Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterverbundwerkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid, Kupferoxid und ein Verfahren zu seiner Herstellund.
Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen hat sich für das Herstellen von elektrischen Kontaktstücken AgCdO sehr gut bewährt. Das CdO ist wegen seiner Umweltbelastung als toxischer Werkstoff eingestuft worden. Daher wird versucht, CdO durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Es hat sich gezeigt, daß Zinnoxid (SnO₂) ein geeigneter Ersatz für Cadmiumoxid (CdO) ist. Es hat sich aber auch gezeigt, daß AgSnO₂-Kontaktwerkstoffe noch nicht in allen funktionswichtigen Eigenschaften optimale Werte aufweisen. So tritt z. B. bei AgSnO₂-Kontaktwerkstoffen gegenüber AgCdO-Kontaktwerkstoffen eine fest haftende Oxidschïcht auf.
Durch die EP-A-0 024 349 ist ein Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und Wolframoxid als einem weiteren Metalloxid bekannt. In Weiterbildung dieses Werkstoffes wird mit der DE-A-30 17 424 vorgeschlagen, daß ein solcher Silberbasiswerkstoff mit 5 bis 20 Gew.-% Zinnoxid und 0,05 bis 5 Gew.-% Wolframoxid zusätzlich 0,1 bis 5 Gew.-% Wismutoxid enthält. Diese Werkstoffe werden aus der Pulvermischung von Silber und den einzelnen Metalloxiden gesintert und verdichtet, so daß sich ein typisches Sintergefüge mit statistischer Verteilung der Metalloxide ergibt.
Aus der GB-A-2 055 398 ist ein Werkstoff für elektrische Kontakte bekannt, der aus Silber, Zinnoxid, Wismutoxid und Kupferoxid besteht. In dem aus der DE-A-27 54 335 vorbekannten Werkstoff entsprechender Konstitution kann fakultativ das Kupferoxid durch Zinkoxid ersetzt werden. Beide Werkstoffe können durch die sogenannte innere Oxidation von zunächst erzeugten Legierungen hergestellt werden, wobei die Oxidation im wesentlichen durch Festkörperdiffusion von Sauerstoff erfolgt.
Aus der DE-A-31 02 067 ist weiterhin ein Werkstoff bekannt, der neben Silber und Zinnoxid Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid, aber kein Wismutoxid und Kupferoxid enthält, wobei das Molybdänoxid teilweise durch Wolframoxid ersetzt werden kann. Dieser Werkstoff wird entweder pulvermetallurgisch aus Silber und den Metalloxiden oder durch innere Oxidation von Legierungsblechen hergestellt, wobei über die Gefügeausbildung keine Aussagen gemacht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten CdO-freien Silberkontaktstücke dahingehend zu verbessern, daß die Optimierung der Kontakteigenschaften hinsichtlich Abbrand im Lichtbogen, kleine Schweißkraft und kleinen Kontaktwiderstand ermöglichtwird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
Mit der Erfindung ist also ein Werkstoff geschaffen, bei dem in vorteilhafter Weise dem Umstand Rechnung getragen wird, daß Wolfram und/oder Molybdän in Silber unlösbar ist. Durch die Sublimation der entsprechenden Oxide an den Verbundteilchen können aber trotzdem die Vorteile dieser Metalloxidzusätze ausgenutzt werden.
Es hat sich besonders bewährt, wenn die mittleren Teilchengroßen der Zinnoxid-, Wismutoxidund Kupferoxidausscheidungen in den Silberbereichen zwischen 0,1 und 5 µm insbesondere zwischen 0,1 µm und 3 µm betragen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Zinnoxidanteil zwischen 6 und 15% Massengehalt der Wismutoxidanteil zwischen 0,2 und 2% Massengehalt, der Kupferoxidanteil zwischen 0,2 und 2% Massengehalt und der Anteil an sublimierenden Metalloxidzusatz zwischen 0,2 und 2% Massengehalt beträgt.
