-
Werkstoff fUr elektrische Kontakte Die Erfindung betrifft einen Werkstoff
fUr elektrische Kontakte und ein Verfahren zur erstellnng desselben.
-
Aus weichen metallen, wie z.B. aus Kupfer, Silber, Gold 0 dgl. hergestellte
elektrische Kontakte haben ausgezeichnete elektrische und wärmeleitende Eigenschaften.
Wenn jedoch ein solcher aus einem weichen Werkstoff hergestellter Kontakt hohe Stgomdichten
Trägt, neigt er beim Funkenspringen dazu, dass seine Oberfläche schnell Grübchen
bildet, dass das Material schnell erodiert, dass die benachbarten Arbeitsflächen
dazu neigen, sich miteinander zu verschweissen und dass sich durch Oberflächenreaktion
isolierende Produkte bilden, wenn der Kontakt in einer chemisch aktiven Umgebung
arbeitet.
-
Feuerfeste Metallkontaktwerkstoffe aus Metallen, wie beispielsweise
Wolfram, Molybdän, Rhenium, Tantal u.dgl. sind zwar gegen Lichtbogenerosion beständig
und haben bessere schweissungsverhütende und Härteeigenschaften@ dagegen ist jedoch
der
elektrische Widerstand des feuerfesten Metallwerkstoffs einige
Male grösser als der des Weichmetallwerkstoffs, sodass die-Wirksamkeit und Verlässlichkeit
des feuerfesteb Lontaktmaterials bedeutend geringer ist. Der Widerstand des im wesentlichen
reinen feuerfesten Metallwerkstoffs ist so gross, dass er dessen Einsatz für elektrische
Kontakte begrenzt.
-
Schichtwerkstoffe fUr elektrische Kontakte lassen sich aus einem weichen
@erkstoff herstellen, derauf einen Kern aus feuerfestem Metallmaterial aufgeschichtet
wird. Obwohl sich hier eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der Schichtwerkstoffe
gegenüber den weichen Metallkontaktwerkstof fen beobachten lässt, kann es dennoch
zur Erosion des Werkstoffs und damit zur Grübchenbildung der Kontaktwerkstoffe kommen,
die ihrerseits zum intermittierenden Betrieb des Kontakts unter widrigen Umgebungsbedingungen
fUhren können. Ausserdem ist auch die zwischen den Schichten bestehende Verbindung
schwach, sodass es zum Abkleben oder Reissen der geschichteten Werlstoffe an der
Grenzschicht kommen kann. Beim Abbrechen steigt die Erosionsgeschwindigkeit des
weichen Werkstoffs an, wodurch ein elektrisches Kontaktmaterial mit unerwünschten
elektrischen Eigenschaften zustande kommt.
-
Die Verwendung eines Skeletts aus einem feuerfesten Metallpulver,
das mit einem weichen Mteall mit guten elektrischen und thermischen Eigenschaften
versehen ist, wie z. B. Kupfer u.dgl. schafft ein Verbundmaterial für elektrische
Kontakte,
in welchem die Vorteile der Eigenschaften beider Pestandteile
benützt werden sollen. Das derart hergestellte Kontaktmaterial stellt ein Kompromiss
dar zwischen der Festigkeit des feuerfesten Materials und der elektrischen und Wärmeleitfähigkeit
des weichen Kontaktmetalls. Es ist hier zu bemerken, dass die Festigkeit dieses
Verbundmaterials nicht so gross ist, wie die des feuerfesten Werkstoffs und die
elektrische und Wärmeleitfähigkeit nicht so gut wie die des weichen Kontaktmetalls,
wobei die Kombination jedoch wUnschenswerte Merkmale aufweist. Die Arbeitsfläche
dieses Verbundmaterials ist jedoch nicht gleichmässig, da die Volumprozentsätze
des weichen Metalls in den verschiedenen Zonen der Arbeitsfläche nicht konstant
sind und beim Betrieb derartiger Verbundmaterialien an deren Oberflächen Veränderungen
stattfinden, da dej Verlust an weichen Werlstoffen grdsser ist, als der Verlust
an feuerfesten Werkstoffen. Die aus feuerfesten Verbundwerkstoffen hergestellten
Kontakte haben auch eine ungleichmässige Bondierung der einzelnen Teilchen aneinander,
sodass Abbrechen in den an der Oberfläche liegenden Schichten beim Schalten stattfinden
kann Diese Arten der Ungleichmässigkeit sind dem guten Betrieb des Kontakts abtr
lich.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen verstärkten 1ietallverbundstoff
fUr elektrische Kontakte anzugeben, welcher die oben geschilderten Probleme und
Nachteile vermeidet.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges verstärktes
Verbundmaterial für elektrische Kontakte zu schaffen, das sich durch grosse Festigkeit
und einen geringen elektrischen
Widerstand auszeichnet.
