FR2568417A1 - METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICAL CONTACTS AND CONTACTS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE FABRICATION DE CONTACTS ELECTRIQUES ET CONTACTS OBTENUSMETHOD OF MANUFACTURING ELECTRIC CONTACTS AND CONTACTS OBTAINED
La présente invention est relative à un procédé de faErication de contacts The present invention relates to a method of making contact
électriques constitués de métal ou d'alliage métallique et de fibres de car- made of metal or metal alloy and
bone, et aux contacts obtenus.bone, and to the contacts obtained.
Il est connu,par le brevet français 2 115 865, de réaliser des contacts électriques à base de métal et de carbone en trempant des fils de carbone sous un gaz de protection ou sous une atmosphère réductrice ou encore sous It is known from French Pat. No. 2,115,865 to make electrical contacts based on metal and carbon by dipping carbon threads under a protective gas or under a reducing atmosphere or else under
un vide poussé de moins de 5.10-5 torrs, dans un métal liquide bon conduc- a high vacuum of less than 5.10-5 torr, in a good conducting liquid metal
teur, notamment du cuivre et/ou de l'argent, auquel on ajoute 0,5 à 5 % d'un 1Q fLtal susceptible de former un carbure afin de rendre le carbone mouillable especially copper and / or silver, to which 0.5 to 5% of a falt which is capable of forming a carbide is added in order to render the carbon wettable.
par le métal.by the metal.
Ce procéde préseâte l'inconvénient majeur d'être de mise en oeuvre délica- This procedure has the major disadvantage of being of delicate application.
te. En particulier, la durée du trempage doit être bien définie de manière à ne pas transformer tout le carbone en carbure, et l'on ne peut obtenir you. In particular, the duration of the soaking must be well defined so as not to convert all the carbon into carbide, and we can not obtain
de contacts constitués uniquement du métal choisi et de fils de carbone. contacts consisting solely of the selected metal and carbon son.
Par ailleurs, il est souvent souhaité que les fils de carbone soient ali- In addition, it is often desirable for carbon threads to be
gnés suivant une direction préférentielle, c'est-à-dire en général perpen- in a preferential direction, that is to say in general
diculairement à la surface de contact, de manière à réduire l'usure par l'arc qui se forme lors des opérations de commutation_ Cet alignement, dans le cadre du brevet cité, ne peut être obtenu qu'en in particular to the contact surface, so as to reduce the wear by the arc which is formed during the switching operations. This alignment, within the framework of the patent cited, can only be obtained by
réalisant un substrat carboné adéquat avant trempage. producing a suitable carbon substrate before dipping.
Il est également connu par la demande de brevet japonais publiée 57.54236 de réaliser un contact électrique en mélangeant de la poudre métallique avec des fibres de carbone préalablement revêtues d'un métal ou d'un alliage It is also known from published Japanese Patent Application 57.54236 to make electrical contact by mixing metal powder with carbon fibers previously coated with a metal or an alloy.
magnétique, puis en comprimant ce mélange en présence d'un champ magnéti- and compressing the mixture in the presence of a magnetic field.
30. quee :Uà des inconvénients de ce procédé est l'obligation de revêtir les fibres de carbone. Cette opération est onéreuse et délicate, et introduit dand le 30. That the disadvantages of this process is the requirement to coat the carbon fibers. This operation is expensive and delicate, and introduced
contact des substances magnétiques pas toujours souhaitées selon son utili- contact with magnetic substances not always desired according to its use.
sation.tion.
-2 - Un autre inconvénient est de nécessiter pour la compression un dispositif couteux et encombrant, -2 - Another disadvantage is to require for compression a costly and bulky device,
Un des Buts- de 1' invention est de pallier les inconvénients que présen- One of the aims of the invention is to overcome the drawbacks
tent les procédés décrits-the processes described
Un autre but de l'invention est de pouvoir réaliser des contacts électri- Another object of the invention is to be able to make electrical contacts
ques constitués de métal ou d'alliage métallique et de fibres de carbone, de faiEle diamètre, de l'ordre de 2 à 50 pm, contacts, dans lesquels 1 les fibres de carbone soient très courtes (de l'ordre de 15 pm à 150 pm), très bien orientées et très Bien dispersées, These consist of metal or metal alloy and carbon fibers, of a diameter in the order of 2 to 50 μm, in which the carbon fibers are very short (of the order of 15 μm to 150 pm), very well oriented and very well dispersed,
- la densité de carbone puisse être facilement ajustée. - the carbon density can be easily adjusted.
