DE69221398T2

DE69221398T2 - Verfahren zur Herstellung von Kontaktwerkstoffen für Vakuumschalter

Info

Publication number: DE69221398T2
Application number: DE69221398T
Authority: DE
Inventors: Yoshiko Majima; Mikio Okawa; Tsutomu Okutomi; Tsuneyo Seki; Tadaaki Sekiguchi; Atsushi Yamamoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: EP0521274B1; EP0521274A1; CN1034087C; CN1068597A; KR970004578B1; DE69221398D1; KR930003194A; JPH0512965A; US5403543A; JP2908073B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktmaterials für Vakuum-Unterbrecherschalter. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Kontaktmaterial erhalten werden kann, das eine geringere Rückschlag-Häufigkeit aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Kontakt-Legierungsmaterial und einen im Verlauf des Verfahrens erhaltenen Preßkörper.
Kontaktmaterialien für Vakuum-Unterbrecherschalter müssen grundsätzlich ausgezeichnete charakteristische Materialeigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Schweißbeständigkeit, das Vermögen, Spannungen auszuhalten, die an die Kontaktmaterialien angelegt werden, und das Vermögen, einen Strom vollständig zu unterbrechen, ohne zurückzuschlagen bzw. sich zu entzünden. Es ist jedoch schwierig, in zufriedenstellender Weise allen diesen Anforderungen zu genügen, da die physikalische Natur dieser Anforderungen im Einzelfall der physikalischen Natur einer anderen Anforderung widerspricht. Im Ergebnis wird daher dann, wenn ein Kontaktmaterial hergestellt werden soll, dem wichtigsten Erfordernis bei einem bestimmten Unterbrecherschalter für die Anwendung des Unterbrecherschalters Priorität gegeben, und zwar zu Lasten anderer Anforderungen.
Im technischen Bereich der Metallurgie war es allgemein bekannt, daß Sauerstoff in Chrom schädlich für dessen mechanische Eigenschaften ist. Jedoch führte dieses allgemeine Problem nicht zu einer Lösung im vorliegenden technischen Gebiet, was das Rückschlag-Phänomen angeht, da Sauerstoffgehalte, wie sie für die mechanischen Eigenschaften von Chrom schädlich sind, erheblich höher liegen als die Sauerstoffgehalte, die im vorliegenden technischen Bereich zum Rückschlag-Phänomen führen. Daher kann die Lehre des Dokuments EP-A 0,426,375, daß hochreines Chrom aus Chromoxid durch Mischen der Ausgangsmaterialien mit Kohlenstoff und einem leicht sulfidierbaren Metallpulver zur Durchführung einer Thermit-Reaktion erhalten werden kann, nicht auf den vorliegenden technischen Bereich übertragen werden.
Ein Beispiel eines Elektroden-Kontakmaterials für einen Vakuum-Unterbrecherschalter, der eine große Kapazität aufweist, kann in dem Dokument JP-B 41-12,131 gefunden werden. Dieses Dokument offenbart eine Kupferlegierung, die eine Schweißinhibitor- Komponente wie Bismut, Tellur, Zinn und dergleichen in einer Menge von weniger als 5 Gew.-% enthält. In diesem Zusammenhang steigern sich deswegen, weil die Vakuum- Unterbrecherschalter Vorteile gegenüber anderen Unterbrecherschaltern dahingehend aufweisen, daß ihre Materialkörper kompakt sind, ein geringes Gewicht aufweisen und bei dem Erfordernis von weniger Reparaturen an die jeweilige Umgebung angepaßt werden können usw., die möglichen Anwendungen von Vakuum-Unterbrecherschaltern von Jahr zu Jahr. Dies hat zu einer drastischen Erhöhung der Nachfrage nach Vakuum-Unterbrecherschaltern nicht nur im Zusammenhang mit dem Gebrauch im allgemeinen herkömmlichen technischen Bereich, wo sie mit Schaltungen bei einer Spannung von weniger als 36 kV verwendet werden, sondern auch für spezielle Anwendungen wie beispielsweise die Herstellung und Unterbrechung einer Kondensatorschaltung geführt. Daher ist es erforderlich, daß Vakuum-Unterbrecherschalter heutzutage ein besseres Vermögen haben, Spannungen auszuhalten. Unglücklicherweise sind die oben beschriebenen Materialien des Standes der Technik nicht in der Lage, derartigen Anforderungen, wie sie jüngst aufgetreten sind, zu genügen.
Das Dokument US-A 4,048,117 offenbart ein Vakuumschalter-Kontaktmaterial, das Chrom und ein Anti-Schweißelement wie z.B. Bismut einschließt. In dem Dokument gibt es jedoch keine Offenbarung in Bezug auf das Rückschlag-Phänomen und irgendeine Maßnahme, die dafür geeignet wäre, einen Rückgang des Rückschlag-Phänomens zu erreichen.
Insbesondere kann irgendeine Verbindung zwischen der Maßnahme (d.h. der Reduktion des Sauerstoffgehalts) und der Wirkung (Rückgang des Rückschlag-Phänomens) aus dem Dokument nicht abgeleitet werden.
Einer der Gründe dafür, daß das Vermögen der Materialien des Standes der Technik, hoher Spannung zu widerstehen, als nicht ausreichend angesehen wurde, beruht auf der Tendenz dieses Materials, Rückschlag- und Selbstentzündungs-Phänomene hervorzurufen. Dementsprechend wurde erkannt, daß diese Phänomene verstanden werden müssen, um die Zuverlässigkeit der Kontaktprodukte zu verbessern. Jedoch wurden bisher die Rückschlags- und Entzündungs-Phänomene nicht auf ihren ursprünglichen Ausgangspunkt zurückgeführt, noch wurde irgendeine Technik entwickelt, diese Phänomene zu verhindem.
Aufgrund gängiger Anforderungen muß das Kontakmaterial ein höheres Vermögen, hohe Spannungen auszuhalten, und eine niedrigere Rückschlags-Häufigkeit bei Verwendung mit höheren Spannungen aufweisen, wie dies oben beschrieben wurde. Zur Verbesserung des Vermögens des Kontaktmaterials, Spannungen auszuhalten und die Rückschlags-Häufigkeit zu senken, ist es bevorzugt, den Gehalt an Schweißinhibitor-Komponente soweit wie möglich zu senken und zu verhindern, daß die Schweißinhibitor-Komponente speziell in dem Material in uneinheitlicher Weise konzentriert wird. Der Schweißinhibitor macht das Material brüchig und ist daher nachteilig für die Druckbeständigkeit des Materials, die Senkung des Gehalts an gasförmigen Verunreinigungen und an feinen Löchern (pin holes) in dem Material und die Stärkung der Kontakt-Legierung selbst. In Bezug auf diese Punkte erfüllt das oben beschriebene Cu-Bi-Material des Standes der Technik nicht in zufriedenstellender Weise die Anforderungen, die jüngst im Trend liegen.
Andererseits sind ein gesintertes Kupfer-Wolfram-Legierungsmaterial und ein Kupfer- Wolframcarbid- (Cu-WC-)Legierungsmaterial als weitere herkömmliche Kontaktmaterialien bekannt. Trotz der Tatsache, daß die gesinterten Kontakt-Legierungsmaterialien recht bemerkenswert in Bezug auf ihre Eigenschaft sind, Spannungen auszuhalten, neigen sie aufgrund des Herstellungsverfahrens dazu, Poren zu enthalten. Dies veranlaßt das gesinterte Material, aktiv Thermoelektronen zu produzieren. Im Ergebnis weist diese herkörrimliche Legierung den Nachteil auf, daß sie leicht das Rückschlag-Phänomen hervorruft.
Darüber hinaus wird im technischen Bereich der Vakuum-Unterbrecherschalter zur Verwendung bei hohen Spannungen und starken Strömen ein Kupfer-Chrom-Legierungsmaterial als Kontaktmaterial verwendet. Da in diesem Legierungsmaterial der Unterschied der Dampfdrücke der das Material ausmachenden Komponenten nicht so groß ist wie derjenige bei anderen Materialien, weist diese Legierung einen Vorteil dahingehend auf, daß erwartet werden kann, daß ihre Eigenschaften stabil sind. Dementsprechend können die charakteristischen Eigenschaften dieses Kontakt-Legierungsmaterials nützlich sein, abhängig von der Art und Weise, wie es verwendet wird.
