EP2600996A2 - Process for producing a cu-cr material by powder metallurgy - Google Patents

Process for producing a cu-cr material by powder metallurgy

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EP2600996A2
EP2600996A2 EP11751787.0A EP11751787A EP2600996A2 EP 2600996 A2 EP2600996 A2 EP 2600996A2 EP 11751787 A EP11751787 A EP 11751787A EP 2600996 A2 EP2600996 A2 EP 2600996A2
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EP
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powder
grains
maximum
switching contact
temperature limit
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Frank Müller
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Plansee Powertech AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for powder metallurgy
  • Vacuum switch and a powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact, in particular for vacuum switch. It involves the production of a high-performance Cu-Cr material. It is known to use Cu-Cr materials as material for switching contacts, in particular in the field of application of the vacuum switching principle.
  • the vacuum switching principle has been found in the range of medium voltage, i. in the range of approx. 7.2 kV to 40 kV, already established as the leading switching principle worldwide, and there is also a trend towards use at higher voltages.
  • Such switching contacts come here, e.g. used in both vacuum medium-voltage circuit breakers and vacuum contactors.
  • the switching contacts require a switching capacity that is as constant as possible over the service life, a high dielectric strength and the lowest possible burnup. It is desired, a high erosion resistance, a good electrical and thermal conductivity, the lowest possible
  • DE 10 2006 021 772 A1 describes a method for producing copper-chrome contacts for vacuum switches. Copper-chrome contacts for vacuum switches are thereby produced by producing a thin copper-chromium sheet as the starting material for the contacts by means of a casting or spraying process with subsequent rapid cooling. In this case, concentration profiles set in a direction perpendicular to the belt direction. A state diagram of the Cu-Cr system is also shown and described.
  • Vacuum switching technology are purely powder metallurgical processes
  • Cu-Cr materials have not yet satisfactorily exhibit the desired properties. It is an object of the present invention to provide a method for powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switching contact and a
  • the method for powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switching contact comprises the following steps: pressing a Cu-Cr powder mixture formed from Cu powder and Cr powder, sintering the pressed Cu-Cr powder mixture to the material of the
  • Treatment process is carried out with an alternating temperature profile in which the Cu-Cr powder mixture or the Cu-Cr material is heated at least twice alternately above an upper temperature limit and cooled again below a lower temperature limit. All steps are performed at temperatures that do not form a molten phase. The entire manufacturing process of the Cu-Cr material is thus pure
  • molten phase comes. It will either be sintering or a
  • Temperature increase and a decrease in temperature take place, with a Temperature increase and a temperature decrease in each case at least twice.
  • the temperature increase and the temperature reduction preferably take place at least three times.
  • the alternating temperature profile can be traversed, for example, during the sintering of the pressed Cu-Cr green body.
  • the upper temperature limit can preferably be chosen so that the greatest possible solubility of Cr in Cu is given in solid solution.
  • the lower temperature limit may preferably be chosen to provide a significantly lower solubility of Cr in Cu in solid solution than at the upper temperature limit.
  • the production of the Cu-Cr material may be e.g. such that already the finished switching contact is provided in its final form, or e.g. also such that the switching contact is given its final shape only by suitable post-processing.
  • the alternating temperature profile ensures that many Cr grains with grain sizes with a cross section between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 (measured in the micrograph) are formed in a Cu matrix.
  • the Cu-Cr material formed thus has a particle size distribution of the Cr grains measured in the micrograph, which has a first maximum in the range of grain sizes with a cross section between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 . The determination of the particle size distribution takes place
  • the described advantageous particle size distribution is also easily achieved when relatively coarse Cr powder (eg with particle diameters between 20 pm and 200 pm) is used as the starting material.
  • the resulting Cu-Cr material has a microstructure in which the micrograph in a Cu -Matrix next to some smaller Cr-Kömern relatively large Cr grains with a grain diameter in the range between 100 pm and 150 ⁇ are present. This then typically results in a unimodal grain size distribution with a maximum, for example, with grain sizes in the range between 100 pm 2 and 25000 ⁇ m 2 . This suggests that the particle sizes of the Cr powder as the starting material in the resulting Cu-Cr material are substantially maintained unless the alternating temperature profile is traversed.
  • Cr powder fractions is higher than in coarse-grained powders. Another difficulty in the processing of fine powders is the handling of the
  • the resulting Cu-Cr material is ideal for switching contacts for use in vacuum switching technology, both as a circuit breaker in the high and medium voltage range as well as a vacuum contactor switch in the
  • the upper temperature limit is in a range between 1065 ° C and 1025 ° C and the lower temperature limit is at least 50 ° C below the upper temperature limit.
  • the lower temperature limit is preferably at least 100 ° C below the upper temperature limit.
  • the upper temperature limit is in a temperature range just below the temperature of the eutectic (1075 ° C), that is, a range in which up to about 0.7 at% Cr can be dissolved in the Cu matrix in solid solution. This corresponds to the range in which the maximum solubility of Cr in Cu is given in solid solution.
  • the upper temperature limit is far enough below the temperature of the eutectic that the formation of a
  • the lower temperature limit is well below the upper temperature limit, ie in a range in which (in thermal equilibrium) a significantly smaller amount of Cr in the Cu matrix can be dissolved in solid solution.
  • the upper temperature limit Cr it is enriched in the material of the Cu matrix (up to a maximum of approximately 0.7 at%).
  • the method further comprises the step of: mixing Cu powder and Cr powder into a Cu-Cr powder mixture.
  • the Cu-Cr powder mixture can be easily provided by using conventional Cr powder and Cu powder.
  • the Cu particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter 80 ⁇ , preferably
  • Particle diameter is determined by means of a sieve analysis.
  • a sieve with a corresponding mesh size for example 80 ⁇ m or 50 ⁇ m is used and only particles which fall through the sieve are used.
  • the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter of 200 ⁇ m, preferably
  • Sieve analysis determined with a corresponding mesh size of the sieve.
  • the value for the maximum particle diameter is small enough so as not to form excessively large Cr grains in the Cu-Cr material.
  • the individual particles can also be formed large enough so that no excessive risk of contamination by oxides occurs and in conventional production plants, a high density and a low degree of porosity can be achieved.
  • the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a minimum particle diameter of 20 ⁇ m, preferably z 32 ⁇ m.
  • the minimum particle diameter is also determined using a sieve analysis (with a mesh size of, for example, 20 ⁇ m or 32 ⁇ m), but in this case only the particles that do not fall through the sieve are used. In this case, the minimum particle diameter is large enough so that there is no undue risk of contamination by oxides and conventional ones Production facilities high density and a low degree of porosity can be achieved.
  • the Cu-Cr powder mixture has a Cu content between 30% by weight and 80% by weight and a Cr content between 70% by weight and 20% by weight. In this case it is achieved that both a high
  • the object is also achieved by a powder-metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to claim 8.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims.
  • the Cu-Cr switch contact can for
  • Vacuum switch be formed.
  • the powder-metallurgically produced Cu-Cr switch contact has a Cu content between 30 wt .-% and 80 wt .-% and a Cr content between 70 wt .-% and 20 wt .-%.
  • the Cu-Cr switch contact has Cr grains in a Cu matrix.
  • a particle size distribution of Cr grains measured in the micrograph has a first
  • a Cu matrix is understood to mean a material which mainly consists of Cu but may also have a small proportion of Cr in solid solution. There may also be traces of impurities.
  • Cr grains are formed.
  • the grain size distribution of the Cr grains is determined as follows: A micrograph of the Cu-Cr material of the switch contact is made and analyzed microscopically. The micrograph identifies the Cr grains and the Cross-sectional areas of the Cr grains are measured. The evaluation takes place over a sufficiently large surface area or different
  • the evaluation can be done eg by hand or supported by a suitable software.
  • the particle size distribution is seen.
  • the particle size distribution has a maximum in a range of grain sizes with a measured cross-sectional area between 0.1 ⁇ 2 and 50 ⁇ 2 .
  • the powder-metallurgically produced Cu-Cr switch contact achieves the advantages described above with respect to the method of powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switch contact. Due to the pure powder metallurgical production a particularly economical production is possible. Due to the grain size distribution with the maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 , the Cu-Cr switch contact has a large number of fine Cr grains. The fine ones
  • powder metallurgical process is available, is carried out in the sintering or a subsequent thermal treatment process with an alternating temperature profile in which a Cu-Cr powder mixture or the material of the
  • Temperature limit is heated and cooled again below a lower temperature limit and wherein all steps are carried out at temperatures at which no molten phase is formed.
  • the production in a purely powder metallurgical process can be seen on the Cu-Cr switch contact.
  • the grain size distribution of the Cr grains has a second maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 100 pm 2 and 10000 pm 2 .
  • a bimodal Cr phase distribution having two maxima, a first maximum at grain sizes with one measured cross-sectional area between 0.1 ⁇ 2 and 50 pm 2 and a second maximum at grain sizes with a measured cross-sectional area between 100 pm 2 and 10,000 pm 2 .
  • This particle size distribution results from the pure powder metallurgical production process using coarse Cr powder, for example with particle diameters between 20 pm and 200 pm.
  • the number of Cr grains corresponding to the first maximum is greater than the number of the second maximum
  • the Cu-Cr switch contact has a relative density> 90%.
  • good electrical and thermal conductivity and high mechanical strength are reliably provided.
  • Such a high relative density can be reliably achieved by using relatively coarse
  • relative density is meant the ratio between the density achieved and the theoretically achievable density for the composition.
  • the combination of this high density and the high proportion of fine Cr grains in the Cu matrix can be achieved by combining a use of coarse Cr powder (with particle diameters between 20 pm and 200 pm) and using a
  • Fig. 1 shows a grain size distribution of the Cr grains in a powder metallurgically produced Cu-Cr material in the initial state (solid line) and after passing through an alternating temperature profile (dashed line).
  • Fig. 2 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgical
  • Fig. 3 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgy
  • Fig. 4 shows schematically the method steps of a method for
  • a first step -S1- is Cu powder with a maximum
  • Cu-Cr powder mixture having a Cr content of 43 wt .-% and a Cu content of 57 wt .-% produced.
  • a second step -S2- the Cu-Cr powder mixture is pressed.
  • the Cu-Cr powder mixture is compacted by cold pressing at a compression pressure in a range between 400 MPa and 850 MPa.
  • a subsequent step -S3- the green compact thus formed in a sintering process at temperatures in a temperature range well below the temperature of the eutectic (ie, well below 1075 ° C) sintered.
  • Steps -S1- to -S3- a molten phase in the Cu-Cr powder mixture or in the pressed green compact from.