-
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen verstärkter
Verbundmetallwerkstoffe fUr elektrische Kontakte.
-
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen verstärkten Verbundwerkstoff,
welcher sich als Material für elektrische Kontakte eignet. Feuerfeste Metalldrähte
von im wesentlichen konstanter Länge und mit einem Durchmesser von ungefähr 25 iiikron
bis zu 1,27 mm werden in dem Verbundmaterial verwendet.
-
Die Drähte können entweder fast miteinander in Berührung stehen oder
durch Abstände bis zu 1 mm voneinander getrennt sein.
-
Die zwischen diesen Drähten vorhandenen Hohlräume werden mit einen
weichen Metall mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit gefüllt, wobei dieses
weiche iretall im wesentlichenim ieuerfesten Metall unlöslich ist und mit diesen
chemisch nicht reagiert. Das Verbundmaterial kann in einer reciazierenden Atrlosphäre
oder durch Vakuum-Einfiltrierung hergestellt sein, oder durch Beschichten der feuerfesten
Drähte mit dem weichen Metall und Erhitzen eines Satzes der beschichteten feuerfesten
Drähte auf eine nahe dem Schmelzpunkt des weichen Metalls liegende Temperatur, um
so eine geboderte Masse von feuerfesten Drähten zu schaffen, die von einer Matrix
aus weichem Metall umgeben ist.
-
Die Drähte aus feuerfestem Material sind durchgehend und erstrecken
sich vorzugsweise im rechten Winkel zur Arbeitsfläche des Kontakts. Der Abstand
zwisdhen jewails nebeneinander liegenden Drähten Ubersteigt nicht ungefähr drei
Viertel
des Durchmessers des Drahtes, wobei die Drähte in Sechskantform
oder in einer anderen geeigneten Zusammenstellung angeordnet sind Wie bereits bemerkt,
haben die feuerfesten Metall'drähte einen Durchmesser von 0,025 bis 1,27 mm und
sind im wesentlichen von einem weichen metallischen Werkstoff umgeben, welcher dehnbarer
und leitfähiger ist, als der Werkstoff der Drähte, wobei de. Abstand zwischen diesen
Drähten zwischen fast Null und 1,0 mm schwanken kann Dies schafft einen elektrischen
Kontakt@erkstoff, welcher ein Kompromiss zwischen Festigkeit und elektrischer und
Wärmeleitfähigkeit darstellt. Das Verhältnis zwischen feuerfestem Metall und weichem
Metall ist durch den ganzen Verbundwerkstoff im wesentlichen konstant.
-
Vorzugsweise umfassen die feuerfes@ten Metalldrhte zwischen 55 und
90 Volumprozent des Gesamtvolumens des verstärkten Verbundmetallwerkstoffs. Die
Drähte schaffen die gewUnschte Verstarkung in der notwendigen Richtung und verhindern
Bruch parallel zur KontaktflSche, sowie Beanspruchungen infolge hoher Arbeitstemperaturen,
die beim Betrieb des Kontaktwerkstoffes vorkommen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor: Fig. 1 ist ein vergrsserter
4verschnitt eines bekannten geschichteten Aufbaus, der sich als Werkstoff fUr elektrische
Kontakte eignet,
Fig. 2 ist ein vergrösserter teilweiser Querschnitt
eines bekannten Verbundmaterials mit einem feuerfesten Metallpulverskelett, wobei
das feuerfeste Material im wesentlichen von einem weichen Metall umgeben ist, Fig.
3 ist ein teilueiser vergrösserter Querschnitt des erfindungsgemässen Kontaktwerkstoffs
und zeigt im wesentlichen durchgehende feuerfeste Metalldrähte, die im wesentlichen
senkrecht zur Arbeitsfläche des Kontaktwerkstoffs stehen, Fig. 4 ist eine Draufsicht
des in Fig. 3 dargestellten Kontaktmaterials und Fig, 5 ist ein teilweiser Querschnitt
des Kontaktwerkstoffs nach Fig. 3 und zeigt eine Anordnung von feuerfesten Drähten
mit den dazwischenliegenden Höhlungen, die mit einem weichen, hochleitenden Metall
ausgefUllt sind.
