Zweischichten-Sinterkontaktstück

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweischichten-Sinterkontaktstück mit einer Kontaktschicht aus Silber-Zinnoxid mit Gehalten an Bi203, CuO und CdO und einer lötfähigen oder schweißfähigen zweiten Schicht auf der Verbindungsseite,-dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge der Kontaktschicht aus unterschiedlich zusammengesetzten Be-reichen der Ausdehnung < 200 µm besteht, wobei der eine Bereich aus AgSn0₂Bi₂0₃CuOCdO und der andere Bereich aus AgCdOBi₂O₃ besteht.

[0002] Es ist bekannt, in Niederspannungsschaltgeräten der Energietechnik (Schutzschalter, Kleinselbstschalter) Kontaktstücke aus AgCdO zu verwenden.

[0003] Da beim Schalten aus Kontaktstücken, die aus AgCdO-Kontaktwerstoffen bestehen, über den Abbrand CdO in die Umwelt gelangen kann und CdO als toxischer Werkstoff eingestuft ist, wird angestrebt, Kontaktwerkstoffe mit anderen Hauptmetalloxidzusätzen wie SnO₂, ZnO, In₂0₃, CuO usw., zu ersetzen, Kontaktwerkstoffe aus AgSnO₂ ohne weitere Metalloxidzusätze konnten nicht alle Forderungen an die Kontakteigenschaften erfüllen. Es sind AgSnO₂-Kontaktwerkstoffe mit weiteren Metalloxidzusätzen wie In203, Bi₂O₃ bekannt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte AgCdO-Kontaktstücke dahingehend zu verbessern, daß durch Beimischungen anderer Metalloxide der Gehalt an CdO so gering wie möglich gehalten werden kann.

[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gefüge der Kontaktschicht aus unterschiedlich zusammengesetzten Bereichen der Ausdehnung < 200 µm besteht, daß der eine Bereich aus AgSnO₂Bi₂O₃CuOCdO und daß der andere Bereich aus AgCdOBi₂O₃ besteht.

[0006] Vorteilhafterweise weisen die AgSnO₂Bi₂O₃CuCdO-Bereiche einen Summenoxidgehalt zwischen 10 und 25 Vol.-% mit einem SnO₂-Anteil ≥70 Vol.-% der Gesamtoxidmenge auf. In diesen Bereichen beträgt der Bi₂0₃-Gehalt vorteilhaft zwischen 0,5 bis 2 %-Massengehalt, der CuO-Gehalt 0,5 bis 1,5 %-Massengehalt und der CdO-Gehalt 0,1 bis 2 %-Massengehalt.

[0007] Die Zusammensetzung der zweiten Gefügebereiche aus AgCdOBi₂O₃ beträgt vorteilhafterweise zwischen 10 und 20 Vol.-% des Summenmetalloxidgehalts. In diesen Bereichen beträgt der Bi₂O₃-Gehalt 0,5 bis 2 %-Massengehalt.

[0008] Die besonderen Kontakteigenschaften des Kontaktstückes gemäß der Erfindung sind durch das Gefüge der Kontaktschicht gekennzeichnet, das aus zwei unterschiedlich zusammengesetzten Bereichen besteht.

[0009] Anhand eines Beispiels wird das Herstellen eines Kontaktstückes gemäß der Erfindung noch näher beschrieben.