  • the sintering process can be used, for example, in
  • the temperatures must be high enough so that the sintering process proceeds sufficiently and with sufficient speed, and low enough that even in unavoidable
  • FIG. 2 An exemplary light microscopic micrograph of a powder-metallurgically produced Cu-Cr material after step -S3- is shown in FIG. In Fig. 2 it can be seen that in a Cu matrix Cr grains with different
  • Fig. 1 An evaluation of the grain size distribution of the Cr grains in the thus prepared Cu-Cr material is shown in Fig. 1 by a solid line. A micrograph of the Cu-Cr material was prepared and the size of the Cr grains was examined microscopically and measured. There were 10 different
  • Fig. 1 the measured cross-sectional area of the Cr grains in pm 2 is plotted on a logarithmic scale on the horizontal axis. On the vertical axis, the corresponding number of grains normalized to a unit area of 1 mm 2 is also shown in a logarithmic representation.
  • the Cu-Cr material in this process stage has a monomodal particle size distribution with particle sizes in a range between approximately 10 ⁇ m 2 and 25000 ⁇ m 2 .
  • the particle size distribution has a maximum, which is in the range of> 100 pm 2 for particle sizes.
  • the Cu-Cr material is then subjected to a thermal treatment process with an alternating temperature profile, as described below becomes.
  • the Cu-Cr material is alternately heated to a temperature above an upper temperature limit and cooled to a temperature below a lower temperature limit.
  • the alternating heating and cooling take place at least twice. In these process steps, too, care is taken to ensure that no molten phase is formed, ie
  • Cu-Cr material is kept at temperatures below the temperature of the eutectic (1075 ° C) of the Cu-Cr system. This will be described in more detail below.
  • the Cu-Cr material is heated to a temperature above the upper temperature limit.
  • the upper temperature limit is preferably relatively close below the temperature of the eutectic of the Cu-Cr system, so that the Cu-Cr material is brought to a temperature just below the temperature of the eutectic, but far enough from the
  • the upper temperature limit value is thus preferably in a range between 1025 ° C and 1065 ° C.
  • the lower temperature limit value is preferably in a range which is at least 50 ° C. below the upper temperature limit value, more preferably in a range of more than 100 ° C. below the upper temperature limit value.
  • the lower temperature limit is preferably at most 250 ° C below the upper temperature limit, more preferably at most 180 ° C below the upper temperature limit.
  • the lower temperature limit should be chosen so that there is a much lower solubility of Cr in solid solution in Cu than at the upper temperature limit. The reason for this choice will be explained in more detail. For example, can the Cu-Cr material on
  • the step -S5- is repeated, i. the Cu-Cr material is again cooled to a temperature below the lower temperature limit.
  • the steps -S4- and -S5- are repeated a total of n times, but a total of at least twice, preferably at least three times. It has been shown that at 2 times to about 6 times (2: £ n £ 6) go through the steps -S4- and
  • Cu-Cr material is therefore exposed to a pendulum annealing. At least the
  • Steps -S4- and -S5- are performed in a protective gas oven under reducing
  • Fig. 3 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgy
  • Fig. 1 is shown as a dashed line, the determined particle size distribution after passing through the alternating temperature profile.
  • Grain size distribution was determined in the same manner as described above with reference to the solid line of FIG. It can be seen that after the pendulum annealing instead of the previously existing monomodal
  • Grain size distribution (solid line) is a bimodal grain size distribution.
  • the particle size distribution has a first maximum in a range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 .
  • the particle size distribution has a second maximum in the range of grain sizes a cross-sectional area between 100 ⁇ 2 and 10000 ⁇ 2 on.
  • the number of Cr grains corresponding to the first maximum is greater than the number of Cr grains corresponding to the second maximum.
  • the number of Cr grains corresponding to the first maximum is larger than the number of Cr grains corresponding to the second maximum by a factor> 5. Furthermore, there is a very homogeneous distribution of the Cr grains in the Cu matrix.
  • the proportion of Cr grains with a cross-sectional area ⁇ 10 ⁇ 2 measured in the microsection is thus very high.
  • the thermal treatment with the alternating temperature profile thus achieves a shift to a high proportion of very small finely divided Cr grain precipitates in the Cu matrix.
  • the described starting materials having a relatively coarse particle size of the Cr powder, it is possible to produce very dense Cu-Cr materials with low porosity in a purely powder metallurgical process with conventional production plants, which also have a low level of impurities.
  • the pure powder metallurgy production is recognizable on the Cu-Cr material. Due to the very finely distributed Cr grains, the purely powder-metallurgically produced Cu-Cr material has a high erosion resistance, a high dielectric strength and a sufficient mechanical strength of the switching contact.
  • the temperature change between the high and the low temperature level in the pendulum annealing should be chosen to be sufficiently slow that Cr is reliably precipitated from the Cu matrix on cooling, but not too slow so that larger Cr grains are not produced again by grain coarsening.
  • Experiments were also carried out with Cu-Cr powder mixtures with other ratios between Cr and Cu, which also led to comparable results.
  • experiments with a Cr content of 70 wt .-% and a Cu content of 30 wt .-% resulted in respect to the fine Cr precipitates to a comparable result.
  • Temperature profile takes place after the step -S3- of sintering in the Cu-Cr material, it is e.g. also possible already to carry out the sintering process itself with an alternating temperature profile.
  • the pressed Cu-Cr green compact is already subjected to the steps -S4- and -SS- repeatedly during the sintering process.
  • the separate step -S3- is omitted and the sintering takes place during the steps -S4- and -S5-.

Abstract

The invention provides a process for producing a Cu-Cr material for a switching contact, in particular for vacuum switches, by powder metallurgy, said process comprising the following steps: (S2) a Cu-Cr powder mixture formed from Cu powder and Cr powder is pressed, (S3) the pressed Cu-Cr powder mixture is sintered to form the material of the Cu-Cr switching contact. The sintering or a subsequent heat treatment process is carried out with an alternating temperature profile in which the Cu-Cr powder mixture, or the Cu-Cr material, is heated at least twice alternately above an upper temperature limit value (S4) and is cooled again below a lower temperature limit value (S5). All of the steps are carried out at temperatures at which no molten phase forms.

Description

VERFAHREN ZUM PULVERMETALLURGISCHEN HERSTELLEN EINES  METHOD FOR THE POWDER METALLURGIC MANUFACTURE OF A
CU-CR-WERKSTOFFS  CU-CR-MATERIAL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum pulvermetallurgischen The present invention relates to a method for powder metallurgy
Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt, insbesondere für Producing a Cu-Cr material for a switching contact, in particular for
Vakuumschalter, sowie einen pulvermetallurgisch hergestellten Cu-Cr-Schaltkontakt, insbesondere für Vakuumschalter. Es handelt sich dabei um das Herstellen eines Hochleistungs-Cu-Cr-Werkstoffs. Es ist bekannt, als Material für Schaltkontakte, insbesondere im Einsatzbereich des Vakuumschaltprinzips, Cu-Cr-Werkstoffe einzusetzen. Das Vakuumschaltprinzip hat sich im Bereich der Mittelspannung, d.h. im Bereich von ca. 7,2 kV bis 40 kV, bereits weltweit als führendes Schaltprinzip durchgesetzt und es ist auch ein Trend zu einem Einsatz bei höheren Spannungen ersichtlich. Derartige Schaltkontakte kommen dabei z.B. sowohl bei Vakuum-Mittelspannungs-Leistungsschaltern als auch bei Vakuumschützen zum Einsatz.  Vacuum switch, and a powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact, in particular for vacuum switch. It involves the production of a high-performance Cu-Cr material. It is known to use Cu-Cr materials as material for switching contacts, in particular in the field of application of the vacuum switching principle. The vacuum switching principle has been found in the range of medium voltage, i. in the range of approx. 7.2 kV to 40 kV, already established as the leading switching principle worldwide, and there is also a trend towards use at higher voltages. Such switching contacts come here, e.g. used in both vacuum medium-voltage circuit breakers and vacuum contactors.
Von den Schaltkontakten werden unter anderem ein über die Lebensdauer möglichst gleichbleibend hohes Schaltvermögen, eine hohe dielektrische Festigkeit und ein möglichst geringer Abbrand gefordert. Es wird erstrebt, eine hohe Abbrandfestigkeit, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine möglichst geringe Among other things, the switching contacts require a switching capacity that is as constant as possible over the service life, a high dielectric strength and the lowest possible burnup. It is desired, a high erosion resistance, a good electrical and thermal conductivity, the lowest possible
Verschweißneigung beim Schaltvorgang sowie eine hohe dielektrische Festigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit des Schaltkontakts zu erzielen. DE 10 2006 021 772 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Chrom- Kontakten für Vakuumschalter. Kupfer-Chrom-Kontakte für Vakuumschalter werden dabei dadurch hergestellt, dass als Ausgangsmaterial für die Kontakte ein dünnes Kupfer-Chrom-Blech nach einem Gieß- oder Sprühverfahren mit nachfolgender rascher Abkühlung erzeugt wird. Dabei stellen sich in einer Richtung senkrecht zur Bandrichtung Konzentrationsprofile ein. Es ist auch ein Zustandsdiagramm des Cu-Cr-Systems dargestellt und beschrieben. Verschweißneigung the switching process and to achieve a high dielectric strength and sufficient mechanical strength of the switch contact. DE 10 2006 021 772 A1 describes a method for producing copper-chrome contacts for vacuum switches. Copper-chrome contacts for vacuum switches are thereby produced by producing a thin copper-chromium sheet as the starting material for the contacts by means of a casting or spraying process with subsequent rapid cooling. In this case, concentration profiles set in a direction perpendicular to the belt direction. A state diagram of the Cu-Cr system is also shown and described.
Wie aus dem Zustandsdiagramm ersichtlich ist, existiert in der festen Phase nahezu keine Mischbarkeit zwischen Cu und Cr. Lediglich in einem kleinen Bereich unterhalb des Eutektikums, das sich bei einer Temperatur von ca. 1075 °C befindet, existiert ein Bereich, in dem eine geringe Löslichkeit von Cr in fester Lösung in Cu gegeben ist. Die maximale Löslichkeit von Cr in Cu in fester Lösung ist im thermodynamischen Gleichgewicht mit ca. 0,7 at.-% bei 1075 °C gegeben. Zu niedrigeren Temperaturen nimmt die Löslichkeit von Cr in Cu ab und bei 400 °C sind im thermodynamischen Gleichgewicht nur noch 0,03 at.-% Cr in Cu in fester Lösung gegeben. Ein As can be seen from the state diagram, there is almost no miscibility between Cu and Cr in the solid phase. Only in a small area below of the eutectic, which is at a temperature of about 1075 ° C, there exists an area where there is little solubility of Cr in solid solution in Cu. The maximum solubility of Cr in Cu in solid solution is given in thermodynamic equilibrium at about 0.7 at.% At 1075 ° C. At lower temperatures, the solubility of Cr in Cu decreases and at 400 ° C only 0.03 at.% Cr in Cu in solid solution are still present in the thermodynamic equilibrium. One
detaillierteres Zustandsdiagramm des Cu-Cr-Systems ist z.B. in dem Handbuch von M. Hansen und K. Anderko„Constitution of Binary Alloys", McGraw-Rill Book Company, Inc. (1958) auf Seite 524 dargestellt. More detailed state diagram of the Cu-Cr system is e.g. in the handbook of M. Hansen and K. Anderko "Constitution of Binary Alloys", McGraw-Rill Book Company, Inc. (1958) on page 524.
