DE2527325A1

DE2527325A1 - Verfahren zur herstellung einer mechanischen und elektrisch leitenden verbindung eines graphitkoerpers mit einem hochschmelzenden metallstueck z.b. aus molybdaen bzw. molybdaenbasislegierungen, oder wolfram bzw. wolframbasislegierungen bestehend, verbundwerkstoff, nach dem verfahren hergestellt und verwendung des verbundwerkstoffes

Info

Publication number: DE2527325A1
Application number: DE19752527325
Authority: DE
Inventors: Keith N Dr Melton; Geb Novosel Renata Sebalj
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-05-28
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1976-12-09
Also published as: CH594972A5; DE7519490U

Description

Verfahren zur Herstellung einer mechanischen und elektrisch leitenden Verbindung eines Graphitkörpers mit~einem hochschmelzenden Metallstück z.B. aus Molybdän bzw.~Molybdänbasislegierungen, oder Wolfram bzw. Wolframbasislegierungen bestehend, Verbundwerkstoff, nach dem Verfliren hergestellt und Verwendung des Verbundwerkstoffes Es ist bekannt, als Material für Lichtbogenelektroden Graphit zu verwenden, da der At brand, der durch Lichtbogeneinwirkung veruracht wird, beträchtlich geringer ist als bei anderen üblichen gut leitenden Werkstoffen (DT-AS 1 154 548, DT-OS 2 221 630). Zwischen den Schaltstücken eines elektrischen Schalters wird beim Ausschalten ein Lichtbogen gezogen. Bei derartigen Schaltern sind Graphitschaltstücke insbesondere dann vorteilhaft verwendbar, wenn als Lichtbogenlöschmittel und gegebenenfalls Isoliermittel ein elektronegatives fluorhaltiges Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid - SF6, verwendet wird. Bei gleicher Lichtbogenbeanspruchung, ist der Materialverlust von Graphitschaltstücken wesentlich geringer als bei metallischen Schaltstücken, selbst wenn diese aus einem hochwertigen, lichtbogenfesten Material, wie Silberwolfram oder Kupferwolfram, bestehen. Dies wirkt sich wiederum vorteilhaft auf Art und Menge der unter Lichtbogeneinwirkung entstehenden Zersetzungsprodukte aus. Bei elektrischen Leistungschaltern mit Graphitelektroden ergibt sich nun die Schwierigkeit, dass die als Lichtbogenelektroden eingesetzten Graphit körper mit dem stromtragenden, in der Regel aus Kupfer bestehenden Schalt stücken mechanisch und elektrisch verbunden werden müssen. Dabei ergibt sich das Problem, dass Graphit körper eine in der Regel nicht ausreichende mechanische Festigkeit haben, die z.B. eine Einarbeitung eines Gewindes zur Verbindung mit dem Schaltstück unmöglich macht.
Ebenfalls erweist sich als unvorteilhaft, dass Graphit und Kupfer unterschiedlich grosse Wärmedehnungskoeffiziente aufweisen.
In DT-OS 2 22; 630 ist eine Lösung beschrieben und dargestellt, bei welcher die Lichtbogcnelektroden eines liochspannungs-Leistungsschalters von düsenförmig gestalteten Graphitkörpern gebildet sind, die an den Stellen einer galvanischen Verbindung mit den Schalt stücken einen elektrisch leitenden Zusatz eines oder mehrerer Metalle aufweisen. Die so mechanisch verstärkten Lichtbogenelektroden sind mit Schalt stücken Uber ein Gewinde verbunden. Zusätzlich bewirkt der elektrisch leitende, metallische Zusatz eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Graphitkörpers. Diese konstruktive Anordnung ist jedoch ziemlich kompliziert und eine gut elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Graphitkörper und dem Schaltstück ist nicht gesichert.
Es ist bekannt, Graphit mit Metall mittels eines Lotes zu verbinden. Damit in Graphit während der Teniperaturänderungen keine Risse entstehen, muss das Metall einen ähnlichen Wörmedehnungskoeffizient aufweisen, wie Graphit, dessen Wärmedehnungskoeffizient etwa 3 x 10 / C beträgt. Es wurden vor allem Versuche -6 etwa zux o mit Molybdän gemacht, dessen Wärmedehnungskoeffizient 4,3,3 10 / C ist (Welding Journal, May 1962, S. 461 bis 469). Es wurden Lote auf Au-Basis, Ti-Basis und Ni-Basis verwendet. Diese Verbindungen weisen jedoch eine niedrige mechanische Festigkeit auf, so dass sie für anspruchsvolle Konstruktionen, wie z.B. für Schaltstücke der Leistungsschalter, nicht geeignet sind.
Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer mechanisch und elektrisch leitenden Verbindung« eines Graphitkörpers mit einem hochschmelzenden Metallstück zu schaffen, das eine mechanische Festigkeit der Verbindung sichert, die grösser ist, als diejenige des Graphits. Dabei muss auch die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung günstige Werte aufweisen.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der zu verbindende Teil der Oberfläche des Graphitkörpers mit einerFarbidbildenden Metallschicht versehen und danach mittels eines Lotes, das wenigstens ein karbidbildendes Metall enthält, mit dem entsprechenden Teil der Oberfläche des hochschmelzenden Metallstückes verbunden wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das Lot, das wenigstens ein karbidbildendes Metall enthält, den Graphit leicht benetzt, und dass dieses Benetzen mit der karbidbildenden Metallschicht noch verbessert wird. Mit diesem Verfahren erhält man eine so feste mechanische Verbindung zwischen Graphit und dem Metallstück, dass bei einer Zugspannungprüfung der Bruch in Graphit entsteht, also nicht in der Verbindungsschicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die karbidbildende Metallschicht und/oder das Lot auf den zu verbindenden Teil der Oberfläche des Graphitkörpers plasmagespritzt oder aufgedampft wird, womit man eine gleichmssige Schicht enthält.
Durch das obengenannte Verfahren enthält man einen Verbundwerkstoff, bei dem die Verbindungsschicht des Graphit körpers und des hochschmelzenden Metallstücks aus einer an den zu verbindenden Teil der Oberfläche des Graphitkörpers anliegenden, karbidbildenden Metallschicht und aus einer Lotschicht besteht, die wenigstens ein karbidbildendes Metall enthält. Es ist zweckmässig wenn die Lot schicht aus einem Cu-Basis-Lot oder einem Ni-Basis-Lot besteht. Diese wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltenden Lote sichern eine gute mechanische und elektrisch leitende Verbindung.
Die Verwendung des obengenannten Verbundwerkstoffes als Material fUr Lichtbogenelektroden und Schaltstücke, insbesondere von SF6-Schaltern, ist besonders vorteilhaft, weil die mechanisch feste und elektrisch gut leitende Verbindung eine einfache Ausführungsform der Schaltstücke ermöglicht und irgendwelche Störungen in der Verbindungsschicht verhindert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ein Querschnitt durch den erfindungsgemässen Verbundwerkstoff, schematisch dargestellt.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Graphitkörper benannt, mit der Bezugsziffer 2 eine karbidbildende Metallschicht, mit der Be-Bezugsziffer 3 eine wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lot schicht und mit der Bezugsziffer 4 ein hochschmelzendes Metallstück.
Der Graphitkörper 1 ist auf dem verbundenen Teil seiner Oberfläche mit der karbidbildenden Metallschicht 2 versehen. Diese Schicht 2 besteht vorzugsweise aus plasmagespritztem oder aufgedampftem Cr-Pulver. Man kann selbstverständlich auch andere karbidbildende Metalle verwenden, wie z.B. Zr, Nb, Ta, Hf usw.
Die Lotschicht 3 enthält wenigstens ein karbidbildendes Metall.
Sie besteht z.B. aus einer Cu + 1 % Cr - Legierung. Auch die Lote mit einer Ni-Basis sind geeignet, wie z.B. 71 % Ni, 17 % Mo, 7 % Cr, 5 % Fe, oder Ni-Cr-B-Si; Ni-Cr-P; Ni-Si-B usw. Lote.
Es ist auch die Anwendung von anderen Loten, z.B. mit Au- oder Ag-Basis möglich. Das hochschmelzende Metallstück 4 besteht vorzugsweise aus Molybdän bzw. Molybdänbasislegierungen, oder Wolfram, bzw. Wolframbasislegierungen, da die Wärmedehnungskoeffiziente dieser Metalle ähnlich denen des Graphits sind.
Unter Umständen können auch andere Metalle verwendet werden, wie z.B. Ti, Zr, Ta usw., oder Mo-, W-, Ti-, Zr-Ta-Basislegierungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und der nach dem Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff sind selbstverständlich nicht auf die Verwendung als Material für Lichtbogenelektroden und Schaltstücke von gasgefüllten Schaltern beschränkt. So könnte dieses Verfahren und der Verbundwerkstoff auch in der Atomindustrie und in anderen Gebieten Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer mechanischen und elektrisch leitende Verbindung eines Graphitkörpers mit CillCIII hochschmelzenden Metallstück, vorzugsweise aus Molybdän bzw.