Das oben beschriebene Cu-Cr-Legierungs-Kontaktmaterial wird allgemein hergestellt nach dem Verfahren, das beispielsweise offenbart ist in der Druckschrift JP-B 59-30,761. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte, daß man Cr-Pulver mit einer kleinen Menge Cu- Pulver mischt, das Mischpulver in ein Gesenk gießt und das Pulver leicht unter Bildung eines Preßlings preßt; den Preßling aus dem Gesenk nimmt und den Preßling im Vakuum unter Bildung eines Cr-Grundgerüsts sintert und am Schluß eine Cu-Komponente in das Cr-Grundgerüst infiltriert.
Außerdem ist ein weiteres Herstellungsverfahren offenbart in der Druckschrift JP-A 59- 25,903. Diese Druckschrift offenbart ein Verfahren, in dem ein Cu-Pellet oben auf ein Cr-Pulver gegeben wird, das in ein Gesenk gegossen wurde. Das Pellet infiltriert in das Cr-Pulver, nachdem die Luft von dem Cr-Pulver und Cu-Pellet entfernt wurde, unter verringertem Druck. Außerdem kann das Cu-Cr-Legierungsmaterial durch ein Festphasen- Sinterverfahren erhalten werden, in dem ein Cu-Pulver und ein Cr-Pulver zuerst in einem gewiinschten Verhältnis gemischt und anschließend verpreßt werden. Der Preßling wird dann bei einer Temperatur gesintert, die gleich dem Schmelzpunkt des Elements Cu ist oder darunter liegt.
Jedoch sind in den oben beschriebenen Verfahren, mit denen das Legierungsmaterial allgemein unter Anwendung pulvermetallurgischer Techniken erhalten wird, eine vernünftige Handhabung des Ausgangsmaterial-Pulvers sowie das Sintern und die Infiltrations-Verfahrensweisen noch nicht so entwickelt worden, daß sie in adäquater Weise der Bildung des Rückschlag-Phänomens Rechnung tragen. Daher können diese Verfahren keine zufriedenstellenden Ergebnisse in Bezug auf das Rückschlag-Phänomen erbringen.
Vor dem Hintergrund dieser Probleme ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialien für Vakuum-Unterbrecherschalter zu schaffen, mit dem Kontaktmaterialien erhalten werden können, die eine geringere Rückschlag-Häufigkeit aufweisen.
Die vorgenannte Aufgabe wird in einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, daß man ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakt-Legierungsmaterials für einen Unterbrecherschalter schafft, wobei das Legierungsmaterial umfaßt: eine Chrom-Komponente und eine Basis-Komponente, die wenigstens ein Element, das aus der aus Kupfer und Silber bestehenden Gruppe gewählt ist, umfaßt, worin ein Chrom-Material und ein Basis-Material, das die Basis-Komponente enthält, verwendet werden, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfaßt, daß man
(A) das Chrom-Material zusammen mit einem Kohlenstoff-Material einer Hitzebehandlung zum Senken des Sauerstoff-Gehalts in dem Chrom-Material unterwirft, so daß der Gehalt an Sauerstoff in dem hergestellten Kontakt-Legierungsmaterial auf nicht mehr als 200 ppm reduziert wird, bezogen auf das Gewicht, wobei das Verhältnis des Kohlenstoff-Materials zu dem Chrom-Material in dem Hitzebehandlungsschritt in einem Bereich von angenähert 50 ppm bis angenähert 5000 ppm liegt, bezogen auf das Gewicht; und
(B) das Kontakt-Legierungsmaterial aus dem hitzebehandelten Chrom-Material und einem Ausgangsmaterial für die Basis-Komponente herstellt.
Die Erfindung betrifft auch ein Kontakt-Legierungsmaterial für einen Unterbrecherschalter, umfassend eine Chrom-Komponente und eine Basis-Komponente, die wenigstens ein Element einschließt, das gewählt ist aus der aus Kupfer und Silber bestehenden Gruppe, worin der Sauerstoff-Gehalt in dem Kontakt-Legierungsmaterial nicht höher ist als 200 ppm, bezogen auf das Gewicht, wobei das Kontakt-Legierungsmaterial hergestellt wird nach dem obigen Verfahren.
Die Erfindung betrifft auch einen verdichteten Körper zur Herstellung eines Chrom- Materials mit verringertem Sauerstoff-Gehalt durch Hitzebehandlung nach dem obigen Verfahren, das im wesentlichen besteht aus einem Chrom-Material und einem Kohlenstoff- Material, wobei das Chrom-Material und das Kohlenstoff-Material gemischt und bei einem Verdichtungsdruck verdichtet werden, der so gesteuert wird, daß das Chrom-Material nach dem Schritt der Hitzebehandlung ein poröses Chrom-Grundgerüst bildet, wobei das Chrom-Grundgerüst durch Infiltration mit dem Ausgangsmaterial für die Basis-Komponente in dem Herstellungsschritt (B) beaufschlagt wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung wird der Wert an Sauerstoff als Verunreinlgung in dem erhaltenen Legierungsmaterial auf einen Wert von weniger als 200 ppm gesenkt, und die Rückschlag-Häufigkeit des Kontaktmaterials, das durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann drastisch reduziert werden, wobei das Material auch eine hervorragende Schweißbeständigkeit aufweist. Daher ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet zur Herstellung eines Kontakt-Legierungsmaterials für Vakuum-Unterbrecherschalter.
Die Merkmale und Vorteile des Kontakinaterials gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber den vorher vorgeschlagenen Materialien werden noch deutlicher verständlich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, zusammengenommen mit den beigefügten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente oder Abschnitte im Bereich der Figuren kennzeichnen. In den Figuren ist
- Figur 1 eine Längsschnitt-Ansicht, die ein Beispiel eines Vakuum-Unterbrecherschalters zeigt, in den ein Kontaktmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist; und
- Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Kontaktteil zeigt, das in den Unterbrecherschalter eingebaut ist, wie er in Figur 1 gezeigt ist.
Zur Qualitätskontrolle des Chrom-Ausgangsmaterial-Pulvers wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Untersuchung bezüglich des Auftretens einer Gasentladung während der Erhitzung des Kontaktinatenais durchgeführt, indem man die Gesamtmenge an abgegebenem Gas und die Art und Weise, in der das Gas abgegeben wurde, untersuchte. Als Ergebnis wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, daß es eine Beziehung zwischen diesen Faktoren und dem Auftreten des Rückschlag-Phänomens gibt. Speziell kann das Auftreten des Rückschlag-Phänomens effektiv verhindert werden durch Einstellen des Gehalts gasförmiger Verunreinigungen, die in dem Kontaktmaterial enthalten smd und bei Wärmezufuhr abgegeben werden, insbesondere diejenigen gasförmigen Verunreinigungen, die plötzlich abgegeben werden, wenn das Material auf eine Temperatur erhitzt wird, die nahe dem Schmelzpunkt des Kontaktmaterials liegt.
Speziell werden während des Erhitzens des Kontaktmaterials die meisten gasförmigen Verunreinigungen, die in dem Kontaktmaterial absorbiert sind, bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Kontaktmaterials eliminiert. Anschließend werden die gasförmigen Verunreinigungen, die in dem Kontaktmaterial gelöst sind, bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt abgegeben. Bei weiterem Erhitzen des Materials über den Schmelzpunkt hinaus werden ein paar (bis zu einigen hundert) plötzlichen Gasabgaben beobachtet, wobei das Gas in impulsartiger Form innerhalb einer sehr kurzen Zeit von beispielsweise ein paar ms, abgegeben wird. Die bei diesen plötzlichen Gasabgaben produzierten Gase schließen nur kleine Mengen an Methan, Ethan und dergleichen ein.