-
Fig. 1 zeigt einen an sich bekannten, geschichteten Verbundwerkstoff
10, bestehend aus einem Kdrper 11 aus einem feuerfesten Material, wie beispielsweise
Wolfram, welches auf irgendeine geeignete Art und Weise mechanisch, z.B. durch Druckschweissen,
mit einem weichen Metall, z.B. Kupfer, verbunden ist Die Arbeitsfläche des Kontaktwerkstoffs
besteht im wesentlichen vollkommen aus dem weichen Metall 12. Der ganze äussere
Umfang des Körpers 11 kann mit Kupfer beschichtet sein.
-
Obwohl der in Fig. 1 dargestellte Kontakt fester ist, als ein ausschliesslich
aus Weichmetall hergestellter Kontakt, kann hier schädliche Erosion eintreten, die
beim Überfunken der Arbeitsflächen das weiche Metall angreift.
-
I. 2 zeigt einen bekannten Verbundwerkstoff 20, in welchem feuerfeste
Metallteilchen 21, wie z.B. Wolfran in einem Wolframskelett, von einer Matrize oder
Zwischenmasse eines weichen Metalls 22, wie beispielsweise Kupfer, umgeben sind.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau hat eine Arbeitsfläche, die sowohl
aus feuerfestem Metall und aus weichem Metall zusammengesetzt ist, sodass zwischen
der Festigkeit des Hartmetalls und der Leitfähigkeit des Weichmetalls ein Kompromiss
zustande kommt. Um jedoch diese Kompromisslösung auf ein Mindestmass zu begrenzen,
ist es notwendig, dass das Verhältnis zwischen ieuerfestel Metall und weichem Metall
an der Oberflache innerhalb eines bestimmten Wertes liegt. Wenn beispielsweise de@
Volumprozentsatz des l. eichmetallbestandteils den erwünschten Löchstwert überschreitet,
neigt das weiche Metall zur schnelle Erosion von der Arbeitsfläche des Verbundmaterials,
wobei die Lichtbogenbildung beim Betrieb zur übermässigen Grübchenbildung der Kontaktflächen
führt. Wenn der Prozentsatz an weiche Metall unter dem Kompromisswert liegt, Ubersteigt
der Widerstand des Verbundmaterials den gewUnschten Wert.
-
Fig 3 zeigt das verstärkte Metallverbundmaterial nach der Erfindung.
Feuerfeste Metalldrähte 31 werden so aufeinander ausgerichtet, dass die Langsachse
jedes Drahtes im wesdntlichen parallel zur Längsachse des Kontaktmaterials liegt.
Wenn die Arbeitsfläche 32 senkrecht zur Längsachse des Kontaktwerkstoffs angeordnet
ist, liegen diese Metalldrähte im wesentlichen ebenfalls senkrecht zur Arbeitsfläche
32 des
Kontaktmaterials 30. Die Arbeitsfläche kann auch in eine
andern Winkel als im rechten Winkel zur Achse der feuerfesten Drähte liegen, wobei
jedoch senkrecht zur Arbeitsfläche der Kontakte liegende Drähte vorgezogen werden.
Es ist hie zu bemerken, dass die feuerfesten Metalldrähte im wesentlichen durchgehend
sind. Diese Drähte kennen aus Wolfrsm, Molybdän, rhenium oder Tantal bestehen. Wolfram
und Molybdän sind unter diesen lietallen vorzuziehen, wobei Wolfram die besten Resultate
liefert. Die zwischen den feuerfesten Metalldrähten liegenden IIohlräurlle werden
im wesentlichen vollkommen durch ein weiches Metall 33 ausgefüllt, welches sich
durch gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit auszeichnet und im wesentlichen nicht
mit dem Material der feuerfesten Drähte reagiert, wie z.B. Kupfer, Silber, Cold,
Zink, der Legierungen u.dgl. unter: diesen weichen Metallen sind Kupfer.
-
Silber vorzuziehen, wobei die besten Resultate mit Kupfer erhalten
werden.