Aus dem Zustandsdiagramm ergibt sich, dass bei Cu-Cr-Werkstoffen mit einem typischen Gehalt von 30-80 Gew.-% Cu und 70-20 Gew.-% Cr bei Temperaturen unterhalb des Eutektikums Cr-Körner in einer Cu-Matrix vorliegen. Aufgrund der geringen Löslichkeit von Cr in Cu in diesem Bereich, kann dabei in der Cu-Matrix ein geringer Anteil von Cr in fester Lösung vorliegen. Im Folgenden wird der Begriff Cu-Matrix auch dann verwendet, wenn ein geringer Anteil von Cr in fester Lösung in dem Cu vorhanden ist. It can be seen from the state diagram that, for Cu-Cr materials with a typical content of 30-80% by weight of Cu and 70-20% by weight of Cr, at temperatures below the eutectic, Cr grains are present in a Cu matrix. Due to the low solubility of Cr in Cu in this range, a small amount of Cr can be present in solid solution in the Cu matrix. In the following, the term Cu matrix will be used even if a small amount of Cr is present in solid solution in the Cu.
Zur Herstellung von Cu-Cr-Werkstoffen für Schaltkontakte für die For the production of Cu-Cr materials for switching contacts for the
Vakuumschalttechnik sind rein pulvermetallurgische Verfahren, Vacuum switching technology are purely powder metallurgical processes,
Sinter-Tränk-Verfahren und auch schmelzmetallurgische Verfahren bekannt.  Sinter-impregnation process and also known as fusion metallurgical processes.
Aufgrund des komplexen Zustandsdiagramms des Systems Cu-Cr, ist die direkte Herstellung von homogenen Schmelzwerkstoffen nicht möglich. Aus diesem Grund werden häufig für hochwertige Cu-Cr-Werkstoffe für Schaltkontakte für Vakuumschalter sogenannte Umschmelzwerkstoffe eingesetzt, wobei z.B. ein Umschmelzen unter Verwendung eines Lasers oder eines Lichtbogens zum Einsatz kommen kann. Due to the complex state diagram of the Cu-Cr system, the direct production of homogeneous fused materials is not possible. For this reason, so-called remelting materials are frequently used for high-quality Cu-Cr materials for switch contacts for vacuum switches. Remelting using a laser or an arc can be used.
Eine rein pulvermetallurgische Herstellung von Cu-Cr-Werkstoffen für Schaltkontakte für Vakuumschalter (im Folgenden auch: Vakuumschaltkontakte) stellt sich, verglichen mit einer schmelzmetallurgischen Herstellung, wesentlich wirtschaftlicher dar. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die pulvermetallurgisch hergestellten A purely powder metallurgical production of Cu-Cr materials for switching contacts for vacuum switches (hereinafter also: vacuum switching contacts) is compared to a metallurgical production, much more economical. However, it has been shown that the powder metallurgically produced
Cu-Cr-Werkstoffe bisher noch nicht in zufriedenstellendem Maße die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt und einen Cu-Cr materials have not yet satisfactorily exhibit the desired properties. It is an object of the present invention to provide a method for powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switching contact and a
pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt bereitzustellen, die sowohl eine hohe Abbrandfestigkeit, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine möglichst geringe Verschweißneigung beim Schaltvorgang sowie eine hohe dielektrische Festigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit des powder-metallurgically produced Cu-Cr switching contact to provide both a high erosion resistance, good electrical and thermal conductivity, the lowest possible tendency to weld during the switching process and a high dielectric strength and sufficient mechanical strength of the
Schaltkontakts bereitstellen als auch eine wirtschaftliche Herstellung ermöglichen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Provide switching contacts as well as allow economic production. The object is achieved by a method for the powder metallurgical production of a Cu-Cr material for a switching contact according to claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Das Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt, insbesondere für Vakuumschalter, weist die folgenden Schritte auf: Pressen eines aus Cu-Pulver und Cr-Pulver gebildeten Cu-Cr-Pulvergemischs, Sintern des gepressten Cu-Cr-Pulvergemischs zu dem Werkstoff des The method for powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switching contact, in particular for a vacuum switch, comprises the following steps: pressing a Cu-Cr powder mixture formed from Cu powder and Cr powder, sintering the pressed Cu-Cr powder mixture to the material of the
Cu-Cr-Schaltkontakts. Das Sintern und/oder ein nachfolgender thermischer Cu-Cr switching contact. The sintering and / or a subsequent thermal
Behandlungsprozess wird mit einem alternierenden Temperaturprofil durchgeführt, bei dem das Cu-Cr-Pulvergemisch bzw. der Cu-Cr-Werkstoff zumindest zweimal abwechselnd über einen oberen Temperaturgrenzwert erwärmt und wieder unter einen unteren Temperaturgrenzwert abgekühlt wird. Sämtliche Schritte werden bei Temperaturen durchgeführt, bei denen sich keine schmelzflüssige Phase ausbildet. Der gesamte Herstellungsprozess des Cu-Cr-Werkstoffs wird somit rein Treatment process is carried out with an alternating temperature profile in which the Cu-Cr powder mixture or the Cu-Cr material is heated at least twice alternately above an upper temperature limit and cooled again below a lower temperature limit. All steps are performed at temperatures that do not form a molten phase. The entire manufacturing process of the Cu-Cr material is thus pure
pulvermetallurgisch bei Temperaturen durchgeführt, die unterhalb der Temperatur des Eutektikums (1075 °C) des Cu-Cr-Systems liegen, sodass sich keine powder metallurgically carried out at temperatures below the temperature of the eutectic (1075 ° C) of the Cu-Cr system, so that no
schmelzflüssige Phase ausbildet. Der Begriff„rein pulvermetallurgisch" bezeichnet dabei vorliegend einen Prozess, bei dem es nicht zur Ausbildung einer forms molten phase. The term "purely powder metallurgical" refers in this case a process in which it is not for the formation of a
schmelzflüssigen Phase kommt. Es wird entweder das Sintern oder ein molten phase comes. It will either be sintering or a
nachfolgender thermischer Behandlungsprozess (oder beides) mit einem subsequent thermal treatment process (or both) with a
alternierenden Temperaturprofil durchgeführt. Unter einem alternierenden performed alternating temperature profile. Under an alternating
Temperaturprofil wird dabei verstanden, dass abwechselnd eine Temperature profile is understood that alternately a
Temperaturerhöhung und eine Temperaturerniedrigung stattfinden, wobei eine Temperaturerhöhung und eine Temperaturerniedrigung jeweils zumindest zweimal erfolgen. Bevorzugt erfolgen die Temperaturerhöhung und die Temperaturerniedrigung zumindest dreimal. Das alternierende Temperaturprofil kann dabei z.B. bereits bei dem Sintern des gepressten Cu-Cr-Grünlings durchlaufen werden. Es ist z.B. aber auch möglich, den bereits (konventionell) gesinterten Cu-Cr-Werkstoff in einem nachfolgenden thermischen Behandlungsprozess dem alternierenden Temperature increase and a decrease in temperature take place, with a Temperature increase and a temperature decrease in each case at least twice. The temperature increase and the temperature reduction preferably take place at least three times. The alternating temperature profile can be traversed, for example, during the sintering of the pressed Cu-Cr green body. However, it is also possible, for example, to sinter the already (conventionally) sintered Cu-Cr material in a subsequent thermal treatment process to the alternating one
Temperaturprofil auszusetzen. Der obere Temperaturgrenzwert kann dabei vorzugsweise so gewählt werden, dass eine möglichst große Löslichkeit von Cr in Cu in fester Lösung gegeben ist. Der untere Temperaturgrenzwert kann vorzugsweise so gewählt werden, dass eine deutlich niedrigere Löslichkeit von Cr in Cu in fester Lösung gegeben ist, als bei dem oberen Temperaturgrenzwert. Suspend temperature profile. The upper temperature limit can preferably be chosen so that the greatest possible solubility of Cr in Cu is given in solid solution. The lower temperature limit may preferably be chosen to provide a significantly lower solubility of Cr in Cu in solid solution than at the upper temperature limit.
Das Herstellen des Cu-Cr-Werkstoffs kann dabei z.B. derart erfolgen, dass bereits der fertige Schaltkontakt in seiner Endform bereitgestellt wird, oder z.B. auch derart, dass der Schaltkontakt erst durch eine geeignete Nachbearbeitung seine endgültige Form erhält. The production of the Cu-Cr material may be e.g. such that already the finished switching contact is provided in its final form, or e.g. also such that the switching contact is given its final shape only by suitable post-processing.
Durch die rein pulvermetallurgische Herstellung kann der Cu-Cr-Werkstoff in besonders wirtschaftlicher Weise bereitgestellt werden. Durch das alternierende Temperaturprofil (Pendelglühen) wird erreicht, dass viele Cr-Kömer mit Korngrößen mit einem Querschnitt zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 (gemessen im Schliffbild) in einer Cu-Matrix ausgebildet werden. Der gebildete Cu-Cr-Werkstoff weist somit eine Korngrößenverteilung der Cr-Körner gemessen im Schliffbild auf, die ein erstes Maximum im Bereich von Korngrößen mit einem Querschnitt zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 aufweist. Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgt dabei By purely powder metallurgical production of the Cu-Cr material can be provided in a particularly economical manner. The alternating temperature profile (pendulum annealing) ensures that many Cr grains with grain sizes with a cross section between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 (measured in the micrograph) are formed in a Cu matrix. The Cu-Cr material formed thus has a particle size distribution of the Cr grains measured in the micrograph, which has a first maximum in the range of grain sizes with a cross section between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 . The determination of the particle size distribution takes place
mikroskopisch in einem Schliff durch Ausmessen der Flächen der jeweiligen microscopic in a cut by measuring the surfaces of the respective
Cr-Körner. Unter mikroskopisch wird vorliegend lichtmikroskopisch und elektronenmikroskopisch verstanden. In dieser Weise wird ein Cu-Cr-Werkstoff für einen Schaltkontakt bereitgestellt, der in sehr wirtschaftlicher Weise hergestellt ist und dabei gleichzeitig eine hohe Cr grains. Microscopic is understood here by light microscopy and electron microscopy. In this way, a Cu-Cr material is provided for a switching contact, which is manufactured in a very economical manner while maintaining a high
Abbrandfestigkeit, eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine geringe Verschweißneigung beim Schaltvorgang sowie eine hohe dielektrische Festigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit des Schaltkontakts erzielt. Durch die Realisierung des alternierenden Temperaturprofils wird die beschriebene vorteilhafte Korngrößenverteilung auch dann problemlos erreicht, wenn relativ grobes Cr-Pulver (z.B. mit Partikeldurchmessern zwischen 20 pm und 200 pm) als Ausgangsmaterial verwendet wird. Abbrandfestigkeit, a good electrical and thermal conductivity, a low tendency to weld in the switching process and a high dielectric strength and sufficient mechanical strength of the switch contact achieved. By the Realization of the alternating temperature profile, the described advantageous particle size distribution is also easily achieved when relatively coarse Cr powder (eg with particle diameters between 20 pm and 200 pm) is used as the starting material.
