• 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:WO1989010417A1
    申请号:PCT/DE1989/000239
    申请日:1989-04-19
    公开日:1989-11-02
    发明作者:Wolfgang Haufe；Joachim Grosse；Bernhard +Di Rothkegel
    申请人:Siemens Aktiengesellschaft；Rothkegel, Rita +Hf；
    IPC主号:C22C32-00
    专利说明:
    [0001] Sinterkontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik, insbesondere für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltern
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf einen Sinterkontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik, insbesondere für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltern, der neben Silber wenigstens ein höherschmelzendes Metall, eine Metallegierung und/oder eine Metallverbindung als Wirkkomponente enthält. Unter Schaltgeräten der Energietechnik sind in vorliegendem Fall ausschließlich Luftschaltgeräte zu verstehen.
    [0003] Für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltgeräten der Energietechnik, z.B. in Leistungsschaltern sowie in Gleichstrom- und Hilfsschützen, haben sich Kontaktwerkstoffe des Systems Silber-Metall (AgMe) seit langem bewährt. Einen wesentlichen Anteil an diesen Kontaktwerkstoffen hat in der Vergangenheit das System Silber-Nickel (AgNi) gehabt. Die vorteilhaften Eigenschaften von Silber-Nickel in Kontaktsystemen sind bekannt und zusammen mit den Prüfmethoden für Kontaktwerkstoffe beispielsweise in Int. J . Powder Metallurgy and Powder Technology, Vol. 12 (1976), P 219 - 228 beschrieben.
    [0004] Es wurde aber vor einiger Zeit erkannt, daß Nickelstaub karzinogene Wirkungen hat. Deshalb sind seit einiger Zeit Bestrebungen im Gange, das Nickel durch ein anderes Metall oder eine Metallegierung bzw. eine Metallverbindung zu ersetzen. Diese neuen Werkstoffe müssen jedoch ein ähnliches Kontakteigenschaftsspektrum wie AgNi-Werkstoffe aufweisen.
    [0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kontaktwerkstoff der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Nickel als Wirkkomponente durch ein Metall, eine Metallegierung oder eine Metallverbindung ersetzt ist, ohne daß die Kontakteigenschaften verschlechtert werden.
    [0006] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktwerkstoff neben Silber (Ag) als Wirkkomponente wenigstens Eisen (Fe) und/oder Titan (Ti) enthält. Die Wirkkomponänte kann im Werkstoff in Massenanteilen bis zu 50 % vorhanden sein.
    [0007] Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß Eisen oder Titan jeweils allein in Kombination mit Silber vorhanden ist. Vorzugsweises liegen aber das Eisen und das Titan in legierter Form vor. Insbesondere in der Zusammensetzung nahe 50 Atom-% (46 Gew.-% Ti) bilden Eisen und Titan eine intermetallische Phase, in der sich die Eigenschaften optimal ergänzen.
    [0008] In Weiterbildung der Erfindung kann der Kontaktwerkstoff zusätzlich als weitere Wirkkomponenten Nitride und/oder Carbide und/oder Boride von Metallen enthalten. Dafür kommt insbesondere Titan, aber auch Zirkon oder Tantal in Frage. Die Nitride und/oder Carbide und/oder Boride des Metalles können einen Massenanteil von 1 bis 50 % bezogen auf den Eisen-Titangehalt als Hauptwirkkomponente haben. Durch die Nitride, Carbide und/oder Boride läßt sich der Anteil der unedlen Bestandteile vergrößern, d.h. den notwendigen Silberanteil verringern. Insgesamt kann der Werkstoff die unedlen Bestandteile in Massenanteilen bis maximal 50 % enthalten.
    [0009] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles zur Herstellung von Kontaktstücken, wobei weiterhin auf die beigefügte Tabelle mit Einzelbeispielen für unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung hingewiesen wird. In der Tabelle sind Meßwerte für die maximale Schweißkraft in N, für den Volumenabbrand in mm3 und für den Kontaktwiderstand in m. angegeben. Diese Meßwerte kennzeichnen in Kombination jeweils das Eigenschaftsspektrum des Kontaktwerkstoffes, wobei insbesondere der Volumenabbrand ein signifikantes Maß für die mögliche Schaltzahl des Kontaktes, d.h. der Lebensdauer des Kontaktstückes und der Kontaktwiderstand ein signifikantes Maß für die Übertemperatur am Kontaktstück ist. Die Meßwerte werden jeweils mit den Meßwerten für AgNi10 verglichen.