Ces buts sont atteints suivant l'invention qui consiste en un procédé de These objects are achieved according to the invention which consists of a method of
fabrication de contact électrique constitué de métal ou d'alliage métal- manufacture of electrical contact made of metal or metal alloy
lique et de fibres de carbone de faible diamètre de l'ordre de 2 à 50 pm et alignées selon une direction préférentielle, procédé caractérisé en ce qu'il combine les deux opérations suivantes a) l'imprégnation d'un substrat de fibres de carbone de faible diamètre avec le métal ou l'alliage fondu, sous pression, and characterized in that it combines the two following operations a) impregnation of a carbon fiber substrate. small diameter with molten metal or alloy, under pressure,
20. E) le filage à chaud du matériau ainsi obtenu. 20. E) hot spinning of the material thus obtained.
Les aeux opérations de ue procédé sont en elles-mâmes connues, la. pre- The two operations of a process are in themselves known. pre-
mière par le brevet français 1 368 129, la seconde- étant couramment uti- French patent 1,368,129, the second being currently used
lisée ern métallurgie par exemple- such as metallurgy
Leur combinaison pour l'application visée, non encore connue à ce jour, permet d'obtenir de manière simple et économique des contacts: Their combination for the intended application, not yet known to date, provides simple and economical contacts:
- ne contenant que les éléments constitutifs de départ puisque le mode- - containing only the constituent elements of departure since the mode-
d'imprégnation choisie ne nécessite aucune adjonction et que l'orienta- chosen impregnation does not require any additions and that the orienta-
tion des fibres est obtenue par le filage, - dont les fibres sont alignées quasiment selon une seule direction, et fiber is obtained by spinning, - whose fibers are aligned almost in one direction, and
très bien dispersées.very well dispersed.
Ce procédé permet en outre d'utiliser au départ des fibres de carbone This process also makes it possible to initially use carbon fibers
de longueur relativement grande de l'ordre de 30 à 50 mm.. relatively long length of the order of 30 to 50 mm ..
-'3- Au cours du filage, elles sont sectionnées en fragments de longueur de -'3- During spinning, they are cut into fragments of length of
l'ordre de 15 à 500 pmin.the order of 15 to 500 pmin.
Le métal ou l'alliage métallique est choisi parmi ceux qui sont bons conducteurs de l'électricité et;jqui ne réagissent pas avec le carbone à la température de fusion du métal A titre indicatif, on peut citer le cuivre et ses alliages, l'argent et The metal or metal alloy is chosen from those which are good conductors of electricity and which do not react with carbon at the melting temperature of the metal. For example, mention may be made of copper and its alloys, money and
ses alliages, le cadmium, -its alloys, cadmium, -
1a1a
Le choix du métal ou de l'alliage peut être dicté par des raisons d'écono- The choice of metal or alloy can be dictated by economic reasons.
mie etbou d'abondance du métal. Ainsi, on peut utiliser le cuivre et ses and abundance of metal. Thus, we can use copper and its
alliages qui, pour de Bonnes performances de contact, ont l'avantage d'ê- alloys which, for good contact performance, have the advantage of being
tre plus économiques et plus abondants que l'argent. be more economical and more abundant than money.
Le substrat de fibres de carbone peut être constitué par des fibres en The carbon fiber substrate may consist of fibers in
vrac ou de préférence par un feutre. loose or preferably by felt.
B:ien entendu par fibres de carbone, on entend également les fibres de B: understood by carbon fibers, we also mean the fibers of
Z2 graphite-Z2 graphite
Le pourcentage de carhone dans le produit final esL obtenu en faieant va- The percentage of caroh in the final product is obtained by
rier la densité du substrat de fibres. Cette densité peut varier de 0,05 the density of the fiber substrate. This density can vary from 0.05
à 1, le taux de métal ou d'alliage varie donc de 97,5 % à 45% en volume. at 1, the metal or alloy content varies from 97.5% to 45% by volume.