-
Ein aus einem Material mit ausgerichteten feuerfesten Drähten hergestellter
kontakt kann eine axiale Länge Und einen durch messer haben, die um 20 o/o kleiner
sind als jene, die aus dem in Fig, 2 dargestellten Werkstoff erzeugten Kontakte
um unter im wesentlichen identischen Bedingungen dasselbe Kontaktverhalten zu erzielen.
Die geringere Dicke und Durchmesser des Kontakts aus ausgerichteten Drähten sind
unter anderem die Folge der geringeren Erosionsgeschwindigkeit des erfindungsgemassen
Kontaktwerkstoffes. Der Durchmesser des feuerfesten Materials beträgt von 0,025
bis zu 1,-27 mm, wobei ein Bereich von ungefähr 0,125 bis ungefähr 0,381 m vorgezogen
wird.
-
Der Durchmesser der feuerfesten Drähte ist fUr das Verhältnis zwischen
Festigkeit und Volumen wichtig, da Drähte mit kleinerem Durchmesser im Allgemeinen
fester sind. als Drähte mit grUsserem Durchmesser, sowie auch für die Abmessungen
der Oberflächenzonen der beiden Phasen des Verbundmaterials.
-
Die Belastungen er Kontakte bei elektrischen Schaltvorgängen sind
auf die hohen Temperaturen und Drücke der Oberfläche zurückzuführen und sind im
Allgemeinen am grössten in der zur rbeitsflSche des Kontaktwerkstoffs senkrecht
stehenden Richtung. Aufeinander ausgerichtete, auf kleindurchmessrigen Drähten aufgebaute
Verbundstoffe haben in dieser Richtung die grösste Festigkeit.
-
Das beste Verhalten des Kontakt wird dann erhalten, wenn die Weichmetallphase
und die Hartmetallphase des Verbundmaterials keine Stelle enthalten, an welcher
die andere Phase weiter entfernt ist, als der Radius des Kathodenbogenpunkts, der
bei einem elektrischen Schaltvorgang erzeugt werden kann. Die Grdsse der Lichtbogenpunkte
scheint von den benützten Werkstoffen und von dere elektrischen Energie und den
Stromniveaus abzuhängen, die beim Schalten vorhanden sind.
-
Lichtbogenpunkte sind ausserdem sehr beweglich, d.h., sie neigen dazu,
Uber die Oberfläche des Kontakts zu wandern.
-
Bei weichen Metallen, wie Kupfer, konnte man Stromdichten von ungefähr
3000 A/cm² bis zu 120 000 A/cm² bei Strompegeln von 5 bis zu ungefähr 20 A und von
106 A/cm² bei ungefähr 1400 A beobachten. Andere weiche Metalle zeigen--Shnliche
elektrische Eigenschaften. Die Stromdichten fUr Hartmetalle
wie
z.B. Wolfram schwanken zwischen 14 000 A/cm² und ungefähr 90 000 A/cm bei Strompegeln
von weniger als 50 A. Der -aus feuerfestem Fietall und Weichmetall aufgebaute Verbundstoff
kann Lichtbogenpunkte mit Durchmessern von ca. 0,127 bis zu 1,27 mm bilden. Um daher
die Bedingung zu erfUllen, dass die Weichmetallphase und die Hartmetallphase keine
Stellen enthalten, die weiter von der andern Phase entfern sind als der Radius des
Lichtbogenpunkts, ist es wichtig, dass der Durphmesser des feuerfesten Metalldrahts
im Bereich von 0,025 bis ca 1,27 mm liegt und die Entfernung zwischen den Drähten
auf 3/4 des Drahtdurchmessers beschränkt ist.
-
.Der maximale Volumprozentsatz des feuerfesten Drahtes beträgt ungefähr
90 Prozent und wird dann erzielt, wenn diese HartmetalldrShte dicht in Secheckform
angeordnet sind.
-
Der geringste Volumprozentsatz, welcher der Bedingung der geringsten
Phasendimension noch genügt; ware eine auseinandergezogene Sechskantanordnung, in
welcher die Drähte um ungefähr 3/4 ihres Durchmessers voneinander entfernt sind.
-
Dieses Minimälvolumen an feuerfesten Drähten beträgt ungefähr 30 Prozent.
