DE2635928A1 - Verfahren zum erzeugen einer loetfaehigen oberflaeche an einem kontaktstueck aus silber und fein verteilten graphitteilchen - Google Patents
Verfahren zum erzeugen einer loetfaehigen oberflaeche an einem kontaktstueck aus silber und fein verteilten graphitteilchenInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen^"
Berlin und München Λ VPA 7ß P 7 5 3 8 BRD
Berlin und München Λ VPA 7ß P 7 5 3 8 BRD
Verfahren zum Erzeugen einer lötfähigen Oberfläche an einem Kontaktstück aus Silber und fein verteilten Graphitteilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer graphitfreien
lötfähigen Oberfläche an einem Formteil . für elektrische Kontakte, das aus Silber als Grundmetall mit darin fein und
gleichmäßig verteilten Graphitteilchen bis zu etwa 5 Gew.-#
besteht.
Formteile für elektrische Kontaktstücke werden vorzugsweise aus Silber hergestellt, da dieses Metall eine hohe elektrische
und thermische Leitfähigkeit besitzt. Bei Kontakten, die unter Prellen der Kontaktstücke und unter Lichtbogenbildung
geschlossen werden, kommt es Jedoch zu einer Verschweißung der Kontaktstücke, so daß diese Kontaktstücke nur unter Kraftaufwendung
(sogenannte Schweißkraft) wieder voneinander getrennt werden können. Man bevorzugt daher häufig silberhaltige
Formteile , in denen Graphitteilchen fein und
gleichmäßig verteilt sind. Derartige Formteile haben
außerdem den Vorteil, daß an derKontaWflache der Formteile nur ein geringer Übergangswiderstand auftritt. Verfahren zur Herstellung derartiger Formteile aus silber- und graphithaltigem Verbundwerkstoff sind in der Pulvermetallurgie bekannt.
gleichmäßig verteilt sind. Derartige Formteile haben
außerdem den Vorteil, daß an derKontaWflache der Formteile nur ein geringer Übergangswiderstand auftritt. Verfahren zur Herstellung derartiger Formteile aus silber- und graphithaltigem Verbundwerkstoff sind in der Pulvermetallurgie bekannt.
Eint Folge dieser verringerten Neigung zum Verschweißen ist
jedoch, daß Formteile aus diesem Verbundwerkstoff nicht ohne weiteres mit Trägermetallen, etwa den Stromanschlüssen,
verbunden werden können. So benetzt z.B. flüssiges Lot die
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graphithaltige Silberoberfläche nicht, so daß auch unter
Verwendung der üblichen Flußmittel ein Hartlöten nicht möglich
ist.
Um trotzdem eine sichere Verbindung mit dem Trägermetall zu
ermöglichen» werden die Formteile» als Zweischichtenstücke mit einer lötfähigen Schicht hergestellt. Die zweite Schicht kann
z.B. Reinsilber oder eine Silberlegierung sein. Bei dünnen Formteiles . erhöht sich dadurch jedoch die Dicke des gesamten
Teiles . So muß z.B. bei einem Formteil , dessen Dicke zwischen 0,5 und 1 mm liegt, die lötfähige Schicht aus
ToleranzgrUnden zwischen 0,2 und 0,3 mm betragen und nimmt daher bereits einen beträchtlichen Volumenteil des gesamten
Formteiles . ein.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden an der Fläche
des fertigen Formteiles ·, die später als Lötfläche dienen
soll, die Graphitteilchen durch eine Wärmebehandlung in
oxidierender Atmosphäre herausgebrannt. Dadurch entsteht in dem ursprünglich einschichtigen Formteil nunmehr eine
graphitfreie Schicht, deren Dicke bei der Herstellung in
den üblichen Fertigungsöfen großen Schwankungen unterliegt. So wurde . bei Bedingungen, die für eine herausgebrannte Schicht
von 0,05 mm festgelegt wurden, nur eine Toleranz von + 0,04 mm erzielt. Diese Schichtdicke muß jedoch mindestens so groß gewählt werden, damit beim Verlöten das flüssige Lot ausreichend
in die Lötfläche eindringt und eine haltbare Verbindung ergibt.
Dieses Verfahren kann daher ebenfalls nur bei dickeren Form- ^
teilen angewendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Formteil
für elektrische Kontakte, das aus Silber als Grundmetall
und im Silber fein und gleichmäßig verteilten Graphitteilchen
bis zu etwa 5 Gew.~# besteht, eine lötfähige Oberfläche zu erzeugen,
wobei nicht schon durch die Hexötellung der Lötfläche
eine Mindeatdicke des Formteiles vorgegeben sein soll.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Formteil einer Naßscheuerbehandlung unter gleichzeitiger Verwendung von Scheuersteinen unterzogen wird.