Molybdänbasislegierungen oder Wolfram bzw. Wolframbasislegierungen bestehend, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verbindende Teil der Oberfläche des Graphitkörpers (1) mit einer karbidbildenden Metallschicht (2) versehen und danach mittels eines Lotes (3), das we-nigstens ein karbidbildendes Metall enthält, mit dem entsprechenden Teil der Oberfläche des.hochschmelzenden Metallstückes (4) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidbildende Metallschicht (2) und/oder das Lot (3) auf den zu verbindenden Teil der Oberfläche des Graphitkörpers (1) plasmagespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidbildende Metallschicht (2) und/oder das Lot (3) auf den zu verbindenden Teil der Oberfläche des Graphitkörpers (1) aufgedampft wird.

4. Verbundwerkstoff, vorzugsweise hergestellt nach Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht des Graphitkörpers (1) und des hochschmelzenden Metallstückes (4) aus einer an den zu verbindenden Teil der Oberfläche des Graphitkörpers (1) anliegenden, karbidbildenden Metallschicht (2) und aus einer Lotschicht (3) besteht, die wenigstens ein karbidbildendes Metall enthält.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht (3) aus einem Cu-Basis-Lot besteht.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch Lt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht (3) aus einem Ni-Basis-Lot besteht.

7. Verwendung des Verbundwerkstoffes gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 als Material für Lichtbogenelektroden und Schaltstücke, insbesondere von SF6-Schaltern.

Leerseite