DD209317A1

DD209317A1 - Kontaktwerkstoff fuer vakuumschalter und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DD209317A1
Application number: DD24297282A
Authority: DD
Inventors: Bernd Deja; Sylvia Weber; Hans-Peter Bahder
Original assignee: Bernd Deja; Sylvia Weber; Bahder Hans Peter
Priority date: 1982-09-02
Filing date: 1982-09-02
Publication date: 1984-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontaktwerkstoff fuer Vakuumschalter fuer die vom Vakuumlichtbogen besonders beenspruchten Teile und ein Verfahren zur Herstellung des Werkstoffes.Der Kontaktwerkstoff sollgegenueber herkoemmlichen Kontaktwerkstoffen eine geringere Schweisskraft bzw. einehoehere Leitfaehigkeit gewaehrleisten. Aufgabe ist es, einen Kontaktwerkstoff auf pulvermetallurgischem Wege zu schaffen, der ein gutes Ausschaltevermoegen bei hoher Abbrandfestigkeit, kleiner Schweisshaftkraft und niedrigem Abreissstrom aufweist u. sich problemlos zu Kontaktfremdkoerpern verarbeiten laesst. Es wurde gefunden, dass eine CuCr-Sinterlegierung, deren Cu-Komponente 50-70 Gewichts-% der Sinterlegierung ausmacht, u. ein Dispersoid, z.B.Cr tief2 O tief3, in fester Verteilung von 0,1-0,01mikrom. u. 0,01 bis 2 Gewichts-% enthaelt, die Anforderungen erfuellt. Verfahrenswesentlich ist, dass Cr tief 2 O tief 3 durch Mahlen des Chrom-Kupferpulvergemisches u. aus diesem unmittelbar in die Cu-Komponente vor dem Pressen u. Sintern gelangt oder durch gemeinsamess mit einem anderen Dispersoid vor dem Mischen mit demChrompulver eingebracht und gleichmaessig verteilt wird.

Description

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Dipl.-Ing. Bernd Deja Berlin, den 17.08.82 Dipl.-Chem. Sylvia Weber ^ΞΥ W82.-.Bi/Sl. Dipl.-Ing. Hans-Peter Bahder

Titel der Srfindung

Eontaktwerkstoff für Vakuumschalter und Verfahren zur Herstellung

Anwendungsgebiet der Srfindung;

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für Kontakte in Yakuumschaitern, vorzugsweise für die von Yakuumlichtbogen. besonders beanspruchten Teile, und ein Verfahren zur Herstellung desselben· ,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In Vakuums ehalt e rn sind bekanntlich trennbare, bewegliche Kontakte in einem evakuierten Isoliergehäuse angeordnet. Ist der im Vakuumschalter enthaltende Stromkreis stromführend, entsteht sowohl bei der Kontaktöffnung als auch KontaktSchließung ein Lichtbogen« Der Lichtbogen bringt dabei immer einen Teil des Kontaktwerkstoffes zum Schmelzen und Verdampfen.

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Schließen sich die Kontakte, treten bei dem vorhandenen Kontaktdruck Verschweißungen zwischen den Kontaktoberflächen auf, die einerseits als Folge des geschmolzenen Kontaktwerkstoffes anzusehen und andererseits durch die bei geschlossenen Kontakten auftretende Widerstandserwärmung bedingt sind.

Das Aufbrechen von Verschweißungen ist abhängig von der vorangegangenen Beanspruchung, z. B. der Lichtbogenspan— nung, dem Strom, der Größe und dem zeitlichen Verlauf der Kontakttrennkraft und nicht zuletzt von den Eigenschaften des Kontaktwerkstoffes· Die Auswahl, der Kontaktmaterialien ist deshalb ein sehr kritischer Aspekt der Funktion des .gesamten Vakuumschalter.

