DE2014638A1

DE2014638A1 - Verfahren zur Herstellung eines Zweischichten Kontaktstuckes

Info

Publication number: DE2014638A1
Application number: DE19702014638
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr rer nat 8501 Wendelstein Schreiner Horst Prof Dr techn habil 8500 Nürnberg Haßler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-26
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1971-10-14
Also published as: US3770497A; CH515599A; ES389569A1; GB1351215A; FR2084094A5; SE376323B

Description

Verfahren zur Herstellung eines Zwßischichten-Kontaktstückes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Zweischichten-Kontaktstüekes für Hochvakuumleistungssehalter,

Die Eigenschaftsforderungen an Vakuumschalter-Kontaktwerkstoffe für Vakuumleistungsschalter sind, neben extrem niedrigen Gasgehalten, kleiner Chopping-Effekt, kleinö Schweißkraft und kleiner Kontaktwiderstand. Darüber hinaus wird aujch ein geringer Abbrand verlangt. Beim Chopping-Effekt reißt der Lichtbogen beim Schalten kleiner Ströme ab, wobei infolge Induktionswirkung Spannungsspitzen hervorgerufen werden, die zu Durchschlägen führen können. Um den Chopping-Effekt möglichst klein zu halten, wird dem Kontaktwerkstoff eine kleine Menge eines Metalles mit hohem Dampfdruck zugesetzt, wodurch die Einschnürung des Lichtbogens durch die Stromkräfte vermindert wird. Pur die Anwendung von Kontaktwerkstoffen in Vakuumleistungsschaltern sind Verbundwerkstoffe mit einem hochschmelzenden Metallgerüst, wie Wolfram, Molybdän oder Rhenium begrenzt anwendbar, da wegen des hohen Atomgewichtes die elektrische Spannungsfestigkeit des Schalters beruhend, auf der Diffusion des Metalldampfes aus dem Kontaktspalt - nicht schnell genug wieder hergestellt wird. Die Schaltströme s^ind etwa bei 4 kA begrenzt. Als Grundmetall kommen Metalle mit einem Atomgewicht<65» wie z.B. Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel und Beryllium in Betracht, die einen Wirkzusatz hohen Dampfdrucks als Antichopping-Kjomponente erhalten. Bekannt ist z.B, die Verwendung von Kupfer-Kontakt stücken, die Aus- drehungfn erhalten, in die Kupfer-Wismut-Hinge eingesetzt werden. Bei Legierungen mit dem Srundmetall Kupfer und dem

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Antichopping-Zusatz, z.B. Wismut, ist es schwierig, bei dem geforderten niedrigen Gasgehalt das Wismut in definierter Menge gleichmäßig in der Kontaktschicht des Kupfers zu verteilen. Außerdem besteht bei der Verwendung einer homogenen Kupfer-Wismut-Legierung die Schwierigkeit, eine feste temperaturwechselbeständige Verbindung zwischen dem Kontaktstück und dem Trägermetall herzustellen, da die Wirkkomponente, z.B. Wismut, zu einer starken Versprödung des Kontaktmaterials und der Lotschicht und einer Verminderung der Festigkeit führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Zweischichten-Kontaktstücken für Hochvakuumleistungsschalter die oben geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Oberfläche eines metallischen Gr rundkör pe rs hoher elektrischer Leitfähigkeit ein Hilfsmetall und ein Diffusionsmetall durch Diffusion einlegiert wird, wobei das Hilfsmetall mit dem Diffusionsmetall und dem metallischen Grundkörper eine schmelzflüssige Phase bildet.

Pur die Durchführung des Verfahrens kann das Hilfsmetall und das Diffusionsmetall in Form einer Legierung oder als Pulvermischung vorgegebener Zusammensetzung in Form eines losen Pulvers oder als Pulverpreßkörper mit einer Oberfläche des metallischen Körpers in Kontakt gebracht werden. Die Legierung oder die Pulvermischimg oder der Pulverpreßkörper werden anschließend durch Diffusion in den metallischen Grundkörper einlegiert, derart, daß die Menge des Hilfsmetalls bei vorgegebenen Diffusionsbedingungen im Grundkörper äine definierte Diffusionstiefe ergibt.

Als Grundkörper können ζ,3. Körper aus Kupfer, Nickel, Eisen, Kobalt oder Beryllium verwendet werden und. alä Diffusionsmetall z.B. Wismut, Blei, Tellur oder Antimon.

Als Hilfsmetall werden vorzugsweise solche Metalle verwendet, die mindestens 50⁰C unterhalb der Schmelztemperatur des metalli-

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sehen Grundkörpers mit diesem und dem Diffusionsmetall eine flüssige Phase bilden.

