EP0876670A2 - Verfahren zur herstellung eines formstücks aus einem kontaktwerkstoff auf silberbasis - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines formstücks aus einem kontaktwerkstoff auf silberbasisInfo
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- EP0876670A2 EP0876670A2 EP97914051A EP97914051A EP0876670A2 EP 0876670 A2 EP0876670 A2 EP 0876670A2 EP 97914051 A EP97914051 A EP 97914051A EP 97914051 A EP97914051 A EP 97914051A EP 0876670 A2 EP0876670 A2 EP 0876670A2
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- H01H2001/02378—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides containing iron-oxide as major component
Definitions
- the invention relates to a method for producing a shaped piece from a silver-based contact material.
- the invention further relates to such a contact material and a shaped piece made from such a contact material.
- contact materials based on silver which contain certain active components, have long proven themselves. Both metals and metal oxides are known as active components which have a favorable influence on the switching properties of the contact material.
- Representatives of the silver-based metallic contact materials are, for example, silver-nickel (AgNi) and silver-iron (AgFe). Silver-iron oxide (AgFe 2 ⁇ 3) may be mentioned as a representative of the oxidic contact materials.
- oxidic contact materials have a lower tendency to weld than metallic contact materials, the latter have a longer service life, especially with small currents.
- Silver-nickel contact materials in particular have good switching properties, but it is disadvantageous that the nickel dust which forms during production or during operation due to abrasion and that which forms as a switching product Nickel oxide can have a harmful effect on the human organism.
- a silver-based contact material is known from EP 0 586 411 B1, which contains the metals iron and rhenium in mass proportions between 1% and 50% or between 0.01% and 5% as active components. It was recognized that rhenium improves the properties of such a contact material even in proportions below 1%.
- the contact material mentioned is characterized by a low contact heating with stable heating behavior, acceptable welding tendency and a long service life in relation to predetermined switching currents.
- the silver-iron-rhenium contact material is produced by mixing silver and iron-rhenium alloy powder or by mixing separate powders of silver, iron and rhenium.
- the powder mixture is then processed by compression molding or extrusion and sintering into molded parts or semi-finished products.
- the structure of such a material i.e. the size and the distribution of the active components in the silver matrix is predetermined by the grain size of the metal powder or alloy powder available on the market.
- the use of coarse metal powders leads to a coarse-grained structure, of fine-grained metal powders to a fine-grained structure.
- the finest iron powders produced in technically relevant quantities have an average grain size of approximately 5 ⁇ m.
- Iron-rhenium powders are produced by atomizing a corresponding melt and also have an average grain size of approx. 5 ⁇ m or more.
- the powder mixture is pressed into a molding by compression molding, which is produced by sintering and optionally further pressing Fitting is processed.
- the shaped part can additionally be pressed with a layer of pure silver to securely connect the contact piece to the base by brazing.
- the active components added in powder form with a uniform grain size are distributed irregularly over the silver matrix.
- the structure of the fitting is largely isotropic.
- the powder mixture is first pressed and / or sintered into a porous compact or slug.
- the compact or slug optionally with a layer of pure silver (see above), is pressed by extrusion into a strand from which the shaped pieces are separated and possibly subjected to a subsequent treatment.
- the powder grains of the silver and possibly the active components are deformed or aligned in the extrusion direction, as a result of which an anisotropic, namely linear structure is formed.
- the contact material Due to the structure of the contact material, its electrical switching properties, e.g. Burning, contact resistance and welding force, largely determined.
- WO 95/08833 A1 describes a method for connecting a contact piece made of a silver-metal oxide material to a carrier by brazing or welding.
- the metal oxide of the contact material is at least partially reduced to metal in the region of the contact piece near the surface. A resulting structural change which has a favorable influence on the switching properties of the contact piece or the contact material is not achieved.
- the method described is only suitable for the manufacture thin, weldable and solderable layers down to a few 100 ⁇ m.