Die Naßscheuerbehandlung kann z.B. in einer rotierenden Trommel
vorgenommen werden, die mit den auf pulvermetallurgischem Wege durch Sintern und Pressen hergestellten, fertig geformten
Formteilen, handelsüblichen Schettersteinen, die auch aus Kunststoff bestehen können, und einer Flüssigkeit bestückt ist.
Beim Rotieren'der Trommel werden die an der Oberfläche der
Formteile liegenden Graphitteilchen durch das Scheuern aneinander und an den Scheuersteinen mechanisch herausgerissen. Gleichzeitig wird das verhältnismäßig weiche Silber über die Oberfläche verschmiert. Die herausgewaschenen Graphitteilchen werden
von der Flüssigkeit aufgenommen und fortgespült. Da sich zwischen den scheuernden Flächen im allgemeinen ein Flüssigkeitsfilm befindet, werden die Graphitteilchen hierbei aus der Oberfläche
der Formteile gründlich ausgewaschen und in der Flüssigkeit suspendiert, ohne daß es zu einem Verschmieren des Graphites
auf der Silberoberfläche kommt.
Da die Wirkung der Flüssigkeit bei diesem Verfahren nur in dem mechanischen Auswaschen und Wegspülen der Graphitteilchen besteht, können hierfür sehr verschiedene Flüssigkeiten, wie
Alkohole, Petroleum, Benzin, Trichlorkohlenstoff uv«.w., verwendet werden. Tetrachlorkohlenstoff ist besonders geeignet,
da er etwa die gleiche Dicke aufweist wie Graphit, so daß die Graphitteilchen in dem Flüssigkeitsvolumen schweben. Weniger
geeignet sind Flüssigkeiten wie Öle, die an der gescheuerten Oberfläche Rückstände bilden können, die die Benetzungsfähigkeit
der Oberfläche beim Löten herabsetzen würden. Bei der Verwendung derartiger Flüssigkeiten müßten die gescheuerten Formteile
noch mit einem Lösungsmittel gewaschen und von den Rückständen befreit werden.
In der Regel ist Wasser eine billige und geeignete Flüssigeeit
für die Naßscheuerbehandlung. Vorteilhaft kann dem Wasser ein
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benetzungsforderndes Mittel, z.B. ein Detergenz, zugesetzt
werden, wodurch das Auswaschen und Suspendieren der Graphitteilchen verbessert wird.
Die Oberfläche von graphithaltigen Silberteilen weist eine graue Farbe auf und es entstehen graue Striche, wenn man
alt der Oberfläche auf Papier entlangstreicht. Nach der Scheuerbehandlung weisen die erfindungsgemäßen Formteile jedoch efcie
silberhelle Oberfläche auf, an der Graphiteinschlüsse nicht mehr beobachtet werden können. Ein Querschliff zeigt, daß
die Graphitteilchen nur oberflächlich ausgewaschen und die entstehenden Hohlräume teilweise mit Silber zugeschmiert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders dazu,
auf Einschicht-Formteile eine Lötfläche aufzubringen. Das fertige Formteil einsdiießlich der Lötfläche zeigt dann
einen im wesentlichen einschichtigen Aufbau, da sich eine definierte, meßbare Dicke des über die Oberfläche verschmierten
Silbers auch im Querschliff unter dem Lichtmikroskop kaum angeben läßt. An den Stellen der Oberfläche, an denen sich
vor der Naßscheuerbehandlung bereits Silberkörner befanden, ist die "Schichtdicke" der Lötfläche durch die Größe der
Silberkörper bestimmt. An den anderen Stellen, an denen ursprünglich Graphitteilchen lagen, sind die durch das Auswaschen entstandenen Hohlräumen in einer Tiefe durch Silber ausgefüllt, die sehr unterschiedlich ist und im Mittel meist etwa
zwischen 0,5 und 10 /um liegt. Jedenfalls sind In der darunter liegenden Schicht wieder Graphiteinschlüsse vorhanden.