Jedoch sind die meisten dieser Gase sauerstoffhaltige Verunreinigungen wie beispielsweise Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und dergleichen. Bei Zugrundelegung dieser Fakten ist in Betracht zu ziehen, daß diese plötzlichen Gasentladungen durch die Zersetzung von Metalloxiden und dergleichen verursacht sein können, die in dem Kontaktmaterial enthalten sind. Außerdem wurde aufgrund der erfmdungsgemäßen Untersuchungen gefunden, daß ein Kontaktmaterial, das eine hohe Rückschlag-Häufigkeit aufweist, auch dazu neigt, häufig plötzlich Gas freizusetzen.
Im Licht der obigen Tatsachen wird angenommen, daß das Rückschlag-Phänomen verhindert werden kann durch Erhitzen des Kontaktmaterials im voraus über den Schmelzpunkt hinaus unter Abgabe der sauerstoffhaltigen gasförmigen Verunreinigungen.
Jedoch enthält das Kontaktmaterial für Vakuum-Unterbrecherschalter eine erhebliche Menge an Kupfer-Komponente, die einen hohen Dampfdruck hat. Andererseits erfordert die Eliminierung der sauerstoffhaltigen Verunreinigungen durch Zersetzung in der Hitze eine hohe Temperatur, beispielsweise eine Temperatur von wenigstens 1.200 ºC, unter einem verringerten Druck von 133 x 10&supmin;³ bis 133 x 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;³ Torr bis 10&supmin;&sup4; Torr). Dementsprechend kann sich dann, wenn ein Kontaktmaterial, das eine Komponente mit einem hohen Dampfdruck enthält, einer derartigen Hitzebehandlung unterworfen wird, dessen Zusammensetzung durch Verdampfen von Komponenten ändern. Daher ist eine derartige Hitzebehandlung unpassend zur Steuerung der Eigenschaften eines Kontaktmaterials, das eine Cu-Komponente als elektrisch leitenden Bestandteil sowie eine Schweißinhibitor-Komponente wie beispielsweise Bismut, Tellur und dergleichen einschließt.
Was außerdem die Bi-Komponente angeht, ist festzuhalten, daß ein Bi-Ausgangsmaterial unter heftiger Reaktion einige Arten gasförmiger Substanzen abgibt, wenn es auf eine Temperatur von angenähert 400 ºC bis 500 ºC erhitzt wird. Ein Teil dieser gasförmigen Substanzen reagiert dann mit der Cu-Komponente während des Erhitzens unter Bildung relativ stabiler Verbindungen. Außerdem zersetzt sich ein weiterer Teil dieser Verbindungen, während das Kontaktinaterial geschmolzen Wird. Jedoch bleibt der Rest in stabilem Zustand erhalten, wodurch plötzliche Gasabgaben hervorgerufen werden. Selbst wenn man ein Bi-Ausgangsmaterial-Pulver mit einer Reinheit von 99,9999 % verwendet, jedoch vor der Herstellung das Ausgangsmaterial-Pulver in einem Zustand beläßt, in dem eine Oxidation des Bi-Ausgangsmaterials oder eine Gasabsorption in dem Ausgangsmaterial stattfinden kann, gibt das Kontaktmaterial in plötzlichen Impulsen Gase ab, die von dem Bi-Material stammen.
Aus den oben beschriebenen Beobachtungen wurde realisiert, daß es zwei Erfordernisse in Bezug auf die Qualitätskontrolle des Kontaktmaterials gibt, das eine Schweißinhibitor- Komponente enthält. Das erste Erfordernis ist nämlich, daß sowohl das stark elektrisch leitende Material als auch die Schweißinhibitor-Komponente, d.h. die Cu-Komponente und die Bi-Komponente, einzelne Hitzebehandlungen erfordern, um die Verunreinigungen vor dem Herstellungsprozeß zu entfernen. Zum zweiten muß auch eine Kontamination, die durch Gas hervorgerufen wird, das von den Werkzeugen wie beispielsweise Tiegeln, Schalen oder Platten stammt, die in direktem Kontakt mit dem Kontakt-Legierungsmaterial stehen, das während des Herstellungsprozesses und des Hitzebehandlungs-Prozesses ganz oder teilweise geschmolzen wird, bei der Qualitätskontrolle des Kontakmaterials in Betracht gezogen werden.
Im Hinblick auf das erste Erfordernis wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung sichergestellt, daß eine individuelle Hitzebehandlung der jeweiligen Komponenten-Materialien wirksam dahingehend ist, die Häufigkeit derartiger plötzlicher Gasabgaben zu senken. Außerdem wurde bemerkt, daß dann eine Tendenz dazu besteht, daß die Häufigkeit der Rückschläge zurückgeht.
Im Hinblick auf das zweite Erfordernis wurde im Rahmen der Erfindung ebenfalls sichergestellt, daß die Material-Zusammensetzung sowie die physikalischen und chemischen Bedingungen der Oberflächen der Werkzeuge, die mit dem geschmolzenen Kontaktinaterial in Berührung kommen, die Art und Weise beeinträchtigen, in der plötzliche Gasabgaben stattfinden, sowie auch die Rückschlag-Häufigkeit beeinflussen. Gleichzeitig wurde erkannt, daß das zweite Erfordernis essentiell ist, da die Wirkung der Senkung der Zahl plötzlicher Gasentladungen durch Steuern des Gehalts an Verunreinigungen im Schritt der Herstellung der Komponenten-Ausgangsmaterialien gemäß dem ersten Erfordernis sicher und wirksam weiter verbessert werden kann, wenn man dem zweiten Erfordernis genügt.
Mit anderen Worten: Wenn sowohl das erste als auch das zweite Erfordernis beachtet werden, steigert dies die Wirkung auf die hergestellte Cu-Cr-Legierung synergistisch im Vergleich mit Fällen, in denen nur emem Erfordernis genügt wird. Aufgrund dieser Beobachtung wird vorgeschlagen, daß während der gesamten Folge von Herstellungsschritten eine vollständige Überwachung erfolgen muß, und insbesondere eine Überwachung des Verfahrens zur Herstellung der Ausgangsmaterialien und des Kühlens nach der Herstellung.
In diesem Zusammenhang sind scheinbar die Gehalte an verunreinigenden Substanzen und die Art und Weise der Verunreinigungen wie beispielsweise ein in der Mischung enthaltenes abtrennbares Material, eine oxidierte Fläche, eine Fällung und dergleichen, in den Cu- und Cr-Ausgangsmaterialien scheinbar wichtig zum Lösen des Problems einer plötzlichen Gasabgabe.
Speziell können dann, wenn verunreinigende Stoffe in Oxidform einfach in das Rohmaterial-Pulver eingemischt sind, diese vorab unter Anwendung eines Sedimentationsverfahrens, in dem die Pulverteilchen aufgrund der Unterschiede in ihrem spezifischen Gewicht getrennt werden, eines Siebverfahrens, in dem die Pulverteilchen in Übereinstimmung mit den Teilchengrößen getrennt werden, entfernt werden, oder alternativ dazu kann die Entfernung derartiger Verunreinigungen in einer Modifikation des Infiltrationsverfahrens in der Weise erfolgen, daß das stark elektrisch leitfähige Material in das Grundgerüst in einer vorbestimmten Richtung infiltriert wird, während die Verunreinigungen in einem Teil des Grundgerüsts konzentriert werden. Tatsächlich tragen diese zusätzlichen Schritte in starkem Maße zu einer Senkung der Rückschlagshäufigkeit bei.
Ein Problem tritt dann auf, wenn die Verunreinigungen in dem Ausgangsmaterial gelöst oder gefällt sind. Diese Verunreinigungen können nicht mittels des Sedimentationsverfahrens, Siebverfahrens oder der modifizierten Infiltration entfernt werden. Dies legt nahe, daß diese problematischen Verunreinigungen einer der schwierigen Faktoren beim Auftreten des Rückschlag-Phänomens gewesen sein könnten. Obwohl die vollständige Entfernung dieser Verunreinigungen schwierig ist, ist es noch besser, ein Ausgangsmaterial zu wählen, das weniger Verunreinigungen enthält, um dieses Problem zu lösen.
Jedoch begann es sich im Zuge weiterer strenger Experimente zu zeigen, daß eine nicht vernachlässigbare Ungenauigkeit in Bezug auf diese Art der Steuerung des Rückschlag- Phänomens durch Auswähl eines weniger verunreinigten Ausgangsmaterials auftrat. Die hergestellte Cu-Cr-Legierung enthält nämlich selbst in dem Fall, in dem ein Pulver für jedes der Cr- und Cu-Ausgangsmaterial-Pulver sorgfältig ausgewählt wird, das keine nachgewiesenen Verunreinigungen enthält, häufig einen Niederschlag, und wenn die gefällte Legierung für einen Vakuum-Unterbrecherschalter eingesetzt wird, tritt das Rückschlag-Phänomen häufiger auf als im Fall einer nicht gefällten Legierung.
