DE1248303B

DE1248303B - Elektrischer, gut loetbarer Zweischichten-Sinterkontaktkoerper mit grosser Schweisssicherheit

Info

Publication number: DE1248303B
Application number: DES78496A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Habil Horst Schreiner; Alfred Lehmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-03-15
Filing date: 1962-03-15
Publication date: 1967-08-24
Also published as: AT252366B; US3143626A; GB1032519A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C22c

Deutsche KL: 40 b-5/00

Nummer: 1248 303

Aktenzeichen: S 78496 VI a/40 b

Anmeldetag: 15. März 1962

Auslegetag: 24. August 1967

Neben den seit langem verwendeten gut lötbaren Kontaktmetallen Silber und Kupfer sind in den letzten Jahren Kontaktwerkstoffe bekanntgeworden, die in bestimmten Kontakteigenschaften, wie insbesondere den Kleb- und Schweißeigenschaften, den vorgenannten Metallen überlegen sind. Besonders vorteilhaft hat sich das System Silber—Blei erwiesen. Dieser Werkstoff ist jedoch wesentlich schlechter lötbar als Silber und Kupfer, so daß es bei gewissen Anwendungsfällen Schwierigkeiten bereitet, eine hinreichende Haftfestigkeit auf dem Kontaktträger zu erreichen. Zur Behebung solcher Schwierigkeiten haben z. B. walzplattierte Zweischichtenkontakte aus einem Kontaktwerkstoff der vorgenannten Art und einem gut lötbaren Metall in die Kontakttechnik Eingang gefunden. Das Plattierverfahren wird üblicherweise für das Verbinden von zwei Kompaktwerkstoffen angewendet. Bei dem Plattieren eines porenhaltigen Sinterwerkstoffes mit einem zweiten Metall wird durch das erforderliche Walzen auch das Sintermetall hoch verdichtet, also nahezu porenfrei.

Bekannte gesinterte Kontaktkörper aus Silberverbundwerkstoff wurden nachgepreßt, um eine möglichst hohe Dichte zu erreichen und damit bessere Kontakteigenschaften zu erzielen.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer, gut lötbarer Zweischichten-Sinterkontaktkörper, bei dem das obenerwähnte Problem gelöst ist und die Porosität des verwendeten Sinterkörpers erhalten bleibt.

Beim erfindungsgemäßen Kontaktkörper besteht die eine Sinterschicht (Kontaktschicht) aus einer binären Silber-Blei-Legierung mit einer Porosität von 5 bis 20 Volumprozent und die andere Sinterschicht (gut lötbare Schicht) aus Reinsilber, Kupfer oder einer Silberlegierung mit überwiegendem Silberanteil. Diese Schicht ist an der Lötseite dicht verschmiert. Vorzugsweise ist die Silber-Blei-Schicht auf mindestens die Hälfte der Gesamtdicke des Kontaktkörpers bemessen und weist einen Bleigehalt von 2 bis 20 Gewichtsprozent auf.

Das Schweißverhalten solcher Kontakte mit einer Porosität von 2 bis 20 Volumprozent ist überraschenderweise besser als bei hoch verdichteten Kontakten, welche nach dem in der deutschen Auslegeschrift 1106 965 beschriebenen Verfahren hergestellt sein können.

Wenn auch Kontakte mit höherer Dichte eine höhere Abbrandfestigkeit sowie bessere elektrische Leitfähigkeit aufweisen, so wird doch durch den Vorteil, der durch die bessere Schweißsicherheit erreicht wird, die Verminderung der Abbrandfestigkeit und des Leitvermögens überkompensiert, so daß der erfin-Elektrischer, gut lötbarer Zweischichten-Sinterkontaktkörper mit großer Schweißsicherheit

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. techn. habil. Horst Schreiner, Nürnberg;
Alfred Lehmann, Amberg

dungsgemäße Sinterkontaktkörper insgesamt vorteilhafter ist.
Der erfindungsgemäße Kontaktkörper kann in an sich bekannter Weise derart hergestellt werden, daß zuerst das Pulver für die eine Schicht in die Matrize gefüllt und der berechnete Füllraum für das Pulver der anderen Schicht durch Absenken des Unterstempels freigegeben und dieses Pulver auf die erste Pulverschicht aufgefüllt wird. Durch gemeinsames Pressen entsteht ein Zweischichtenpreßkörper, bei dem die Schichten durch innige Verhakung gut miteinander verbunden sind. Durch Sintern wird der Preßkörper im wesentlichen durch Volumendiffusion verfestigt. Dabei diffundiert ein Teil des Bleis aus der Silber-Blei-Schicht in die lötbare Schicht. Bei einer Ausgangsmischung von Ag-Pb 95/5 Gewichtsprozent, einer Silber-Blei-Schichtdicke von 0,9 mm und einer Reinsilberschichtdicke von 0,4 mm beträgt z. B. der Bleigehalt nach dem Sintern 3,5 bis 3,8 Gewichtsprozent. Unter sonst gleichen Bedingungen betrug der Bleigehalt nach dem Sintern bei einer Ausgangsmischung Ag-Pb 92,5 :7,5 4,5 bis 5 % und bei einer Mischung Ag-Pb 90:10 6 %>. Die in die lötbare Silberschicht eindiffundierende Bleimenge hängt vom Schichtdickenverhältnis d_kB__Vh : d_Xs ab und ist um so kleiner, je größer dieses Verhältnis ist. Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf ein Verhältnis von 2,25. Die Dicke der lötbaren Schicht soll mindestens 0,1 mm betragen. Bei kleineren Schichtdicken treten in der Fertigung bei automatischen Fülleinrichtungen Unregelmäßigkeiten in der Schichtdicke auf. Die obere Grenze der Dicke der lötbaren Schicht hängt von der Kontaktform und insbesondere von der Gesamtdicke des Kontaktes, also von der Dicke der Kontaktschicht, ab. Besonders vorteilhaft ist eine Dicke der lötbaren Schicht von 0,2 bis 0,5 mm.