- the object of the invention is to provide a production method for a molded piece made of a contact material and such a contact material itself which has switching properties which are more favorable than the prior art. Furthermore, it is an object of the invention to provide a contact piece made of the contact material which, due to improved switching properties, is particularly suitable for a switching device in energy technology.
- This object is achieved according to the invention with regard to the method for producing a shaped piece from a silver-based contact material by forming a powder mixture of silver and a metal oxide, which is processed into the shaped piece by powder metallurgy, and reducing the metal oxide to metal .
- the invention is based on the knowledge that a contact material with a fine structure exhibits better switching behavior than a contact material with a coarse structure.
- the range of properties of a contact material can be significantly improved by reducing the average grain size of the active components in the silver matrix.
- Active components is less than 1 ⁇ m.
- Such a contact material can, however, not be produced using known powder-metallurgical manufacturing processes using commercially available metal powders, the average grain size of which is in the range of a few microns.
- metal oxide powders are available whose grain sizes are significantly smaller than 1 ⁇ m
- the use of metal oxide powder instead of metal powder and subsequent reduction of the metal oxide enables a contact material to be obtained in which the average grain size the metallic active components are in the nanometer range.
- the use of metal oxide powders can be carried out under less strict transport and processing regulations, since in contrast to metal oxide powders, many metal powders are self-igniting. In this way, the manufacturing costs can be reduced.
- the reduction of the metal oxide advantageously takes place in the powder mixture, since a complete reduction of the metal oxide is made more difficult by the increasing compression of the powder mixture in subsequent work steps.
- the reduction of the metal oxide can also take place in a blank of the shaped piece, which still has a sufficiently high porosity or gas permeability.
- a blank is, for example, the slug to be made available in extrusion technology, which is subsequently pressed into an extrusion.
- such a blank can also be a preliminary product for a molded part produced in the molding technology, before the molded part is produced therefrom by pressing and sintering again.
- the reduction of the metal oxide is expediently achieved by heat treatment in a reducing atmosphere. It is particularly effective if the heat treatment is carried out in a temperature range of 500 ° C. below the melting point of silver, ie taking into account the admixed active components at a temperature between 500 ° C. and 1000 ° C., preferably at 700 ° C. becomes.
- the reducing atmosphere can also be used as a protective gas for any sintering that may be required. Sintering and reduction can thereby Position of the contact material takes place in one operation.
- the gas hydrogen (H 2 ) usually used for the sintering is advantageously also used as the reducing atmosphere.
- the sintering and pressing processes necessary in powder metallurgical manufacturing processes can lead to a conglomeration of the active component supplied in powder form. This is particularly the case if the active component is supplied in the form of a powder of a metal oxide with very small grain sizes. Grain sizes of the active component that are favorable for the switching properties can be achieved in the contact material if a powder with a grain size of less than 1 ⁇ m, preferably from 100 to 500 nm, is used as the metal oxide.
- Metal oxide is added. As described, the further metal oxide is reduced to a further metal. However, it is also conceivable to add the further metal oxide only after the powder mixture has been reduced. In this case, the contact material produced would have an oxidic active component.
- the powder mixture is silver (Ag), iron oxide (Fe 2 0 3 / Fe 3 ⁇ 4) and rhenium (Re) or silver (Ag), rhenium oxide (Re) and iron (Fe) or silver
- the object is achieved according to the invention by a silver-based contact material with at least one further metallic component, the mean grain size of which is smaller than 1 ⁇ m, preferably 100 to Is 500 nm.
- a contact material has in particular a very low tendency to weld and a long service life.
- the contact material has favorable switching properties if iron (Fe) and rhenium (Re) are provided as the active metal components. It is advantageous if iron (Fe) is in a mass fraction between 1 and 50% and rhenium (Re) in a mass fraction between 0.01 and 5%.
- the object with regard to the contact piece is achieved according to the invention by a molded piece made of the contact material in the form of a contact piece.
- the contact piece can additionally be provided with a layer of pure silver for secure connection of the contact piece to the base by brazing.