Diese Fällung ist als ein Produkt einer Reaktion zwischen einigen in dem Cr-Ausgangsmaterial-Pulver gelösten Elementen und der umgebenenden Atmosphäre in dem Sinteroder Infiltrations-Schritt anzusehen. Zieht man dies weiter in Betracht, wird zusätzlich zu den obigen Maßnahmen vorgeschlagen, daß Beachtung nicht nur dem Vorhandensein eingemischter Verunreinigungen und Niederschläge in dem Ausgangsmaterial geschenkt werden muß, sondern auch den Oxidprodukten, die durch Reaktion mit Sauerstoff erzeugt werden, der in dem Ausgangsmaterial und in der Atmosphäre enthalten ist.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Kenntnisse wurde im Rhhmen der vorliegenden Erfindung ein technisches Verfahren gefunden, mit dem man ein Cr-Ausgangsmaterial-Pulver einer Hitzebehandlung unterwirft, speziell einer Behandlung bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 1.300 ºC bis geringfügig unterhalb des Schmelzpunktes. Dies erfolgt vor dem Pulverisieren. Das erhaltene Cr-Pulver ist sehr nützlich zur Herstellung eines Kontaktmaterials, mit dem sich das Auftreten des Rückschlag-Phänomens an den Kontakten verhindern läßt.
Jedoch erfordert dieses Hitzebehandlungs-Verfahren eine recht hohe Temperatur, und dementsprechend erhöht sich der Verlust an Cr-Material durch merkliche Verdampfung. Außerdem wird auch die Vorrichtung zur Herstellung stark verschmutzt. Daher ist eine weitere Verbesserung erwünscht.
Im Hinblick auf die obigen Umstände wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kontakimaterials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung des Cr-Cu-Legierungs-Kontaktmaterials aus den Cr- und Cu- Ausgangsmaterial-Pulvern das Cr-Ausgangsmaterial einer Hitzebehandlung mit einem Kohlenstoff-Material unterworfen wird. Gemaß diesem verbesserten Verfahren kann das Hitzeniveau, das zum Erhalt eines Cr-Ausgangsmaterial-Pulvers erforderlich ist, das zum Verhindern des Rückschlagphänomens geeignet ist, auf einen Temperaturwert innerhalb des Bereichs von 800 ºC bis 1.400 ºC durch Verwendung eines Kohlenstoff-Materials gesenkt werden.
Nachfolgend wird die Herstellung des Cr-Ausgangsmaterials allgemein beschrieben, bevor eine detaillierte Erläuterung jedes Schritts des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung gegeben wird; der Herstellungsschritt des Cr-Ausgangsmaterials hat - wie vorstehend erwähnt wurde - eine Wirkung auf alle späteren Schritte des Herstellungsprozesses.
Derzeit können kommerziell angewendete Verfahrensweisen des Erschmelzens von Cr- Material allgemein in zwei Verfahrensweisen eingeteilt werden: Das erste Verfahren ist ein Reduktionsverfahren, das die Reduktion eines Cr enthaltenden Erzes wie beispielsweise FeCr&sub2;O&sub4;, MgCr&sub2;O&sub4; und dergleichen unter Verwendung von Aluminium, Silicium und dergleichen unter Erhalt eines reduzierten Cr-Metalls einschließt. Das zweite Verfahren ist ein Elektrolyseverfahren, in dem nach dem Zeitpunkt, zu dem Cr enthaltendes Erz gelöst wird, unlösliche Nichtmetall-Verunreinigungen unter Herstellung einer Elektrolytlösung abgetrennt werden, die dann unter Erhalt eines Elektrolyt-Cr-Metalls elektrolysiert wird.
Üblicherweise enthält das reduzierte Cr-Metall etwa 1.000 ppm gasförmiger Verunreinigungen wie beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, und etwa 1.000 ppm bis 10.000 ppm nicht-gasförmiger Verunreinigungen wie beispielsweise Aluminium, Silicium, Eisen und dergleichen. Im Gegensatz dazu enthält das elektrolytisch gewonnene Cr-Metall etwa 1.000 ppm bis 10.000 ppm gasförmiger Verunreinigungen, was eine merklich große Menge darstellt, und etwa 100 ppm nicht-gasförmiger Verunreinigungen, was eine relativ kleine Menge darstellt. Das wie oben beschrieben erhaltene Cr-Metall wird zu einem Pulver mit einer gewunschten Teilchengröße pulverisiert und dann zur Herstellung eines Kontaltmaterials verwendet.
In dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das nach einem der beiden oben beschriebenen Verfahren erhaltene Cr-Pulver mit Kohlenstoff-Pulver gemischt und so ein Cr-C-Mischpulver geschaffen, das dann wenigstens einmal einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 800 ºC bis 1.400 ºC im Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre wie beispielsweise einer Wasserstoff-Atmosphäre und dergleichen unterworfen wird. So wird ein dekontaminiertes Cr-Material erhalten. Danach wird das dekontaminierte Cr-Material mit den anderen Ausgangsmaterialien unter Herstellung eines Kontaktmaterials zusammengegeben. Einzelheiten jedes der Schritte in dem Herstellungsverfahren werden nachfolgend erläutert.
Zum einen ist es während des Dekontaminationsschritts bevorzugt, daß ein Cr-Pulver mit einer Teilchengröße innerhalb des Bereichs von angenähert 1 bis 250 µm als Cr-Ausgangsmaterial verwendet wird. Dies ist ein wichtiger Faktor zur Realisierung einer wirksamen Behandlung mit dem Kohlenstoff-Pulver, da dann, wenn das Cr-Ausgangsmaterial bis zu dem Punkt pulverisiert wird, an dem die Teilchengröße geringer als 1 µm ist, ein derartiges Cr-Pulver eine höhere Menge an Chromoxid aufgrund der Tatsache enthält, daß die Oberfläche der Cr-Teilchen leicht durch Oxidation durch die umgebende Atmosphäre oxidiert wird. Als Ergebnis kann dem Cr-Pulver eine größere Menge an Kohlenstoff zuzusetzen sein, um in zufriedenstellender Weise gasförmige, sauerstoffhaltige Verunreinigungen wie beispielsweise Sauerstoff von dem Cr-Pulver zu entfernen. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn das Cr-Ausgangsmaterial eine Teilchengröße über 250 µm aufweist, der Kohlenstoff nicht vollständig auf die Cr-Ausgangsmaterial-Teilchen wirken. Als Ergebnis kann der Sauerstoff in dem Cr-Ausgangsmaterial nicht vollständig entfernt werden. Daher ist es am meisten bevorzugt, daß das Herstellungsverfahren eine Pulverisierungsbehandlung des Cr-Ausgangsmaterials in der Weise einschließt, daß dieses eine gewünschte Teilchengröße innerhalb des oben genannten Bereichs vor der Zugabe des Kohlenstoff-Pulvers erreicht. In dieser Beziehung wird die Pulverisierung wünschenswerterweise in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Außerdem ist es zum Sicherstellen einer wirksamen Behandlung auch bevorzugt, daß die Teilchengröße des für die Dekontamination verwendeten Kohlenstoff-Pulvers dieselbe ist wie diejenige des Cr- Ausgangsmaterial-Pulvers.
Im nächsten Schritt werden die oben beschriebenen Cr- und C-Pulver sorgfältig gemischt. Was das Mischungsverhältnis des Cr-Pulvers zu dem C-Pulver angeht, ist festzustellen, daß die Menge an Kohlenstoff-Pulver vorzugsweise innerhalb des Bereichs von angenahert 50 ppm bis 5.000 ppm (auf das Gewicht bezogene Angabe) liegt, bezogen auf die Menge an Cr-Ausgangsmaterial-Pulver, um gasförmige sauerstoffhaltige Verunreinigungen von dem Cr-Ausgangsmaterial-Pulver effizient und ausreichend zu eliminieren. Wenn der Kohlenstoff-Gehalt geringer ist als 50 ppm, bezogen auf das Gewicht, ist die Entfernung der gasförmigen sauerstoffhaltigen Verunreinigungen von dem Cr-Ausgangsmaterial unzureichend, und das aus diesem Cr-Material hergestellte Kontaktmaterial ist nicht in zufriedenstellender Weise in Bezug auf die Rückschlaghäufigkeit verbessert. Wenn im Gegensatz dazu der Kohlenstoff-Gehalt über 5.000 ppm liegt, bezogen auf das Gewicht, kann die Eliminierung der gasförmigen Verunreinigungen in zufriedenstellender Weise durchgeführt werden. Jedoch bleibt eine Überschußmenge an Kohlenstoff in dem Cr- Material nach der Hitzebehandlung zurück. Dadurch verschlechtert sich die Eigenschaft des Cu-Cr-Legierungs-Kontaktmaterials, das aus dem Cr-Material hergestellt wird, eine bestimmte Spannung auszuhalten.