Die Forderungen für den Kontaktwerkstoff ergeben sich deshalb insbesondere nach gutem Ausschaltvermögen bei hoher Abbrandfestigkeit, kleiner Schweißhaftkraft' und niedrigem Abreißstrom bei ökonomischer Herstellungsweise, Is sind-bereits verschiedene Kontaktwerkstoffe für Vakuumschalter·'bekannt, die sich aus verschiedenen Metallegierungen (DCD-AS 22 02 936 -and DT-AS 25 13 525) zusammensetzen. So werden z. B. für Vakuumschaltkammern in großer Zahl Kontaktstücke verwandt, die als Bestandteil Cu und eines der Metalle Bi, Zr, Sb, Al und andere Metalle zur Modifizierung der Eigenschaften der Kontaktstücke im Vakuumschalter enthalten (DE-OS 25 22 832, DE-OS 29 14 186, DE-OS 16 40 039), Diese Kontaktstücke werden ausschließlich auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt· Für Kontaktwerkstoffe auf der Basis GuCr ist.auch ein Verfahren mit C als Legierungspartner bekannt.(DE-QS 23 24 317)> wobei ein Matrixmetall aus Cr besteht, dem bevorzugt 1.- 3 % C zugemischt werden und das anschließend gesintert und mit flüssigem Gu bzw. einer Kupferlegierung oder Ag als Füllmetall getränkt wird* Obwohl das Vorhandensein von C die Antischweißeigenschaft der Kontakte im'gewissen. Maße- verbessert, ist diesem hergestellten Kontaktwerkstoff nachteilig, daß eine weitere

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Versprödung des ohnehin gegenüber Gu sehr spröden Gr durch. Bildung von Chromcarbid eintritt und das Gu in seinem ursprünglichen plastischen und leicht verschweißbaren Zustand verbleibt«

Daneben sind schon seit langem Kontaktmaterialien auf der Basis Kupfer-Kohlenstoff bekannt. Derartige Werkstoffe wurden insbesondere für GIeitkontakte verwandt. Hierbei ist die entscheidende, zu seiner Anwendung führende Eigenschaft des Kohlenstoffs seine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Aus diesem Grunde wird der Kohlenstoff anteil in Gleitkontakten hoch gehalten, damit, die elektrische Leitfähigkeit gegenüber reinem Kupfer niedrig bleibt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Kontaktwerkstoff für "Vakuumsehalter zu schaffen, der gegenüber herkömmlichen Kontaktwerkstoffen eine geringere Kontaktschwerkraft bzw. eine höhere Leitfähigkeit gewährleistet.

Darlegung des We sens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für die vom Yakuumlichtbogen besonders beanspruchten Teile von Kontakten in Vakuumschaltern einen Kontaktwerkstoff auf der Basis einer GuCr-Sinterlegierung zu schaffen, der sich durch besseres Ausschaltvermögen bei hoher Aborandfestigkeit, kleinerer Schweißhaftkraft und niedrigerem Abreißstrom auszeichnet und sich außerdem technologisch problemlos zu Kontaktformkörpern herstellen läßt, d. h. eine gute Yerpreßbarkeit su Formteilen und gute Sinterbarkeit dieser Formteile ermöglicht.

ErfindungsgemäiS wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Kontaktwerkstoff auf der Basis einer GuGr-Sinterlegierung,

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die Cu-Komponente, die 50 - 70 Gewichtsprozent an der Sinterlegierung ausmacht, ein Dispersoid, wie z, B. Gr₂Oo in feinster Verteilung bei einem Teilchendurchmesser und Seilchenabstand von jeweils 0,1 - 0,01 pm und von 0,01 bis 2 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 Gewichtsprozent , enthält·

Als Dispersoid kann auch Al₂O^ oder Kohlenstoff gleicher Gewichtsanteile und Verteilung eingesetzt werden. Das Herstellen des Kontaktrsverkstoffes aus obengenannten Komponenten erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen, Sintern und Heißpressen nach an sich bekannten Verfahren, wobei verfahrenswesentlich ist, daß vorzugsweise Cr und Cu nach dem Mischen entsprechend der gewünschten Zusammensetzung gemeinsam vermählen werden. Dadurch wird einerseits der Sinterprozeß erleichtert, weil bereits mechanische Kontakte zwischen Cr-und Cu-Seilchen bestehen, andererseits wurde überraschend gefunden, daß Cr₂Oo, das sich ständig an der Oberfläche des metallischen Chroms befindet und sehr spröde.ist, durch den Mahlprozeß abgerieben und auf diese Art und Weise in das Cu mechanisch eingelagert wird« Wesentlicher Effekt ist, daß.das CrpO_als. Dispersoid wirkt und nicht separat zur Cu-Komponente zugegeben werden muß·

Bs ist auch möglich, der Cu-Komponente vor dem Mischen mit Cr das Dispersoid z. B. Al₂O-, oder σ zuzusetzen und dieses durch gemeinsames Mahlen in das Cu mechanisch einzulagern«

Vorteilhaft werden bei Verwendung der erfindungsgemäßen CuCr-Sinterlegierung für Vakuumschalterkontakte die Verschweißkräfte der Cu-Komponente durch eine gezielte Versprödung des Gu mit einem Dispersoid wesentlich gesenkt» Übliche und bekannte Zusätze, wie z. B. Bi, Sb, als schweißhemmende Komponente zur Legierung erhöhen nachteilig den elektrischen Widerstand des Cu gegenüber einem in die Legierung eingebrachten Dispersoid· Der sonst übliche relativ hohe Chromanteil in CuCr-Sinterlegierungen

zur Helaisierung der notwendigen geringen Schweißkräfte ist niciit mehr erforderlich· Außerdem steigt die lotbarkeit der Kontaktstücke durch, ein Absenken des Chromanteils im Kontaktwerkstoff.

Den anwendungstechnischen Erfordernissen hinsichtlich einer hohen elektrischen Leitfähigkeit bei niedriger Verschwelßneigung wird durch den erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff entsprochen·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Zur Herstellung einer GuCr-Sinteriegierung auf pulvermetallurgischem Wege werden Elektrolytchrom- und Slektrolytkupferpulver mit einer Teilchengröße von je 0,15 sm so gemischt, daß 4-0 % Ghrompulver in der Mischung enthalten sind«.

Anschließend wird das gemeinsame Mahlen beider Komponenten ca. fünf Stunden in einer Kugelmühle oder ca. zwei Stunden im Attritor durchgeführt. Die gemahlene PalVermischung wird auf 0,06 mm Teilchengröße abgesiebt. Danach erfolgt das Pressen der Pulvermischung auf 75 % der theoretischen Dichte auf herkömmliche Art und Weise« Das Sintern der Preßkörper wird bei 1050 ⁰G unter Wasser** stoffatmosphäre durchgeführt.

Die Sinterdauer bei jtfenntemperatur hängt von der Größe des Sinterteils ab und liegt zwischen 0,5 und 3 Stunden. Sin Heißpressen erfolgt anschließend bei ca. 950 ⁰C auf annähernd theoretische Dichte und das anschließende Takuumglühen bei 1050 ⁰C und zeitabhängig von der Materialstärke·

Claims

Ausbruch

1» Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter auf der Basis einer- GuCr-Sinterlegierung, gekennzeichnet dadurch, daß die Ou-Komponente mit 50 - 70 Gewichtsprozent an der Sinterlegierung ein Dispersoid in feinster Verteilung "bei einem leilchendurchmesser und Teilchenabstand von jeweils 0,1 - 0,01 um und 0,Ci "bis . Gewichtsprozent enthält.

2* Kontaktwerkstoff für Vakuums ehalt er nach Punkt 1", gekennzeichnet dadurch, daß-als Dispersoid vorzugsweise G^Oo aber auch andere Metalloxide - Al₂Oo oder weitere nichtmetallische Komponenten, wie z. B, G, zur Anwendung kommen«

3· Verfahren zum Herstellen des Kontaktwerkstoffes für Vakuumschalterkontakte nach Punkt 1 und 2 auf pulvermetallurgischem. Wege durch Pressen und Sintern, gekennzeichnet dadurch, daß vor dem Pressen und Sintern in die Gu-Legierungskomponente das Dispersoid GroO^ durch Mahlen eines Ghrom-Kupferpulvergemisches in angegebener Zusammensetzung unmittelbar aus diesem abgerieben und mechanisch-angelagert wird oder durch gemeinsames Mahlen des Kupfers mit einem anderen Dispersoid vor dem Mischen mit dem Ghrompulver eingebracht und gleichmäßig fein verteilt wird*