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EP0876670B1 - Verfahren zur herstellung eines formstücks aus einem kontaktwerkstoff auf silberbasis - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines formstücks aus einem kontaktwerkstoff auf silberbasis Download PDF

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EP0876670B1
EP0876670B1 EP97914051A EP97914051A EP0876670B1 EP 0876670 B1 EP0876670 B1 EP 0876670B1 EP 97914051 A EP97914051 A EP 97914051A EP 97914051 A EP97914051 A EP 97914051A EP 0876670 B1 EP0876670 B1 EP 0876670B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silver
contact material
metal oxide
iron
rhenium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97914051A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0876670A2 (de
Inventor
Franz Hauner
Günter Tiefel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Metaux Precieux Metalor SA
Original Assignee
METAUX PRECIEUX
Metaux Precieux Metalor SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by METAUX PRECIEUX, Metaux Precieux Metalor SA filed Critical METAUX PRECIEUX
Publication of EP0876670A2 publication Critical patent/EP0876670A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0876670B1 publication Critical patent/EP0876670B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01H1/021—Composite material
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
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    • H01H1/0237—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides
    • 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 Fitting made of a silver-based contact material.
  • the invention further relates to such a contact material as well a fitting made of such a contact material.
  • silver-based contact materials that 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 O 3 ) may be mentioned as a representative of the oxidic contact materials.
  • Silver-nickel contact materials in particular have good ones Switching properties, but it is disadvantageous that the during manufacture or during operation due to abrasion Nickel dust as well as that which forms as a switching product Nickel oxide has a harmful effect on human Organism.
  • EP 0 586 411 B1 which describes the closest prior art, is a silver-based contact material known that the metals iron and rhenium in mass fractions between 1% and 50% or between 0.01% and 5% contains as active components. It was found that rhenium even in proportions below 1% the properties of a improved such contact material.
  • the contact material mentioned is characterized by low contact heating with stable heating behavior, reasonable tendency to weld and long service life in relation to specified Switching currents.
  • the silver-iron-rhenium contact material by mixing silver and iron-rhenium alloy powder or by mixing separate powders Made of silver, iron and rhenium.
  • the powder mixture is then by compression molding or extrusion as well Sintering into molded parts or semi-finished products.
  • the structure of such a material i.e. the size and distribution of the active components in the silver matrix is through the grain size of the metal powder or alloy powder available on the market specified.
  • the use of coarse metal powders leads to a coarse-grained, fine-grained metal powder to a fine-grained structure.
  • the finest, in technical relevant quantities of iron powder produced have a average grain size of approx. 5 ⁇ m.
  • the powder mixture by compression molding to a molded part, which by sintering and possibly further pressing to a finished one Fitting is processed.
  • the molded part can additionally with a layer of pure silver for a secure connection the contact piece with the base pressed by brazing become.
  • the active components added in powder form are more uniform Grain size irregularly distributed over the silver matrix in front.
  • the structure of the fitting is largely isotropic.
  • the powder mixture is initially too a porous compact or slug is pressed and / or sintered.
  • the compact or slug is, if necessary, with a Layer of pure silver (see above), by extrusion into one Extruded from which the shaped pieces are separated and possibly undergo a subsequent treatment.
  • the structure of the contact material makes its electrical Switching properties, e.g. Erosion, contact resistance and welding power, significantly determined.
  • WO 95/08833 A1 describes a method for connecting a Contact piece made of a silver metal oxide material with a Carrier described by brazing or welding. there the metal oxide becomes in the area of the contact piece near the surface of the contact material at least partially to metal reduced. A resulting, the switching properties the contact piece or the contact material cheap influencing structural change is not achieved.
  • the method described is only suitable for production thin, weldable and solderable layers up to a few 100 ⁇ m.
  • the object of the invention is to provide a manufacturing method for a fitting made of a contact material and such Kunststoffwerkatoff indicate which of the Prior art has more favorable switching properties. It is also an object of the invention to provide a contact piece from the Specify contact material, which improved by Switching properties especially for a switching device in energy technology suitable.
  • This task is related to the manufacturing process a fitting made of a silver-based contact material solved according to the invention by a powder mixture of silver and is formed from a metal oxide, which is powder metallurgy is processed into the molding, and wherein the metal oxide is reduced to metal.
  • the invention is based on the knowledge that a contact material with a fine structure a better switching behavior as a contact material with a coarse structure.