Les exemples suivants donnés à titre indicatif et non limitatif, illus- The following examples are indicative and non-limiting, illustrative
trent l'invention..trent the invention ..
Exemple 1Example 1
3Q 80 g de fibres de viscose carbonisée de diamètre 10 pm et de longueur 80 g of carbonized viscose fibers with a diameter of 10 μm and length
mm sont compactées sous la forme d'un feutre de diamètre 80 mm et d'é-. mm are compacted in the form of a felt of diameter 80 mm and e-.
paisseur 80 ini.thickness 80 ini.
Ce feutre est imprégné par du cuivre fondu,à 11000 C sous une pression This felt is impregnated with molten copper, at 11000 C under pressure
de 5 bars..of 5 bars ..
La billette obtenue contient 87 % en volume de cuivre et son examen mon- The billet obtained contains 87% by volume of copper and its
tre que les fibres de carbone ont conservé leur longueur(environ 50 mm)et leur orientation aléatoire après imprégnations Cette billette est alors filée à chaud à 850 C à travers une filière de section circulaire de 12 mm de diamètre. La barre obtenue est constituée d'un cylindre de 12 mm de diamètre et de 3 m de longueur dans lequel r - les fibres de carbone ont été sectionnées par filage en fragments de 1Q 15 à 150 pm de longueur, The carbon fiber has retained its length (approximately 50 mm) and its random orientation after impregnations. This billet is then hot spun at 850 ° C. through a circular section die 12 mm in diameter. The bar obtained consisted of a cylinder 12 mm in diameter and 3 m in length in which the carbon fibers were sectioned by spinning into fragments of 15 to 150 μm in length,
- tous ces fragments ont été alignés selon' l'axe du filage. all these fragments have been aligned along the axis of the spinning.
comme le montrent les figures 1 et 2 représentant des micrographies au grossissement de 130, respectivement d'une coupe du cylindre selon son as shown in FIGS. 1 and 2 showing micrographs at a magnification of 130, respectively of a section of the cylinder according to its
axe et d'une coupe perpendiculaire à son axe. axis and a section perpendicular to its axis.
Sur ces figures o les fibres apparaissent en noir, on constate que: 1) les fibres sont toutes alignées suivant une seule direction qui est l'axe du filage. En effet, sur la figure 1, on ne voit en noir que des petits "tirets", bien parallèles, leur longueur étant celle des fibres; ZQ sur la figure 2, on ne voit en noir que des "points", leur diamètre étant In these figures where the fibers appear in black, it is found that: 1) the fibers are all aligned in a single direction which is the axis of the spinning. Indeed, in Figure 1, we see in black only small "dashes", well parallel, their length being that of the fibers; ZQ in Figure 2, we see in black only "points", their diameter being
celui des fibres.that of the fibers.
2) les fibres sont très bien dispersées puisque.sur la figure 1, il n'y 2) the fibers are very well dispersed since in FIG.
a pas d'amalgames de "tirets", et sur la figure 2, il n'y a pas dtamal- There is no amalgam of "dashes", and in Figure 2 there is no
games de "points".games of "points".
La barre est enfin tronçonnée perpendiculairement à l'axe du filage en The bar is finally cut perpendicularly to the axis of the spinning
disques d'épaisseur 1 mm_.discs of thickness 1 mm_.
Les disques ohtenus ont été utilisés comme contacts -ouvrants Ohtenus discs were used as -opening contacts
Il a été constaté que leurs performances par rapport à leur prix de re- It was found that their performance compared to their price of
vient sont telles qu'ils peuvent avantageusement remplacer les contacts argent-oxyde de cadmium malgré une durée de vie plus courtes come are such that they can advantageously replace the contacts silver-cadmium oxide despite a shorter life time
Exemple 2Example 2
Cet exemple est une-variante de l'exemple 1 - le cuivre est remplacé par un de ses alliages avec du chrome et du zirconium. Les pourcentages en poids sont les suivants:: Cuivre 98,5 % Chrome 1 % Zirconium 0,5 % Le substrat de fibres utilisé est le même que dans l'exemple 1. Le feutre est imprégné par l'alliage Cu-Cr-Zr fondu, à 1050 C, sous une This example is a variant of Example 1 - the copper is replaced by one of its alloys with chromium and zirconium. The percentages by weight are as follows: Copper 98.5% Chromium 1% Zirconium 0.5% The fiber substrate used is the same as in Example 1. The felt is impregnated with Cu-Cr-Zr alloy. melted at 1050 C under a
pression de 5 bars.pressure of 5 bar.