Das wie oben beschrieben hergestellte Cr-C-Mischpulver wird vorzugsweise unter Bildung eines Preßlings vor der Hitzebehandlung verpreßt. Alternativ dazu kann das Mischpulver in einem Gefäß gehalten werden.
Diese Verfahrensweisen sind nützlich dafür, einen Materialverlust durch Verstreuen zu vermeiden, und sind auch wirksam dahingehend, einen Rückgang der Effizienz der Dekontamination aufgrund einer Aggregation der Cr- und C-Pulver zu vermeiden. Wenn nämlich das Cr-C-Mischpulver in fließfahigem Zustand während der Handhabung liegt, aggregieren die Cr-Teilchen und die C-Teilchen in dem Mischpulver allmählich untereinander und unterbrechen daher die gleichmäßige Verteilung. Dies führt anschließend zu einer Verschlechterung der Effizienz des Entfernens von Gas. Wenn jedoch das Mischpulver mit einem leichten Druck verpreßt ist oder in einem Gefäß gehalten wird, so daß es wenigstens seine Form halten kann, ist dies ausreichend für das Herstellungsverfahren gemaß der vorliegenden Erfindung. Wenn das Mischpulver verpreßt wird, wird es vorzugsweise verpreßt bei einem Druck von höchstens 8 t/cm². Wenn der Preßdruck diesen Wert übersteigt, wird der Preßkörper leicht beschädigt. Daher ist ein solch hoher Druck wirtschaftlich nicht ratsam. Außerdem beeinträchtigt ein übermäßig hoher Druck beim Verpressen in nachteiliger Weise die Effizienz der Dekontamination während der Hitzebehandlung.
Das Mischpulver wird nach dem Schritt des Verpressens oder Lagerns in einem Gefäß einer Hitzebehandlung unterworfen, in der es gesintert wird, um sauerstoffhaltige Gas- Verunreinigungen mit Hilfe der Kohlenstoff-Komponente zu entfernen. Die Temperatur des Aufheizens liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 800 ºC bis 1.400 ºC. Wenn die Sintertemperatur niedriger ist als 800 ºC, ist es nicht wahrscheinlich, daß die Dekontamination des Cr-Materials vollständig abläuft, und selbst dann, wenn sie vollständig abläuft, würde dies eine übermäßig lange Zeit in Anspruch nehmen. Wenn andererseits die Temperatur 1.400 ºC übersteigt, ist zwar die Dekontamination ausreichend, jedoch wird das Cr-Material kräftig verdampft. Dadurch erhöht sich der Materialverlust an Cr-Komponente, und die Herstellungsvorrichtung wird auch stark verschmutzt. Außerdem ist auch deswegen, weil die Reaktion der Cr-Komponente mit der Kohlenstoff-Komponente Trichromdicarbid (Cr&sub3;C&sub2;) erzeugt, Überschußwärme über den oben speziell angegebenen Temperaturbereich hinaus nicht bevorzugt.
Die Sinter-Atmosphäre ist vorzugsweise eine nicht-oxidierende Atmosphäre wie beispielsweise ein Vakuum, eine Wasserstoff-Atmosphäre oder dergleichen. Die bevorzugte Wahl ist ein Vakuum oberhalb von 133 x 10&supmin;&sup5; Pa (1 x 10&supmin;&sup5; Torr), da Sauerstoffgas, Stickstoffgas und dergleichen leicht aus dem verpreßten Cr-Pulver oder dem in dem Gefaß und dem zum Sintern verwendeten Behälter entfernt werden können.
Das durch die oben beschriebene Hitzebehandlung dekontaminierte Cr-Material wird dann vorzugsweise einer Pulversierungsbehandlung unterworfen, bevor es für den Herstellungsschritt verwendet wird, in dem es zu emem Pulver mit einer gewünschten Teilchengröße für den Herstellungsschritt verarbeitet wird. Die mittlere Teilchengröße des pulverisierten Cr-Pulvers ist vorzugsweise auf einen Bereich von 5 bis 250 µm beschränkt, um passende elektrische Eigenschaften des erhaltenen Kontaktmaterials sicherzustellen und in wirksamer Weise eine Herstellung beispielsweise durch Sintern zu bewirken. Wenn nämlich die mittlere Teilchengröße geringer ist als 5 µm, werden leicht Poren in dem Grundgerüst gebildet, nachdem dieses mit dem Cu-Material und dergleichen infiltriert wurde, sowie in dem durch Festphasen-Sintern erhaltenen Kontmaterial (Einzelheiten des Sinterverfahrens werden nachfolgend beschrieben), und ein großes Luftvolumen existiert in dem Kontaktmaterial. Dies ist für die richtigen elektrischen Eigenschaften der Kontakte nicht bevorzugt, da es die Rückschlag-Häufigkeit erhöht. Wenn andererseits der mittlere Teilchendurchmesser größer ist als 250 µm, werden die Eigenschaft, Spannungen auszuhalten, sowie die charakteristischen Brucheigenschaften der erhaltenen Kontakte in starkem Maße unsicher. Darüber hinaus tritt in dem Kontaktmaterial eine Abtrennung ein, die zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit eines Unterbrecherschalters nicht bevorzugt ist.
Gemaß den bevorzugten Ausführungsformen der Dekontaminationsbehandlung kann der Sauerstoffgehalt des Cr-Materials auf einen Wert von unter 200 ppm (bezogen auf das Gewicht) gesenkt werden.
Das Verfahren zur Herstellung von Kontaktmaterialien für Unterbrecherschalter kann allgemein in zwei Verfahrensweisen unterteilt werden, nämlich ein Festzustands-Sinterverfahren und ein Infiltrationsverfahren. Bei dem Herstellungsverfahren ist es möglich, die Menge an gasförmigen kontaminierenden Substanzen, die in dem Ausgangsmaterial enthalten sind, in gewisser Weise durch Steuern der Hitzebehandlungs-Temperatur während des Sinterns oder während der Infiltration zu senken. In diesem Zusammenhang ist es dann, wenn das Kontaktmaterial aus einem Cr-Material hergestellt wird, das Sauerstoffgas und Stickstoffgas jeweils in einer Menge von mehr als 200 ppm (bezogen auf das Gewicht) enthält, schwierig, die Menge an gasförmigen verunreinigenden Substanzen auf einen bevorzugten Wert von unter 200 ppm (bezogen auf das Gewicht) oder einen gewünschten Wert von weniger als 100 ppm (bezogen auf das Gewicht) zu steuern. In dem Cu-Cr-Legierungs-Kontaktmaterial, das mehr als 200 ppm gasförmiger kontaminierender Stoffe (Sauerstoff) enthält, bezogen auf das Gewicht, besteht eine Neigung dazu, daß das Rückschlag-Phänomen häufig auftritt. Es ist daher bevorzugt, sowohl die Menge an Sauerstoffgas als auch die Menge an Stickstoffgas in dem pulverisierten Cr- Pulver auf einen Wert unterhalb von 200 ppm zu steuern. Da andererseits die gasförmigen kontaminierenden Stoffe, die innerhalb der Teilchen des Cr-Ausgangsmaterials enthalten sind, in starkem Ausmaß durch die oben beschriebene Hitzebehandlung entfernt wurden, ist es wichtig, zu verhindern, daß das dekontaminierte Cr-Material verunreinigende Gaskomponenten aus der umgebenden Atmosphäre während der Pulverisierung absorbiert.
Um die obigen Ziele zu erreichen, ist es wichtig, zu verhittdern, daß das dekontaminierte Cr-Material durch die während der Pulverisierung erzeugte Reibungshitze erhitzt und oxidiert wird. Daher sollte eine heftige Pulverisierung vermieden werden. Außerdem sollte eine Pulverisierung vorzugsweise in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden, insbesondere dann, wenn das Pulver eine Teilchengröße von 100 µm oder weniger aufweist.