- Such a contact piece is suitable for use in a switching device in power engineering, in particular for a low-voltage switch.
- 3 shows a structure of an Ag (FeRe 95/5) 8, 8 material produced according to the extrusion technology according to the invention parallel to the extrusion direction; 4 structure of a Ag (FeRe 95/5) 8.8 material conventionally produced by the extrusion technology parallel to the extrusion direction.
- a silver-iron-rhenium material is produced.
- silver powder Ag is mixed with rhenium powder Re (grain size approx. 5 ⁇ m) and with iron oxide powder Fe 2 0 3 / Fe 3 ⁇ 4 (grain size smaller than 10 nm).
- This powder mixture is further processed into a blank or slug which is annealed at a temperature of 700 ° C. under an H 2 atmosphere to reduce the iron oxide to iron.
- the further processing into a contact piece takes place according to the extrusion technique described under known conditions.
- the composition of the powder mixture is such that the sum of the mass fractions of the active components iron (Fe) and rhenium (Re) is 8.8% in the finished material, the ratio of iron to rhenium being 19/1.
- the material is to be referred to as Ag (FeRe 95/5) 8.8 in the following, where the ratio 95/5 refers to the mixing ratio of iron and rhenium powder, which is due to the manufacturing process.
- FIGS. 1 and 3 show the fine structure of an Ag (FeRe 95/5) 8,8 material produced in this way parallel or perpendicular to the extrusion direction.
- the mean grain size of the rhenium and iron particles in the silver matrix is in a range significantly below 1 ⁇ m.
- the difference in size of the active components embedded in the silver matrix is significant.
- FIGS. 3 and 4 show the structure of an Ag (FeRe 95/5) 8, 8 material produced according to the invention or conventionally, parallel to the extrusion direction.
- the sum of the welding force values is shown, the ordinate being divided logarithmically according to the Weibull function and the abscissa. Since the mechanical processing of AgFeRe contact materials during the first switching operations can be the cause of high welding power, the 99.8% value is used for comparison with conventionally manufactured AgFeRe materials.
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Abstract
Für die Herstellung eines Formstücks aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine Pulvermischung aus Silber und aus einem Metalloxid zu bilden, welche pulvermetallurgisch zu dem Formstück verarbeitet wird, und wobei das Metalloxid zu Metall reduziert wird. Da Metalloxid-Pulver mit einer sehr viel feineren Körnung als Metall-Pulver erhältlich sind, läßt sich ein Kontaktwerkstoff mit einer mittleren Korngröße des als Wirkkomponente eingelagerten Metalls von kleiner als 1 νm erzielen. Infolge der feinen Körnung weist ein derartiger Kontaktwerkstoff besonders günstige Schalteigenschaften auf.
Description
~„~™, PCT/DE97/00042 O 97/27601
Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kontakt- werkstoff auf Silberbasis
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis. Die Erfindung betrifft weiter einen solchen Kontaktwerkstoff so¬ wie ein Formstück aus einem solchen Kontaktwerkstoff.
Für ein Kontaktstück in einem Niederspannungs-Schaltgerät der Energietechnik, z.B. in einem Leistungsschalter oder in einem Hilfsschütz, haben sich Kontaktwerkstoffe auf Silberbasis, die bestimmte Wirkkomponenten enthalten, seit langem bewährt. Alε Wirkkomponenten, welche die Schalteigenschaften des Kon- taktwerkstoffes günstig beeinflussen, sind sowohl Metalle als auch Metalloxide bekannt. Vertreter der metallischen Kontakt¬ werkstoffe auf Silberbasis sind beispielsweise Silber-Nickel (AgNi) und Silber-Eisen (AgFe) . Als Vertreter der oxidischen Kontaktwerkstoffe sei beispielhaft Silber-Eisenoxid (AgFe2θ3) genannt.
