WO2010051923A1

WO2010051923A1 - Verfahren zur herstellung eines halbzeugs und halbzeug für elektrische kontakte sowie kontaktstück

Info

Publication number: WO2010051923A1
Application number: PCT/EP2009/007662
Authority: WO
Inventors: Helmut Heinzel; Andreas Kraus; Evelyn MAHLE-MÖSSNER; Johann Wenz
Original assignee: Ami Doduco Gmbh
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-05-14
Also published as: EP2353209B1; CN102204021A; JP5433703B2; JP2012507833A; DE102008056264A1; PL2353209T3; BRPI0921361B1; US20110243783A1; EP2353209A1; US8980166B2; BRPI0921361A2; RU2501133C2; RU2011118848A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen, insbesondere bandförmigen, Halbzeugs für elektrische Kontakte, wobei das Halbzeug eine für die elektrische Kontaktgabe bestimmte Oberseite aus einem Verbundwerkstoff auf Silberbasis hat, in welchem eines oder mehrere Metalloxide oder Kohlenstoff eingelagert sind, und einer den Verbundwerkstoff tragenden gut löt- oder schweißbaren Trägerschicht aus Silber oder einer Silberbasislegierung hat, mit den folgenden Schritten: - Pulvermetallurgisches Herstellen eines Blocks aus dem Verbundwerkstoff auf Silberbasis, - Ummanteln des Blocks aus dem Verbundwerkstoff mit einem Pulver das überwiegend aus Silber besteht, - Pressen des mit dem Metallpulver ummantelten Blocks zum Verdichten des Metallpulvers, - Sintern des gepressten Blocks, - Umformen des gesinterten Blocks durch Strangpressen, - Erzeugen eines Teilstrangs mit einer Oberseite aus Verbundwerkstoff und einer Unterseite aus Silber oder einer Silberbasislegierung.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs und Halbzeug für elektrische

Kontakte sowie Kontaktstück

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für elektrische Kontakte mit einer für die elektrische Kontaktgabe bestimmten Oberseite aus einem Verbundwerkstoff auf Silberbasis, in welchem eines oder mehrere Metalloxide oder Kohlenstoff eingelagert sind, und einer gut löt- und schweißbaren Trägerschicht aus Silber oder einer Silberlegierung, auf welcher der Verbundwerkstoff liegt.

Verbundwerkstoffe aus Silberbasis mit eingelagerten Metalloxid- oder Kohlenstoffpartikeln lassen sich nicht oder nur sehr schlecht verschweißen und verlöten. Bei der Herstellung von Halbzeugen für elektrische Kontakte wird deshalb eine Unterseite des Kontaktwerkstoffs mit einer gut löt- oder schweißbaren Trägerschicht aus Silber oder einer Silberlegierung versehen. Derartige Trägerschichten werden üblicherweise durch Aufplattieren eines Silberbandes auf Kontaktwerkstoffe aufgebracht. Bekannt ist es auch eine Herstellung in Einzelpresstechnik, bei der auf eine Schicht aus Silberpulver eine Schicht aus Kontaktwerkstoffpulver aufgebracht und durch anschließendes Pressen und Sintern ein Halbzeug mit einer Vorderseite aus Kontaktwerkstoff und einer Rückseite aus Silber erzeugt wird. Dabei können die beiden PuI- verschichten gemeinsam verpresst werden oder zunächst eine Schicht aus nur einem Pulver vorgepresst und anschließend das zweite Pulver aufgebracht und verpresst werden. Nachteilig an einer Herstellung in Einzelpresstechnik ist jedoch, dass sich kein bandförmiges Halbzeug herstellen lässt.

Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, einen Kontaktwerkstoffblock mit einem Silberrohr zu ummanteln und anschließend durch Verbundstrangpressen umzuformen. Durch Längsteilen eines auf diese Weise hergestellten Verbundstrangs erhält man ein Halbzeug mit einer Oberseite aus Kontaktwerkstoff und einer Unterseite aus Silber. Die Herstellung eines geeigneten Silberrohres und das Einpassen eines Kontaktwerkstoffblocks in ein Silberrohr sind jedoch sehr aufwändig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig ein strang- förmiges Halbzeug für elektrische Kontakte hergestellt werden kann, das eine für die elektrische Kontaktgabe bestimmte Oberseite aus einem Verbundwerkstoff auf SiI- berbasis und eine Unterseite aus Silber oder einer Silberlegierung hat.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst pulvermetallurgisch ein Block aus einem Verbundwerkstoff auf Silberbasis hergestellt, beispielsweise indem Silberpulver mit Metalloxidpulver vermischt, verpresst und anschließend gesintert wird. Möglich ist es beispielsweise auch, Silberpulver mit einem unedlen Metallpulver zu vermischen, zu verpressen und anschließend in einer oxidierenden Atmosphäre zu sintern, so dass durch Oxidation der unedlen Metallpartikel Metalloxidpartikel entstehen. In einem zweiten Schritt wird der pulvermetallurgisch hergestellte Block mit Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung ummantelt und anschließend zum Verdichten des Pulvermantels gepresst, bevorzugt bei Drücken von 500 bar bis 2500 bar. Dem Pulver aus Silber oder einer Silberbasislegierung kann dabei auch unedles Metallpulver beigemischt sein, um so auf pulvermetallurgischem Weg einen Mantel aus einer Silberbasislegierung, also einer überwiegend aus Silber bestehenden Legierung, zu erzeugen.

Der bevorzugt isostatisch gepresste Block wird in einem weiteren Herstellungsschritt gesintert und anschließend durch Strangpressen umgeformt, vorzugsweise warmumgeformt. Danach wird mindestens ein Teilstrang mit einer Oberseite aus Verbundwerkstoff und einer Unterseite aus Silber oder einer Silberbasislegierung erzeugt. Bevorzugt werden zwei derartige Teilstränge erzeugt, indem der durch Strangpressen gebildete Strang in seiner Längsrichtung geteilt wird. Dabei ist es selbstver- ständlich möglich, senkrecht zu der Teilungsebene weitere Längsteilungen vorzunehmen. Die Angabe, dass bevorzugt zwei Teilstränge erzeugt werden, ist deshalb im Sinne von mindestens zwei zu verstehen. Möglich ist es aber auch, nur einen Teilstrang zu erzeugen, indem auf einer Seite des durch Strangpressen gebildeten Strangs das Silber oder die Silberlegierung abgetragen wird, beispielsweise durch Fräsen, und so eine Oberfläche aus Verbundwerkstoff freigelegt wird.

Nach dem Sintern haftet das Silber bzw. die Silberlegierung in der Regel bereits ausreichend stark an dem Block, so dass dieser formgebend bearbeitet werden kann, damit er passgenau in ein Strangpresswerkzeug eingesetzt werden kann. Beispiels- weise kann durch isostatisches Pressen und anschließendes Sintern ein annährend zylindrischer Block hergestellt werden, dessen Mantelfläche vor dem Strangpressen abgedreht wird, um eine Anpassung an die Maße eines Strangpresswerkzeugs zu erreichen. Bevorzugt wird der Block durch das Strangpressen von einer zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt.

Das Strangpressen wird bevorzugt bei Temperaturen von mindestens 600⁰C, insbesondere zwischen 700⁰C und 950⁰C, durchgeführt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch das Strangpressen eine vorteilhaft hohe Verdichtung erreicht wird. Vor- teilhaft lässt sich insbesondere erreichen, dass der Strang eine relative Dichte von 99,9 % der theoretisch möglichen Dichte hat.

Durch Teilen des durch Strangpressen gebildeten Strangs in seiner Längsrichtung entsteht ein Halbzeug mit einer Schicht aus dem Verbundwerkstoff auf Silberbasis, welche die zur Kontaktgabe bestimmte Oberseite des Halbzeugs bildet, und einer gut löt- und schweißbaren Trägerschicht als Unterseite.