Als nächstes wird das pulverisierte Cr-Material an den Herstellungsschritt weitergeleitet. Im Herstellungsschritt kann - wie vorstehend bereits beschrieben - alternativ das Festphasen-Sinterverfahren oder das Infiltrationsverfahren angewendet werden. In dem Festphasen-Sinterverfahren wird das Cr-Material-Pulver mit Cu-Pulver als elektrisch leitende Komponente und anderen Materialien vermischt, beispielsweise mit Silberpulver. Dieses wird zusätzlich gemischt oder alternativ in einer gewunschten Endzubereitung eingemischt. Das Mischpulver wird dann verpreßt und unter Erhalt eines Kontaktmaterials gesintert.
Wenn das Infiltrationsverfahren zur Herstellung des Kontaktmaterials angewendet wird, ist es möglich, das dekontaminierte Cr-Material ohne Pulverisierung zu verwenden, indem man den Preßdruck des Cr-C-Mischpulvers vor der Hitzebehandlung steuert. Mit anderen Worten: Der Preßdruck ist ein Faktor zur Bestimmung des Cr-Gehalts in der Cu-Cr- Legierung, die durch das Infiltrationsverfahren hergestellt wird.
Speziell kann der Cr-Gehalt in dem Cu-Cr-Legierungsmaterial, das zusätzlich oder alternativ eine Silber-Komponente einschließen kann, selektiv innerhalb des Bereichs von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% geändert werden, indem man den Preßdruck steuert. Der Preßdruck wird auf einen Bereich von 8 t/cm² oder weniger eingestellt, vorzugsweise auf einen Bereich von 7,5 t/cm² oder weniger und am meisten bevorzugt auf einen Bereich von 7 t/cm² oder weniger. Wenn das Cr-C-Mischpulver bei einem Druck von mehr als 8 t/cm² verpreßt wird, übersteigt der Gehalt der Cr-Komponente in dem Preßmaterial nach dem Infiltrieren 80 Gew.-%. Wenn der gewünschte Cr-Gehalt für die infiltrierte Legierung vergleichsweise hoch ist, beispielsweise um 80 Gew.-% herum, ist die oben beschriebene Herstellungsweise zur Herstellung des gewünschten Cr-Grundgerüsts anwendbar. Wenn jedoch der gewünschte Gehalt niedrig ist, beispielsweise nahe 20 Gew.-%, ist es schwierig, ein Grundgerüst zum Erhalt eines derartigen Legierungsmaterials durch das oben beschriebene Verfahren unter Anwendung nur des Cr-Ausgangsmaterials zu schaffen. In einem derartigen Fall wird eine erforderliche Menge an Cu-Pulver dem Cr-Ausgangsmaterial und dem Kohlenstoff-Pulver unter Bildung eines Cr-C-Cu-Mischpulvers zugesetzt und das erhaltene Pulver verpreßt. Der Preßdruck wird in diesem Fall vorzugsweise auf einen Wert von 8 t/cm² oder weniger eingestellt. Wenn der Preßdruck diesen Wert übersteigt, neigt der Preßling dazu, wahrend der Hitzebehandlung zu brechen.
Der Preßling wird mit einer Sinter-Umhüllung in einen Ofen gestellt und einer Hitzebehandlung unterworfen. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß sowohl die Einstellung der Behandlungstemperatur als auch der Behandlungszeit beim Sintervorgang die Dichte, auch bekannt als Porosität, des Cr-Gerüsts beeinflussen, das beim Sintern erhalten wird. Daher muß der bevorzugte Bereich der Einstellung in Übereinstimmung mit dem Anteil des Gehalts der Cr-Komponente und demjenigen der Cu-Komponente m dem Cr- Gerüst gewählt werden, das in das Cu-Material infiltriert wird. Wenn beispielsweise das gewünschte Verhältnis Cr/Cu etwa 50/50 ist (bezogen auf das Gewicht), muß das Grundgerüst so hergestellt werden, daß es eine Porosität innerhalb des Bereichs von 40 Vol.-% bis 50 Vol.-% aufweist. In diesem Fall besteht eine bevorzugte Einstellung darin, daß die Heiztemperatur innerhalb des Bereichs von 900 ºC bis 950 ºC liegt und die Heizdauer innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 2 h oder - noch mehr bevorzugt - innerhalb des Bereichs 1/4 h bis 1 h liegt.
Das Cr-Grundgerüst wird dann auf einem Cu-Infiltrationsmaterial angebracht und im Vakuum innerhalb eines Druckbereichs von 133 x 10&supmin;&sup4; bis 133 x 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10&supmin;&sup4; Torr bis 10&supmin;&sup6; Torr) erhitzt, so daß das Cu-Material schmilzt und in die Poren des Cr-Grundgerüsts infiltriert. Dadurch wird ein fertiges Kontakt-Legierungsmaterial erhalten. Sofern erforderlich, kann das Infiltrationsmaterial zusätzlich oder alternativ eine weitere Komponente wie beispielsweise Silber und dergleichen einschließen, um ein fertiges Kontaktmaterial herzustellen, das eine weitere Komponente einschließt.
Die Temperatur der Durchführung der Reaktion wird auf den Schmelzpunkt des für die Infiltration verwendeten Materials oder einen höheren Wert eingestellt. Wenn einfaches Kupfer als Infiltrationsmaterial verwendet wird, wird die Temperatur zur Durchführung der Reaktion vorzugsweise auf einen Wert innerhalb des Bereichs von 1.100 ºC bis 1.300 ºC eingestellt. Wenn Silber verwendet wird, liegt die Temperatur vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1.000 ºC bis 1.100 ºC. Der Verfahrensschritt der Infiltration wird für eine ausreichende Zeit durchgefüt, um zu ermöglichen, daß das Cu-Material in die Poren in dem Cr-Grundgerüst infiltriert.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, eine Schicht mit dem Infiltrationsmaterial auf einem Abschmtt der Oberfläche des Cr-Grundgerusts m dem Infiltrationsschritt zu bilden, da es diese Verfahrensweise möglich macht, die Bindung zwischen dem erhaltenen Kontakt- Legierungsmaterial und einem elektrischen Leiter eines Unterbrecherschalters zu erleichtern, wenn die Materialien miteinander durch Löten mit Silber oder dergleichen verbunden werden.
Im Verlauf des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens ist es bevorzugt, daß jeder Schritt in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, beispielsweise in einer Inertgas-Atmosphäre wie beispielsweise Argon und dergleichen, einer Wasserstoffgas- Atmosphäre, einer Stickstoffgas-Atmosphäre, im Vakuum oder dergleichen
Um die elektrischen Eigenschaften des hergestellten Kontaktmaterials zu verbessern, ist es noch mehr bevorzugt, das Material einer weiteren Hitzebehandlung während des Herstellungsverfahrens zusätzlich zu dem oben beschriebenen Hitzebehandlungsschritt zur Gasdekontamination zu unterwerfen.
Die letzten Endes erhaltene Zubereitung des Kontakt-Legierungsmaterials, die durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erhalten wird, enthält vorzugsweise sowohl die Cu-Komponente als auch die Cr-Komponente in einem Gehalt innerhalb des Bereichs von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%. Die Cu-Komponente kann ganz oder alternativ durch eine andere Komponente wie beispielsweise Silber ersetzt werden. Wenn der Gehalt der Cr- Komponente 80 Gew.-% übersteigt, besteht eine Neigung dazu, daß die Kontaktflächen leicht das Auftreten des Lötphänomens aufgrund von Joule'scher Hitze hervorrufen und dadurch recht leicht rauh werden. Dies ist nicht bevorzugt, da die Rauhheit die Rückschlag-Häufigkeit erhöht. Darüber hinaus kann ein solches Kontaktmaterial den Kontakt nicht in ausreichender Weise unterbrechen. Beispielsweise kann mit diesem Material ein elektrischer Strom von 40 kA bei einer Spannung von 7,2 kV nicht unterbrochen werden. Wenn andererseits der Gehalt an der Cr-Komponente germger ist als 20 Gew.-%, kann der Kontakt Spannungen über 40 kV nicht standhalten, und es tritt die Bildung eines Lichtbogens auf, was dazu führt, daß die Kontakte herabgeschmolzen werden.
Darüber hinaus ist es zur Stabilisierung der elektrisch leitenden Eigenschaften des Kontaktmaterials bevorzugt, daß das Verhältnis des Cr-Komponententeils, der in der Phase der elektrisch leitenden Komponente, nämlich der Cu-Komponente oder der alternativ verwendeten Ag-Komponente, m etwa innerhalb des Bereichs von 0,01 Gew.-% bis 0,35 Gew.-% liegt.