  • the range of properties of a contact material leaves improve significantly by changing the average grain size of the Active components in the silver matrix is reduced.
  • metal oxide powders are available, their grain sizes are significantly smaller than 1 ⁇ m can be used of metal oxide powder instead of metal powder and subsequent Achieve a contact material by reducing the metal oxide, where the average grain size of the metallic active components is in the nanometer range.
  • metal oxide powders under less stringent transportation and processing instructions are worked on, as in In contrast to metal oxide powders, many metal powders are self-igniting are. In this way, the manufacturing costs to reduce.
  • the reduction of the metal oxide is advantageously carried out in the powder mixture, because of the increasing compression of the A complete powder mixture in subsequent steps Reduction of the metal oxide is difficult.
  • the reduction of the metal oxide can also be in a blank of the Molding take place, which still has a sufficiently high porosity or has gas permeability.
  • a blank is for example the one to be made available in extrusion technology Slug, which is subsequently pressed into a strand.
  • Such a blank can also be used in molding technology be produced preliminary product for a molded part before it the molded part is produced by pressing and sintering again becomes.
  • the reduction of the metal oxide is expediently carried out by achieved a heat treatment in a reducing atmosphere. It is particularly effective when the heat treatment in a temperature range of 500 ° C below the melting point of silver, i.e. taking into account the admixed Active components at a temperature between 500 ° C up to 1000 ° C, preferably at 700 ° C, is carried out.
  • the reducing atmosphere as a protective gas used for any sintering that may be required become. Sintering and reduction can thereby occur during production of the contact material can be done in one operation.
  • the gas hydrogen (H 2 ) usually used for the sintering is advantageously also used as the reducing atmosphere.
  • the active component supplied in powder form. This is particularly the case if the active component is in the form of a Powder of a metal oxide with very small grain sizes supplied becomes.
  • the active component can be achieved in the contact material, if as a metal oxide a powder with a grain size of smaller than 1 ⁇ m, preferably from 100 to 500 nm.
  • the manufactured contact material or the molding from the Contact material has advantageous switching properties if the powder mixture is another metal or another Metal oxide is added.
  • the further metal oxide reduced to another metal as described. It but it is also conceivable that the further metal oxide only after to reduce the reduction of the powder mixture.
  • the manufactured one In this case, the contact material would have an oxidic Active component.
  • the powder mixture is silver (Ag), iron oxide (Fe 2 O 3 / Fe 3 O 4 ) and rhenium (Re) or silver (Ag), rhenium oxide (Re) and iron (Fe) or silver (Ag) , Rhenium oxide (ReO) and iron oxide (Fe 2 O 3 / Fe 3 O 4 ) is supplied.
  • the object is achieved according to the invention solved with a contact material based on silver at least one further metallic component, the middle one Grain size is less than 1 micron, preferably 100 to Is 500 nm.
  • a contact material also has very good switching properties, in particular a very low one Welding tendency and a long service life.
  • the contact material has favorable switching properties, if as metallic active components iron (Fe) and rhenium (Re) are provided. It is advantageous if iron (Fe) in mass proportions between 1 and 50% and rhenium (Re) in mass proportions between 0.01 and 5%.
  • the task regarding the contact piece is invented solved by a fitting made of the contact material in shape a contact piece.
  • the contact piece can additionally with a layer of pure silver for a secure connection of the contact piece with the base by brazing be provided.
  • Such a contact piece is suitable for the use in a switching device of energy technology, in particular for a low voltage switch.
  • 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 O 3 / Fe 3 O 4 (grain size smaller than 10 nm).
  • This powder mixture is 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 Ratio of iron to rhenium 19/1 is chosen.
  • the material is referred to below as Ag (FeRe 95/5) 8.8 be, the indication of the ratio 95/5 on the Mixing ratio of iron and Rhenium powder.
  • Figures 1 and 3 show the fine structure of a manufactured in this way Ag (FeRe 95/5) 8.8 material parallel or vertical to the extrusion direction.
  • the average grain size of the rhenium and iron particles in the silver matrix lies in an area well below 1 ⁇ m.
  • a conventional one manufactured Ag (FeRe 95/5) 8.8 material its structure shown perpendicular to the extrusion direction in Fig. 2 is the size difference is that embedded in the silver matrix Active components significant. So will this 3 and 4 show the structure of the invention or conventionally produced Ag (FeRe 95/5) Show 8.8 material parallel to the direction of extrusion.