Während oxidische Kontaktwerkstoffe gegenüber metallischen Kontaktwerkstoffen eine geringere Verschweißneigung aufwei- sen, besitzen letztgenannte insbesondere bei kleinen Strömen eine höhere Lebensdauer.
Zur Messung bestimmter Eigenschaften eines Kontaktwerktoffes wird üblicherweise ein in Z. f. Werkstofftechnik/J. of Mate- rials Technology 7, (1976), 381 bis 389 beschriebener Prüf¬ schalter herangezogen, in den jeweils ein Kontaktstück aus dem Kontaktwerkstoff eingesetzt wird.
Besonders Silber-Nickel-Kontaktwerkstoffe besitzen gute Schalteigenschaften, jedoch ist nachteilig, daß der sich bei der Herstellung oder während des Betriebs durch Abrieb bil¬ dende Nickelstaub sowie das sich als Schaltprodukt bildende
Nickeloxid eine schädliche Auswirkung auf den menschlichen Organismus haben kann.
Aus der EP 0 586 411 Bl ist ein Kσntaktwerkstoff auf Silber- basis bekannt, der die Metalle Eisen und Rhenium in Massen¬ anteilen zwischen 1 % und 50 % bzw. zwischen 0,01 % und 5 % als Wirkkomponenten enthält. Dabei wurde erkannt, daß Rhenium selbst in Massenanteilen unter 1 % die Eigenschaften eines derartigen Kontaktwerkstoffes verbessert. Der genannte Kon- taktwerkstoff zeichnet sich durch eine geringe Kontakterwär¬ mung mit stabilem Erwärmungsverhalten, vertretbare Ver- schweißneigung und hohe Lebensdauer in bezug auf vorgegebene Schaltstromstärken aus.
Gemäß der EP 0 586 411 Bl wird der Silber-Eisen-Rhenium-Kon¬ taktwerkstoff durch Mischen von Silber- und Eisen-Rhenium-Le¬ gierungspulver oder durch Mischen von separaten Pulvern aus Silber, Eisen und Rhenium hergestellt. Die Pulvermischung wird anschließend durch Formpressen oder Strangpressen sowie Sintern zu Formteilen bzw. zu Halbzeugen verarbeitet. Das Ge¬ füge eines solchen Werkstoffes, d.h. die Größe und die Ver¬ teilung der Wirkkomponenten in der Silbermatrix, ist durch die Korngröße der am Markt erhältlichen Metallpulver bzw. Le¬ gierungspulver vorgegeben. Die Verwendung von groben Metall- pulvern führt zu einem grobkörnigen, von feinkörnigen Metal1- pulvern zu einem feinkörnigen Gefüge. Die feinsten, in tech¬ nisch relevanten Mengen hergestellten Eisen-Pulver haben eine mittlere Korngröße von ca. 5 um. Eisen-Rhenium-Pulver werden durch Verdüsen einer entsprechenden Schmelze hergestellt und besitzen ebenfalls eine mittlere Korngröße von ca. 5 μm oder mehr.
Zur Herstellung eines Formstücks aus dem Kontaktwerkstoff sind im wesentlichen zwei verschiedene pulvermetallurgische Verfahren bekannt. Bei der Formteiltechnik wird die Pulvermi¬ schung durch Formpressen zu einem Formteil verpreßt, welches durch Sintern und ggf. weiteres Pressen zu einem fertigen
Formstück verarbeitet wird. Für die Herstellung eines Form¬ stücks in Form eines Kontaktstücks kann das Formteil zusätz¬ lich mit einer Schicht aus Reinsilber zur sicheren Verbindung des Kontaktstücks mit der Unterlage durch Hartlöten verpreßt werden.
In einem nach der Formteiltechnik hergestellten Formstück liegen die in Pulverform zugefügten Wirkkomponenten mit ein¬ heitlicher Korngröße unregelmäßig über die Silbermatrix ver- teilt vor. Das Gefüge des Formstücks ist weitgehend isotrop.
