesondere Steckkontakt, der wenigstens im Bereich der Kontaktgabe eine Schicht aus einem Kontaktwerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus einem Unedelmetall, das in Luft oder Sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bildet, eine 0,01 bis 1 /um dicke, poröse Deckschicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung und an deren porösen Stellen ein Oxid des Unedelmetalls aufweist.
2. Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Deckschicht etwa 0,1 bis 0,2/um dick ist.
3. Kontakt nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Deckschicht aus Gold oder einer Gold-Legierung besteht.
4. Kontakt nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht eine Dicke von 2 bis 100/um besitzt.
5. Kontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht eine Dicke von 10/um besitzt.
6. Kontakt nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Aluminium, Titan, Niob, Chrom, Silizium, Zirkonium oder Tantal besteht.
7. Kontakt nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht auf einem Träger aufgebracht ist.

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8. Kontakt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Bronze, Neusilber, Messing oder Kupfer-Beryllium mit einer Kontaktschicht aus Niob und diese mit einer porösen Deckschicht aus Gold oder einer Goldlegierung versehen ist, deren poröse Stellen Nioboxid aufweisen.
9. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes, insbesondere eines Steckkontaktes, der wenigstens im Bereich der Kontaktgabe eine Schicht aus einem Kontaktwerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die 2 bis 100/um dicke Kontaktschicht aus einem Unedelmetall, das in Luft oder sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine unporöse Oxidhaut bildet, unter Ausschluß von Sauerstoff mit einer 0,01 bis 1 /um dicken, porösen Schicht aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung bedeckt wird, an deren porösen Stellen in Luft sich Oxid des Unedelmetalls bildet.
!0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß bei Herstellung eines trägerfreien Kontaktes die Oxidhaut des Unedelmetalls vor Beschichtung mit der porösen Schicht aus Edelmetall oder Edelmetall-Legierung entfernt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Unedelmetall unter Ausschluß von Sauerstoff auf einem Träger abgeschieden wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht und die poröse Edelmetallschicht unter vermindertem Druck, insbesondere unter Hophvakuum, oder galvanisch abgeschieden werden.

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