DD242767A1 - METHOD OF CONNECTING CARBON WITH METAL PARTS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Schaltkontakten mit Kontaktfedermaterial fuer Schaltkontakte aus Kohlenstoff bzw. Graphit und kupferlegiertem Kontaktfedermaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem kupferlegierten Kontaktfedermaterial und dem karbidbildenden Zwischenschichtmaterial Titan mittels Widerstandserwaermung eine schmelzfluessige Phase gebildet wird, die den Schaltkontakt benetzen und in dessen Poren eindringen kann. Nach der Erstarrung der schmelzfluessigen Phase in den Poren des Schaltkontaktes ist dieser auf der Kontaktfeder befestigt. Die thermische Belastung ist so gering, dass die Federeigenschaften des Kontakttraegers nicht negativ beeinflusst werden.The invention relates to a method for connecting switch contacts with contact spring material for switching contacts made of carbon or graphite and copper-alloyed contact spring material, which is characterized in that between the copper-alloyed contact spring material and the carbide-forming intermediate layer material titanium by means of Widerstandserwaermung a molten phase is formed, which wet the switch contact and can penetrate into the pores. After solidification of the molten phase in the pores of the switching contact this is fixed to the contact spring. The thermal load is so low that the spring properties of the Kontakttraegers are not adversely affected.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoff- mit Metallteilen, vorzugsweise zum Verbinden von Kohlekontakten mit Kontaktfedermaterial. Die Verbindung wird in sehr kurzer Zeit hergestellt, wobei das Metallteil nur örtlich erwärmt wird.The invention relates to a method for connecting carbon with metal parts, preferably for connecting carbon contacts with contact spring material. The connection is made in a very short time, with the metal part being heated only locally.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Kohlenstoff mit karbidbildenden Metallen zu verbinden (Donally, R. G.; Slaughter, G. M., Welding Journal [1982] 5,461-469). Mit gegenüber Kohlenstoff inerten Metallen, wie beispielsweise Cu, Ag und Sn, sind keine Verbindungen herstellbar (Naidic: Internationale Konferenz über die Anwendung synthetischer Diamanten in der Industrie, Kiew, 14.-18.9.1971) Zur Erzielung maximaler Festigkeiten liegen die Fügezeiten verfahrensgemäß nicht unter 30 Minuten. Fügetemperaturen oberhalb der eutektischen Temperatur zwischen einem karbidbildenden Metall und Kohlenstoff liegen gewöhlich über 1 500 K (Trifonovic,It is known to join carbon with carbide-forming metals (Donally, R.G., Slaughter, G.M., Welding Journal [1982] 5,461-469). With compounds inert to carbon, such as Cu, Ag and Sn, no compounds are produced (Naidic: International Conference on the Use of Synthetic Diamonds in Industry, Kiev, 14.-18.9.1971) To achieve maximum strengths, the joining times are not according to the method under 30 minutes. Joining temperatures above the eutectic temperature between a carbide-forming metal and carbon are usually above 1 500 K (Trifonovic,

A. L., Verfahren zum Löten von Graphitteilen, DE-OS 2002889).A. L., method for soldering graphite parts, DE-OS 2002889).

Es ist bekannt, Kohlebürsten in einem Kupfermantel mechanisch zu fassen und anschließend zu verlöten (Keil, A.; Merl, W. A.; Vinaricky, E., Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe, Springer Verlag 1984).It is known to mechanically grasp carbon brushes in a copper jacket and then to solder them (Keil, A., Merl, W.A., Vinaricky, E., Electrical Contacts and Their Materials, Springer Verlag 1984).

Metallhaltige Kohlebürsten werden mit verzinntem Kupfer verbunden (DD-PS 142108).Metal-containing carbon brushes are connected with tin-plated copper (DD-PS 142108).

Reine Graphitplatten ohne Metallgehalt werden mit einem Metall dadurch verbunden, daß eine galvanische Schicht — bestehend aus einem karbidbildenden Element (Ti, Mo) — auf die Graphitplatte aufgebracht werden muß. Danach wird die Verbindung mit einem Silber-Kupfer-Lot hergestellt (DE-OS 3303568).Pure graphite plates without metal content are connected to a metal in that a galvanic layer - consisting of a carbide-forming element (Ti, Mo) - must be applied to the graphite plate. Thereafter, the compound is prepared with a silver-copper solder (DE-OS 3303568).