Bei einem rein pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren ohne Durchlaufen des alternierenden Temperaturprofils, bei dem z.B. Cu-Pulver und Cr-Pulver mit maximalen Partikeldurchmessern bis etwa 200 pm eingesetzt wird, weist der resultierende Cu-Cr-Werkstoff eine Gefügestruktur auf, bei der im Schliffbild in einer Cu-Matrix neben einigen kleineren Cr-Kömern relativ große Cr-Körner mit einem Korndurchmesser im Bereich zwischen 100 pm und 150 μιη vorhanden sind. Es ergibt sich dann typischerweise eine unimodale Korngrößenverteilung mit einem Maximum z.B. bei Korngrößen im Bereich zwischen 100 pm2 und 25000 μιτι2. Dies lässt darauf schließen, dass die Partikelgrößen des Cr-Pulvers als Ausgangsmaterial in dem resultierenden Cu-Cr-Werkstoff im Wesentlichen erhalten bleiben, wenn nicht das alternierende Temperaturprofil durchlaufen wird. In a purely powder metallurgical production process without passing through the alternating temperature profile, in which, for example, Cu powder and Cr powder is used with maximum particle diameters up to about 200 pm, the resulting Cu-Cr material has a microstructure in which the micrograph in a Cu -Matrix next to some smaller Cr-Kömern relatively large Cr grains with a grain diameter in the range between 100 pm and 150 μιη are present. This then typically results in a unimodal grain size distribution with a maximum, for example, with grain sizes in the range between 100 pm 2 and 25000 μm 2 . This suggests that the particle sizes of the Cr powder as the starting material in the resulting Cu-Cr material are substantially maintained unless the alternating temperature profile is traversed.
Eine Verwendung von deutlich feinkörnigerem Cr-Pulver als Ausgangsmaterial würde hingegen zu weiteren Problemen führen. Der Herstellungsprozess würde deutlich erschwert. Feinkörnige Cr-Pulver haben einen deutlich höheren Sauerstoffanteil als grobkörnige Pulver. Dadurch wird die Einbindung der Cr-Phase in das On the other hand, using significantly finer-grained Cr powder as starting material would lead to further problems. The manufacturing process would be much more difficult. Fine-grained Cr powders have a significantly higher oxygen content than coarse-grained powders. As a result, the incorporation of the Cr phase in the
Cu-Matrixmaterial erschwert, was eine höhere Porosität nach sich zieht. Es hat sich zudem gezeigt, dass der Grad an Verunreinigungen durch Oxide in feinen Cu matrix material complicates, which entails a higher porosity. It has also been shown that the degree of contamination by oxides in fine
Cr-Pulverfraktionen höher ist, als in grobkörnigen Pulvern. Eine weitere Schwierigkeit bei der Verarbeitung von feinen Pulvern sind die Handhabung bezüglich der Cr powder fractions is higher than in coarse-grained powders. Another difficulty in the processing of fine powders is the handling of the
Vermeidung der Sauerstoffaufnahme während des Herstellungsprozesses sowie die Gewährleistung einer ausreichenden Arbeitsplatzsicherheit. Desweiteren würde zum Erreichen einer zufriedenstellenden Dichte und einer geringen Porosität des  Avoiding oxygen uptake during the manufacturing process and ensuring adequate job security. Furthermore, to achieve a satisfactory density and low porosity of the
Werkstoffs ein höherer Pressdruck erfordert oder eine Kaltverformung des Material requires a higher compression pressure or cold deformation of the
gesinterten Werkstoffs würde nötig. Mit den angegebenen Verfahrensschritten können die gewünschten Eigenschaften des Cu-Cr-Werkstoffs hingegen unter Verwendung konventioneller Produktionsanlagen in wirtschaftlicher Weise erreicht werden. Mit dem Verfahren zum Herstellen des Cu-Cr-Werkstoffs werden eine geringe sintered material would be necessary. By contrast, with the given process steps, the desired properties of the Cu-Cr material can be achieved economically using conventional production equipment. With the method for producing the Cu-Cr material, a small
Porosität, eine hohe Dichte, ein äußerst geringer Grad an Verunreinigungen, fein und homogen isotrop verteilte Cr-Körner in einer Cu-Matrix sowie eine gleichbleibende homogene chemische Zusammensetzung des Cu-Cr-Werkstoffs erreicht. Der resultierende Cu-Cr-Werkstoff eignet sich hervorragend für Schaltkontakte für die Anwendung in der Vakuumschalttechnik, sowohl als Leistungsschalter im Hoch- und Mittelspannungsbereich als auch als Vakuumschützschalter im Porosity, a high density, an extremely low level of impurities, finely and homogeneously distributed isotropically distributed Cr grains in a Cu matrix and a uniform homogeneous chemical composition of the Cu-Cr material. The resulting Cu-Cr material is ideal for switching contacts for use in vacuum switching technology, both as a circuit breaker in the high and medium voltage range as well as a vacuum contactor switch in the
Niederspannungsbereich. Gemäß einer Ausgestaltung liegt der obere Temperaturgrenzwert in einem Bereich zwischen 1065 °C und 1025 °C und der untere Temperaturgrenzwert liegt zumindest 50 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts. Der untere Temperaturgrenzwert liegt bevorzugt zumindest 100 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts. In diesem Fall liegt der obere Temperaturgrenzwert in einem Temperaturbereich knapp unterhalb der Temperatur des Eutektikums (1075 °C), also einem Bereich, in dem bis zu etwa 0,7 at-% Cr in der Cu-Matrix in fester Lösung gelöst werden können. Dies entspricht dem Bereich, in dem die maximale Löslichkeit von Cr in Cu in fester Lösung gegeben ist. Andererseits liegt der obere Temperaturgrenzwert weit genug unterhalb der Temperatur des Eutektikums, sodass das Ausbilden einer The low voltage range. In one embodiment, the upper temperature limit is in a range between 1065 ° C and 1025 ° C and the lower temperature limit is at least 50 ° C below the upper temperature limit. The lower temperature limit is preferably at least 100 ° C below the upper temperature limit. In this case, the upper temperature limit is in a temperature range just below the temperature of the eutectic (1075 ° C), that is, a range in which up to about 0.7 at% Cr can be dissolved in the Cu matrix in solid solution. This corresponds to the range in which the maximum solubility of Cr in Cu is given in solid solution. On the other hand, the upper temperature limit is far enough below the temperature of the eutectic that the formation of a
schmelzflüssigen Phase selbst bei leichten Temperaturschwankungen zuverlässig verhindert wird. Der untere Temperaturgrenzwert liegt deutlich unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts, also in einem Bereich in dem (im thermischen Gleichgewicht) eine wesentlich geringere Menge Cr in der Cu-Matrix in fester Lösung gelöst werden kann. Somit wird bei der Erwärmung über den oberen Temperaturgrenzwert Cr in dem Material der Cu-Matrix angereichert (bis auf maximal ca. 0,7 at-%). Bei dem Abkühlen unter den unteren Temperaturgrenzwert (was einer senkrechten molten phase is reliably prevented even with slight temperature fluctuations. The lower temperature limit is well below the upper temperature limit, ie in a range in which (in thermal equilibrium) a significantly smaller amount of Cr in the Cu matrix can be dissolved in solid solution. Thus, in the case of heating above the upper temperature limit Cr, it is enriched in the material of the Cu matrix (up to a maximum of approximately 0.7 at%). When cooling below the lower temperature limit (which is a vertical
Bewegung in dem Zustandsdiagramm entspricht) übersteigt die in fester Lösung gelöste Cr-Menge die diesem tieferen Temperaturwert entsprechende Löslichkeit, die deutlich geringer als 0,7 at-% ist. Folglich wird Cr aus der Cu-Matrix ausgeschieden und es bilden sich Cr-Körner mit kleinen Korngrößen aus. Bei einem wiederholten Durchlaufen des alternierenden Temperaturprofils nimmt zunächst die Anzahl der gebildeten Cr-Körner mit kleinen Korngrößen zu. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Mischen von Cu-Pulver und Cr-Pulver zu einem Cu-Cr-Pulvergemisch. In diesem Fall kann das Cu-Cr-Pulvergemisch in einfacher Weise durch Verwendung üblicher Cr-Pulver und Cu-Pulver bereitgestellt werden. Movement in the state diagram), the amount of Cr dissolved in solid solution exceeds the solubility corresponding to this lower temperature value, which is significantly less than 0.7 at%. Consequently, Cr is precipitated from the Cu matrix and Cr grains with small grain sizes are formed. In a repeated passing through the alternating temperature profile, the number of Cr grains formed with small grain sizes increases first. According to one embodiment, the method further comprises the step of: mixing Cu powder and Cr powder into a Cu-Cr powder mixture. In this case, the Cu-Cr powder mixture can be easily provided by using conventional Cr powder and Cu powder.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Cu-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem maximalen Partikeldurchmesser 80 μιτι, bevorzugt According to one embodiment, the Cu particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter 80 μιτι, preferably
< 50 μιτι, auf. In diesem Fall wird bei dem Sinterprozess eine zuverlässige  <50 μιτι, on. In this case, in the sintering process becomes a reliable
Ausbildung der Cu-Matrix ermöglicht und der Cu-Cr-Werkstoff kann zuverlässig mit geringer Porosität und hoher Dichte bereitgestellt werden. Der maximale Formation of the Cu matrix allows and the Cu-Cr material can be reliably provided with low porosity and high density. The maximum
Partikeldurchmesser wird dabei mittels einer Siebanalyse bestimmt. Dabei wird ein Sieb mit einer entsprechenden Maschenweite (z.B. 80 pm bzw. 50 pm) verwendet und nur Partikel, die durch das Sieb fallen, werden verwendet. Particle diameter is determined by means of a sieve analysis. In this case a sieve with a corresponding mesh size (for example 80 μm or 50 μm) is used and only particles which fall through the sieve are used.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Cr-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem maximalen Partikeldurchmesser 200 pm, bevorzugt According to one embodiment, the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter of 200 μm, preferably
-S 160 pm, auf. Der maximale Partikeldurchrnesser wird wiederum mit einer  -S 160 pm, up. The maximum particle diameter will turn with a
Siebanalyse mit einer entsprechenden Maschenweite des Siebs bestimmt. In diesem Fall ist der Wert für den maximalen Partikeldurchmesser klein genug, um zu erreichen, dass in dem Cu-Cr-Werkstoff keine übermäßig großen Cr-Körner ausgebildet werden. Andererseits können die einzelnen Partikel auch groß genug ausgebildet sein, sodass keine übermäßige Gefahr von Verunreinigungen durch Oxide auftritt und in konventionellen Produktionsanlagen eine hohe Dichte und ein geringes Maß an Porosität erreicht werden können. Sieve analysis determined with a corresponding mesh size of the sieve. In this case, the value for the maximum particle diameter is small enough so as not to form excessively large Cr grains in the Cu-Cr material. On the other hand, the individual particles can also be formed large enough so that no excessive risk of contamination by oxides occurs and in conventional production plants, a high density and a low degree of porosity can be achieved.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Cr-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem minimaler Partikeldurchmesser 20 pm, bevorzugt z 32 pm, auf. Der minimale Partikeldurchmesser wird dabei ebenfalls mit einer Siebanalyse (mit einer Maschenweite von z.B. 20 pm bzw. 32 pm) bestimmt, allerdings werden in diesem Fall nur die Partikel verwendet, die nicht durch das Sieb fallen. In diesem Fall ist der minimale Partikeldurchmesser groß genug, sodass keine übermäßige Gefahr von Verunreinigungen durch Oxide auftritt und in konventionellen Produktionsanlagen eine hohe Dichte und ein geringes Maß an Porosität erreicht werden können. According to one embodiment, the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a minimum particle diameter of 20 μm, preferably z 32 μm. The minimum particle diameter is also determined using a sieve analysis (with a mesh size of, for example, 20 μm or 32 μm), but in this case only the particles that do not fall through the sieve are used. In this case, the minimum particle diameter is large enough so that there is no undue risk of contamination by oxides and conventional ones Production facilities high density and a low degree of porosity can be achieved.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Cu-Cr-Pulvergemisch einen Cu-Gehalt zwischen 30 Gew.-% und 80 Gew.-% und einen Cr-Gehalt zwischen 70 Gew.-% und 20 Gew.-% auf. In diesem Fall wird erreicht, dass sowohl eine hohe According to one embodiment, the Cu-Cr powder mixture has a Cu content between 30% by weight and 80% by weight and a Cr content between 70% by weight and 20% by weight. In this case it is achieved that both a high
Abbrandfestigkeit und eine geringe Verschweißneigung als auch gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit bereitgestellt werden können. Wenn der Cr-Gehalt 70 Gew.-% übersteigt, führt dies zu einer merklichen Verschlechterung der thermischen sowie elektrischen Leitfähigkeit. Wenn der Cr-Gehalt kleiner als 20 Gew.-% ist, können keine zufriedenstellende Abbrandfestigkeit and a low Verschweißneigung can be provided as well as good electrical and thermal conductivity and sufficient mechanical strength. If the Cr content exceeds 70% by weight, this leads to a marked deterioration of the thermal and electrical conductivity. When the Cr content is less than 20% by weight, satisfactory ones can not be obtained
Abbrandfestigkeit und Verschweißneigung erzielt werden. Abbrandfestigkeit and Verschweißneigung be achieved.