  • the welding force values are shown in their total frequency, the ordinate after the Weibull function and the Abscissa is logarithmically divided. As with AgFeRe contact materials the mechanical during the first switching operations Machining can be the cause of high welding power Comparison with conventionally manufactured AgFeRe materials the 99.8% value was used.
  • This result means a 55% improvement in welding behavior of the AgFeRe contact material produced according to the invention compared to a conventionally manufactured one.

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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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis. Die Erfindung betrifft weiter einen solchen Kontaktwerkstoff sowie 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. Als Wirkkomponenten, welche die Schalteigenschaften des Kontaktwerkstoffes günstig beeinflussen, sind sowohl Metalle als auch Metalloxide bekannt. Vertreter der metallischen Kontaktwerkstoffe auf Silberbasis sind beispielsweise Silber-Nickel (AgNi) und Silber-Eisen (AgFe). Als Vertreter der oxidischen Kontaktwerkstoffe sei beispielhaft Silber-Eisenoxid (AgFe2O3) genannt.
Während oxidische Kontaktwerkstoffe gegenüber metallischen Kontaktwerkstoffen eine geringere Verschweißneigung aufweisen, besitzen letztgenannte insbesondere bei kleinen Strömen eine höhere Lebensdauer.
Zur Messung bestimmter Eigenschaften eines Kontaktwerktoffes wird üblicherweise ein in Z. f. Werkstofftechnik/J. of Materials Technology 7, (1976), 381 bis 389 beschriebener Prüfschalter 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 bildende Nickelstaub sowie das sich als Schaltprodukt bildende Nickeloxid eine schädliche Auswirkung auf den menschlichen Organismus haben kann.
Aus der EP 0 586 411 B1,die den nächstliegenden Stand der Technik beschreibt, ist ein Kontaktwerkstoff auf Silberbasis bekannt, der die Metalle Eisen und Rhenium in Massenanteilen 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 Kontaktwerkstoff zeichnet sich durch eine geringe Kontakterwärmung mit stabilem Erwärmungsverhalten, vertretbare Verschweißneigung und hohe Lebensdauer in bezug auf vorgegebene Schaltstromstärken aus.
Gemäß der EP 0 586 411 B1 wird der Silber-Eisen-Rhenium-Kontaktwerkstoff durch Mischen von Silber- und Eisen-Rhenium-Legierungspulver 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 Gefüge eines solchen Werkstoffes, d.h. die Größe und die Verteilung der Wirkkomponenten in der Silbermatrix, ist durch die Korngröße der am Markt erhältlichen Metallpulver bzw. Legierungspulver vorgegeben. Die Verwendung von groben Metallpulvern führt zu einem grobkörnigen, von feinkörnigen Metallpulvern zu einem feinkörnigen Gefüge. Die feinsten, in technisch relevanten Mengen hergestellten Eisen-Pulver haben eine mittlere Korngröße von ca. 5 µm. 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 Pulvermischung durch Formpressen zu einem Formteil verpreßt, welches durch Sintern und ggf. weiteres Pressen zu einem fertigen Formstück verarbeitet wird. Für die Herstellung eines Formstücks in Form eines Kontaktstücks kann das Formteil zusätzlich 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 einheitlicher Korngröße unregelmäßig über die Silbermatrix verteilt vor. Das Gefüge des Formstücks ist weitgehend isotrop.
Bei der Strangpreßtechnik wird die Pulvermischung zunächst zu einem porösen Preßling oder Butzen gepreßt und/oder gesintert. 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 Wirkkomponenten in Strangpreßrichtung verformt bzw. ausgerichtet, wodurch sich ein anisotropes, nämlich zeiliges Gefüge ausbildet.
Durch das Gefüge des Kontaktwerkstoffs werden seine elektrischen Schalteigenschaften, z.B. Abbrand, Kontaktwiderstand und Schweißkraft, maßgeblich bestimmt.