Im Allgemeinen haben ZusammenstelIungen mit mehr als 90 Volumprozent oder wen-iger
als 30 Volumprozent feuerfester Drähte nicht die erwünschten Eigenschafter beider
Komponenten. Der verfUgbare Zusammensetzungebereich beträgt somit 90 Volumprozent
bis zu 30 Volumprozent Hartmetalldraht, wobei der Rest aus Weichmetall besteht,
Der vorzugsweise Hartmetallbereich in der Zusammenstellung liegt zwischen 70 bis
90 Volumprozent Hartmetalldraht.
-
Das verstärkte elektrische Kontaktmaterial kann hergestellt werden
durch Einfiltrieren des weichen Metalls in eine gesin@erte oder ungesinterte Anordnung
von feuerfesten Drähten durch Erhitzen der Hartmetallanordnung und des weichen Metalls
auf eine Temperatur, die beim Schmelzpunkt des weichen metalls oCer einige Grade
Uber diesem liegt, in einer reduzierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Wasserstoff
oder dissoziiertes Ammoniak, sodass das weiche Metal in die zwischen den Drähten
liegenden @ohlräume eintritt.
-
So kann beispielsweise ein Wolframdrahtgerüst mit Kupfer kontaktiert
unu in eine Wasserstoffatmosphäre eingesetzt werden. Aufheizen zuf 1100°C bis zu
1250 C bewirkt, dass das Kupfer vollkommen in das Wolframgerüst einfiltriert. bleiche
Metalle, wie Kupfer, Silber, Gold Zink oder Legierungen derselben kennen zum Einfiltrieren
in IIartmetallgerüste aus Wolfram, Molybdän, Rhenium, Niob oder Tantal benUtzt werden.
Die zum Einfiltrieren des weichen Metalls in das Gerüst verwendete Temperatur hängt
vom Schmelzpunkt der weichen Metallegierung ab.
-
Wen ein verstärktes Kontaktmaterial mit niedrige Gasgehalt und niedrigem
Ge@halt an Bestandteilen, welche Gase freisetzen, gewünscht wird, kann Vakuum-Einfiltrierung
benützt werden.
-
Der Gehalt an Gasbestandteilen und Komponenten, welche Gase freigeben
i£tbei einer durch Vakuum-Einfiltrieren hergestellten Zusammenstellung kleiner als
10 ppm (Teile je Million) und liegt im Allgemeinen unter 2 ppm. Beinl Ein-filtrieren
in einem Vakuum kann das Kontaktmaterial vorbereitet werden,
indem
die feuerfesten Drähte des gewUnschten, zwischen 0,025 und 1,27 liegenden Durchmessers,
dicht zu einem Gerüst zusammengebündet werden. Das Draht gerüst wird dann in ein
Vakuum eingesetzt, bei einem Druck von 10-5 Torr oder weniger, und vorzugsweise
bei einem Druck von 5 x 10 oder einem geringeren Druck. Die Drähte werden mit einem
flüssigen, weichen Metall kontaktiert, welches auf eine Uber seinem Schmelzpunot
liegende Temperatur erhitzt wurde, die beispielsweise bei Kupfer ungefähr bei 1250°C
liegt. Die behandlung zeit beträgt ungefähr 30 bis 60 i'iinuten. Wenn die Schmelze
eine Temperatur hat, die wwniger als 1500C Uber der1 Schmelzpunkt des weichen metalls
liegt (z.B. 10830C fUr Kupfer), ist das Metall nicht genUgend flüssig und-'dic Infiltrierungszeit
ist bedeutend länger.
-
Die Hartmetalldrähte können in einer reduzierenden Atmosphäre, wir
Wasserstoff, dissoziiertes Ammoniak o.dgl. vorbehandelt werden, welche auf eine
Temperatur unter der Sintertemperatur des Hartmetalls liegt, aber mindestens 8000C
bis 10000C beträgt, wobei diese Behandlung ungefähr 30 inuten oder länger dauert.
Zur Vorbehandlung mit diesem Verfahren eignen sich Atmosphären, die mit dem Hartmetall
nicht reagieren und mit diesen keine unerwünschten oder schädlichen Produkte bilden.
