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(11) | EP 0 171 339 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé de fabrication de contacts électriques |
| (57) L'invention est relative à un procédé de fabrication de contacts électriques et aux
contacts obtenus. Le procédé est caractérisé en ce que l'on imprègne un substrat de fibres de carbone de faible diamètre avec un métal ou un alliage fondu sous pression et à filer à chaud le matériau ainsi obtenu. Les contacts obtenus sont constitués d'un matériau composite comportant uniquement un métal ou un alliage métallique et des fibres de carbone de faibles diamètre et longueur, très bien alignées selon une seule direction et très bien dispersées comme le montre une coupe du matériau fig. 2. Applications: en particulier contacts ouvrants. |
[0001] La présente invention est relative à un procédé de fabrication de contacts électriques constitués de métal ou d'alliage métallique et de fibres de carbone, et aux contacts obtenus.
[0002] Il est connu,par le brevet français 2 115 865, de réaliser des contacts électriques à base de métal et de carbone en trempant des fils de carbone sous un gaz de protection ou sous une atmosphère réductrice ou encore sous un vide poussé de moins de 5.10-5 torrs, dans un métal liquide bon conducteur, notamment du cuivre et/ou de l'argent, auquel on ajoute 0,5 à 5 % d'un métal susceptible de former un carbure afin de rendre le carbone mouillable par le métal.
[0003] Ce procédé présente l'inconvénient majeur d'être de mise en oeuvre délicate. En particulier, la durée du trempage doit être bien définie de manière à ne pas transformer tout le carbone en carbure, et l'on ne peut obtenir de contacts constitués uniquement du métal choisi et de fils de carbone.
[0004] Par ailleurs, il est souvent souhaité que les fils de carbone soient alignés suivant une direction préférentielle, c'est-à-dire en général perpendiculairement à la surface de contact, de manière à réduire l'usure par l'arc qui se forme lors des opérations de commutation.
[0005] Cet alignement, dans le cadre du brevet cité, ne peut être obtenu qu'en réalisant un substrat carboné adéquat avant trempage.
[0006] Il est également connu par la demande de brevet japonais publiée 57.54236 de réaliser un contact électrique en mélangeant de la poudre métallique avec des fibres de carbone préalablement revêtues d'un métal ou d'un alliage magnétique, puis en comprimant ce mélange en présence d'un champ magnétique.
[0007] =Un des inconvénients de ce procédé est l'obligation de revêtir les fibres de carbone. Cette opération est onéreuse et délicate, et introduit dand le contact des substances magnétiques pas toujours souhaitées selon son utilisation.,
[0008] Un autre inconvénient est de nécessiter pour la compression un dispositif coûteux et encombrant
[0009] Un des buts de l'invention est de pallier les inconvénients que présentent les procédés décrits.
[0010] Un autre but de l'invention est de pouvoir réaliser des contacts électriques constitués de métal ou d'alliage métallique et de fibres de carbone, de faible diamètre, de l'ordre de 2 à 50 µm, contacts, dans lesquels
- les fibres de carbone soient très courtes (de l'ordre de 15 µm à.150 µm), très bien orientées et très bien dispersées,
- la densité de carbone puisse être facilement ajustée-Ces buts sont atteints suivant l'invention qui consiste en un procédé de fabrication de contact électrique constitué de métal ou d'alliage métallique et de fibres de carbone de faible diamètre de l'ordre de 2 à 50 µm et alignées selon une direction préférentielle, procédé caractérisé en ce qn'il combine les deux opérations suivantes :
a) l'imprégnation d'un substrat de fibres de carbone de faible diamètre avec le métal ou l'alliage fondu, sous pression,
b) le filage à chaud du matériau ainsi obtenu.
[0011] Les deux opérations de ce procédé sont en elles-mêmes connues, la première par le brevet français 1 368 129, la seconde étant couramment utilisée en métallurgie par exemple.
[0012] Leur combinaison pour l'application visée, non encore connue à ce jour, permet d'obtenir de manière simple et économique des contacts :
- ne contenant que les éléments constitutifs de départ puisque le mode d'imprégnation choisie ne nécessite aucune adjonction et que l'orientation des fibres est obtenue par le filage,
- dont les fibres sont alignées quasiment selon une seule direction, et très bien dispersées.
[0013] Ce procédé permet en outre d'utiliser au départ des fibres de carbone de longueur relativement grande de l'ordre de 30 à 50 mm..
[0014] Au cours du filage, elles sont sectionnées en fragments de longueur de l'ordre de 15 à 500 µm.
[0015] Le métal ou l'alliage métallique est choisi parmi ceux qui sont bons conducteurs de l'électricité et qui ne réagissent pas avec le carbone à la température de fusion du métal.