In der WO 95/08833 A1 wird ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktstückes aus einem Silber-Metalloxid-Werkstoff mit einem Träger durch Hartlöten oder Schweißen beschrieben. Dabei wird im oberflächennahen Bereich des Kontaktstückes das Metalloxid des Kontaktwerkstoffes wenigstens teilweise zu Metall reduziert. Eine daraus resultierende, die Schalteigenschaften des Kontaktstückes bzw. des Kontaktwerkstoffes günstig beeinflussende Gefügeveränderung wird nicht erreicht. Das beschriebene Verfahren eignet sich lediglich zur Herstellung 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 Kontaktwerkatoff 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 Energietechnik 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 pulvermetallurgisch zu dem Formstück verarbeitet wird, und wobei das Metalloxid zu Metall reduziert wird.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß ein Kontaktwerkstoff mit einem feinen Gefüge ein besseres Schaltverhalten als ein Kontaktwerkstoff mit einem groben Gefüge aufweist. Das Eigenschaftsspektrum eines Kontaktwerkstoffes laßt sich erheblich verbessern, indem die mittlere Korngröße der Wirkkomponenten in der Silbermatrix verringert wird.
Umfangreiche Messungen lassen erwarten, daß die Schalteigenschaften 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 Kontaktwerkstoff läßt sich mit bekannten pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren bei Verwendung handelsüblicher Metallpulver, deren mittlere Korngröße im Bereich einiger µm liegt, allerdings nicht erzeugen.
Da jedoch Metalloxid-Pulver verfügbar sind, deren Korngrößen wesentlich kleiner als 1 µm sind, läßt sich durch die Verwendung von Metalloxid-Pulver statt Metall-Pulver und anschließende Reduktion des Metalloxids ein Kontaktwerkstoff erzielen, bei dem die mittlere Korngröße der metallischen Wirkkomponenten im Nanometer-Bereich liegt. Zudem kann bei der Verwendung von Metalloxid-Pulvern unter weniger strengen Transport- und Verarbeitungsvorschriften gearbeitet werden, da im Gegensatz zu Metalloxid-Pulvern viele Metall-Pulver selbstentzündlich sind. Auf diese Weise lassen sich die Herstellungskosten reduzieren.
Die Reduktion des Metalloxides erfolgt vorteilhafterweise in der Pulvermischung, da durch die zunehmende Verdichtung der Pulvermischung in nachfolgenden Arbeitsschritten eine vollständige Reduktion des Metalloxids erschwert ist.
Die Reduktion des Metalloxids kann auch in einem Rohling des Formstücks erfolgen, welcher noch eine genügend hohe Porosität 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 diesem durch erneutes Pressen und Sintern das Formteil hergestellt wird.
Zweckmäßigerweise wird die Reduktion des Metalloxids durch eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre erreicht. Besonders effektiv ist es, wenn die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 500 °C unterhalb des Schmelzpunktes von Silber, d.h. unter Berücksichtigung der beigemischten Wirkkomponenten bei einer Temperatur zwischen 500 °C bis 1000 °C, vorzugsweise bei 700 °C, durchgeführt wird. Dabei kann die reduzierende Atmosphäre gleichzeitig als Schutzgas für eine eventuell erforderliche Sinterung herangezogen werden. Sinterung und Reduktion können dadurch bei der Herstellung des Kontaktwerkstoffes in einem Arbeitsgang erfolgen.
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 Konglomeration der in Pulverform zugeführten Wirkkomponente kommen. Dies insbesondere, falls die Wirkkomponente in Form eines Pulvers eines Metalloxids mit sehr kleinen Korngrößen zugeführt wird. Für die Schalteigenschaften günstige Korngrößen der Wirkkomponente lassen sich im Kontaktwerkstoff erzielen, wenn als Metalloxid ein Pulver mit einer Korngröße von kleiner als 1 µm, 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 Metalloxid, wie beschrieben, zu einem weiteren Metall reduziert. Es ist aber auch vorstellbar, das weitere Metalloxid erst nach der Reduktion der Pulvermischung beizumengen. Der hergestellte Kontaktwerkstoff hätte in diesem Fall eine oxidische Wirkkomponente.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Pulvermischung Silber (Ag), Eisenoxid (Fe2O3/Fe3O4) und Rhenium (Re) oder Silber (Ag), Rheniumoxid (Re) und Eisen (Fe) oder Silber (Ag), Rheniumoxid (ReO) und Eisenoxid (Fe2O3/Fe3O4) zugeführt wird.