Beispiel

[0010] Aus einer AgSnBiCuCd-Legierung mit Ag 90,47 %-Massengehalt, Sn 6,63 %-Massengehalt, Bi 1,37 %-Massengehalt Cu 0,81 %-Massengehalt, Cd 0,72 %-Massengehalt wird ein Legierungspulver mit Teilchengrößen <200 µm z.B. durch Druckverdüsen hergestellt. Zur Überführung der Unedelmetallanteile in die entsprechenden Oxide wird das Pulver an Luft oder in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zwischen 500 und 800 °C bis zur vollständigen inneren Oxidation wärmebehandelt. Der Summenoxidgehalt beträgt 16 Vol.-%, der Sn0₂-Gehalt 11,81 Vol.-% (8,23 %-Massengehalt), der Bi₂0₃-Gehalt 1,67 Vol.-% (1,49 %-Massengehalt), der CuO-Gehalt 1,54 Vol.-% (1,0 %-Massengehalt) und der CdO-Gehalt 0,98 Vol.-% (0,8 %-Massengehalt. Aus einer zweiten Legierung aus AgCdBi mit 10,5 %-Massengehalt Cd und 0,82 %-Massengehalt Bi wird ein Legierungspulver der Teilchengröße <200 µm hergestellt. Die Unedelmetallanteile werden in die entsprechenden Oxide CdO und Bi₂0₃ während einer Wärmebehandlung zwischen 500 und 800 °C inneroxidiert. Dabei wird auf die Vollständigkeit der inneren Oxidation geachtet. Der Gesamtoxidgehalt beträgt 16,14 Vol.-%, der Bi₂0₃-Gehalt 1,14 Vol.-% (1 %-Massengehalt). Die beiden Verbundpulver werden im Gewichtsverhältnis 80 % des AgSn0₂Bi₂0₃CuOCdO-Pulvers mit 20 % AgCdOBi₂0₃-Pulver gleichmäßig gemischt. Die Pulvermischung wird in einer Matrize mit einer Silberpulverschicht mit 600 MN/m² zu einem Zweischichtenformteil verdichtet. Der Preßkörper wird anschließend bei 850 °C eine Stunde lang an Luft gesintert. Durch Warmnachpressen des Sinterkörpers mit einem Preßdruck von 600 MN/m² wird das Zweischichten-Kontaktstück verdichtet. Im Bedarfsfall kann durch Nachsintern bei 800 °C während einer Stunde an Luft bzw. in Stickstoff und Kaltnachpressen mit einem Preßdruck von 800 MN/m² das Kontaktstück weiter verdichtet werden.

[0011] In einem Prüfschalter wurden die Kontakteigenschaften des Kontaktstückes gemäß der Erfindung untersucht und mit einem AgCd012-Kontaktstück des bisher höchst erreichten Qualitätsstandards verglichen. Bei gleichen Abbrandwerten und vergleichbaren Kontaktwiderstandswerten (Erwärmung) wurden niedrigere F_S99,9-Werte (Schweißkraftmaximalwerte) ermittelt, womit ein höheres Einschaltvermögen erreicht wurde.

[0012] Beim Herstellen kann anstelle des zweiten Verbundpulvers auch eine Pulvermischung aus Silberpulver und den Pulvern der entsprechenden Metalloxide in Mischung mit dem ersten Verbundpulver verwendet werden.

Ansprüche

1. Zweischichten-Sinterkontaktstück mit einer Kontaktschicht aus Silber-Zinnoxid mit Gehalten an Bi₂O₃, CuO und CdO und einer lötfähigen oder schweißfähigen zweiten Schicht auf der Verbindungsseite, dadurch gekennzeichnet , daß das Gefüge der Kontaktschicht unterschiedlich zusammengesetzte Bereiche der Ausdehnung <200 µm aufweist, daß der eine Bereich aus AgSnO₂Bi₂O₃CuOCdO und daß der andere Bereich aus AgCdOBi₂0₃ besteht.

2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die AgSnO₂Bi₂O₃CuOCdO-Bereiche einen Summenoxidgehalt zwischen 10 und#25 Vol.-% SnO₂-Anteil ≥ 70 Vol.-% der Gesamtoxidmenge aufweisen.

3. Kontaktstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Bi₂0₃-Gehalt 0,5 bis 2 %-Massengehalt, der CuO-Gehalt 0,5 bis 1,5 %-Massengehalt und der CdO-Gehalt 0,1 bis 2 %-Massengehalt beträgt.

4. Kontaktstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung der zweiten Gefügebereiche aus AgCdOBi₂0₃ mit einem Summenmetalloxidgehalt zwischen 10 und 20 Vol.-% beträgt.

5. Kontaktstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Bi₂0₃-Gehalt 0,5 bis 2 %-Massengehalt beträgt.