Die Verwendung eines Hilfsmetalls bietet den Vorteil, eine Diffusionstemperatur anzuwenden, die wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur des metallischen Grundkörpers liegt. Im Falle · der Verwendung eines Grundkörpers aus Kupfer, des Hilfsmetalls Silber und des Diffusionsmetalls Wismut ist eine Diffusionstemperatur zwischen 800° und 1000⁰C geeignet, um innerhalb von 10 bis 30 Minuten einen Gleichgewichtszustand zu erreichen und damit die gewünschte Diffusionsschicht herzustellen. Bei Verwendung von Reinwismut als Diffusionsmetall und Kupfer für J den Grundkörper ergäbe sich ohne Verwendung eines Hilfsmetalls bei einem gewünschten Gleichgewichts-Bi-Gehal·!; von 2 <fo eine Diffusionstemperatür von 1O75°C. Da diese Temperatur nur 8⁰C unterhalb der Schmelztemperatur des Kupfers liegt, ist die Einhaltung der Temperaturförderung in einem Ofen für Fertigungsaufgaben praktisch nicht möglich. .

Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert.

Aus hochentgastem Kupfer wird ein scheibenförmiger Kontaktrohling (Grundkörper) 11 mit 60 mm Durchmesser und einer Höhe von 20 mm gegossen, der in Fig. 1 dargestellt ist. In eine Ober- ^ fläche des Grundkörpers 11 wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, eine ringförmige Aussparung 12 mit den Abmessungen 0_n = 40,

0^ = 30, Tiefe = 5 mm angebracht, die etwa der späteren Kontaktfläche entspricht. In 4iese Eindrehung 12 wird ein Pulverpreßling 13 (Fig.3) aus einem Gemisch von 10 g Silber, 15 g Kupfer und 1g Wismut eingelegt und eine Diffusionstemperatur von 1000⁰C eingestellt. Hierbei bildet sich eine flüssige Phase aus, die ein Gleichgewicht aus 10 g Silber und etwa 40 g Kupfer bildet, die das Wismut gleichmäßig verteilt enthält. Die flüssige Phase, die dem Diffusionsbereich 14 entspricht, ist in Fig. 4 darge-

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stellt. Nach Abschluß der Diffusion wird entsprechend Fig. 5 das Kontaktstück herausgearbeitet, das aus der Trägerschicht 11 und der eindiffundierten Kontaktfläche 15 besteht, deren Diffusionszonenbegrenzung gestrichelt dargestellt ist. Dieses so gewonnene Kontaktstück kann mit üblichen Loten, z.B. AgCu eutektisch mit dem Trägermetall Kupfer einwandfrei verbunden werden.

Im Falle der Verwendung von Eisen, ITiekel, Kobalt oder Beryllium für den Grundkörper sind entsprechende Hilfsmetalle zu wählen, die bei der Diffusionstemperatur mit dem Metall des GrundkÖrpers eine im Vergleich zu diesem Metall niedriger schmelzende flüssige Phase in Form von Mischkristallen ein Eutektikum oder Peritektikum ergeben. Je nach Löslichkeitsverhältnis wird für eine gewünschte Eindringtiefe die Menge an Hilfsmetail und Diffusionsmetall festgelegt.

6 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

TPA 70/7519 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Zweischiclrtien-Kontaktstückes für Hochvakuumleistungsschalter, dadurch gäkennzeichnet, daß in eine Oberfläche eines metallischen Grundkörpers (11) hoher elektrischer Leitfähigkeit ein Hilfsmetall und ein Diffusionsmetall durch Diffusion einlegiert wird, wo "bei das Hilfsmetall mit dem Diffusionsmetall und dem metallischen Grundkörper (11) eine schmelzflüssige Phase bildet. "

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Diffusionsmetall und das Hilfsmetall iri Form einer Legierung oder als Pulvermischung vorgegebener Zusammensetzung in Form eines losen Pulvers oder als Pulver'preßkörper (13) mit einer Oberfläche des metallischen Grundkörpers (11) in Kontakt gebracht wird und daß dann die Pulvermischung oder > der Pulverpreßkörper (13) durch Diffusion in den Grundkörper (11) einlegiert wird, derart, daß die Menge des Hilfsmetalls bei vorgegebenen Diffusionsbedingungen im Grundkörper (11) eine definierte Diffusionstiefe (14) ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Diffusionsmetalls und des Hilfsmetalls in eine Oberfläche des Grundkörpers (11) eine ringförmige Aussparung (12) eingebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet^ daß als Metall für den Grundkörper (11) Kupfer, Nickel, Eisen, Kobalt oder Beryllium verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsmetall Wismut, Blei, Tellur oder Antimon verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsmetall ein Metall verwendet wird_s welches mindestens 50⁰C unterhalb der Schmelztemperatur des metallischen Grundkörpers (11) mit diesem und dem DiIi'asionsmetall eine flüssige Phase bildet.

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