Beispiele

Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen. Bevorzugte Ausführüngsformen eines Verfallrens zur Herstellung des Kontaktinaterials gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
Zuerst wird der Vakuum-Unterbrecherschalter, an dem das Kontaktmaterial aufgebracht werden kann, das durch das Herstellungsverfahren gemaß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2- erläutert.
Wie in Figur 1 gezeigt, wird eine Unterbrecher-Kammer 1 mit einem isolierenden Gehäuse 2 und Deckelbauteilen 4a und 4b konstruiert. Das isolierende Gehäuse 2 wird in nahezu zylindrischer Form aus einem isolierenden Material gebildet und die Deckelbauteile 4a und 4b sind auf beiden Enden des isolierenden Gehäuses 2 über Versiegelungs- Metallteile 3a und 3b angeordnet, so daß das Innere des isolierenden Gehäuses 2 in Form einer luftdichten Vakuumkammer gehalten wird. In der Unterbrecher-Kammer 1 sind elektrisch leitende Stäbe 5 und 6 in der Weise in Reihe angeordnet, daß ihre jeweiligen Enden, die innerhalb der Umhüllung liegen, so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberstehend angeordnet sind. Ein Paar von Elektroden 7 und 8 sind an jedem der in Reihe angeordneten Enden der Stäbe angeordnet. Die obere Elektrode 7 entspricht einer feststehenden Elektrode, und die untere Elektrode 8 entspricht einer bewegbaren Elektrode. Die bewegbare Elektrode 8 ist mit einem Baig 9 versehen, so daß die bewegbare Elektrode 8 in axialer Richtung bewegt werden kann und dabei das luftdichte Vakuum in der Unterbrecher-Kammer 1 aufrechterhalten werden kann. Auf dem Balg 9 ist ein Funkenrechen 10 aus Metall vorgesehen, um den Balg davor zu schützen, daß er mit Metalldampf aus den Funken bedeckt wird. Außerdem wird ein Funkenrechen 11 aus Metall in der Unterbrecher-Kammer 1 vorgesehen, um die Elektroden 7 und 8 zu bedecken. Dieser Funkenrechen 11 kann verhindern, daß der Metalldampf aus der Funkenbildung bzw. Lichtbogenbildung die isolierende Umhüllung 2 bedeckt.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, die eine vergrößerte Ansicht eines Kontaktteils ist, ist die Elektrode 8 an einem Lötabschnitt 12 des leitenden Stabs 6 mit einem Lötmittel befestigt. Alternativ dazu kann die Elektrode 8 an dem leitfähigen Stab 6 befestigt werden, indem man den Abschnitt 12 mit der Elektrode 8 verstemmt bzw. verschweißt Ein Kontakt 13a wird auf der Elektrode 8 mit einem Lötmittel 14 befestigt. In ähnlicher Weise wird ein Kontakt 13b an der festen Elektrode 7 befestigt.
Das Kontaktmaterial gemaß der vorliegenden Erfindung ist für jeden der beiden oben genannten Kontakte 13a und 13b geeignet.
Außerdem wurde unter Verwendung des obigen Unterbrecherschalters die Rückschlag- Häufigkeit zur Bewertung in Bezug auf jede Probe von Kontakt-Legierungsmaterialien gemessen, die in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, die nachfolgend erläutert werden. Nachfolgend findet sich eine detaillierte Beschreibung des Meßverfahrens.

Messung der Rückschlag-Häufigkeit:

Ein Paar scheibenartiger Proben-Legierungsstücke, von denen jedes einen Durchmesser von 30 mm und eine Dicke von 5 mm hatte, wurden an Elektroden des oben beschriebenen Vakuum-Unterbrecherschalters des auseinandernehmbaren Typs befestigt, indem man sie für 30 min bei einer Temperatur von 450 ºC brannte. Es sollte hier angemerkt werden, daß die Installation der Probenstücke nicht von der Verwendung eines Lötmittels und auch nicht von der Anwendung von Hitze zum Löten begleitet war. Der Unterbrecherschalter wurde dann mit einer Schaltung der Stärke 6 kV x 500 A verbunden. In diesem Zustand wurde der Kontakt wiederholt unterbrochen, nämlich 2.000-mal. Während dieser Vorgehensweise wurde die Rückschlag-Häufigkeit berechnet durch Zählen der Anzahl von Malen, bei denen ein Rückschlag stattfand. Unter Verwendung zweier verschiedener Sätze von Vakuum-Unterbrecherschaltern wurden 6 Paare von Probenstücken dem Unterbrechungs-Test für jede Probe unterworfen. Ein Verteilungsbereich für die sechs Werte der Rückschlag-Häufigkeit ist in den mit "Rückschlag-Häufigkeit" bezeichneten Spalten der Tabellen gezeigt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Kontaktmaterials erläutert, das in jedem der Beispiele gemäß der vorliegenden Erfmdung angewendet wurde.
Zuerst wurde zur Herstellung von Cr-Probepulvern, wie sie zur Herstellung eines Kontakt-Legierungsmaterials verwendet wurden, ein Ferrochrom-Ausgangsmaterial mit hohem Kohlenstoff-Gehalt in Schwefelsäure unter Erhalt einer Lösung gelöst. Diese Lösung wurde anschließend in einem Elektrolytverfahren unter Bildung einer Cr-Metallplatte behandelt. Die Cr-Metallplatte wurde anschließend mit einem Brechwerk unter Erhalt eines groben Cr-Pulvers mit einer Teilchengröße von angenähert 0,5 mm bis 2 mm pulverisiert. Das grobe Pulver wurde zur Herstellung der folgenden Proben A bis L verwendet.

Probe A:

Das wie oben beschrieben hergestellte grobe Cr-Pulver wurde weiter mittels eines Mahlwerks pulverisiert und anschließend mit einem Vibrationssieb gesiebt. So wurde ein Cr- Ausgangsmaterial-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße innerhalb des Bereichs von 1 µm bis 250 µm abgetrennt. Das Cr-Ausgangsmaterial-Pulver wurde weiter gesiebt und so eine Probe A erzeugt, d.h. ein Cr-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße innerhalb des Bereichs von 5 µm bis 250 µm.