Bei der Strangpreßtechnik wird die Pulvermischung zunächst zu einem porösen Preßling oder Butzen gepreßt und/oder gesin¬ tert. Der Preßling oder Butzen wird, gegebenenfalls mit einer Schicht aus Reinsilber (s.o.), durch Strangpressen zu einem Strang verpreßt, aus welchem die Formstücke abgetrennt und eventuell einer nachfolgenden Behandlung unterzogen werden.
In einem nach der Strangpreßtechnik hergestellten Formstück sind die Pulverkörner des Silbers und ggf. der Wirkkomponen¬ ten in Strangpreßrichtung verformt bzw. ausgerichtet, wodurch sich ein anisotropes, nämlich zeiliges Gefüge ausbildet.
Durch das Gefüge des Kontaktwerkstoffs werden seine elektri- sehen Schalteigenschaften, z.B. Abbrand, Kontaktwiderstand und Schweißkraft, maßgeblich bestimmt.
In der WO 95/08833 AI wird ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktstückes aus einem Silber-Metalloxid-Werkstoff mit ei- nem Träger durch Hartlöten oder Schweißen beschrieben. Dabei wird im oberflächennahen Bereich des Kontaktstückes das Me¬ talloxid des Kontaktwerkstoffes wenigstens teilweise zu Me¬ tall reduziert. Eine daraus resultierende, die Schalteigen¬ schaften des Kontaktstückes bzw. des Kontaktwerkstoffes gün- stig beeinflussende Gefügeveränderung wird nicht erreicht.
Das beschriebene Verfahren eignet sich lediglich zur Herstel-
lung dünner, schweiß- und lötbarer Schichten bis zu wenigen 100 μm.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für ein Formstück aus einem Kontaktwerkstoff sowie einen solchen Kontaktwerkstoff selbst anzugeben, welcher gegenüber dem Stand der Technik günstigere Schalteigenschaften aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktstück aus dem Kontaktwerkstoff anzugeben, welches sich durch verbesserte Schalteigenschaften besonders für ein Schaltgerät der Ener¬ gietechnik eignet .
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis erfindungsgemäß gelöst, indem eine Pulvermischung aus Silber und aus einem Metalloxid gebildet wird, welche pulvermetall¬ urgisch zu dem Formstück verarbeitet wird, und wobei das Me¬ talloxid zu Metall reduziert wird.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß ein Kon¬ taktwerkstoff mit einem feinen Gefüge ein besseres Schaltver¬ halten als ein Kontaktwerkstoff mit einem groben Gefüge auf¬ weist. Das Eigenschaftsspektrum eines Kontaktwerkstoffes läßt sich erheblich verbessern, indem die mittlere Korngröße der Wirkkomponenten in der Silbermatrix verringert wird.
Umfangreiche Messungen lassen erwarten, daß die Schalteigen¬ schaften eines Kontaktwerkstoffes auf Silberbasis bzw. die Schalteigenschaften eines Formstücks aus dem Kontaktwerkstoff besonders günstig sind, falls die mittlere Korngröße der
Wirkkomponenten kleiner als 1 μm ist. Ein derartiger Kontakt¬ werkstoff läßt sich mit bekannten pulvermetallurgischen Her¬ stellungsverfahren bei Verwendung handelsüblicher Metallpul¬ ver, deren mittlere Korngröße im Bereich einiger um liegt, allerdings nicht erzeugen.
O 97/27601 P rtCT/ 'DE97 "/0«0"0»4•"2
Da jedoch Metalloxid-Pulver verfügbar sind, deren Korngrößen wesentlich kleiner als 1 μm sind, läßt sich durch die Verwen¬ dung von Metalloxid-Pulver statt Metall-Pulver und anschlie¬ ßende Reduktion des Metalloxids ein Kontaktwerkstoff erzie- len, bei dem die mittlere Korngröße der metallischen Wirkkom¬ ponenten im Nanometer-Bereich liegt. Zudem kann bei der Ver¬ wendung von Metalloxid-Pulvern unter weniger strengen Trans¬ port- und Verarbeitungsvorschriften gearbeitet werden, da im Gegensatz zu Metalloxid-Pulvern viele Metall-Pulver selbst- entzündlich sind. Auf diese Weise lassen sich die Herstel¬ lungskosten reduzieren.