    [0010] Zur Herstellung des Kontaktwerkstoffes wird zunächst aus handelsüblichem Silber-Pulver und Eisen- bzw. Titan-Pulver oder FeTi-Legierungspulver sowie den Pulvern der weiteren Komponenten durch Naßmischen eine Pulvermischung hergestellt. Die maximale Teilchengröße der Pulver beträgt etw a 25 μm . Aus de r Pulvermischung werden Formteile bei einem Druck von 200 MPa zu
    [0011] Kontaktstücken gepreßt. Für eine sichere Verbindungstechnik des Kontaktstückes mit dem Kontaktstückträger durch Hartlöten kann es vorteilhaft sein, bei diesem Preßvorgang eine zweite Schicht aus Reinsilber gemeinsam mit der Kontaktschicht zu einem Zweischichtenkontaktstück zu verpressen.
    [0012] Es erfolgt eine Sinterung der Formteile bei einer Temperatur von etwa 850°C etwa eine Stunde im Vakuum oder unter Schutzgas. Zur Erzielung einer möglichst geringen Porosität werden anschließend die Sinterkörper bei einem Druck von 1000 MPa nachgepreßt und nochmals bei 650ºC etwa eine Stunde im Vakuum oder unter Schutzgas gesintert. Das Kalibrieren des so hergestellten Kontaktstückes erfolgt wiederum bei einem Druck von 1000 MPa.
    [0013] Alternativ zur Formteiltechnik können Ko ntaktstücke dadurch hergestellt werden, daß zunächst der Kontaktwerkstoff durch Strangpressen zu Bändern oder Drähten verarbeitet wird. Von diesem Halbzeug lassen sich dann Kontaktstücke mit Richtgefüge abtrennen. In Versuchsreihen wurde außer mit reinem Fe-Pulver bzw. Ti-Pulver insbesondere mit Eisen-Titan-Legierungspulvern gearbeitet. Optimale Eigenschaften liegen bei einer FeTi46-Legierung vor, bei der Eisen und Titan die intermetallische Phase FeTi bilden. Dabei wirkt insbesondere das Titan der Korrosionsneigung von Eisen entgegen, die sich ansonsten über eine längere Lebensdauer des Kontaktstückes am Eisen störend bemerkbar machen könnte.
    [0014] Bei. den Beispielen wurde die Zusammensetzung der Wirkkomponente überwiegend: so: gewählt, daß in etwa ein Volumenanteil entsprechend dem Nickel int Werkstoff AgNi10 erreicht wird.
    [0015] In weiteren Einzelbeispielen werden zur FeTi46-Legierung Titannitride und/oder Titankarbide hinzugefügt. Deren Massenanteile werden so bemessen, daß sie bezogen auf den Eisen-Titan-Gehalt zwischen 1 bis 50 % liegen. Insgesamt wird bei den Beispielen darauf geachtet, daß der Werkstoff maximal in Massenanteilen 50 % unedle Bestandteile enthält.
    [0016] Von den nach obiger Vorschrift hergestellten Kontaktstücken aus den angegebenen Werkstoffen wurden in einem Prüfschalter unter konstanten Prüfbedingungen bei einem Einschaltstrom von 1000 A und einem Ausschaltstrom von 1000 A in bekannter Weise über eine Schaltzahl von 500 die Schweißkraft der Volumenabbrand und der Kontaktwiderstand ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengestellt und werden mit den Meßwerten eines herkömmlichen AgNi10-Werkstoffes verglichen.