Als besonders geeignet hat sich für den sublimierenden Metaltoxidzusatz Molybdänoxid (MoO₃) mit einem Anteil von 0,5% Massengehalt, oder Wolframoxid (WO₃), mit einem Anteil von 0,8% Massengehalt oder Wolframoxid (WO₃) mit einem Anteil von 0,5% Massengehalt und Mo lybdänoxid (MoO₃) mit einem Anteil von 0,2% Massengehalt erwiesen.
Bei dem Kontaktwerkstoff gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 wird eine Optimierung durch die Silberbereiche mit den globularen Oxidausscheidungen von Zinnoxid Wismutoxid und Kupferoxid mit sehr günstigen Lichtbogeneigenschaften und den an der Oberfläche dieser Silberbereiche liegenden sublimierenden Metalloxiden erreicht, die bei Lichtbogenbelastungen zu kleinen Silberinseln führen, aus denen die Metalloxide unter der Silberschmelztemperatur sublimieren und dadurch eine geschlossene Deckschicht an Oxiden vermeiden. Dadurch wird eine deutliche Erniedrigung des Kontaktwiderstandes erzielt, ohne daß die Schweißkraft erhöht wird. An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7% Massengehalt Zinn (Sn), 1% Massengehalt Wismut (Bi) und 1% Massengehalt Kupfer (Cu) wird ein Pulver der Teilchengröße < 200 µm hergestellt. Ein geeignetes verfahren dafür ist z. B. die Druckverdüsung der Schmelze dieser Legierung. Das erhaltene Legierungspulver wird vollständig inneroxidiert, wobei ein verbundpulver AgSnO₂Bi₂O₃CuO entsprechender Zusammensetzung erhalten wird. Die innere Oxidation wird an Luft vorgenommen. wobei die Glühbehandlung bei 500°C begonnen wird und nach einer Stunde während der gleichen Zeit bei 800°C gehalten wird. Das verbundpulver wird mit 0,8% Massengehalt Wolframoxid (WO₃) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während einer Stunde gemischt und dabei das WO₃ auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen verteilt.
Nach Trocknen dieser Pulvermischung wird durch Pressen, Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporosität bei <1,5% liegt. Die Kontakteigenschaften wie Abbrand im Lichtbogen. Schweißkraft und Kontaktwiderstand wurden unter in der Literatur beschriebenen Bedingungen auf einem Prüfschalter gemessen und mit einer sehr guten AgCdO-Qualität verglichen. Die Abbrandwerte liegen um 25% niedriger, womit eine entsprechende Verbesserung der Lebensdauer erreicht wird. Dadurch kann eine entsprechende Silbereinsparung durch Verkleinerung des Kontaktstückvolumens erzielt werden. Die Schweißkraftwerte lagen im gleichen Bereich wie bei AgCdO12 und auch der Kontaktwiderstand lag im gleichen Schwankungsbereich.
Aus einer AgSnBiCu-Legierung mit 7,7% Massengehalt Zinn (Sn), 1% Massengehalt Wismut (Bi) und 1% Massengenalt Kupler (Cu) wird wie bei Beispiel 1 ein Pulver der Teilchengröße < 200 µm durch Druckverdüsung der geschmolzenen Legierung hergestellt. Durch innere Oxidation des Legierungspulvers wird unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen ein vollständig inneroxidiertes Verbundpulver AgSnO₂Bi₂O₃CuO erhalten. Das verbundpulver wird mit 0,4% Massengehalt Wolframoxid-Pulver (WO₃) und 0,2% Massengehalt MolybdänoxidPulver (MoO₃) in einer Rührwerkskugelmühle unter Azeton während 1 h gemahlen und die Oxidzusätze auf der Oberfläche der Verbundpulverteilchen gleichmäßig verteilt. Nach Trocknen der Pulvermischung wird durch Pressen. Sintern und Warmnachverdichten ein Formkörper hergestellt, dessen Restporosität bei < 1,5 % liegt. Die Kontakteigenschaften wurden auf einem in der Literatur beschriebenen Prüfschalter gemessen, sie sind genauso hervorragend wie bei dem im Beispiel 1 beschriebenen Kontaktwerkstoff.