Die Reduktion des Metalloxides erfolgt vorteilhafterweise in der Pulvermischung, da durch die zunehmende Verdichtung der Pulvermischung in nachfolgenden Arbeitsschritten eine voll¬ ständige Reduktion des Metalloxids erschwert ist.
Die Reduktion des Metalloxids kann auch in einem Rohling des Formstücks erfolgen, welcher noch eine genügend hohe Porosi- tat bzw. Gasdurchlässigkeit aufweist. Ein solcher Rohling ist beispielsweise der in der Strangpreßtechnik bereitzustellende Butzen, der nachfolgend zu einem Strang verpreßt wird. Ebenso kann ein solcher Rohling aber auch ein in der Formteiltechnik hergestelltes Vorprodukt für ein Formteil sein, ehe aus die- sem durch erneutes Pressen und Sintern das Formteil herge¬ stellt wird.
Zweckmäßigerweise wird die Reduktion des Metalloxids durch eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre er- reicht. Besonders effektiv ist es, wenn die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 500 °C unterhalb des Schmelz¬ punktes von Silber, d.h. unter Berücksichtigung der beige¬ mischten Wirkkomponenten bei einer Temperatur zwischen 500 °C bis 1000 °C, vorzugsweise bei 700 °C, durchgeführt wird. Da- bei kann die reduzierende Atmosphäre gleichzeitig als Schutz¬ gas für eine eventuell erforderliche Sinterung herangezogen werden. Sinterung und Reduktion können dadurch bei der Her-
Stellung des Kontaktwerkstoffes in einem Arbeitsgang erfol¬ gen.
Vorteilhafterweise wird als reduzierende Atmosphäre auch das üblicherweise für die Sinterung eingesetzte Gas Wasserstoff (H2) verwendet.
Durch die bei pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren notwendigen Sinter- und Preßvorgänge kann es zu einer Konglo- meration der in Pulverform zugeführten Wirkkomponente kommen. Dies insbesondere, falls die Wirkkomponente in Form eines Pulvers eines Metalloxids mit sehr kleinen Korngrößen zuge¬ führt wird. Für die Schalteigenschaften günstige Korngrößen der Wirkkomponente lassen sich im Kontaktwerkstoff erzielen, wenn als Metalloxid ein Pulver mit einer Korngröße von klei¬ ner als 1 um, vorzugsweise von 100 bis 500 nm verwendet wird.
Der hergestellte Kontaktwerkstoff bzw. das Formstück aus dem Kontaktwerkstoff weist vorteilhafte Schalteigenschaften auf, wenn der Pulvermischung ein weiteres Metall oder ein weiteres
Metalloxid beigemischt wird. Dabei wird das weitere Metall¬ oxid, wie beschrieben, zu einem weiteren Metall reduziert. Es ist aber auch vorstellbar, das weitere Metalloxid erst nach der Reduktion der Pulvermischung beizumengen. Der herge- stellte Kontaktwerkstoff hätte in diesem Fall eine oxidische Wirkkomponente.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Pulvermischung Silber (Ag) , Eisenoxid (Fe203/Fe3θ4) und Rhenium (Re) oder Silber (Ag) , Rheniumoxid (Re) und Eisen (Fe) oder Silber
(Ag) , Rheniumoxid (ReO) und Eisenoxid (Fe2θ3/Fe3θ4) zugeführt wird.
Bezüglich des Kontaktwerkstoffes wird die Aufgabe erfindungs- gemäß gelöst durch einen Kontaktwerkstoff auf Silberbasis mit zumindest einer weiteren metallischen Komponente, deren mitt¬ lere Korngröße kleiner als 1 um ist, vorzugsweise 100 bis
500 nm beträgt. Ein derartiger Kontaktwerkstoff weist neben sehr guten Schalteigenschaften insbesondere eine sehr geringe Verschweißneigung sowie eine hohe Lebensdauer auf .