La Billette obtenue contient 84,5 % en volume d'alliage Cu-Cr-Zr. The billet obtained contains 84.5% by volume of Cu-Cr-Zr alloy.
1 Cette billette est alors filée à chaud à 820 à travers une filière de 1 This billet is then hot-spun at 820 through a die of
section carrée 12 X 12 mm.square section 12 X 12 mm.
La barre obtenue est constituée d'un parallélépipède de section carrée 12 X 12 mm et de longueur 2,8 m que l'on tronçonne en tranches de 1 mm The bar obtained consists of a parallelepiped of square section 12 X 12 mm and 2.8 m length that is cut into slices of 1 mm
d'épaisseur qui sont utilisées comme contacts ouvrants. of thickness which are used as opening contacts.
Toutes les constatations indiquées dans l'exemple 1 sont applicables à All the findings in Example 1 are applicable to
l'exemple 2..example 2 ..
ZO Exemple 3ZO Example 3
Cet exemple est une variante de l'exemple 2.. * L'alliage Cu-Cr-Zr, après trempe et revenu, voit ses propriétés mécaniques This example is a variant of Example 2. * Cu-Cr-Zr alloy, after quenching and tempering, has its mechanical properties
nettement augmentées-.markedly increased.
De ce fait, après le filage, la Barre obtenue est chauffée à 1000 C, puis trempée à l'eau et recuite à 475 C. On constate que les contacts obtenus par tronçonnage de cette barre ont une durée de vie sensiblement améliorée comparée à celle des contacts Therefore, after spinning, the bar obtained is heated to 1000 C, then quenched with water and annealed at 475 C. It can be seen that the contacts obtained by cutting off this bar have a substantially improved service life compared with that contacts
obtenus suivant l'exemple 2.obtained according to Example 2.
3Q3Q
Exemple 4Example 4
Cet exemple est une variante de l'exemple 1: le cuivre est remplacé par This example is a variant of Example 1: copper is replaced by
de l'argent.money.
Le substrat de fibres utilisé est le même que dans l'exemple 1. The fiber substrate used is the same as in Example 1.
Le feutre est imprégné par de l'argent fondu, à 1000 C, sous une pression The felt is impregnated with molten silver at 1000 C under pressure
de 5 bars..of 5 bars ..
La billette oEtenue contient 83 % en volume d'argent. The billet held contains 83% by volume of silver.
Cette Eillette est alors filée à chaud à 780 C dans la mime filière.. This Eillette is then hot-spun at 780 C in the same industry.
La Barre obtenue est constituée d'un cylindre de diamètre de 12 mm et de longueur 3 m que l'on tronçonne en disques de 1 mm d'épaisseur qui sont The Bar obtained consists of a 12 mm diameter and 3 m long cylinder which is cut into 1 mm thick discs which are
utilisés comme contacts.used as contacts.
On constate que ces contact s ont des performances sensiblement améliorées It can be seen that these contacts have significantly improved performances
par rapport à celles des contacts argent-carbone traditionnels. compared to traditional silver-carbon contacts.
Les exemples ci-dessus n'illustrent que l'utilisation de quelques métaux ou alliages. 1l est clair que d'autres métaux et alliages peuvent être utilisés sans sortir pour autant du cadre de l'invention: il suffit alors The examples above only illustrate the use of some metals or alloys. It is clear that other metals and alloys can be used without departing from the scope of the invention: it is then sufficient
d'adapter les conditions d'imprégnation et de filage à leurs caractéristi- to adapt the impregnation and spinning conditions to their characteristics.
ques piysiques.physical problems.
2 5684172 568417
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