Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid und Verfahren zu seiner Herstellung.
Für die Herstellung von elektrischen Kontaktstücken hat sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen Ag/CdO bisher am besten bewährt. Aufgrund der Umweltbelastung durch CdO wird jedoch verstärkt versucht, CdO durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Bei diesen Untersuchungen zeigte es sich, Daß Sn02 ein geeigneter Ersatz für CdO ist. Aufgrund der höheren thermischen Stabilität von Sn02 gegenüber CdO ergibt sich zudem eine deutlich verminderte Abbrandrate, die zur längeren Lebensdauer im Schaltgerät führt. Ein sehr wesentlicher Nachteil von Ag/Sn02 besteht jedoch darin, daß der Übergangswiderstand am Kontakt nach einigen tausend Schaltungen durch Deckschichtbildung zu hoch wird. Dies führt dann in der Regel zu erhöhten Temperaturen im Schaltgerät, die zur Zerstörung des Gerätes führen können und somit unzulässig sind.
Ein weiterer Nachteil dieser Ag/Sn02-Werkstoffe gegenüber Ag/CdO besteht in der geringeren Sicherheit gegen Verschweissen. Die Kräfte, die zum Zerreissen der Schweissbrücke erforderlich sind, sind teilweise doppelt so hoch wie die bei Ag/CdO-Kontakten. Damit besteht die Gefahr von Schaltstörungen bei Einsatz von Ag/Sn02,
Es ist daher versucht worden, durch den Zusatz weiterer Metalloxide zu Ag/Sn02 die Verschweißsicherheit zu erhöhen, wobei beispielsweise Wismutoxid (DE-A1-2754335) oder Indiumoxid (DE-A1-24 28147) verwendet werden. Diese Zusätze verbessern zwar die Verschweißsicherheit, bedingen jedoch eine erhöhte Temperatur am Kontakt und am Schaltgerät, was die Lebensdauer der Geräte beeinträchtigt.
In der DE-B-11 90 677 werden Werkstoffe für elektrische Kontakte beschrieben, die neben Silber noch zwingend 0,8 bis 6 % Silberhalogenid enthalten müssen und 1 bis 4,5 % Oxid aus der Gruppe des Kupfers, Chroms, Zinns, Cadmiums, Eisens, Rutheniums, Nickels, Mangans, Molybdäns, Kobalts, Wolframs, Urans, Rhodiums und Palladiums enthalten können. Solche halogenidhaltigen Kontaktwerkstoffe haben sich in der Praxis nicht bewährt.
In der DE-B2-1719 444 werden elektrischen Kontaktwerkstoffen auf der Basis von Silber und Kupfer auch Karbide, Nitride, Boride und/oder Oxide des Kadmiums, Kupfers, Mangans, Tantals, Zirkoniums, Titans, Molybdäns, Wolframs, Aluminiums und Magnesiums zugesetzt, wobei als weitere Komponente noch Zinnoxid, Zinkoxid, Kupferoxid oder Kobaltoxid zugegen ist. An speziellen Werkstoffkombinationen werden nur AgCdO, AgSn02, AgZnO und AgZnO mit Hartstoffzusatz, wie Zirkoniumdiborid, Tantalkarbid, Wolframkarbid u.ä., erwähnt. Auch diese Kontaktwerkstoffe haben sich in der Praxis nicht bewährt.
Aufgabe der Erfindung war es nun, einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer besitzt, eine geringe Verschweißneigung und keine erhöhten Temperaturen beim Schalten zeigt.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkstoff 8-20 Gew.-% Zinnoxid, 0,05-5 Gew.-% Wolframoxid, Rest Silber enthält. Mit diesem Werkstoff tritt überraschenderweise eine starke Reduzierung der Übertemperatur ein, so daß die gleichen, teilweise sogar niedrigere Temperaturen im Schaltgerät als bei Ag/CdO gefunden werden. Auch die Verschweißkräfte von Ag/Sn02 können überraschenderweise durch den Zusatz von Wolframoxid wesentlich vermindert werden.
Besonders bewährt hat sich ein Werkstoff, der aus 10-15 Gew.-% Zinnoxid, 0,2-1,5 Gew.-% Wolframoxid, Rest Silber besteht. Erstaunlicherweise werden schon durch sehr geringe Wolframoxidgehalte deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Übertemperatur und Verschweißkraft erzielt. Besonders gute Ergebnisse erhält man, wenn das Sn02 gleichmäßig ohne Agglomerate eingebracht wird, mit einer Primärkorngröße von < 5 µm.
Diese feine Verteilung der Metalloxidkomponenten kann erreicht werden durch Nachsieben des Sn02 vor dem Mischen, oder besonders vorteilhaft durch Mischen und Kneten der Silber-, Zinnoxid- und Wolframoxidpulver in feuchtem Zustand. Durch das Naßsieben werden Sekundäragglomerate des Sn02 vor dem Mischen entfernt. Bei der Herstellung über Mischen und Kneten im feuchten Zustand werden durch die auftretenden hohen Scherkräfte Sekundäragglomerate zerstört, und damit wird eine gleichmäßige und feinkörnige Verteilung der Komponente bewirkt.
Es ist für das Schaltverfahren unerheblich, ob Zinnoxid und Wolframoxid durch vorherige Wärmebehandlung zu einem Mischoxid reagieren oder örtlich getrennt im Kontaktwerkstoff vorliegen.
Die wesentlichen Verbesserungen im Schaltverhalten, die mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff gegenüber Ag/CdO und Ag/Sn02 erreicht wurden, verdeutlicht die folgende Tabelle anhand von Beispielen. Hierzu wurde ein Schaltgerät 3 TB 54 der Firma Siemens verwendet. Die erfindungsgemäßen Werkstoffe wurden pulvermetallurgisch nach Naßkneten mit folgendem Strangpressen hergestellt.