Bevorzugt werden die beiden Flanken des Strangs, welche sich von der kontaktge- benden Oberseite bis zur gut löt- und schweißbaren Unterseite des Strangs erstrecken, getrimmt, insbesondere durch Schneiden oder Fräsen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei der weiteren Verarbeitung des Halbzeugs oder beim späteren Gebrauch eines mit dem Halbzeug hergestellten elektrischen Kontakts kein Material der Trägerschicht auf die Kontaktfläche gelangt und deren Funktion beein- trächtigt. Das Trimmen der Flanken des durch Strangpressen gebildeten Strangs kann wahlweise vor oder nach der Längsteilung des Strangs durchgeführt werden.

Bevorzugt wird der durch Strangpressen erzeugte Strang in seiner Dicke durch Walzen, insbesondere durch Kaltwalzen, reduziert. Auf diese Weise lässt sich besonders günstig ein bandförmiges Halbzeug herstellen. Bevorzugt ist dabei insbesondere, dass das Walzen nach dem Längsteilen des Strangs erfolgt. Bevorzugt ist ferner, dass der Strang beim Walzen in seiner Dicke um höchstens 50% seiner ursprünglichen Dicke reduziert wird, um zu vermeiden dass mechanische Eigenschaften des Halbzeugs nachteilig beeinträchtigt werden. Insbesondere besteht bei einer Redukti- on der Dicke um mehr als 50% die Gefahr, dass das Material zu hart wird. Besonders bevorzugt wird der Strang beim Walzen in seiner Dicke um 30 bis 50% seiner ursprünglichen Dicke reduziert.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren ein Verbundwerkstoff verwendet, der ein Silber- Metalloxid-Verbundwerkstoff ist. Als Metalloxide können insbesondere Zinnoxid und/oder Zinkoxid und/oder Indiumoxid und/oder Kadmiumoxid verwendet werden. Möglich sind beispielsweise auch die Verwendung von Bismutoxid oder Wolframoxid. Dabei ist es möglich, dass der erfindungsgemäß verwendete Verbundwerkstoff mehrere Metalloxide enthält. Ebenso gut ist es möglich, dass der Verbundwerkstoff nur ein einziges Metalloxid enthält. Bevorzugt besteht die Metalloxidkomponente des Verbundwerkstoffs überwiegend aus Zinnoxid. Als Alternative oder zusätzlich zu Metalloxiden kann der verwendete Kontaktwerkstoff auf Silberbasis auch Kohlenstoff enthalten, beispielsweise in Form von Grafit.

Bevorzugt wird der mit unedlem Metallpulver ummantelte Verbundwerkstoffblock kal- tisostatisch gepresst. Das kaltisostatische Pressen kann problemlos bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Prinzipiell kann das kaltisostatische Pressen auch bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, bevorzugt ist aber jedenfalls, dass das kaltisostatische Pressen bei einer Temperatur durchgeführt wird, bei welcher das unedle Metall in Anwesenheit von Luftsauerstoff allenfalls unwesentlich oxidiert wird.

Ausführungsbeispiele:

1. Durch Mischen von Silberpulver und Zinnoxidpulver, kaltisostatisches Pressen und anschließendes Sintern wird ein zylindrischer Block aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis hergestellt. Dieser Block kann beispielweise zu 8 bis 14 Gewichtsprozent aus Metalloxid und im übrigen aus Silber bestehen.

Der Verbundwerkstoffblock wird mit Silberpulver ummantelt und dann kalti- sostatisch verpresst. Der isostatisch gepresste Block wird dann unter Luft bei 800⁰C bis 900⁰C gesintert, beispielsweise für 2 bis 5 Stunden. Der gesinterte Block wird anschließend abgedreht, damit er maßgenau in eine Strangpresse eingesetzt werden kann. Der Block wird dann durch Strangpressen bei einer

Temperatur von 750° bis 775° C von seiner zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt.

