Zweischichten-Sinterkontaktstück

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweischichten-Sinterkontaktstück mit einer Kontaktschicht aus Silber-Zinnoxid mit Gehalten an Bi₂0₃, CuO und einem weiteren Metalloxid und einer lötfähigen oder schweißfähigen zweiten Schicht auf der Verbindungsseite, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge der Kontaktschicht aus unterschiedlich zusammengesetzten Bereichen der Ausdehnung < 200 µm besteht, wobei der eine Bereich aus AgSnOyBi₂0₃CuOCdO und der andere Bereich aus AgCdOBi₂0₃ 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 Sn0₂, ZnO, In₂0₃, CuO usw., zu ersetzen, Kontaktwerkstoffe aus AgSn0₂ ohne weitere Metalloxidzusätze konnten nicht alle Forderungen an die Kontakteigenschaften erfüllen. Es sind AgSn0₂-Kontaktwerkstoffe mit weiteren Metalloxidzusätzen wie In₂0₃, Bi₂0₃ bekannt. Aus der GB-A-2055398 sind Kontahtwellestoffe bekannt, die aus Liber-Zinnoxid mit gehalten an Wismutoxid und Kupferoxid bestehen und noch weitere Metalloxide enthalten können.

[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 AgSn0₂Bi₂0₃CUOCdO und daß der andere Bereich aus AgCdOBi₂0₃ besteht.

[0006] Vorteilhafterweise weisen die AgSn0₂Bi₂0₃CuOCdO-Bereiche einen Summenoxidgehalt zwischen 10 und 25 Vol.-% mit einem Sn02-Anteil ≧ 70 Vol.-% der Gesamtoxidmenge auf. In diesen Bereichen beträgt der Bi₂0₃-Gehalt vorteilhaft zwischen 0,5 bis 2 ^o/o-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 AgCdOBi₂0₃ beträgt vorteilhafterweise zwischen 10 und 20 Vol.-% des Summenmetalloxidgehalts. In diesen Bereichen beträgt der Bi₂0g-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, Cu0 und einem weiteren Metalloxid und einer lötfähigen oder schweißfähigen zweiten Schicht auf der Verbindungsseite, dadurch gekennzeihnet, daß das Gefüge der Kontaktschicht unterschiedlich zusammengesetzte Bereiche der Ausdehnung < 200 µm aufweist,daß der eine Bereich aus AgSn0₂Bi₂0₃CuOCdO und daß der andere Bereich aus AgCdOBi₂0₃ besteht.

2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AgSn0₂Bi₂0₃Cu0Cd0-Bereiche einen Summenoxidgehalt zwischen 10 und 25 Vol.-% Sn0₂-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.

Claims

1. A sintered double-layer contact piece comprising a contact layer consisting of silver-tin oxide with contents of Bi₂0₃, CuO and a further metal oxide, and a second layer on the connecting side, which is capable of being soldered or welded, characterised in that the structure of the contact layer exhibits differently composed regions of extension < 200µm; that the one region consists of AgSn0₂Bi₂0₃Cu0Cd0 and that the other region consists of AgCdOBi₂0₃.

2. A contact piece as claimed in Claim 1, characterised in that the AgSn0₂Bi₂0₃Cu0Cd0- regions have a total oxide content of between 10 and 25% per volume with a Sn02-portion > 70% by volume of the total amount of oxide.

3. A contact piece as claimed in Claim 1 or Claim 2, characterised in that the Bi₂0₃-content is 0.5 to 2% bulk content, the CuO-content is 0.5 to 1.5% bulk content and the CdO-content is 0.1 to 2% bulk content.

4. A contact piece as claimed in one of the preceding Claims, characterised in that the composition of the second structure regions consisting of AgCdOBi₂0₃ has a total metal oxide content of between 10 and 20% by volume.

5. A contact piece as claimed in Claim 4, characterised in that the Bi₂0₃-content is 0.5 to 2% bulk content.

Revendications

1 - Pièce de contact frittée à deux couches, comprenant une couche de contact en oxyde d'argent et d'étain ayant des teneurs en Bi₂0₃, en CuO et en un autre oxyde métallique et une seconde couche susceptible d'être brasée ou d'être soudée sur le côté de liaison, caractérisée en ce que la texture de la couche de contact présente des régions de composition différentes d'une étendue inférieure à 200 µm et en ce que l'une des régions est en AgSnO₂Bi₂0₃CuOCdO et l'autre en AgCdOBi₂O₃.

2 - Pièce de contact suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les régions en AgSn0₂Bi₂0₃CuOCdO présentent une teneur en la somme des oxydes représentant de 10 à 25 % en volume, avec une teneur en Sn0₂ supérieure ou égale à 70 % du volume de la quantité d'oxyde totale.

3 - Pièce de contact suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la teneur massique en Bi₂0₃ est de 0,5 à 2 %, la teneur massique en CuO est de 0,5 à 1,5 % et la teneur massique en CdO est de 0,1 à 2 %.

4 - Pièce de contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition des secondes régions de texture en AgCdOBiyOg a une teneur en la somme des oxydes métalliques comprise entre 10 et 20 % en volume.

5 - Pièce de contact suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la teneur massique en Bi₂0₃ est comprise entre 0,5 et 2 %.