Die Aufgabe wird auch durch einen pulvermetallurgisch hergestellten Cu-Cr- Schaltkontakt nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Cu-Cr-Schaltkontakt kann für The object is also achieved by a powder-metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to claim 8. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The Cu-Cr switch contact can for
Vakuumschalter ausgebildet sein. Vacuum switch be formed.
Der pulvermetallurgisch hergestellte Cu-Cr-Schaltkontakt hat einen Cu-Gehalt zwischen 30 Gew.-% und 80 Gew.-% und einen Cr-Gehalt zwischen 70 Gew.-% und 20 Gew.-%. Der Cu-Cr-Schaltkontakt weist Cr-Körner in einer Cu-Matrix auf. Eine Korngrößenverteilung der Cr-Körner gemessen im Schliffbild weist ein erstes The powder-metallurgically produced Cu-Cr switch contact has a Cu content between 30 wt .-% and 80 wt .-% and a Cr content between 70 wt .-% and 20 wt .-%. The Cu-Cr switch contact has Cr grains in a Cu matrix. A particle size distribution of Cr grains measured in the micrograph has a first
Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 auf. Der Schaltkontakt ist durch einen pulvermetallurgischen Prozess aus Cu-Pulver und Cr-Pulver ohne Ausbildung einer schmelzflüssigen Phase gefertigt. Es handelt sich somit um einen rein pulvermetallurgisch hergestellten Maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 on. The switching contact is made by a powder metallurgy process of Cu powder and Cr powder without formation of a molten phase. It is thus a pure powder metallurgical produced
Cu-Cr-Schaltkontakt. Cu-Cr switching contact.
Unter einer Cu-Matrix wird dabei ein Material verstanden, das hauptsächlich aus Cu besteht, jedoch auch einen geringen Anteil an Cr in fester Lösung aufweisen kann. Es können ferner auch Spuren an Verunreinigungen vorliegen. In der Cu-Matrix sind Cr-Körner ausgebildet. Die Korngrößenverteilung der Cr-Körner bestimmt sich dabei wie folgt: Von dem Cu-Cr-Werkstoff des Schaltkontakts wird ein Schliffbild angefertigt und mikroskopisch analysiert. Im Schliffbild werden die Cr-Körner identifiziert und die Querschnittsflächen der Cr-Körner werden ausgemessen. Die Auswertung erfolgt dabei über einen ausreichend großen Flächenbereich bzw. verschiedene A Cu matrix is understood to mean a material which mainly consists of Cu but may also have a small proportion of Cr in solid solution. There may also be traces of impurities. In the Cu matrix Cr grains are formed. The grain size distribution of the Cr grains is determined as follows: A micrograph of the Cu-Cr material of the switch contact is made and analyzed microscopically. The micrograph identifies the Cr grains and the Cross-sectional areas of the Cr grains are measured. The evaluation takes place over a sufficiently large surface area or different
Flächenbereiche, die eine ausreichend große Gesamtfläche bilden, sodass eine repräsentative, statistische Aussage ermöglicht ist. Die Auswertung kann z.B. per Hand oder aber auch durch eine geeignete Software unterstützt durchgeführt werden. Bei einer graphischen Auftragung mit der gemessenen Querschnittsfläche auf der x-Achse und der zugehörigen Anzahl der ermittelten Cr-Körner mit der jeweiligen Querschnittsfläche pro Einheitsfläche (z.B. pro mm2) auf der y-Achse (bevorzugt jeweils in logarithmischer Darstellung), ist die Korngrößenverteilung ersichtlich. Die Korngrößenverteilung weist ein Maximum in einem Bereich von Korngrößen mit einer gemessenen Querschnittsfläche zwischen 0,1 μιτι2 und 50 μιη2 auf. Area areas that form a sufficiently large total area, so that a representative, statistical statement is possible. The evaluation can be done eg by hand or supported by a suitable software. In the case of a graphical plot with the measured cross-sectional area on the x-axis and the associated number of Cr grains determined with the respective cross-sectional area per unit area (eg per mm 2 ) on the y-axis (preferably in logarithmic representation), the particle size distribution is seen. The particle size distribution has a maximum in a range of grain sizes with a measured cross-sectional area between 0.1 μιτι 2 and 50 μιη 2 .
Mit dem pulvermetallurgisch hergestellten Cu-Cr-Schaltkontakt werden die oben in Bezug auf das Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr- Werkstoffs für einen Schaltkontakt beschriebenen Vorteile erreicht. Durch die rein pulvermetallurgische Herstellung ist eine besonders wirtschaftliche Herstellung ermöglicht. Aufgrund der Korngrößenverteilung mit dem Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 weist der Cu-Cr-Schaltkontakt eine große Anzahl von feinen Cr-Körnern auf. Die feinen The powder-metallurgically produced Cu-Cr switch contact achieves the advantages described above with respect to the method of powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switch contact. Due to the pure powder metallurgical production a particularly economical production is possible. Due to the grain size distribution with the maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 , the Cu-Cr switch contact has a large number of fine Cr grains. The fine ones
Cr-Körner sind dabei weitestgehend homogen verteilt. In dieser Weise ist eine sehr gute Abbrandfestigkeit erreicht. Der Cu-Cr-Schaltkontakt ist durch ein rein Cr grains are largely homogeneously distributed. In this way, a very good erosion resistance is achieved. The Cu-Cr switch contact is through a pure
pulvermetallurgisches Verfahren erhältlich, bei dem Sintern oder ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess mit einem alternierenden Temperaturprofil durchgeführt wird, bei dem ein Cu-Cr-Pulvergemisch bzw. der Werkstoff des powder metallurgical process is available, is carried out in the sintering or a subsequent thermal treatment process with an alternating temperature profile in which a Cu-Cr powder mixture or the material of the
Cu-Cr-Schaltkontakts zumindest zweimal abwechselnd über einen oberen Cu-Cr switch contact at least twice alternately over an upper
Temperaturgrenzwert erwärmt und wieder unter einen unteren Temperaturgrenzwert abgekühlt wird und wobei sämtliche Schritte bei Temperaturen durchgeführt werden, bei denen sich keine schmelzflüssige Phase ausbildet. Die Herstellung in einem rein pulvermetallurgischen Prozess ist an dem Cu-Cr-Schaltkontakt ersichtlich.  Temperature limit is heated and cooled again below a lower temperature limit and wherein all steps are carried out at temperatures at which no molten phase is formed. The production in a purely powder metallurgical process can be seen on the Cu-Cr switch contact.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Korngrößenverteilung der Cr-Körner ein zweites Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 100 pm2 und 10000 pm2 auf. Es liegt somit eine bimodale Cr-Phasenverteilung vor, die zwei Maxima aufweist, ein erstes Maximum bei Korngrößen mit einer gemessenen Querschnittsfläche zwischen 0,1 μπι2 und 50 pm2 und ein zweites Maximum bei Korngrößen mit einer gemessenen Querschnittsfläche zwischen 100 pm2 und 10000 pm2. Diese Korngrößenverteilung resultiert aus dem rein pulvermetallurgischen Herstellungsprozess unter Verwendung von grobem Cr-Pulver z.B. mit Partikeldurchmessern zwischen 20 pm und 200 pm. According to one embodiment, the grain size distribution of the Cr grains has a second maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 100 pm 2 and 10000 pm 2 . Thus, there is a bimodal Cr phase distribution having two maxima, a first maximum at grain sizes with one measured cross-sectional area between 0.1 μπι 2 and 50 pm 2 and a second maximum at grain sizes with a measured cross-sectional area between 100 pm 2 and 10,000 pm 2 . This particle size distribution results from the pure powder metallurgical production process using coarse Cr powder, for example with particle diameters between 20 pm and 200 pm.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden According to one embodiment, the number of Cr grains corresponding to the first maximum is greater than the number of the second maximum
Cr-Kömer, d.h. es liegen mehr Körner vor, die eine dem ersten Maximum Cr grains, i. There are more grains, one of the first maximum
entsprechende Korngröße aufweisen, als Körner, die eine dem zweiten Maximum entsprechende Korngröße aufweisen. In diesem Fall liegen im Verhältnis zu der Gesamtzahl der Cr-Körner viele feine Cr-Körner mit Querschnittsflächen zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 vor. Es wird eine besonders vorteilhafte Abbrandfestigkeit erreicht. Wenn die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner um einen Faktor > 5 größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden Cr-Körner ist, liegt ein besonders vorteilhafter Anteil an feinen Cr-Körnern mit kleiner Querschnittsfläche vor. have corresponding grain size, as grains having a second maximum corresponding grain size. In this case, in relation to the total number of Cr grains, there are many fine Cr grains having cross-sectional areas between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 . It is achieved a particularly advantageous erosion resistance. If the number of Cr grains corresponding to the first maximum is greater than the number of Cr grains corresponding to the second maximum by a factor> 5, a particularly advantageous proportion of fine Cr grains having a small cross-sectional area is present.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Cu-Cr-Schaltkontakt eine relative Dichte > 90 % auf. In diesem Fall werden zuverlässig eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit bereitgestellt. Eine derart hohe relative Dichte lässt sich zuverlässig bei der Verwendung von relativ grobem According to one embodiment, the Cu-Cr switch contact has a relative density> 90%. In this case, good electrical and thermal conductivity and high mechanical strength are reliably provided. Such a high relative density can be reliably achieved by using relatively coarse
Cr-Pulver und Cu-Pulver in konventionellen Produktionsanlagen erzielen. Unter relativer Dichte wird dabei das Verhältnis zwischen der erreichten Dichte und der theoretisch erreichbaren Dichte für die Zusammensetzung verstanden. Die Achieve Cr powder and Cu powder in conventional production plants. By relative density is meant the ratio between the density achieved and the theoretically achievable density for the composition. The
Kombination aus dieser hohen Dichte und dem hohen Anteil feiner Cr-Körner in der Cu-Matrix lässt sich durch die Kombination einer Verwendung grober Cr-Pulver (mit Partikeldurchmessern zwischen 20 pm und 200 pm) und Nutzung eines  The combination of this high density and the high proportion of fine Cr grains in the Cu matrix can be achieved by combining a use of coarse Cr powder (with particle diameters between 20 pm and 200 pm) and using a
alternierenden Temperaturprofils, bei dem zumindest zweimal abwechselnd eine Er- wärmung über einen oberen Temperaturgrenzwert und wieder eine Abkühlung unter einen unteren Temperaturgrenzwert erfolgt, erreichen. Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren. alternating temperature profile, in which at least twice alternately a warming over an upper temperature limit and again a cooling below a lower temperature limit, reach. Further advantages and developments will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the figures.