Die Flanken des so erzeugten Strangs werden abgeschnitten und der Strang anschließend in Längsrichtung geteilt. Die auf diese Weise gebildeten Teilstränge werden anschließend kaltgewalzt und dabei in ihrer Dicke um 30 bis 50%, beispielsweise um 45%, reduziert. Das aus diese Weise hergestellte bandförmige Halbzeug hat eine Trägerschicht, deren Dicke etwa 10% bis 20% der Dicker der Verbundwerkstoffschicht ausmacht, und kann zur Herstellung elektrischer Kontaktstücke verwendet werden, indem von dem Halbzeug Abschnitte abgeschnitten und gemäß den Anforderungen einer spezifischen Anwendung umgeformt werden.

Durch Mischen von Silberpulver und Graphitpulver, kaltisostatisches Pressen, anschließendes Sintern wird ein zylindrischer Block aus einem Kontaktwerkstoff auf Silberbasis hergestellt. Dieser Block kann beispielweise zu 2 bis 5 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff und im Übrigen aus Silber bestehen. Der Verbundwerkstoffblock wird mit Pulver aus Silber oder einer Silberbasislegie- rung ummantelt und einige Stunden bei 750° bis 775° gesintert. Die weitere

Verarbeitung des gesinterten Blocks kann wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen, insbesondere bandförmigen, Halbzeugs für elektrische Kontakte, wobei das Halbzeug eine für die elektrische Kontaktgabe bestimmte Oberseite aus einem Verbundwerkstoff auf Silberbasis hat, in welchem eines oder mehrere Metalloxide oder Kohlenstoff eingelagert sind, und einer den Verbundwerkstoff tragenden gut löt- oder schweißbaren Trägerschicht aus Silber oder einer Silberbasislegierung hat, mit den folgenden Schritten: - Pulvermetallurgisches Herstellen eines Blocks aus dem Verbundwerkstoff auf Silberbasis,

- Ummanteln des Blocks aus dem Verbundwerkstoff mit einem Pulver das ü- berwiegend aus Silber besteht,

- Pressen des mit dem Metallpulver ummantelten Blocks zum Verdichten des Metallpulvers,

- Sintern des gepressten Blocks,

- Umformen des gesinterten Blocks durch Strangpressen,

- Erzeugen eines Teilstrangs mit einer Oberseite aus Verbundwerkstoff und einer Unterseite aus Silber oder einer Silberbasislegierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teilstränge erzeugt werden, indem der durch Strangpressen gebildete Strang in seiner Längsrichtung geteilt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein Silber-Metalloxid Verbundwerkstoff ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff auf Silberbasis Zinnoxid und/oder Zinkoxid und/oder Indiumoxid und/oder Kadmiumoxid enthält.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ummanteln des Blocks aus dem Verbundwerkstoff auf Silberbasis eine Mischung aus Silberpulver und unedlem Metallpulver verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ummanteln des Blocks aus dem Verbundwerkstoff auf Silberbasis Silberpulver oder Pulver aus einer Silberbasislegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ummantelte Block isostatisch, vorzugsweise kaltisostatisch, gepresst wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressen bei Temperaturen von mindestens 600⁰C, insbesondere zwischen 700⁰C und 950°C, durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des durch Strangpressen erzeugten Strangs oder eines Teilstrangs durch Walzen, insbesondere durch Kaltwalzen, reduziert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Walzen die

Dicke um höchstens 50% reduziert wird.

11.Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flanken des Stranges, welche sich von der Kontakt gebenden Oberseite bis zur von der Trägerschicht gebildeten gut löt- und schweißbaren Unterseite des Stranges erstrecken, getrimmt werden, insbesondere durch Schnei- den oder Fräsen.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein annährend zylindrischer gesinterter Block hergestellt wird, dessen Mantelfläche vor dem Strangpressen abgedreht wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Block durch das Strangpressen von einer zylindrischen Form in eine Form mit rechteckigem Querschnitt umgeformt wird.

14. Halbzeug, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere bandförmiges Halbzeug.

15. Elektrisches Kontaktstück, hergestellt durch Abschneiden vom dem Halbzeug gemäß Anspruch 14 und Umformen des Abschnitts.