[0016] A titre indicatif, on peut citer le cuivre et ses alliages, l'argent et ses alliages, le cadmium,
[0017] Le choix du métal ou de l'alliage peut être dicté par des raisons d'économie etfou d'abondance du métal. Ainsi, on peut utiliser le cuivre et ses alliages qui, pour de bonnes performances de contact, ont l'avantage d'être plus économiques et plus abondants que l'argent.
[0018] Le substrat de fïbres de carbone peut être constitué par des fibres en vrac ou de préférence par un feutre.
[0020] Le pourcentage de carbone dans le produit final est obtenu en faisant varier la densité du substrat de fibres. Cette densité peut varier de 0,05 à 1, le taux de métal ou d'alliage varie donc de 97,5% à 45% en volume.
Exemple 1
[0022] 80 g de fibres de viscose carbonisée de diamètre 10 µm et de longueur 50 mm sont compactées sous la forme d'un feutre de diamètre 80 mm et d'épaisseur 80 mm.
[0024] La billette obtenue contient 87% en volume de cuivre et son examen montre que les fibres de carbone ont conservé leur longueur(environ 50 mm)et leur orientation aléatoire après imprégnation.
[0025] Cette billette est alors filée à chaud à 850° C à travers une filière de section circulaire de 12 mm de diamètre.
[0026] La barre obtenue est constituée d'un cylindre de 12 mm de diamètre et de 3 m de longueur dans lequel :
- les fibres de carbone ont été sectionnées par filage en fragments de 15 à 150 µm de longueur,
- tous ces fragments ont été alignés selon l'axe du filage. comme le montrent les figures 1 et 2 représentant des micrographies au grossissement de 130, respectivement d'une coupe du cylindre selon son axe et d'une coupe perpendiculaire à son axe.
[0027] Sur ces figures où les fibres apparaissent en noir, on constate que :
1) les fibres sont toutes alignées suivant une seule direction qui est l'axe du filage. En effet, sur la figure 1, on ne voit en noir que des petits "tirets", bien parallèles, leur longueur étant celle des fibres; sur la figure 2, on ne voit en noir que des "points", leur diamètre étant celui des fibres.
2) les fibres sont très bien dispersées puisque sur la figure 1, il n'y a pas d'amalgames de "tirets", et sur la figure 2, il n'y a pas d'amalgames de "points".
[0028] La barre est enfin tronçonnée perpendiculairement à l'axe du filage en disques d'épaisseur 1 mm.
[0029] Les disques ohtenus ont été utilisés comme contacts couvrants I1 a été constaté que leurs performances par rapport à leur prix de revient sont telles qu'ils peuvent avantageusement remplacer les contacts argent-oxyde de cadmium malgré une durée de vie plus courte,
Exemple 2
[0030] Cet exemple est une variante de l'exemple 1 : le cuivre est remplacé par un de ses alliages avec du chrome et du zirconium. Les pourcentages en poids sont les suivants :
Cuivre 98,5 %
Chrome 1 %
Zirconium 0,5 %
[0034] Cette billette est alors filée à chaud à 820° à travers une filière de section carrée 12 X 12 mm.
[0035] La barre obtenue est constituée d'un parallélépipède de section carrée 12 X 12 mm et de longueur 2,8 m que l'on tronçonne en tranches de 1 mm d'épaisseur qui sont utilisées comme contacts ouvrants.
Exemple 3
[0038] L'alliage Cu-Cr-Zr, après trempe et revenu, voit ses propriétés mécaniques nettement augmentées..
[0039] De ce fait, après le filage, la barre obtenue est chauffée à 1000° C, puis trempée à l'eau et recuite à 475° C.
[0040] On constate que les contacts obtenus par tronçonnage de cette barre ont une durée de vie sensiblement améliorée comparée à celle des contacts obtenus suivant l'exemple 2.
Exemple 4
[0046] La barre obtenue est constituée d'un cylindre de diamètre de 12 mm et de longueur 3 m que l'on tronçonne en disques de 1 mm d'épaisseur qui sont utilisés comme contacts.
[0047] On constate que ces contacts ont des performances sensiblement améliorées par rapport à celles des contacts argent-carbone traditionnels.
[0048] Les exemples ci-dessus n'illustrent que l'utilisation de quelques métaux ou alliages.. Il est clair que d'autres métaux et alliages peuvent être utilisés sans sortir pour autant du cadre de l'invention : il suffit alors d'adapter les conditions d'imprégnation et de filage à leurs caractéristiques pnysiques..
a) on imprègne un substrat de fibres de carbone de faible diamètre avec le métal ou l'alliage fondu, sous pression,
b) on file à chaud l'e matériau ainsi obtenu.