Fig. 1 zeigt eine Korngrößenverteilung der Cr-Körner bei einem pulvermetallurgisch hergestellten Cu-Cr-Werkstoff im Ausgangszustand (durchgezogene Linie) und nach Durchlaufen eines alternierenden Temperaturprofils (gestrichelte Linie). Fig. 1 shows a grain size distribution of the Cr grains in a powder metallurgically produced Cu-Cr material in the initial state (solid line) and after passing through an alternating temperature profile (dashed line).
Fig. 2 zeigt ein lichtmikroskopisches Schliffbild eines pulvermetallurgisch  Fig. 2 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgical
hergestellten Cu-Cr-Werkstoffs.  produced Cu-Cr material.
Fig. 3 zeigt ein lichtmikroskopisches Schliffbild eines pulvermetallurgisch Fig. 3 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgy
hergestellten Cu-Cr-Werkstoffs nach Durchlaufen eines alternierenden  produced Cu-Cr material after passing through an alternating
Temperaturprofils.  Temperature profile.
Fig. 4 zeigt schematisch die Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Fig. 4 shows schematically the method steps of a method for
pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen  powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a
Schaltkontakt.  Switching contact.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die Fig. 1 bis 4 ein Verfahren zum Hereinafter, with reference to Figs. 1 to 4, a method for
pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt für Vakuumschalter gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. powder metallurgy producing a Cu-Cr material for a switch contact for vacuum switch described according to a first embodiment.
In einem ersten Schritt -S1- wird Cu-Pulver mit einem maximalen In a first step -S1- is Cu powder with a maximum
Partikeldurchmesser von bevorzugt höchstens 50 pm mit Cr-Pulver mit einem maximalen Partikeldurchmesser von höchstens 200 pm (bevorzugt höchstens 160 pm) und einem minimalen Partikeldurchmesser von mindestens 20 pm Particle diameter of preferably at most 50 pm with Cr powder having a maximum particle diameter of at most 200 pm (preferably at most 160 pm) and a minimum particle diameter of at least 20 pm
(bevorzugt mindestens 32 pm) zu einem Cu-Cr-Pulvergemisch vermischt. Es wurden z.B. als Beispiele ein erstes Cu-Cr-Pulvergemisch mit einem Cr-Gehalt von (preferably at least 32 pm) mixed to a Cu-Cr powder mixture. For example, as examples, a first Cu-Cr powder mixture having a Cr content of
25 Gew.-% und einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% und ein zweites 25 wt .-% and a Cu content of 75 wt .-% and a second
Cu-Cr-Pulvergemisch mit einem Cr-Gehalt von 43 Gew.-% und einem Cu-Gehalt von 57 Gew.-% erzeugt. Cu-Cr powder mixture having a Cr content of 43 wt .-% and a Cu content of 57 wt .-% produced.
In einem zweiten Schritt -S2- wird das Cu-Cr-Pulvergemisch gepresst. Bevorzugt wird das Cu-Cr-Pulvergemisch durch Kaltpressen mit einem Pressdruck in einem Bereich zwischen 400 MPa und 850 MPa verdichtet. In einem nachfolgenden Schritt -S3- wird der derart gebildete Grünling in einem Sinterprozess bei Temperaturen in einem Temperaturbereich deutlich unterhalb der Temperatur des Eutektikums (also deutlich unterhalb von 1075 °C) gesintert. Somit bildet sich bei keinem der In a second step -S2- the Cu-Cr powder mixture is pressed. Preferably, the Cu-Cr powder mixture is compacted by cold pressing at a compression pressure in a range between 400 MPa and 850 MPa. In a subsequent step -S3-, the green compact thus formed in a sintering process at temperatures in a temperature range well below the temperature of the eutectic (ie, well below 1075 ° C) sintered. Thus, none of the forms
Schritte -S1- bis -S3- eine schmelzflüssige Phase in dem Cu-Cr-Pulvergemisch bzw. in dem gepressten Grünling aus. Der Sinterprozess kann zum Beispiel bei Steps -S1- to -S3- a molten phase in the Cu-Cr powder mixture or in the pressed green compact from. The sintering process can be used, for example, in
Temperaturen in einem Temperaturbereich zwischen 850 °C und 1070 °C Temperatures in a temperature range between 850 ° C and 1070 ° C
durchgeführt werden. Die Temperaturen müssen dabei hoch genug sein, dass der Sinterprozess in ausreichendem Maß und mit ausreichender Geschwindigkeit abläuft, und niedrig genug, dass sich auch bei unvermeidlichen be performed. The temperatures must be high enough so that the sintering process proceeds sufficiently and with sufficient speed, and low enough that even in unavoidable
Temperaturgradienten keine schmelzflüssige Phase ausbildet. Temperature gradient no molten phase forms.
Ein beispielhaftes lichtmikroskopisches Schliffbild eines pulvermetallurgisch hergestellten Cu-Cr-Werkstoffs nach dem Schritt -S3- ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist zu erkennen, dass in einer Cu-Matrix Cr-Körner mit unterschiedlichen An exemplary light microscopic micrograph of a powder-metallurgically produced Cu-Cr material after step -S3- is shown in FIG. In Fig. 2 it can be seen that in a Cu matrix Cr grains with different
Korngrößen eingebunden sind. Eine eingehendere Analyse der Particle sizes are involved. A more in-depth analysis of
Korngrößenverteilung bei den genannten Beispielen ergab, dass die Korngrößen der Cr-Körner im Wesentlichen den Partikelgrößen des Cr-Pulvers des Grain size distribution in the examples mentioned showed that the grain sizes of the Cr grains substantially the particle sizes of the Cr powder of the
Ausgangsmaterials entsprachen. Starting material corresponded.
Eine Auswertung der Korngrößenverteilung der Cr-Körner in dem derart hergestellten Cu-Cr-Werkstoff ist in Fig. 1 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Es wurde ein Schliffbild des Cu-Cr-Werkstoffs angefertigt und die Größe der Cr-Körner wurde mikroskopisch untersucht und ausgemessen. Dabei wurden 10 verschiedene An evaluation of the grain size distribution of the Cr grains in the thus prepared Cu-Cr material is shown in Fig. 1 by a solid line. A micrograph of the Cu-Cr material was prepared and the size of the Cr grains was examined microscopically and measured. There were 10 different
Bereiche des Cu-Cr-Werkstoffs analysiert, um eine statistisch aussagefähige Areas of the Cu-Cr material analyzed to give a statistically meaningful
Verteilung zu erhalten. In Fig. 1 ist auf der horizontalen Achse die gemessene Querschnittsfläche der Cr-Körner in pm2 in einer logarithmischen Skala aufgetragen. Auf der vertikalen Achse ist die entsprechende Anzahl der Körner normiert auf eine Einheitsfläche von 1 mm2 ebenfalls in einer logarithmischen Darstellung dargestellt. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist der Cu-Cr-Werkstoff in diesem Verfahrensstadium eine monomodale Korngrößenverteilung mit Korngrößen in einem Bereich zwischen etwa 10 μπι2 und 25000 pm2 auf. Die Korngrößenverteilung weist dabei ein Maximum auf, das bei Korngrößen in einem Bereich > 100 pm2 liegt. Get distribution. In Fig. 1, the measured cross-sectional area of the Cr grains in pm 2 is plotted on a logarithmic scale on the horizontal axis. On the vertical axis, the corresponding number of grains normalized to a unit area of 1 mm 2 is also shown in a logarithmic representation. As can be seen in FIG. 1, the Cu-Cr material in this process stage has a monomodal particle size distribution with particle sizes in a range between approximately 10 μm 2 and 25000 μm 2 . The particle size distribution has a maximum, which is in the range of> 100 pm 2 for particle sizes.