Bezüglich des Kontaktwerkstoffes wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Kontaktwerkstoff auf Silberbasis mit zumindest einer weiteren metallischen Komponente, deren mittlere Korngröße kleiner als 1 µm 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 Gestalt eines Kontaktstückes. Dabei kann das Kontaktstück zusätzlich mit einer Schicht aus Reinsilber zur sicheren Verbindung des Kontaktstücks mit der Unterlage durch Hartlöten versehen sein. Ein derartiges Kontaktstück eignet sich für die Verwendung in einem Schaltgerät der Energietechnik, insbesondere 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 Strangpreß-technik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes senkrecht zur Strangpreßrichtung;
FIG 2
Gefüge eines konventionell nach der Strangpreßtechnik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes senkrecht zur Strangpreßrichtung;
FIG 3
Gefüge eines erfindungsgemäß nach der Strangpreß-technik hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes parallel zur Strangpreßrichtung;
FIG 4
Gefüge eines konventionell nach der Strangpreßtechnik 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 µm) und mit Eisenoxid-Pulver Fe2O3/Fe3O4 (Korngröße kleiner als 10 nm) vermischt. Dieses Pulvergemisch wird zu einem Rohling oder Butzen weiterverarbeitet, welcher bei einer Temperatur von 700 °C unter einer H2-Atmosphäre zur Reduktion des Eisenoxids zu Eisen geglüht wird. Die Weiterverarbeitung zu einem Kontaktstück geschieht nach der beschriebenen Strangpreßtechnik unter bekannten 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 Werkstoff 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 Eisenund Rhenium-Pulver bezieht.
Figuren 1 und 3 zeigen die feine Struktur eines derart hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoffes parallel bzw. senkrecht zur Strangpreßrichtung. Die mittlere Korngröße der Rhenium- und Eisenpartikel in der Silbermatrix (gemessen senkrecht zur Strangpreßrichtung, s Fig. 1) liegt in einem Bereich deutlich unter 1 µm. Im Vergleich zu einem konventionell hergestellten Ag (FeRe 95/5) 8,8-Werkstoff, dessen Gefüge senkrecht zur Strangpreßrichtung in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Größenunterschied der in die Silbermatrix eingebetteten Wirkkomponenten signifikant. Ebenso wird dies auch in den Figuren 3 und 4 ersichtlich, die das Gefüge eines erfindungsgemäß 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 10-4 m/sek.
  • Prüfspannung: 220 V
  • Einschalt- und Ausschaltstrom: 1000 A
  • Schaltzahl 1000.
Die Schweißkraftwerte werden in ihrer Summenhäufigkeit dargestellt, wobei die Ordinate nach der Weibull-Funktion und die Abszisse logarithmisch geteilt ist. Da bei AgFeRe-Kontaktwerkstoffen 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 Schweißverhalten des erfindungsgemäß hergestellen AgFeRe-Kontaktwerkstoffes gegenüber einem konventionell hergestellten.

    Claims (12)

    1. Verfahren zur Herstellung eines Formstücks aus einem Kontaktwerkstoff 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 in der Pulvermischung oder in einem Rohling des Formstücks zu Metall reduziert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Metalloxids durch eine Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 500 bis 1000 °C, vorzugsweise bei 700 °C, erfolgt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Atmosphäre Wasserstoff (H2) ist.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxid ein Pulver mit einer Korngröße kleiner als 1 µm, vorzugsweise von 100 bis 500 nm, verwendet wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung ein weiteres Metall oder ein weiteres Metalloxid beigemischt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung Silber (Ag), Eisenoxid (Fe2O3/Fe3O4) und Rhenium (Re) oder Silber (Ag), Rheniumoxid (ReO) und Eisen oder Silber (Ag), Rheniumoxid (ReO) und Eisenoxid (Fe2O3/Fe3O4) zugeführt wird.
    8. Kontaktwerkstoff auf Silberbasis mit zumindest einer weiteren zu Metall reduzierten Komponente, deren mittlere Korngröße kleiner als 1 µm ist, vorzugsweise zwischen 100 und 500 nm liegt.
    9. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß als weitere metallische Komponenten Eisen (Fe) und/oder Rhenium (Re) vorgesehen sind.
    10. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen (Fe) in Massenanteilen zwischen 1 % und 50 % und das Rhenium (Re) in Massenanteilen zwischen 0,01 % und 5 % vorliegt.
    11. Formstück aus einem Kontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
    12. Formstück nach Anspruch 11,
      welches als Kontaktstück für ein Schaltgerät der Energietechnik, insbesondere für einen Niederspannungsschalter, ausgebildet ist.
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