709 638/455

Claims

Der erfindungsgemäße Kontaktkörper wird durch Hartlöten auf dem Kontaktträger angebracht. Wird z. B. als Kontaktträger ein Kupferträger von 2,5 mm Dicke verwendet, so kann dieser durch Hochfrequenz auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden. Um eine Überhitzung der Kontaktschicht zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Träger von der dem Kontaktkörper abgewandten Seite her zu erhitzen. Besonders bewährt haben sich Silberhartlote mit etwa 40 Gewichtsprozent Silber und etwa je 20 Gewichtsprozent Kupfer, Zink und Cadmium. Als Flußmittel eignen sich die im Handel befindlichen Hartlötflußmittel. Die Porosität der Kontaktschicht führt zu einer verhältnismäßig großen Schweißsicherheit. Durch die Verschmierung der lötbaren Schicht an der Lötseite wird verhindert, daß während des Lötvorganges flüssiges Lot in den Kontaktkörper eingesaugt wird. Das Verschmieren dieser Schicht kann wegen der hohen Plastizität und der Kaltschweißneigung der angegebenen Werkstoffe in sehr einfacher Weise mechanisch, z. B. durch Schmirgeln, erreicht werden. Der Zweischichtenkontaktkörper gemäß der Erfindung kann als Fertigformkörper in beliebigen geometrischen Formen hergestellt werden, z. B. als zweischichtiger Nietkontakt. Nachfolgend wird ein Herstellungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Kontaktkörper angegeben: Elektrolyse-Silberpulver mit einer Korngröße unter 37 ti und Bleipulver, das durch Druckverdüsung einer Bleischmelze gewonnen worden ist, werden im Verhältnis 95 : 5 Gewichtsprozent gemischt. In einer Matrize mit einer Preßfläche von 8 ■ 7 mm2 wird der Unterstempel auf 1,7 mm eingestellt und der Füllraum mit Reinsilberpulver zur Bildung der Lötschicht angefüllt. Daraufhin wird der Unterstempel um weitere 4,7 mm abgesenkt und in den entsprechenden weiteren Füllraum die Silber-Blei-Pulvermischung eingebracht. Anschließend wird diese Füllung mit 1,5 t/cm2 gemeinsam gepreßt. Der Preßkörper besitzt eine Dichte von 7,8 g/cm3, der ein mittlerer Raumerfüllungsgrad von 0,74 entspricht. (Der Raumerfüllungsgrad ist das Verhältnis zwischen Preßdichte und theoretischer Dichte, die für das Silber-Blei-Gemisch 95:5 10,53 g/cm3 und für Reinsilber 10,5 g/cm3 beträgt.) Der Preßkörper wird bei 700° C während 30 Minuten in Wasserstoff atmosphäre gesintert. Dabei tritt ein linearer Schrumpf von etwa 6 °/o auf, und es wird eine Sinterdichte von 8,9 g/cm3, der ein Raumerfüllungsgrad von 0,844 entspricht, erreicht. Die mittlere Porosität des Kontaktkörpers beträgt also 15,6%. Der Körper wird nach Verschmieren der Silberschicht durch Schleifen auf Schmirgelpapier ohne sonstige weitere Nachbearbeitung auf einen Kupferträger von 1,5 mm Stärke hart aufgelötet. Hierzu wird ein Hartsilberlot aus 40 Gewichtsprozent Silber und je 20 Gewichtsprozent Kupfer, Zink oder Cadmium und ein handelsübliches Flußmittel verwendet. Die Erhitzung des Trägers erfolgt mit einer Hochfrequenzheizung. Man erzielt so eine einwandfreie Verlötung, ohne daß aus dem Kontaktkörper Blei ausseigert. Das Herstellungsverfahren verläuft völlig analog, wenn man für die lötbare Schicht Kupfer oder eine Silberlegierung mit überwiegendem Silberanteil statt Silber verwendet. Patentansprüche:

1. Elektrischer, gut lötbarer Zweischichten-Sinterkontaktkörper mit großer Schweißsicherheit, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Sinterschicht (Kontaktschicht) aus einer binären Silber-Blei-Legierung mit einer Porosität von 5 bis 20 Volumprozent und die andere Sinterschicht (gut lötbare Schicht) aus Reinsilber, Kupfer oder einer Silberlegierung mit überwiegendem Silberanteil besteht, mindestens 0,1 mm dick, und an der Lötseite dicht verschmiert ist.

2. Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bleigehalt der Silber-Blei-Schicht auf 2 bis 20 Gewichtsprozent bemessen ist.

3. Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Silber-Blei-Schicht auf mindestens die Hälfte der Gesamtdicke des Kontaktkörpers bemessen ist.

4. Sinterkontaktkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gut lötbaren Schicht auf 0,2 bis 0,5 mm bemessen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 618 063, 649 958;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1106 965;
A. Keil, »Werkstoffe für elektrische Kontakte«, 1960, S. 185.