Der Cu-Cr-Werkstoff wird anschließend einem thermischen Behandlungsprozess mit einem alternierenden Temperaturprofil unterworfen, wie im Folgenden beschrieben wird. Dabei wird der Cu-Cr-Werkstoff abwechselnd auf eine Temperatur oberhalb eines oberen Temperaturgrenzwerts erwärmt und auf eine Temperatur unterhalb eines unteren Temperaturgrenzwerts abgekühlt. Dabei erfolgen das abwechselnde Erwärmen und Abkühlen zumindest zweimal. Auch bei diesen Prozessschritten wird darauf geachtet, dass sich keine schmelzflüssige Phase ausbildet, d.h. der The Cu-Cr material is then subjected to a thermal treatment process with an alternating temperature profile, as described below becomes. In this case, the Cu-Cr material is alternately heated to a temperature above an upper temperature limit and cooled to a temperature below a lower temperature limit. The alternating heating and cooling take place at least twice. In these process steps, too, care is taken to ensure that no molten phase is formed, ie
Cu-Cr-Werkstoff wird auf Temperaturen unterhalb der Temperatur des Eutektikums (1075 °C) des Cu-Cr-Systems gehalten. Dies wird im Folgenden noch eingehender beschrieben. In einem Schritt -S4- wird der Cu-Cr-Werkstoff auf eine Temperatur oberhalb des oberen Temperaturgrenzwerts erwärmt. Der obere Temperaturgrenzwert liegt dabei bevorzugt relativ nah unterhalb der Temperatur des Eutektikums des Cu-Cr- Systems, sodass der Cu-Cr-Werkstoff auf eine Temperatur knapp unterhalb der Temperatur des Eutektikums gebracht wird, allerdings weit genug von der  Cu-Cr material is kept at temperatures below the temperature of the eutectic (1075 ° C) of the Cu-Cr system. This will be described in more detail below. In a step -S4-, the Cu-Cr material is heated to a temperature above the upper temperature limit. The upper temperature limit is preferably relatively close below the temperature of the eutectic of the Cu-Cr system, so that the Cu-Cr material is brought to a temperature just below the temperature of the eutectic, but far enough from the
Temperatur des Eutektikums entfernt, dass ein Ausbilden einer flüssigen Phase zuverlässig verhindert ist. Der obere Temperaturgrenzwert liegt somit bevorzugt in einem Bereich zwischen 1025 °C und 1065 °C. Temperature of the eutectic removed that a formation of a liquid phase is reliably prevented. The upper temperature limit value is thus preferably in a range between 1025 ° C and 1065 ° C.
Anschließend wird in einem Schritt -S5- der Cu-Cr-Werkstoff auf eine Subsequently, in a step -S5- of the Cu-Cr material on a
Temperatur unterhalb eines unteren Temperaturgrenzwerts abgekühlt. Der untere Temperaturgrenzwert liegt dabei bevorzugt in einem Bereich der sich zumindest um 50 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts befindet, mehr bevorzugt in einem Bereich um mehr als 100 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts. Der untere Temperaturgrenzwert liegt dabei bevorzugt höchstens 250 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts, mehr bevorzugt höchstens 180 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts. Der untere Temperaturgrenzwert sollte so gewählt werden, dass bei diesem eine deutlich geringere Löslichkeit von Cr in fester Lösung in Cu gegeben ist, als bei dem oberen Temperaturgrenzwert. Der Grund für diese Wahl wird noch eingehender erläutert. Z.B. kann der Cu-Cr-Werkstoff auf Temperature below a lower temperature limit cooled. The lower temperature limit value is preferably in a range which is at least 50 ° C. below the upper temperature limit value, more preferably in a range of more than 100 ° C. below the upper temperature limit value. The lower temperature limit is preferably at most 250 ° C below the upper temperature limit, more preferably at most 180 ° C below the upper temperature limit. The lower temperature limit should be chosen so that there is a much lower solubility of Cr in solid solution in Cu than at the upper temperature limit. The reason for this choice will be explained in more detail. For example, can the Cu-Cr material on
Temperaturen im Bereich von ca. 850 °C abgekühlt werden. Es empfiehlt sich, den unteren Temperaturgrenzwert nicht zu niedrig zu wählen, um ein ausreichendes Maß an Diffusionsprozessen in dem Cu-Cr-Werkstoff zu gewährleisten. Auf dem oberen Temperaturniveau und dem unteren Temperaturniveau wird der Cu-Cr-Werkstoff jeweils für einige Zeit gehalten. Anschließend wird der Schritt -S4- wiederholt, d.h. der Cu-Cr-Werkstoff wird wieder auf eine Temperatur oberhalb des oberen Temperaturgrenzwerts erhöht. Temperatures in the range of about 850 ° C are cooled. It is recommended not to set the lower temperature limit too low to ensure a sufficient degree of diffusion processes in the Cu-Cr material. At the upper temperature level and the lower temperature level, the Cu-Cr material is held for some time each. Subsequently, the step -S4- is repeated, that is, the Cu-Cr material is raised again to a temperature above the upper temperature limit.
Nachfolgend wird der Schritt -S5- wiederholt, d.h. der Cu-Cr-Werkstoff wird wieder auf eine Temperatur unterhalb des unteren Temperaturgrenzwerts abgekühlt. Die Schritte -S4- und -S5- werden insgesamt n-mal wiederholt, jedoch insgesamt zumindest zweimal, bevorzugt mindesten dreimal. Es hat sich gezeigt, dass bei 2-maligem bis ca. 6-maligem (2 :£ n £ 6) Durchlaufen der Schritte -S4- und Subsequently, the step -S5- is repeated, i. the Cu-Cr material is again cooled to a temperature below the lower temperature limit. The steps -S4- and -S5- are repeated a total of n times, but a total of at least twice, preferably at least three times. It has been shown that at 2 times to about 6 times (2: £ n £ 6) go through the steps -S4- and
-S5- eine Verbesserung des Cu-Cr-Werkstoffs erreicht wird und bei einer größeren Anzahl von Wiederholungen keine weitere Verbesserung zu erwarten ist. Der -S5- an improvement of the Cu-Cr material is achieved and with a greater number of repetitions, no further improvement is expected. Of the
Cu-Cr-Werkstoff wird also einem Pendelglühen ausgesetzt. Zumindest die Cu-Cr material is therefore exposed to a pendulum annealing. At least the
Schritte -S4- und -S5- werden in einem Schutzgasofen unter reduzierender Steps -S4- and -S5- are performed in a protective gas oven under reducing
Atmosphäre und/oder in einem Vakuumofen durchgeführt, um eine unerwünschte Oxidation mit Sauerstoff zu vermeiden. Anschließend wird der Herstellungsprozess beendet. Atmosphere and / or performed in a vacuum oven to avoid unwanted oxidation with oxygen. Subsequently, the manufacturing process is terminated.
Fig. 3 zeigt ein lichtmikroskopisches Schliffbild eines pulvermetallurgisch Fig. 3 shows a light microscopic micrograph of a powder metallurgy
hergestellten Cu-Cr-Werkstoffs nach Durchlaufen des beschriebenen alternierenden Temperaturprofils. In Fig. 3 ist zu erkennen, dass nach dem Durchführen des produced Cu-Cr material after passing through the described alternating temperature profile. In Fig. 3 it can be seen that after performing the
Pendelglühens der Anteil an Cr-Kömern mit einer kleinen Querschnittsfläche, verglichen mit dem Zustand vor dem Pendelglühen (vgl. Fig. 2), deutlich Pendulum annealing the proportion of Cr-Kömern with a small cross-sectional area, compared with the state before the pendulum annealing (see Fig. 2), clearly
zugenommen hat. Eine genauere Analyse der Korngröße der Cr-Körner ergibt, dass sich eine bimodale Korngrößenverteilung eingestellt hat, die zwei Maxima aufweist. In Fig. 1 ist als gestrichelte Linie die ermittelte Korngrößenverteilung nach dem Durchlaufen des alternierenden Temperaturprofils dargestellt. Die has increased. A closer analysis of the grain size of the Cr grains reveals that a bimodal grain size distribution has been established which has two maxima. In Fig. 1 is shown as a dashed line, the determined particle size distribution after passing through the alternating temperature profile. The
Korngrößenverteilung wurde in derselben Weise ermittelt, wie oben bereits in Bezug auf die durchgezogene Linie von Fig. 1 beschrieben wurde. Es ist ersichtlich, dass nach dem Pendelglühen anstelle der zuvor vorhandenen monomodalen Grain size distribution was determined in the same manner as described above with reference to the solid line of FIG. It can be seen that after the pendulum annealing instead of the previously existing monomodal
Korngrößenverteilung (durchgezogene Linie) eine bimodale Korngrößenverteilung vorliegt. Die Korngrößenverteilung weist ein erstes Maximum in einem Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 auf. Ferner weist die Korngrößenverteilung ein zweites Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 100 μιτι2 und 10000 μιη2 auf. Die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner ist größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden Cr-Körner. Die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner ist um einen Faktor > 5 größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden Cr-Körner. Es liegt ferner eine sehr homogene Verteilung der Cr-Körner in der Cu-Matrix vor. Der Anteil von Cr-Körnern mit einer Querschnittsfläche < 10 μιη2 gemessen im Schliffbild ist somit sehr hoch. Durch die thermische Behandlung mit dem alternierenden Temperaturprofil wird somit eine Verschiebung zu einem hohen Anteil an sehr kleinen fein verteilten Cr- Kornausscheidungen in der Cu-Matrix erreicht. Grain size distribution (solid line) is a bimodal grain size distribution. The particle size distribution has a first maximum in a range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 . Furthermore, the particle size distribution has a second maximum in the range of grain sizes a cross-sectional area between 100 μιτι 2 and 10000 μιη 2 on. The number of Cr grains corresponding to the first maximum is greater than the number of Cr grains corresponding to the second maximum. The number of Cr grains corresponding to the first maximum is larger than the number of Cr grains corresponding to the second maximum by a factor> 5. Furthermore, there is a very homogeneous distribution of the Cr grains in the Cu matrix. The proportion of Cr grains with a cross-sectional area <10 μιη 2 measured in the microsection is thus very high. The thermal treatment with the alternating temperature profile thus achieves a shift to a high proportion of very small finely divided Cr grain precipitates in the Cu matrix.
Mit den beschriebenen Ausgangsmaterialien mit einer relativ groben Partikelgröße des Cr-Pulvers lassen sich in einem rein pulvermetallurgischen Verfahren mit konventionellen Herstellungsanlagen sehr dichte Cu-Cr-Werkstoffe mit geringer Porosität herstellen, die zudem ein geringes Maß an Verunreinigungen aufweisen. Die rein pulvermetallurgische Herstellung ist an dem Cu-Cr-Werkstoff erkennbar. Aufgrund der sehr fein verteilten Cr-Körner weist der rein pulvermetallurgisch gefertigte Cu-Cr-Werkstoff eine hohe Abbrandfestigkeit, eine hohe dielektrische Festigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit des Schaltkontakts auf. With the described starting materials having a relatively coarse particle size of the Cr powder, it is possible to produce very dense Cu-Cr materials with low porosity in a purely powder metallurgical process with conventional production plants, which also have a low level of impurities. The pure powder metallurgy production is recognizable on the Cu-Cr material. Due to the very finely distributed Cr grains, the purely powder-metallurgically produced Cu-Cr material has a high erosion resistance, a high dielectric strength and a sufficient mechanical strength of the switching contact.