Günstige Schalteigenschaften besitzt der Kontaktwerkstoff, wenn als metallische Wirkkomponenten Eisen (Fe) und Rhenium (Re) vorgesehen sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn Eisen (Fe) in Massenanteilen zwischen 1 und 50 % und Rhenium (Re) in Massenanteilen zwischen 0,01 und 5 % vorliegen.
Die Aufgabe bezüglich des Kontaktstücks wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Formstück aus dem Kontaktwerkstoff in Ge¬ stalt eines Kontaktstückes. Dabei kann das Kontaktstück zu¬ sätzlich mit einer Schicht aus Reinsilber zur sicheren Ver- bindung des Kontaktstücks mit der Unterlage durch Hartlöten versehen sein. Ein derartiges Kontaktstück eignet sich für die Verwendung in einem Schaltgerät der Energietechnik, ins¬ besondere für einen Niederspannungsschalter.
Durch die folgenden Untersuchungsergebnisse sowie durch eine
Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
FIG 1 Gefüge eines erfindungsgemäß nach der Strangpre߬ technik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8, 8-Werkstof- fes senkrecht zur Strangpreßrichtung;
FIG 2 Gefüge eines konventionell nach der Strangpreßtech¬ nik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes senkrecht zur Strangpreßrichtung;
FIG 3 Gefüge eines erfindungsgemaß nach der Strangpreß- technik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8, 8-Werkstof- fes parallel zur Strangpreßrichtung;
FIG 4 Gefüge eines konventionell nach der Strangpreßtech¬ nik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes parallel zur Strangpreßrichtung.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Silber-Eisen- Rhenium-Werkstoff hergestellt. Dazu wird Silberpulver Ag mit Rheniumpulver Re (Korngröße ca. 5 um) und mit Eisenoxid-Pul¬ ver Fe203/Fe3θ4 (Korngröße kleiner als 10 nm) vermischt. Die¬ ses Pulvergemisch wird zu einem Rohling oder Butzen weiter- verarbeitet, welcher bei einer Temperatur von 700 °C unter einer H2-Atmosphäre zur Reduktion des Eisenoxids zu Eisen ge¬ glüht wird. Die Weiterverarbeitung zu einem Kontaktstück ge¬ schieht nach der beschriebenen Strangpreßtechnik unter be¬ kannten Bedingungen.
Die Zusammensetzung der Pulvermischung ist derart, daß die Summe der Massenanteile der Wirkkomponenten Eisen (Fe) und Rhenium (Re) 8,8 % im fertigen Werkstoff beträgt, wobei das Verhältnis von Eisen zu Rhenium 19/1 gewählt ist. Der Werk- stoff soll im folgenden mit Ag (FeRe 95/5) 8,8 bezeichnet werden, wobei sich die Angabe des Verhältnisses 95/5 auf das fertigungstechnisch bedingte Mischungsverhältnis von Eisen- und Rhenium-Pulver bezieht.
Figuren 1 und 3 zeigen die feine Struktur eines derart herge¬ stellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes parallel bzw. senk¬ recht zur Strangpreßrichtung. Die mittlere Korngröße der Rhe¬ nium- und Eisenpartikel in der Silbermatrix (gemessen senk¬ recht zur Strangpreßrichtung, s Fig. 1) liegt in einem Be- reich deutlich unter 1 um. Im Vergleich zu einem konventio¬ nell hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoff, dessen Ge¬ füge senkrecht zur Strangpreßrichtung in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Größenunterschied der in die Silbermatrix einge¬ betteten Wirkkomponenten signifikant. Ebenso wird dies auch in den Figuren 3 und 4 ersichtlich, die das Gefüge eines er¬ findungsgemäß bzw. konventionell hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8, 8-Werkstoffes parallel zur Strangpreßrichtung zeigen.
