Werkstoff für elektrische Kontakte

Abstract

 Es wird ein Kontaktwerkstoff beschrieben, auf der Basis von Silber-Zinnoxid mit weiteren Metalloxiden, der eine hohe Lebensdauer, geringe Verschweisskraft und niedrige Schalttemperaturen aufweist. Er enthält neben Silber und Zinnoxid noch 0.05 bis 4% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden.

[0002] Für die Herstellung von elektrischen Kontaktstücken hat sich für die Vielzahl von Anwendungsfällen Silber-Kadmiumoxid bisher am besten bewährt. Aufgrund der Umweltbelastung durch Kadmiumoxid (Cd0) wird jedoch verstärkt versucht, Cd0 durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Bei diesen Untersuchungen zeigte sich, dass Zinnoxid (Sn0₂) ein geeigneter Ersatz für Cd0 ist. Aufgrund der höheren thermischen Stabilität von SnO₂ gegenüber CdO ergibt sich zudem eine deutlich verminderte Abbrandrate, die zur längeren Lebensdauer im Schaltgerät führt. Ein sehr wesentlicher Nachteil von Ag/SnO₂-Kontakten besteht jedoch darin, dass der Uebergangswiderstanc am Kontakt nach einigen tausend Schaltungen durch Deckschichtbildung zu hoch wird. Dies führt dann in der Regel zu erhöhten Temperaturen (Uebertemperaturen) im Schaltgerät, die zur Zerstörung des Gerätes führen können und somit unzulässig sind.

[0003] Ein weiterer Nachteil dieser Ag/Sn0₂-Werkstoffe gegenüber Ag/CdO-Werkstoffen besteht in der geringeren Sicherheit gegen Verschweissen. Die Kräfte, die zum Zerreissen der Schweissbrücken erforderlich sind, sind teilweise doppelt so hoch wie die bei Ag/CdO-Kontakten. Damit besteht die Gefahr von Schaltstörungen bei Einsatz von Ag/SnO₂ .

[0004] Es ist daher versucht worden, durch den Zusatz weiterer Metalloxide zu Ag/SnO₂ die Verschweißsicherheit zu erhöhen, wobei beispielsweise Wismutoxid (DE-OS 27 54 335) oder Indiumoxid (DE-OS 24 28 147) verwendet werden. Diese Zusätze verbessern zwar die Verschweißsicherheit bedingen jedoch eine erhöhte Temperatur am Kontakt und am Schaltgerät, was die Lebensdauer der Geräte beeinträchtigt.

[0005] Durch Zusatz von Wolframoxid (WO₃) zu Ag/SnO₂ kann man erreichen (DE-AS 29 33 338), dass sowohl die Uebertemperatur als auch die Verschweisskraft gegenüber Ag/Sn0₂ vermindert werden. Dadurch erhält man einen mit Ag/Cd0 vergleichbaren Kontaktwerkstoff, der sogar eine erheblich höhere Lebensdauer erreicht. Wünschenswert sind jedoch Kontaktwerkstoffe, die noch geringere Verschweissneigungen und geringere Uebertemperaturen zeigen.

[0006] Aufgabe der Erfindung war es, einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer besitzt, eine noch geringere Verschweißneigung und noch niedrigere Temperaturen beim Schalten gegenüber den bekannten Kontaktwerkstoffen aufweist.

[0007] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Werkstoff 0,05 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid enthält. Vorzugsweise enthält er 8 bis 20 Gew.% Zinnoxid, 0,05 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid, der Rest besteht aus Silber.

[0008] Es wurde überraschenderweise gefunden, dass Molybdänoxid und vor allem Germaniumoxid die Uebertemperatur im Schaltgerät gegenüber Wolframoxid noch weiter absenken und auch die Verschweisskrakft merklich vermindern, obwohl weder die Schmelz-, Siede- und Sublimationspunkte noch die G₀ -werte ein solches Verhalten dieser beiden Oxide nahelegen. Andere Metalloxide mit dem Wolframoxid ähnlicheren thernodynamischen Eigenschaften steigern nämlich die Uebertemperatur.

[0009] Als bevorzugte Zusatzmengen haben sich 0,05 bis 0,9 Gew.% Molybdänoxid und 0,05 bis 1,5 Gew.% Germaniumoxid erwiesen. Auch ist es möglich, einen Teil des Molybdänoxid-und/oder Germaniumoxidgehaltes durch Wolframoxid zu ersetzen, ohne dass die verbesserten Eigenschaften verloren gehen.

[0010] Die Werkstoffe auf der Basis AgSnO₂ mit Zusätzen von Molybdän-Oxid und/oder Germanium-Oxid können pulvermetallurgisch sowohl durch Pressen und Sintern von Einzelkontaktstücken als auch durch Strangpressen gesinterter Bolzen hergestellt werden. Bei Germaniumoxid kommt als weiterer besonderer Vorteil hinzu, dass aufgrund der Löslichkeit von Germanium in Silber dieser Zusatz auch leicht für innerlich oxidiertes Material vorgesehen werden kann. Versuchsweise eingebrachte Konzentrationen von 0,1% Ge zu AgSn 7,5 ergaben eine gleichmässige Ausscheidung der Metalloxide im Werkstoff. Eine Deckschichtbildung trat nicht ein. Ueberraschenderweise wurde sogar gefunden, dass Germanium eine deutliche Beschleunigung der inneren Oxidation bewirkt und Oxidationsgeschwindigkeiten wie bei Ag/CdO erreicht werden. Ausserdem wird durch einen Germaniumzusatz der maximal innerlich oxidierbare Unedelgehalt erhöht und damit die Sicherheit gegen Verschweissen verbessert.

[0011] Folgende Beispiele sollen den erfindungsgemässen Werkstoff näher erläutern:

1. Ein Werkstoff mit 88 % Ag, 11,5 % SnO₂ und 0,5 % MoO₅ wird pulvermetallurgisch hergestellt und durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu Kontaktauflagen verarbeitet.

2. Eine Legierung aus Silber mit Zinn und Germanium wird 0 zu Blech von 3 mm Dicke verarbeitet und bei 820 C 30 Stunden bei 9 bar mit Sauerstoff innerlich oxidiert, wobei ein Werkstoff mit 88 % Ag, 11,5 % SnO₂ und 0,5 % Ge0₂ entsteht.

3. Ein Gemisch aus 88 % Ag, 11,5 % SnO₂ , 0,3 % MoO₃ und 0,2 % GeO₂ wird auf bekannte Weise pulvermetallurgisch verarbeitet und zu Kontaktauflagen verpresst.

4. Ein Gemisch aus 88 % Ag, 11,3 % SnO₂ , 0,2 % WO₃, 0,3 % MoµO₃ und 0,2 % GeO₂ wird auf bekannter Weise zu Kontaktauflagen verarbeitet.

[0012] Die Schaltversuche dieser Werkstoffe zeigt die folgende Tabelle, wobei einige bekannte Kontaktwerkstoffe zum Vergleich herangezogen werden.

Ansprüche

1. Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,5 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid enthält.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 8 bis 20% Zinnoxid, 0,05 bis 4% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid, Rest Silber, enthält.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 0,9% Molybdänoxid (MoO₃) enthält.

4. Werkstoff.nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 1,5% Germaniumoxid (GeO₂) enthält.

5. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Molybdänoxid- und/oder Germaniumoxidgehaltes durch Wolframoxid ersetzt ist.