Die Ausbildung der fein verteilten Cr-Körner in der Cu-Matrix lässt sich im Hinblick auf das z.B. in der eingangs genannten DE 10 2006 021 772 A1 dargestellte Zustandsdiagramm wie folgt erklären: Bei Temperaturen oberhalb des oberen Temperaturgrenzwerts in einem Bereich nahe unterhalb der Temperatur des Eutektikums können bis zu etwa 0,7 at-% Cr in fester Lösung in dem Material der Cu-Matrix gelöst werden (im thermodynamischen Gleichgewicht). Bei dem Abkühlen des Cu-Cr-Werkstoffs auf eine Temperatur unterhalb des unteren The formation of finely divided Cr grains in the Cu matrix can be determined in view of e.g. in the above-mentioned DE 10 2006 021 772 A1 explain as follows: At temperatures above the upper temperature limit in a range close to below the temperature of the eutectic up to about 0.7 at% Cr in solid solution in the material of Cu Matrix are dissolved (in thermodynamic equilibrium). When cooling the Cu-Cr material to a temperature below the lower
Temperaturgrenzwerts wird der Werkstoff auf eine Temperatur gebracht, bei der im thermodynamischen Gleichgewicht nur ein viel geringerer Anteil von Cr in fester Lösung in dem Material der Cu-Matrix gelöst werden kann. Bei dem Abkühlen wird somit Cr aus dem Material der Cu-Matrix ausgeschieden und dieses Ausscheiden erfolgt in Form von kleinen Körnern. Bei einem erneuten Erhöhen der Temperatur über den oberen Temperaturgrenzwert gelangt wieder Cr in fester Lösung in das Material der Cu-Matrix. Bei einem erneuten Absenken der Temperatur unter den unteren Temperaturgrenzwert wird aufgrund der geringeren Löslichkeit in fester Lösung wieder Cr ausgeschieden, was zu feinen Cr-Körnern führt. In dieser Weise bildet sich die beschriebene bimodale Korngrößenverteilung der Cr-Körner aus. Es hat sich gezeigt, dass für eine zufriedenstellende Bildung von feinen Cr-Körnern zumindest zweimal der obere Temperaturgrenzwert überschritten und der untere Temperaturgrenzwert unterschritten werden sollte. Ab einer gewissen Anzahl von Wiederholungen bei dem Pendelglühen kann allerdings keine Verbesserung der Struktur mehr beobachtet werden. Die Temperaturänderung zwischen dem hohen und dem niedrigen Temperaturniveau bei dem Pendelglühen sollte ausreichend langsam gewählt werden, dass Cr zuverlässig beim Abkühlen aus der Cu-Matrix ausgeschieden wird, andererseits aber auch nicht zu langsam, damit nicht durch Kornvergröberung wieder größere Cr-Körner entstehen. Es wurden auch Versuche mit Cu-Cr-Pulvergemischen mit anderen Verhältnissen zwischen Cr und Cu durchgeführt, die ebenfalls zu vergleichbaren Ergebnissen führten. Auch Versuche mit einem Cr-Gehalt von 70 Gew.-% und einem Cu-Gehalt von 30 Gew.-% führten in Bezug auf die feinen Cr-Ausscheidungen zu einem vergleichbaren Ergebnis. Temperature limit, the material is brought to a temperature at which in thermodynamic equilibrium only a much smaller proportion of Cr can be solved in solid solution in the material of the Cu matrix. Upon cooling, Cr is thus precipitated out of the material of the Cu matrix and this precipitation takes place in the form of small grains. When the temperature is raised again above the upper temperature limit value, Cr again enters the material of the Cu matrix in solid solution. When lowering the temperature again below the Lower temperature limit is due to the lower solubility in solid solution again excreted Cr, resulting in fine Cr grains. In this way, the described bimodal grain size distribution of the Cr grains is formed. It has been found that for a satisfactory formation of fine Cr grains at least twice the upper temperature limit should be exceeded and the lower temperature limit should be exceeded. From a certain number of repetitions in the pendulum annealing, however, no improvement in the structure can be observed more. The temperature change between the high and the low temperature level in the pendulum annealing should be chosen to be sufficiently slow that Cr is reliably precipitated from the Cu matrix on cooling, but not too slow so that larger Cr grains are not produced again by grain coarsening. Experiments were also carried out with Cu-Cr powder mixtures with other ratios between Cr and Cu, which also led to comparable results. Also, experiments with a Cr content of 70 wt .-% and a Cu content of 30 wt .-% resulted in respect to the fine Cr precipitates to a comparable result.
Obwohl beschrieben wurde, dass die Behandlung mit den alternierenden Although it has been described that the treatment with the alternating
Temperaturprofil erst nach dem Schritt -S3- des Sinterns bei dem Cu-Cr-Werkstoff erfolgt, ist es z.B. auch möglich, bereits den Sinterprozess selbst mit einem alternierenden Temperaturprofil durchzuführen. In diesem Fall wird bereits der ge- presste Cu-Cr-Grünling während des Sintervorgangs den Schritten -S4- und -SS- wiederholt unterworfen. In diesem Fall entfällt der separate Schritt -S3- und das Sintern erfolgt während der Schritte -S4- und -S5-. Temperature profile takes place after the step -S3- of sintering in the Cu-Cr material, it is e.g. also possible already to carry out the sintering process itself with an alternating temperature profile. In this case, the pressed Cu-Cr green compact is already subjected to the steps -S4- and -SS- repeatedly during the sintering process. In this case, the separate step -S3- is omitted and the sintering takes place during the steps -S4- and -S5-.

Claims

Ansprüche  claims
Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Cu-Cr-Werkstoffs für einen Schaltkontakt, insbesondere für Vakuumschalter, mit den Schritten:Process for the powder metallurgical production of a Cu-Cr material for a switching contact, in particular for vacuum switches, with the steps:
(52) Pressen eines aus Cu-Pulver und Cr-Pulver gebildeten Cu-Cr- Pulvergemischs, (52) pressing a Cu-Cr powder mixture formed of Cu powder and Cr powder,
(53) Sintern des gepressten Cu-Cr-Pulvergemischs zu dem Werkstoff des Cu-Cr-Schaltkontakts,  (53) sintering the pressed Cu-Cr powder mixture to the material of the Cu-Cr switch contact,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Sintern und/oder ein nachfolgender thermischer Behandlungsprozess mit einem alternierenden Temperaturprofil durchgeführt wird, bei dem das the sintering and / or a subsequent thermal treatment process is carried out with an alternating temperature profile, in which the
Cu-Cr-Pulvergemisch bzw. der Cu-Cr-Werkstoff zumindest zweimal abwechselnd über einen oberen Temperaturgrenzwert erwärmt (S4) und wieder unter einen unteren Temperaturgrenzwert abgekühlt (S5) wird und wobei sämtliche Schritte bei Temperaturen durchgeführt werden, bei denen sich keine schmelzflüssige Phase ausbildet. Cu-Cr powder mixture or the Cu-Cr material at least twice alternately heated above an upper temperature limit (S4) and again cooled below a lower temperature limit (S5) and wherein all steps are carried out at temperatures at which no molten phase formed.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der obere A method according to claim 1, characterized in that the upper
Temperaturgrenzwert in einem Bereich zwischen 1065 °C und 1025 °C liegt und der untere Temperaturgrenzwert zumindest 50 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts liegt, bevorzugt zumindest 100 °C unterhalb des oberen Temperaturgrenzwerts. Temperature limit is in a range between 1065 ° C and 1025 ° C and the lower temperature limit is at least 50 ° C below the upper temperature limit, preferably at least 100 ° C below the upper temperature limit.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den Schritt aufweist: (S1) Mischen von Cu-Pulver und Cr-Pulver zu einem Cu-Cr-Pulvergemisch. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the method further comprises the step of: (S1) mixing Cu powder and Cr powder into a Cu-Cr powder mixture.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch Method according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Cu-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem maximalen Partikeldurchmesser < 80 μιτι, bevorzugt < 50 μιη, aufweisen. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch in that the Cu particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter <80 μm, preferably <50 μm. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Cr-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem maximalen Partikeldurchmesser 200 μιτι, bevorzugt £ 160 μιη, aufweisen.  characterized in that the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a maximum particle diameter 200 μιτι, preferably £ 160 μιη have.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Cr-Partikel in dem Cu-Cr-Pulvergemisch eine Partikelgrößenverteilung mit einem minimalen Partikeldurchmesser 20 pm, bevorzugt 32 pm, aufweisen.  in that the Cr particles in the Cu-Cr powder mixture have a particle size distribution with a minimum particle diameter of 20 μm, preferably 32 μm.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Cu-Cr-Pulvergemisch einen Cu-Gehalt zwischen 30 Gew.-% und 80 Gew.-% und einen Cr- Gehalt zwischen 70 Gew.-% und 20 Gew.-% aufweist.  characterized in that the Cu-Cr powder mixture has a Cu content between 30 wt.% and 80 wt.% and a Cr content between 70 wt.% and 20 wt.
8. Pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt, insbesondere für 8. powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact, in particular for
Vakuumschalter, mit einem Cu-Gehalt zwischen 30 Gew.-% und  Vacuum switch, with a Cu content between 30 wt .-% and
80 Gew.-% und einem Cr-Gehalt zwischen 70 Gew.-% und 20 Gew.-% dadurch gekennzeichnet, dass  80 wt .-% and a Cr content between 70 wt .-% and 20 wt .-%, characterized in that
der Cu-Cr-Schaltkontakt Cr-Körner in einer Cu-Matrix aufweist und eine  the Cu-Cr switching contact has Cr grains in a Cu matrix and a
Korngrößenverteilung der Cr-Körner gemessen im Schliffbild ein erstes  Grain size distribution of the Cr grains measured in the micrograph a first
Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 0,1 pm2 und 50 pm2 aufweist, und Having maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 0.1 pm 2 and 50 pm 2 , and
der Schaltkontakt durch einen pulvermetallurgischen Prozess aus Cu-Pulver und Cr-Pulver ohne Ausbildung einer schmelzflüssigen Phase gefertigt ist.  the switching contact is made by a powder metallurgy process of Cu powder and Cr powder without formation of a molten phase.
9. Pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt nach Anspruch 8, 9. powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Cr-Körner ein zweites Maximum im Bereich von Korngrößen mit einer Querschnittsfläche zwischen 00 pm2 und 10000 pm2 aufweist. characterized in that the grain size distribution of the Cr grains has a second maximum in the range of grain sizes with a cross-sectional area between 00 pm 2 and 10000 pm 2 .
10. Pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt nach Anspruch 9, 10. powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden Cr-Körner ist. characterized in that the number of the first maximum corresponding Cr grains is larger than the number of Cr grains corresponding to the second maximum.
1. Pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der dem ersten Maximum entsprechenden Cr-Körner um einen Faktor > 5 größer als die Anzahl der dem zweiten Maximum entsprechenden Cr-Körner ist. 1. powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to claim 9 or 10, characterized in that the number of the first maximum corresponding Cr grains by a factor> 5 is greater than the number of the second maximum corresponding Cr grains.
2. Pulvermetallurgisch hergestellter Cu-Cr-Schaltkontakt nach einem der 2. powder metallurgically produced Cu-Cr switching contact according to one of
Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Cu-Cr-Schaltkontakt eine relative Dichte > 90 % aufweist.  Claims 8 to 11, characterized in that the Cu-Cr switching contact has a relative density> 90%.
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