Werkstoff für elektrische Kontakte und Verfahren zu seiner Herstellung

Abstract

 Zum Ersatz der bekannten Ag/CdO-Werkstoffe für elektrische Kontakte benötigt man Werkstoffe auf der Basis Ag/ Sn0₂, die zur Verbesserung der Verschweißfestigkeit eine weitere Metalloxidkomponente enthalten, ohne aber eine unerwünschte Temperaturerhöhung im Schaltgerät in Kauf nehmen zu müssen.
Das erreicht man erfindungsgemäß mit einem Werkstoff, der 8 bis 20 Gew.% Zinnoxid, 0,05 bis 5 Gew.% Wolframoxid, Rest Silber enthält.
Zur Herstellung dieser Werkstoffe wird ein Pulvergemisch im feuchten Zustand geknetet und dann gesintert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid und Verfahren zu seiner Herstellung.

[0002] Für die Herstellung von elektrischen Kontaktstücken hat sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen Ag/Cd0 bisher am besten bewährt. Aufgrund der Umweltbelastung durch Cd0 wird jedoch verstärkt versucht, Cd0 durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Bei diesen Untersuchungen zeigte es sich, dass Sn0₂ ein geeigneter Ersatz für Cd0 ist. Aufgrund der höheren thermischen Stabilität von Sn0₂ gegenüber Cd0 ergibt sich zudem eine deutlich verminderte Abbrandrate, die zur längeren Lebensdauer im Schaltgerät führt. Ein sehr wesentlicher Nachteil von Ag/SnO₂ 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.

[0003] Ein weiterer Nachteil dieser Ag/SnO₂-Werkstoffe gegenüber Ag/Cd0 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/Cd0-Kontakten. Damit besteht die Gefahr von Schaltstörungen bei Einsatz von Ag/Sn0₂.

[0004] Es ist daher versucht worden, durch den Zusatz weiterer Metalloxide zu Ag/Sn0₂ 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] 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.

[0006] 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/Cd0 gefunden werden. Auch die Verschweisskräfte von Ag/Sn0₂ können überraschenderweise durch den Zusatz von Wolframoxid wesentlich vermindert werden.

[0007] 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 _/um.

[0008] Diese feine Verteilung der Metalloxidkomponenten kann erreicht werden durch Naßsieben 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.

[0009] Es ist für das Schaltverhalten unerheblich, ob Zinnoxid und Wolframoxid durch vorherige Wärmebehandlung zu einem Mischoxid reagieren oder örtlich getrennt im Kontaktwerkstoff vorliegen.

[0010] Die wesentlichen Verbesserungen im Schaltverhalten, die mit dem erfindungsgemässen Werkstoff gegenüber Ag/Cd0 und Ag/SnO₂ 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.

Ansprüche

1. Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem weiteren Metalloxid, dadurch gekennzeichnet, dass er 8 - 20 Gew.% Zinnoxid, 0,05 - 5 Gew.% Wolframoxid, Rest Silber enthält.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er 10 - 15 Gew.% Zinnoxid und 0,2 - 1,5 Gew.% Wolframoxid enthält.

₃. Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen für elektrische Kontakte nach den Ansprüchen 1 bis 3 durch Sintern eines pulverförmigen Gemisches der Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulvergemisch vor dem Sintern in feuchtem Zustand geknetet wird.