Diese Vorbehandlung der Hartmetalldrähte beseitigt schädliche Oberflächenprodukte
und trägt zur Einfiltrierung -des weichen Metalls in das HartmetallgerUst bei. Ausserde
trägt die Vorbehandlung des Gerüsts auch dazu bei, den Gasgehalt
und
den Gehalt an Bestandteilen, welche sich in Gase verwandeln können, auf unter 10
ppm zu reduzieren. Vakuum-En@gasen des vorbehandelten MetallgerUsts bei einer Temperatur,
die 2000C hdher ist als die Vorbehandlungstemperatur, aber unten der Sintertemperatur
des-HartmetallgerUsts- liegt, trägt ebenfalls dazu bei, den Gasgehalt oder Gehalt
an Bestandteilen, die sich in Gase verwandeln können, herabzusetzen," Das Entgasen
des MetallgerUsts wird fortgesetzt, bis ein Vakuum von ungefähr 5 x 10-5 Torr erriecht
ist, worauf das Einfiltrieren des Herüsts mit weichem Metall durchgefUhrt wird,
ohne dasselbe inzwischen der Atmosphäre auszusetzen.
-
Vorzugsweise wird die Behandlung des feuerfesten Metalls durchgeführt,
nachdem dasselbe zu einem GerUst zusammengesetzt wurde, um die tIdglichkeit einer
Wiederverschmutzung auf ein Nindestmass herabzusetzen. Die Drähte kUnnen jedoch
auch vor dem Formen des Gerüsts vorbehandelt werden.
-
Ein alternatives Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials besteht
im Beschichten des Hartmetalldrahts mit dem weichen Metall, gefolgt von ZusammenbUndeln
der beschichteten Drähte zum Bilden des GerUats und vom Erhitzen dieses Gerüsts
auf eine Uber dem S-chmelzpunkt des weichen Metalls liegende Temperatur, sodass
das gewUnschte Verbundmaterial gebildet wird. Um die ursprüngliche geometrische
Anordnung des GerUsts beizubehalten, kann Zonenschmelzung eingesetzt werden, Ein
weiteres Verfahren zum Herstellen des Verbundmanterial besteht im Wickeln des Draht
um einen herausnehmbaren Kern,
wobei der gewickelte Draht ein dichtes
Gerüst bildet. Das gewickelte DrahtgerUst wird dann mit dem geschmolzenen weichen
Metall imprägniert. Aus dem derart hergestellten imprägnierten Feststoff lässt sich
Kontaktwerkstoff herstellen.
-
Wenn zum herstellen des Verbundstoffs ein Vakuumverfahren benützt
wird, kann eine kleine, aber wichtige Menge eines reagierenden Metalls, wie z.B.
Titan oder Zirkon, benützt werden, um das Einfiltrieren des weichen Metalls in das
artmetallgerUst zu unterstUtzen. Vorzugsweise benUtzt man zu diesem Zweck das metall
Titan. Das reagierende etall scheint das Benetzen des Hartmetalls dann zu bewirken,
wenn keine Vorbehandlung vorgenommen wird. Ausserdem wirkt das reagierende Metall
als "Getter" und scheidet Material aus der Gasphase in der Vakuumvorrichtung beim
nachfolgenden Betrieb als Vakuumkontakt aus. Das reagierende Metall im verstärkten
Metallwerkstoff kann in einer Menge von 0,01 bis ca. 0,4 Volumprozent zugesetzt
werden und dies erfolgt zweckmässigerweise durch Legieren mit den weichen Metall.
Zusatz von Uber 0,4 Volumproz@nt Reaktionsmetall kann dazu führen, dass das weiche
Metall eine unerwünscht hohe Resistivität hat, und weniger als 0,01 Volumprozent
scheint nicht zum Eintiltrieren des. weichen Metalls in das Hartmetallgerüst beizutragen
oder als "Getter" für Gase zu wirken. -Der Voluiproz.ntsatz der Bestandteile eines
- verstdrkten Metallwerkstoffs, dem ein reagierendes Metall zugesetzt wird, beträgt
ungefähr 30 bis 90 Prozent feuerfestes Material, 69999 bis 9,99 Prozent Weichmetall
und ungefähr
0,01 bis 0,04 Prozent reag ; ierendes Metall.
-
Ein alternatives Verfahren zum Eingeben des regierenden Metalls in
the System aus Hartmetalldraht umfasst das Beschichten mit reagierendem Metall durch
Elektrolyse oder Bedampfen vor dem Kontaktieren des Hartmetallgerüsts mit der Weichmetallschmelze.