    [0017] Die Tabelle zeigt, daß die maximale Schweißkraft bei allen Beispielen nicht wesentlich über dem beim bekannten AgNi10-Vergleichswerkstoff liegt. Der Volumenabbrand liegt dagegen durchweg unter dem des Vergleichswerkstoffes. Der Kontaktwiderstand liegt jeweils in der gleichen Größenordnung, teilweise auch bei höheren Wexten. Insgesamt zeigt aber das durch die Kombination der Einzelwerte gebildete Kontakteigenschaftsspektrum jeweils mit AgNi10 vergleichbare Werte. Die angegebenen Kontaktwerkstoffe können daher die AgNi-Werkstoffe ersetzen, so daß nunmehr auf das karzinogene Nickel vollständig verzichtet werden kann.
    [0018] In weiteren Beispielen können neben den oben angegebenen Metallverbindungen als zusätzliche Wirkkomponenten auch Boride verwendet werden. Insbesondere Zirkon- oder Tantalborid lassen gute Eigenschaften erwarten, wobei jeweils Boride mit Karbiden und/oder Nitriden kombiniert werden können.
    [0019] Tabelle
    [0020] Bsp. Nr. Zusammensetzung Max. Schweißkraft Volumenabbrand Kontaktwiderstand Fsmax in N ΔV500 in mm3 RK1 in m
    [0021] VergleichsAgNi10 550 45 0,03 werkstoff
    [0022] 1 AgFe9 723 12 0,03 2 AgFe20 403 7 0,05 3 AgFe30 160 2 0,09
    [0023] 4 Ag(FeTi20)7,9 297 21 0,05 5 Ag(FeTi30)7,5 332 19 0,05 6 Ag(FeTi46)6,7 363 21 0,03 7 Ag(FeTi40)6,4 456 38 0,04 8 Ag(TiFe30)7 626 33 0,05 9 AgTi5,3 846 23 0,05
    [0024] 10 Ag(FeTi20)15 179 18 0,08 11 Ag(FeTi46)5,6TiN1 250 17 0,04 12 Ag(FeTi46)6TiC0,5ZrB2O,25 382 21 0,06 13 Ag(FeTi46)5,5TaC0,5 351 27 0,04
    [0025] 130 01 01
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Sinterkontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik, insbesondere für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltern, der neben Silber als Wirkkomponente wenigstens ein höher schmelzendes Metall, Metalllegierung oder Metallverbindung enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er neben Silber (Ag) als Wirkkomponente wenigstens Eisen (Fe) und/oder Titan (Ti) enthält.
    2. Sinterkontaktwerkstoff 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 Anteil der Wirkkomponente in Massenanteilen zwischen 2 und 50 % liegt.
    3. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anteil der Wirkkomponente kleiner als 40 % ist.
    4. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anteil der Wirkkomponente kleiner als 30 % ist.
    5. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anteil der Wirkkomponente kleiner als 20 % ist.
    6. Sinterkontaktwerkstoff 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 Eisen (Fe) und Titan (Ti) in legierter Form vorliegen.
    7. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Eisen (Fe) und Titan (Ti) in Massenanteilen von etwa 54 zu 46 % vorliegen und die intermetallische Verbindung FeTi bilden.
    8. Sinterkontaktwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als weitere Wirkkomponenten Nitride und/oder Karbide und/ oder Boride von Metallen vorhanden sind.
    9. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anteil der Nitride und/ oder Karbide und/oder Boride in Massenanteilen 1 bis 50 % bezogen auf den Anteil von Eisen und/oder Titan ist.
    10 . Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metall zur Bildung der Nitride, Karbide und/oder Boride Titan ist.
    11. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metall zur Bildung der Nitride, Karbide und/oder Boride Zirkon ist.
    12. Sinterkontaktwerkstoff nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß das Metall zur Bildung der Nitride, Karbide und/oder Boride Tantal ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-11-02| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DK JP US |
    1989-11-02| 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 |
    1990-07-31| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989904519 Country of ref document: EP |
    1991-03-06| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989904519 Country of ref document: EP |
    1993-07-21| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989904519 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    DE1989504983| DE58904983D1|1988-04-20|1989-04-19|Sinterkontaktwerkstoff auf silberbasis zur verwendung in schaltgeraeten der energietechnik, insbesondere fuer kontaktstuecke in niederspannungsschaltern.|
    IN360/CAL/89A| IN171942B|1988-04-20|1989-05-10||
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