Zum Löten eines Kohlenstoffwerkstoffes ist als Vorbehandlung eine Metallisierung mit Kupfer, Zinn oder Nickel erforderlich (Kindler, A.; Ulsamer, W., Fügen von Kohlenstoffwerkstoffen mit Metallen und Kunststoffen durch Löten und Kleben, DVS-BerichtNr.66, S.65-69).For brazing a carbon material, metallization with copper, tin or nickel is required as a pretreatment (Kindler, A., Ulsamer, W., joining carbon materials to metals and plastics by brazing and gluing, DVS Report No.66, p.65-69 ).

Die beschriebenen Verfahren weisen folgende Mangel auf:The described methods have the following shortcomings:

Teile aus Kohlenstoff ohne metallische Beimengungen können nur dann verbunden werden, wenn die Kohlenstoffteile mit einer galvanischen Schicht überzogen werden und anschließend mit einem meist silberhaltigem Lot hartgelötet oder häufig auch weichverlötet werden. Mit derWeichlötung wird die Einsatztemperatur und die Strombelastbarkeit begrenzt. Die nur mechanische Haftung galvanischer Schichten aus gegenüber Kohlenstoff inerten Metallen (z.B. Cu) ist für zahlreiche Anwendungen nicht ausreichend. Zusätzlich können Elektrolytreste verschleppt werden, die eine Korrosionsgefahr darstellen.Parts of carbon without metallic admixtures can only be connected if the carbon parts are coated with a galvanic layer and then brazed with a mostly silver-containing solder or often also soldered. With the soldering, the operating temperature and the current carrying capacity are limited. Only mechanical adhesion of electroplated layers of carbon-inert metals (e.g., Cu) is not sufficient for many applications. In addition, electrolyte residues can be dragged, which pose a risk of corrosion.

.4 zeigt, daß das Erwärmen der zu verbindenden Teile 1 und 2 sowie des karbidbildenden Metalls 5 oder der eutektischen lierung 5 auch durch einen Laser-oder Elektronenstrahl 9 oder durch Strahlungserwärmung über den Heizer 10 erfolgen.4 shows that the heating of the parts to be joined 1 and 2 and the carbide-forming metal 5 or the eutectic lierung 5 also by a laser or electron beam 9 or by radiation heating via the heater 10

i Verfahren läuft folgendermaßen ab:i procedure is as follows:

gereinigte Metallunterlage 2 (ζ. B. Cu) und das karbidbildende Element oder die eutektische Legierung 5 (z. B. Ti oder Cu-Tilierung) werden in eine Aufnahme der Schweißmaschine eingelegt. Unter einem vorgewählten Druck läßt man durch die Drdnung einen bestimmten Strom fließen. Wegen des relativ hohen elektrischen Widerstandes der Kohlenstoffteile kommt es Fügezeiten bis zu 3 Sekunden nur in der Größenordnung der Kontaktfläche zur Erwärmung. Nach Überschreiten der ektischen Temperatur zwischen karbidbildendem und Unterlagewerkstoff kommt es zu einer Verflüssigung. Diese flüssige lierung benetzt sehr gut die Oberfläche der Kohlenstoffwerkstoffe und vermag schlagartig in die Poren von iphitwerkstoffen einzudringen.cleaned metal underlay 2 (ζ.Bu.Cu) and the carbide-forming element or eutectic alloy 5 (eg, Ti or Cu tiling) are placed in a fixture of the welding machine. Under a preselected pressure, a certain current is allowed to flow through the wall. Due to the relatively high electrical resistance of the carbon parts, joining times of up to 3 seconds only occur in the order of magnitude of the contact surface for heating. After exceeding the ectischen temperature between carbide-forming and base material it comes to a liquefaction. This liquid lation wets very well the surface of the carbon materials and can penetrate abruptly into the pores of iphitwerkstoffen.

:h dem Eintreten der Verflüssigung wird der Stromfluß sofort unterbrochen.When the liquefaction starts, the current flow is immediately interrupted.

zur Verflüssigung notwendige Wärme kann auch über einen Laser- oder Elektronenstrahl 9 über das Kohlenstoffteil 1 oder ch Wärmestrahlung über den Heizer 10 eingebracht werden.Heat necessary for the liquefaction can also be introduced via the laser part or heat beam via the heater 10 via a carbon or electron beam 9.

