DE2635928A1

DE2635928A1 - Verfahren zum erzeugen einer loetfaehigen oberflaeche an einem kontaktstueck aus silber und fein verteilten graphitteilchen

Info

Publication number: DE2635928A1
Application number: DE19762635928
Authority: DE
Inventors: Bernhard Rothkegel; Rudolf Dipl Ing Scherbaum; Horst Prof Dr Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-10
Filing date: 1976-08-10
Publication date: 1978-02-16
Also published as: ZA774706B; DK353877A; ATA547277A; DE2635928B2; DK144154B; FR2361197B1; CH621961A5; DK144154C; FR2361197A1; BE857651A; GB1527569A; ES461502A1; DE2635928C3; JPS5321770A; SE7708620L; SE423335B; AT371286B; US4185968A; IT1085726B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen^"
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.

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

Patentansprüche

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, 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.

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ORIGINAL INSPECTED