Als ein für das Schaltverhalten des Werkstoffs signifikanter Parameter wird die Schweißkraft des Werkstoffs nach Z. f. Werkstofftechnik/J. of Materials Technology 7, (1976) 381 bis 389 mit folgenden Prüfbedingungen getestet:
- Probenabmessung: 10 mm x 10 mm
- Kontaktfläche: ballig R = 80 mm
- Oberflächenzustand: gedreht
- Schließgeschwindigkeit: 1 m/sek. - Kontaktkraft: 60 N
- Prellzeit der ersten drei Sprünge: 5 msek.
- Trenngeschwindigkeit: 7,4 x 10"" m/sek.
- PrüfSpannung: 220 V
- Einschalt- und Ausschaltstrom: 1000 A - Schaltzahl 1000.
Die Schweißkraftwerte werden in ihrer Summenhäufigkeit darge¬ stellt, wobei die Ordinate nach der Weibull-Funktion und die Abszisse logarithmisch geteilt ist. Da bei AgFeRe-Kontakt- Werkstoffen bei den ersten Schaltvorgängen die mechanische Bearbeitung Ursache hoher Schweißkraft sein kann, wird zum Vergleich mit konventionell hergestellten AgFeRe-Werkstoffen der 99,8 %-Wert herangezogen.
Es ergibt sich:
Erfindungsgemäßes Verfahren, Ag (FeRe 95/5) 8, 8-Werkstoff:
Schweißkraft: 237 N (99,8 %)
Konventionelles Verfahren, Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoff mit groben Gefüge:
Schweißkraft: 530 N (99,8 %) . Dieses Ergebnis bedeutet ein um 55 % verbessertes Schweißver¬ halten des erfindungsgemäß hergestellen AgFeRe-Kontaktwerk- stoffes gegenüber einem konventionell hergestellten.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kon¬ taktwerkstoff auf Silberbasis, bei dem eine Pulvermischung aus Silber und aus einem Metalloxid gebildet wird, welche pulvermetallurgisch zu dem Formstück verarbeitet wird, und wobei das Metalloxid zu Metall reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Me¬ talloxid in der Pulvermischung reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Me- talloxid in einem Rohling des Formstücks reduziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reduk¬ tion des Metalloxids durch eine Wärmebehandlung in einer re- duzierenden Atmosphäre erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wärme¬ behandlung bei einer Temperatur von 500 bis 1000 °C, Vorzugs- weise bei 700 °C, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die redu¬ zierende Atmosphäre Wasserstoff (H2) ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Me¬ talloxid ein Pulver mit einer Korngröße kleiner als 1 um, vorzugsweise von 100 bis 500 nm, verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Pul¬ vermischung ein weiteres Metall oder ein weiteres Metalloxid beigemischt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Pul¬ vermischung Silber (Ag) , Eisenoxid (Fe203/Fe304) und Rhenium (Re) oder Silber (Ag) , Rheniumoxid (ReO) und Eisen oder Sil- ber (Ag) , Rheniumoxid (ReO) und Eisenoxid (Fe203/Fe304) zuge¬ führt wird.
10. Kontaktwerkstoff auf Silberbasis mit zumindest einer wei¬ teren metallischen Komponente, deren mittlere Korngröße klei- ner als 1 um ist, vorzugsweise zwischen 100 und 500 nm liegt.
11. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als weitere metallische Komponenten Eisen (Fe) und/oder Rhenium (Re) vor- gesehen sind.
12. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eisen (Fe) in Massenanteilen zwischen 1 % und 50 % und das Rhenium (Re) in Massenanteilen zwischen 0,01 % und 5 % vorliegt.
13. Formstück aus einem Kontaktwerkstoff nach einem der An¬ sprüche 10 bis 12.
14. Formstück nach Anspruch 13, welches als Kontaktstück für ein Schaltgerät der Energietech¬ nik, insbesondere für einen Niederspannungsschalter, ausge¬ bildet ist.
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