Claims (14)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoff- mit Metallteilen, vorzugsweise zum Verbinden von Kontaktstücken aus Kohlenstoff mit Kontaktfedermaterial unter Verwendung eines karbidbildenden Metalles, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr so gewählt wird, daß sich zwischen dem karbidbildenden Metall (5) und dem Metallteil (2) eine flüssige Legierung mit überwiegend eutektischer Zusammensetzung bildet, welche eine metallurgische Verbindung zwischen dem Kohlenstoffteil (1) und dem Metallteil (2) bewirkt.1. A method for connecting carbon with metal parts, preferably for connecting contacts made of carbon with contact spring material using a carbide-forming metal, characterized in that the energy supply is chosen so that between the carbide-forming metal (5) and the metal part (2 ) forms a liquid alloy of predominantly eutectic composition which effects a metallurgical bond between the carbon part (1) and the metal part (2). 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das karbidbildende Metall (5) Bestandteil einer eutektischen Legierung oder einer Legierung mit nahezu eutektischer Zusammensetzung ist.2. The method according to item 1, characterized in that the carbide-forming metal (5) is part of a eutectic alloy or an alloy with almost eutectic composition. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das karbidbildende Metall oder die eutektische Legierung (5) als Folie, Perle, Pulver, Paste oder Dünnschicht zwischen die beiden zu verbindenden Teile (1) und (2) gebracht oder auf einem der beiden Teile (1) oder (2) aufgebracht wird.3. The method according to points 1 and 2, characterized in that the carbide-forming metal or the eutectic alloy (5) as a film, bead, powder, paste or thin film between the two parts to be joined (1) and (2) brought or on one of the two parts (1) or (2) is applied. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Verbinden notwendige Wärme durch direkten Stromfluß über die Widerstandserwärmung erzeugt und daß das Verfahren auf einer Widerstandsschweißmaschine durchgeführt wird.4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the necessary heat to connect generated by direct current flow through the resistance heating and that the method is carried out on a resistance welding machine. 5. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen Laser- oder Elektronenstrahlen (9) verwendet werden.5. The method according to points 1 to 3, characterized in that for heating laser or electron beams (9) are used. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen die Wärmestrahlung eines Heizers (10) verwendet wird.6. The method according to item 1 to 3, characterized in that for heating the heat radiation of a heater (10) is used. 7. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einem Ofen erfolgt.7. Method according to points 1 to 3, characterized in that the heating takes place in an oven. 8. Verfahren nach den Punkten 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden in Normalatmosphäre, unter Schutzgas, unter einem die Karbidbildung unterstützenden reaktiven Gas oder im Vakuum erfolgt.8. The method according to points 1 to 7, characterized in that the bonding in a normal atmosphere, under inert gas, under a carbide formation supporting reactive gas or in a vacuum. 9. Verfahren nach den Punkten 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Kohlenstoffteile (1) auf einem Metallteil (2) gleichzeitig angeordnet werden.9. The method according to points 1 to 7, characterized in that one or more carbon parts (1) on a metal part (2) are arranged simultaneously. 10. Verfahren nach den Punkten 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteile (1) paarweise symmetrisch zum Metallteil (2) gegeneinander angeordnet sind.10. The method according to points 1 to 9, characterized in that the carbon parts (1) are arranged in pairs symmetrically to the metal part (2) against each other. 11. Verfahren nach den Punkten 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht paarweisem Fügen der Kohlenstoffteile (1) die Elektrode, die sich am Metallteil (2) befindet, als Graphitelektrode (4) ausgebildet ist.11. The method according to points 1 to 9, characterized in that in non-paired joining of the carbon parts (1), the electrode, which is located on the metal part (2), as a graphite electrode (4) is formed. 12. Verfahren nach den Punkten 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht paarweisem Fügen der Kohlenstoffteile (1) zwischen Elektrode (3) und Metallteil (2) ein stromführendes Trennmittel (6) angeordnet ist.12. The method according to points 1 to 9, characterized in that when non-paired joining of the carbon parts (1) between the electrode (3) and metal part (2) a current-carrying release agent (6) is arranged. 13. Verfahren nach den Punkten 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht paarweisem Fügen der Kohlenstoffteile (1) ein Elektrodenmaterial (4) gewählt wird, das mit dem Metallteil (2) keine Verbindung bildet.13. The method according to points 1 to 9, characterized in that when not pairwise joining the carbon parts (1) an electrode material (4) is selected, which forms no connection with the metal part (2). 14. Verfahren nach den Punkten 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffteil (1) Metallzusätze enthält.14. The method according to points 1 to 13, characterized in that the carbon part (1) contains metal additives. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings