• 专利附录
  • 专利说明
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  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1989001231A1
    申请号:PCT/EP1988/000371
    申请日:1988-05-04
    公开日:1989-02-09
    发明作者:Horst Kippenberg；Hannelore Schnödt
    申请人:Siemens Aktiengesellschaft；
    IPC主号:H01H1-00
    专利说明:
    [0001] Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter und Verfahren zu dessen Herstellung
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter, bestehend aus den Basiskomponenten Kupfer (Cu) und Chrom sowie aus einer tellur(Te)- bzw. selen(Se)-haltigen Zusatzkomponente.
    [0003] Werkstoffe auf der Basis von Kupfer und Chrom haben sich als Vakuumschalter-Kontaktmaterialien gut bewährt und sind vom Stand der Technik in vielerlei Modifikationen bekannt. In speziellen Schaltfällen werden besonders niedrige Abreißströme und Überspannungen gefordert, wobei insbesondere in induktiven Schaltkreisen die Vermeidung multipler Wiederzündungen und virtueller Chopping-Ströme verlangt wird. In der allgemeinen Fachliteratur wurden hierfür eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen, welche die letztgenannten Anforderungen durch Hinzunahme weiterer Komponenten zum Kontaktwerkstoff CrCu zu erfüllen suchen.
    [0004] Unter den vorgeschlagenen Komponenten werden bevorzugt Tellur (Te) oder Selen (Se) genannt, die aufgrund ihrer hohen Dampfdrücke das geforderte sogenannte "weiche" Schaltverhalten begünstigen können. Beispiele aus der Patentliteratur sind hierzu die DE-PS 22 40 493, die DE-AS 30 06 275, die EP-B-0 083 200 und die EP-A-0 172 912.
    [0005] Die Zusätze Tellur oder Selen bilden mit Kupfer gemäß den aus Hansen "Constitution of Binary Alloys", Springer Verlag (1958), bekannten Zustandsdiagrammen intermetallische Phasen. Diese besitzen einerseits Schmelzpunkte oberhalb des Schmelzpunktes von Kupfer und ermöglichen so eine Hartlotbarkeit der sie enthaltenden Kontaktwerkstoffe, worauf in der DE-PS 22 54 623 hingewiesen wird. Da derartige Phasen im Dampfdruck deutlich niedriger als die Ausgangsstoffe Tellur und Selen liegen, wird allerdings die erwünschte physikalische Eigenschaft eines hohen Dampfdruckes merklich abgeschwächt. Damit werden aber auch der Erniedrigung der Abreißströme und Spannungsinstabilitäten Grenzen gesetzt, da nicht mehr der reine Zusatz, sondern die von ihm gebildete intermetallische Phase maßgebend ist.
    [0006] Weiterhin kommt hinzu, daß die intermetallische Phase in der Regel nicht vollständig auf der Schaltfläche des aus den Kontaktwerkstoffen gefertigten Kontaktstücken vorhanden ist; sie findet sich vielmehr dort zusammen mit den Komponenten Chrom und Kupfer nur in einem vorgegebenen Anteil. Dieser Aufbau muß gewählt werden, weil zum einen ein Mindestanteil an Chrom für die Abbrandfestigkeit des Kontaktmaterials und für eine ausreichende Fetterwirkung erwünscht ist, und weil zum anderen wegen der Anforderungen an Stromtragfähigkeit und Schaltvermögen ebenso ein Mindestanteil an Kupfer benötigt wird. Dies bedeutet, daß nicht beliebig viel Kupfer durch das schlechter leitende Tellurid oder Selenid ersetzt werden kann. Die Konzentrationsverminderung der intermetallischen Phase in der Schaltfläche hat daher üblicherweise eine Abschwächung der erwünschten abreißstromsenkenden. Wirkung zur Folge.
    [0007] Es besteht daher Interesse, den abreißstromsenkenden Einfluß der Komponenten Tellur und Selen zu verbessern, ohne die Vorteile von CrCu-Kontaktwerkstoffen mit Te- bzw. Se-Zusätzen, bei denen eine hinreichende Lötfestigkeit, geringer Abbrand und hohe Schaltleistung gewährleistet ist, aufzugeben.
    [0008] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kontaktwerkstoff und das zugehörige Herstellungsverfahren anzugeben, bei dem letztere Bedingungen erfüllt sind und der insbesondere ein weitgehend überspannungsfreies Schaltverhalten ermöglicht. Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dabei beinhaltet das Kennzeichen dieses Anspruches insbesondere die gegenüber der älteren, nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung 87100621.9 (VPA 86 P 3030) neuen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes im Verfahrensanspruch 7 angegeben.
    [0009] Bei der Erfindung ist also das üblicherweise in CrCu-Werk- stoffen enthaltene Kupfer-Tellurid (Cu2Te) bzw. Kupfer-Selenid (Cu2Se) durch ein ternäres Kupfer-Chrom-Tellurid bzw. Kupfer- Chrom-Selenid mit spezifisch höherer Tellur- bzw. Selen-Konzentration ersetzt. Im Rahmen der Erfindung wurde überraschender- weise gefunden, daß sich das genannte binäre Tellurid oder Selenid durch ein ternäres Tellurid oder Selenid substituieren läßt, das ihm vom Schmelzpunkt und Dampfdruck her ähnlich ist, das aber von der Zusammensetzung her eine deutlich höhere Tellur- bzw. Selen-Konzentration aufweist. Dies bedeutet, daß bei vergleichbarem Volumenanteil an Tellurid bzw. Selenid im CrCu- Gefüge der Zusatz eines ternären CrCu-Tellurides oder Selenides vorteilhafter ist als der des gewöhnlichen binären Cu-Telluri- des bzw. -Selenides.
    [0010] Die im erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff enthaltenen ternären Telluride bzw. Selenide lassen sich durch Erschmelzen aus den Einzelkomponenten Chrom, Kupfer und Tellur bzw. Selen gewinnen. Sie können dann in Pulverform bei der CrCu-Kontaktherstellung in der gewünschten Menge beigemischt und in bekannter Weise weiterverarbeitet werden. Die ternäre intermetallische Phase kann im Rahmen der Erfindung homogen im gesamten CrCu-Gefüge verteilt werden; sie kann aber auch auf eine Oberflächenzone des Kontaktes beschränkt sein und insbesondere von der Schaltfläche ausgehend derart bis in eine vorgegebene Tiefe des Werkstoffes begrenzt werden, wie dies in der europäischen Patentanmeldung 87100621.9 im einzelnen beschrieben ist.
    [0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit der Darstellung eines Beispieles.
    [0012] Es zeigen jeweils als grafische Darstellung die FIG 1 ein Temperatur-Abdampfraten-Diagramm für einzelne Komponente im System Chrom-Kupfer-Tellur, die FIG 2 ein Abreißstromverteilungs-Diagramm für die im System nach FIG 1 genannten intermetallischen Phasen.
    [0013] Beide Diagramme dienen zur qualitativen Erläuterung der Erfindung, wobei die Koordinaten nicht näher bezeichnete Einheiten beinhalten.
    [0014] In FIG 1 ist die Abdampfrate logarithmisch als Abszisse und die Temperatur als Ordinate gewählt. Aus den Graphen 1 für Kupfer und 2 für Tellur ist ersichtlich, daß Tellur bereits bei niedrigen Temperaturen eine beachtliche Abdampfrate hat, wogegen bei Kupfer erheblich höhere Temperaturen vorgegeben werden müssen. Die bekannte intermetallische Phase im System Kupfer- Tellur, nämlich Cu2Te enthält ca. 33 Atom-% Tellur und 67 Atom-% Kupfer; der Graph 3 für die diesbezügliche Abdampf- rate liegt relativ nahe unter dem Kupfer-Graphen 2. Es wurde nun gefunden, daß das erfindungsgemäß vorgeschlagene ternäre CuCr-Tellurid, das eine Strukturformel der angenäherten Stö- chiometrie Cu 3Cr2 Te4 hat, etwa 45 Atom-% Tellur aufweist, wobei der Rest entsprechend auf Kupfer und Chrom verteilt ist. Dies bedeutet aber, daß der Tellurgehalt um ca. 1/3 höher ist als der der bekannten intermetallischen Phase Cu2Te. Trotzdem ergeben sich nur geringfügig höhere Abdampfraten, was durch den entsprechenden Graph 4 angedeutet ist.
    [0015] In FIG 2 ist als Abszisse der Abreißstrom und als Ordinate die relative Häufigkeit des Abreißstromes aufgetragen, so daß die Darstellung in diesem Koordinatensystem eine Abreißstromverteilung liefert. Wenn man von einer bekannten vorgegebenen Abreißstromverteilung gemäß der Verteilungskurve 13 für Cu2Te ausgeht, so ergibt sich als Folgerung des um ca. ein Drittel höheren Tellur-Anteiles bzw. der höheren Abdampfrate von Cu3Cr2Te4 nahezu eine Halbierung der Abreißströme, was aus der Kurve 14 ersichtlich ist. Aufgrund der günstigeren Abreiß- stromverteilungskurve des ternären Kupfer-Chrom-Tellurides der beschriebenen Zusammensetzung wird ganz entsprechend das Überspannungsverhalten positiv beeinflußt.
    [0016] Inhaltlich entsprechendes gilt für den Ersatz des binären Kupfer-Selenides durch ein ternäres Kupfer-Chrom-Selenid.
    [0017] Beispiel:
    [0018] Eine Mischung aus Chrom-, Kupfer- und Tellur-Pulver im Massenverhältnis von ca. 1 : 2 : 5,5 wird unter Vakuum bzw. unter Schutzgas auf etwa 1300 ºC aufgeheizt, geschmolzen und homo- genisiert. Dabei entsteht ein ternäres Kupfer-Chrom-Tellurid der Stöchiometrie von etwa Cu3Cr2Te4. Das so erzeugte ternäre Kupfer-Chrom-Tellurid wird zermahlen, auf eine Pulvergröße <100 μm abgesiebt und mit Chrom- und Kupfer-Pulver einer Teilchengrößenverteilung von ebenfalls < 100 μm im Massenverhältnis 1 : 2 : 2 vermischt. Diese Mischung wird in einer ca. 3 mm hohen Schicht auf eine etwa gleich hohe Schicht aus einer CrCu-
    [0019] Pulvermischung gleicher Teilchengrößenverteilung mit ca.
    [0020] 600 MPa aufgepreßt und bei etwa 1050 ºC unter Vakuum gesintert.
    [0021] Zur Erreichung des notwendigen Raumerfüllungsgrades von ≥ 98 % können, falls erforderlich, Nachverdichtungsschritte durchgeführt werden. Aus dem entstandenen Rohling lassen sich Zweischicht-Kontaktauflagen spanend herausarbeiten.
    [0022] In weiteren Beispielen können Kontaktstücke hergestellt werden, bei denen die Zusatzkomponenten mit den ternären Telluriden bzw. Seleniden im gesamten Kontaktwerkstoff vorhanden sind.
    [0023] 7 Patentansprüche 2 FIG
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter, bestehend aus den Basiskomponenten Kupfer (Cu) und Chrom (Cr) sowie aus einer tellur (Te)- bzw. seien (Se)-haltigen Zusatzkomponente , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zusatzkomponente eine ternäre intermetallische Phase aus Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und Tellur (Te) bzw. Selen (Se) ist und einen Gehalt an Tellur bzw. Selen hat, der höher ist als bei den binären intermetallischen Phasen der Stochiometrie Cu2Te bzw. Cu2Se.
    2. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gehalt an Te bzw. Se in der ternären intermetallischen Phase größer als 40 Atom-% ist.
    3. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ternäre intermetallische. Phase angenähert die Strukturformel Cu3Cr2Te4 bzw. Cu3Cr2Te4. hat.
    4. Kontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zusatzkomponente gleichmäßig im Kontaktwerkstoff verteilt ist.
    5. Kontaktwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zusatzkomponente gleichmäßig in einer Schicht des Kontaktwerkstoffes verteilt ist, die sich von der Schaltfläche bis zu einer vorgegebenen Tiefe im Kontaktwerkstoff erstreckt.
    6. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zusatzkomponente in einer Konzentration zwischen etwa 10 und 60 Masse-%, vorzugsweise zwischen 30 und 40 Masse-%, im gesamten Kontaktwerkstoff oder in der schaltflächennahen Schicht vorhanden ist.
    7. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Die Zusatzkomponente wird aus ihren Bestandteilen Kupfer, Chrom und Tellur bzw. Selen erschmolzen und gemahlen. b) Die pulverförmige Zusatzkomponente wird mit den Basiskomponenten Kupfer und Chrom gemischt. c) Die weitere Verarbeitung erfolgt nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren durch Pressen, Sintern und ggf. Nachverdichten zu einem Kontaktkörper.
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    法律状态:
    1989-02-09| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1989-02-09| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-05-12| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988903830 Country of ref document: EP |
    1990-05-23| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988903830 Country of ref document: EP |
    1992-09-08| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988903830 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3724990||1987-07-28||
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