Die Tiefe der graphitfreien Oberfläche ist hierbei von der Dauer der NaßScheuerbehandlung weitgehend unabhängig. Sind
nämlich die oberflächlich siizenden Graphitteilchen erst
einmal ausgewaschen und die entstehenden Hohlräume mit Silber verschmiert, so wird bei einem weiteren Scheuern a&£ noch Silber
abgetragen bis neue, tiefer liegende Graphitteilchen freigelegt werden, ohne daß die "Dicke" der graphitfreien Oberfläche zunimmt.
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Bei dem erwähnten Naßscheuern in einer Trommel wird das ganze Formteil mit einer graphitfreien Oberfläche überzogen - also
nicht nur die für die Lötung vorgesehene Lötfläche, sondern auch die Kontaktfläche, an der die Graphitteilchen zum Herabsetzen
der Schweißkraft beim Schalten stärkerer Ströme (über 10 A) gerade erwünscht sind. Dies ist Jedoch kein Nachteil, da bereits
beim erstmaligen Schalten derartiger Ströme im Lichtbogen eine Silberschicht, die unter 20 /U liegt, zerstört wird. Die
beabsichtigte Wirkung der Graphitteilchen kommt dann wieder zur Entfaltung. Im Gegenteil bewirkt die überall gleichmäßig
lötbare Oberfläche der Formteile eine Vereinfachung des Lötverfahrens, da jetzt bei flachen Formteilen nicht mehr zwischen einer Lötfläche und einer Kontaktfläche unterschieden zu
werden braucht. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß die Formteile während der NaßScheuerbehandlung gleichzeitig
entgratet werden können.
überraschenderweise läßt sich die erzeugte Oberfläche beim Verlöten gut benetzen und ergibt eine haltbare Verbindung, obwohl
keine graphitfreie Schicht vorliegt, die dicker als 10 /u ist.
Beim Scheuern von graphithaltigen Silberteilen wird in der Regel «ter Graphit auf der Oberfläche verschmiert, wodurch
die Benetzung mit flüssigem Lot weiter verschlechtert wird. So galt z.B. bei graphithaltigen Silberformteilen, auf die
eine zweite lötfähige Schicht aufgebracht ist, bisher die Regel, die fertigen Formteile nicht mehr zu scheuern, um
durch Aufschmieren von Graphit die Lötfähigkeit der zweiten Schicht nicht zu verschlechtern. Es ist daher überraschend,
daß bei der NaßScheuerbehandlung iine Fläche entsteht, auf
der kein Graphit verschmiert wird und die als Lötfläche geeignet ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.
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Auf pulvermetallurgischem Wege werden Einschichtformteile aus Silber und 3 Gew.-# Graphit der Größe 5 χ 5 χ 0,7 mm hergestellt. Die 8 1 fassende Stahltrommel eines Tischscheuergerätes
wird mit 3 kg dieser Formteile, 2 kg tetraedriioiier Scheuersteine mit 4 mm Kantenlänge und 2 1 Wasser bestückt, dem 20 g
eines handelsüblichen Aluminium-Behandlungsmittels zugesetzt ist, das die Abtragung fördert. Die Trommelbehandlung wird bei
einer Drehzahl von 64 ü^min.während einer Scheuerzeit von
60 min ausgeführt. Nach der Scheuerbehandlung werden die Formteile abgesiebt, gewaschen und getrocknet.
Die so hergestellten Formteile können auf Kupferträgern mit
herkömmlichen Loten und Flußmitteln, z.B. cadmiumhaltiges
Silberlot (40 Gew.-# Ag) und boraxhaltiges Flußmittel, hart
verlötet werden. Auch die flußmittelfreie Lötung mit phojfphorhaltigem Silber-Hartlot auf Kupfer ist einwandfrei möglich.
Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstücke werfe aufwendig.
Zur Erprobung wurden die auf diese Weise hergestellten Formteile in Kleinselbstschaltern eingesetzt, wobei die Nennströme
von 10 bis 63 A und die Kurzschlußströme bis zu 2000 A betrugen.
2 Patentansprüche
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Claims (2)
- PatentansprücheVerfahren zum Erzeugen einer graphitfreien lötfähigen Oberfläche an einem Formteil für·,elektrische Kontakte, das aus Silber als Grundmetall mit darin fein und gleichmäßig verteilten Graphitteilchen bis zu etwa 5 Gew.-% besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil einer Naßscheuerbehandlung unter gleichzeitiger Verwendung von Scheuersteinen unterzogen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Naßscheuerbehandlung Wasser, dem ein benetzungserleichterndes Mittel zugegeben ist, verwendet wird.80*807/0109ORIGINAL INSPECTED
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