-
Ancere Metalle können der Weichmetallschmelze oder dem feuerfesten
Metallgerüst beigegeben werden, indem diese vor dem Einfiltrieren individuell beschichtet
werden, wobei das Einfiltrieren unter Wasse@stoff oder im Vakuum erfolgen kann,
um die elektrischen Kontakteigenschaften des Verbundmaterials weiter zu verbessern.
So können beispielsweise kleine aber wichtige Mengen von Metallen der Schmelze zugesetztwerden,
um einige wlinschenswerte Eigenschaftendes Werkstoffs, wie z,3. den Gasdruck, die
Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitungseigenschaften u.dgl. zu verbesserr,. Ein Beispiel
wines solchen Metalls ist Wismut und Zinn, welche den Dampfdruck des Kontaktwerkstoffs
bedeutend verbessern.
-
Die Erfindung wird weiter im Folgenden anhand von Beispiele erklärt.
-
BEISPIEL 1.
-
Ein Verbundmaterial, bestehend im wesentlichen aus ungefähr 70 Volumprozent
Wolfram, und dem Rest Kupfer. Längen von Wolframdraht mit einem Durchmesser von
0, 127 mm wurden in einer geeigneten Lösung, z.B. Natriumsuperoxyd, gereinigt.
-
Die Drähte wurden so gebUndelt, dass das Gerüst nach Fig. 5
zustande
kam. Die Drähte wurden im Vakuum bei einem Druck von 5 x 10-5 Torr oder wemiger
mit Kupfer behandelt. Das WolframdrahtgerUst wurde im Vakuum infiltriert, indem
das Wolfram und das Kupfer auf eine Uber dem Schmelzpunkt des Kupfer liegende Temperatur
erhitzt wurden, d. h., auf ungefähr 1250 C, um das Einfiltrieren der Kupferschmelze
in das Wolframgerüst zu bewirken. Zur Prüfung wurde das Wolfram-Kupfer-Verbundmaterial
in Längen von ca 9,5 mm unterteilt, wobei die Längsachse der Wolframdrähte senkrecht
zur Arbeitsfläche des V erbundmaterials stand, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
Dieser Verbundwerkstoff hatte eine niedrigere Erosionsgeschwindigkeit als jene entsprechender
Kontakte, die aus Wolframpulver hergestellt wurden.
-
BEISPIEL 2 Ein Verbundmaterial, bestehend im wesentlichen aus 78,5
Volumprozent Wolfram, Rest Kupfer. Längen von Wolframdraht mit einem Durchmesser
von 0,127 mmswurden mit ITetriumsuperoxyd gereinigt. Die Drähte wurden so gebUndelt,
dass ein dichtes Gerüst zustande kam. Dieses Gerüst wurde in einer Wasserstoffatmosphäre
bei ca 1000 C eine Stunde lang vorbehandelt. Das Gerüst wurde bei ungefähr 12000C
entgast, bis ein Vakuumdruck von 5 x 10-5 Torr erreicht wurde.
-
Das GerUst wurde dann mit Kupfer bei einer Temperatur von ungefähr
12500C im Vakuum imprägniert.
-
BEISPIEL 3 Ein Verbundmaterial bestehend im wesentlichen aus 70 Volum-
-prozent
Wolfram und im Rest im wesentlichen Kupfer. Längen von Wolframdraht mit einem Durchmesser
von 0,127 mm wurdenmittels eiber geeigneten Lösung, z.B. Natriumsuperoxyd, gereinigt.
-Die Drähte wurden dann gebUndelt, um die in Fig. 5 gezeigte Anordnung zu schaffen.
Die Drähte wurden in einer Wasserstoffatmosphäre mit Kupfer behandelt. Die Wolframdrahtanordnung
wurde imprägniert, indem das Wolfram und das Kupfer auf einer Ubr dem Schmelzpunkt
des Kupfers liegende Temperatur, d.h., auf ungefähr 1250 C, erhitzt wurden, um das
Einfiltrieren der Kupferschmelze in das Wolframdrahtgerüst zu erzielen. Zum Herstellen
von prUfkontakten, wurde das Wolfram-Kupfer-Verbundmaterial in Längen von ca. 9.5
mm zerschnitten, sodass die Längsachse der Drähte senkrecht zur Arbeitsfläche des
Verbundmaterials stand, wie dies in Fig. 3 dar. gestellt ist.