Proben B, C, D, E und F:

Ein Anteil des Cr-Pulvers von Probe A wurde in passender Weise mit einem Kohlenstoff- Pulver gemischt, das angenähert dieselbe Teilchengröße hatte wie diejenige des Cr-Pulvers von Probe A. Dies geschah unter Verwendung eines Mischers bei einem Kohlenstoff- Gehalt von 10 ppm, bezogen auf das Gewicht. So wurde ein Cr-C-Mischpulver gemäß Probe B erhalten.
In derselben Weise wurden die Cr-C-Mischpulver der Proben C, D, E und F hergestellt, indem man das Cr-Pulver von Probe A verwendete und den Kohlenstoff-Gehalt, mit dem das Cr-Pulver gemischt wurde, auf 50 ppm (Probe C), 1.000 ppm (Probe D), 5.000 ppm (Probe E) und 30.000 ppm (Probe F) änderte, wobei alle Werte auf das Gewicht bezogen sind.

Proben G, H, I, J, K und L:

Ein weiterer Mengenanteil des Cr-Pulvers von Probe A wurde einer Hitzebehandlung zur Dekontamination unterworfen. In dieser Behandlung wurden die Preßlinge auf eine Temperatur von 1.300 ºC 1 h lang im Vakuum von etwa 266 x 10&supmin;&sup5; Pa (2 x 10&supmin;&sup5; Torr) erhitzt. Der gesinterte Preßling wurde anschließend 12 h lang in einem Mahlwerk pulverisiert, das in eine Stickstoff-Atmosphäre eingeschlossen war. Dadurch wurde Probe G erhalten, d.h. ein dekontaminiertes Cr-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 70 µm.
Andererseits wurde in Bezug auf die Cr-C-Mischpulver der Proben B, C, D, E und F eine Teilmenge jedes Mischpulvers einzeln bei einem Preßdruck von 1 t/cm² verpreßt. Dafür verwendete man eine Brikettiermaschine und stellte so einen Cr-C-Probenpreßling her. Jeder Preßling wurde dann einer Hitzebehandlung unterzogen und in einer Weise pulverisiert, die ähnlich derjenigen von Beispiel G war. So wurden Cr-Pulver der Proben H, I, J und K erhalten.
Der Sauerstoff-Gehalt der wie oben beschrieben hergestellten Probenpulver wurde in Übereinstimmung mit dem Meßverfahren gemessen, das nachfolgend im einzelnen beschrieben ist.

Messung des Sauerstoff-Gehalts:

Vor Durchführung irgendeiner Messung wurde für Reinigungszwecke ein Graphit-Tiegel auf eine Temperatur von etwa 3.000 ºC erhitzt. Danach wurde in Übereinstimmung mit dem Inertgas-Schmelzverfahren eine Probe, die dadurch gereinigt worden war, daß man sie mit Aceton im Fall einer festen Probe gewaschen hatte, in den Tiegel gegeben und auf eine Temperatur von angenähert 2.500 ºC für eine Zeit von 25 s erhitzt. Während dieses Zeitraums wurde elementarer Sauerstoff in der Probe in Form von Kohlenmonoxid abgegeben und unter Anwendung einer Infrarot-Absorptionsanalyse bestimmt. Der Sauerstoff-Gehalt entsprechend der Menge der sauerstoffhaltigen gasförmigen Verunreinigungen in der Probe wurde bestimmt durch Vergleichen des erhaltenen Ergebnisses mit demjenigen einer Standardprobe gemäß dem Japanese Steel Standard Nr. GS-1C.
Die Meßergebnisse der obigen Probenpulver A bis L sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie deutlich in Tabelle 1 gezeigt ist, enthielten das Cr-Pulver und die Cr-C-Mischpulver, die nicht einer Hitzebehandlung unterworfen worden waren, speziell das Pulver von Probe Nr. 1 und die Mischpulver der Proben B, C, D, E und F einige Tausend ppm Sauerstoff bezogen auf das Gewicht. Andererseits war bei den Cr-Pulvern, die einer Hitzebehandlung unterworfen worden waren, speziell bei den Pulvern der Proben G, H, I, J, K und L, der Sauerstoff-Gehalt niedriger. Bei den Pulvern der Proben I, J und K, die mit einem Kohlenstoff-Material hitzebehandelt worden waren, das in einer Menge innerhalb des Bereichs von 50 bis 5.000 ppm, bezogen auf das Gewicht, zugesetzt worden war, der Sauerstoff-Gehalt dramatisch reduziert und erreichte den Bereich von 20 ppm bis 110 ppm, bezogen auf das Gewicht. Bei dem Pulver der Probe H, die mit 10 ppm, bezogen auf das Gewicht, eines Kohlenstoff-Materials behandelt worden war, schwankte der Wert des Sauerstoff-Gehalts in weitem Umfang innerhalb des Bereichs von 270 ppm bis 1.200 ppm, bezogen auf das Gewicht. Im Gegensatz dazu neigte der Sauerstoff-Gehalt des Pulvers der Probe L, die mit 10.000 ppm, bezogen auf das Gewicht, eines Kohlenstoff- Materials behandelt worden war, zum Anstieg. Dieser Anstieg wird angesehen als Folge einer Absorption von Gas durch das Kohlenstoff-Ausgangsmaterial.
Als nächstes wurde unter Verwendung der Cr-Pulver und Cr-C-Mischpulver der wie oben beschrieben erhaltenen Proben A bis L ein Kontakt-Legierungsmaterial herstellt, wobei man in jedem der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele das Infiltrationsverfahren anwendete.

Vergleichsbeispiele 1 bis 7 und Beispiele 1 bis 5

Das Cr-Pulver von Probe A wurde in ein aus Kohlenstoff hergestelltes Gefaß gegeben und bei einer Temperatur von 1.050 ºC bei einem Vakuum von 931 x 10&supmin;&sup6; Pa (7 x 10&supmin;&sup6; Torr) für die Zeit von 1 h unter Erhalt eines Cr-Grundgerüsts gesintert. Danach wurde ein Cu- Infiltrationsmaterial in die Poren des Cr-Grundgerüsts bei einer Temperatur von 1.150 ºC in einem Vakuum von 266 x 10&supmin;&sup5; Pa (2 x 10&supmin;&sup5; Torr) für die Zeit von 1 h infiltriert und so ein Cu-Cr-Legierungsmaterial gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhalten. Dieses schließt eine Cu-Komponente bei einem Gehalt von etwa 50 Gew.-% ein.
In ähnlicher Weise wurden die Cu-Cr-Legierungsmaterialien der Vergleichsbeispiele 2 bis 7 und der Beispiele 1 bis 5 aus den Cr-C-Mischpulvern der Proben B bis F und den Cr- Pulvern der Proben G bis L durch das Infiltrationsverfanren hergestellt. Auch diese Legierungsmaterialien schließen eine Cu-Komponente bei einem Wert des Gehalts von etwa 50 Gew.-% ein.
Der Sauerstoff-Gehalt und die Rückschlag-Häufigkeit der Cu-Cr-Legierungsmaterialien, die wie oben beschrieben erhalten worden waren, wurden gemessen, und die Ergebnisse smd in Tabelle 2 gezeigt.
Da das in Vergleichsbeispiel 1 verwendete Cr-Pulver eine große Sauerstoff-Menge enthielt, enthielt das erhaltene Legierungsmaterial immer noch Sauerstoff in einer Konzentration von etwa 1.000 ppm, bezogen auf das Gewicht. Die Rückschlag-Häufigkeit lag auf einem hohen Wert von einigen Prozent. In ähnlicher Weise zeigt sich in den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 nur eine geringe Verbesserung.
Zum Vergleich waren deswegen, weil der Sauerstoff-Gehalt des verwendeten Cr-Pulvers niedrig war, der Sauerstoff-Gehalt und die Rückschlag-Häufigkeit der erhaltenen Legierungsmaterialien in Vergleichsbeispiel 7 niedriger als diejenigen der oben genannten Vergleichsbeispiele Darüber hinaus wurden diese Verbesserungen verstärkt durch das Vorhandensein eines Kohlenstoff-Materials während der Hitzebehandlung des Cr-Pulvers, wie sich aus den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 5 zeigt. Die Verbesserungen waren sogar merklich, wenn der Kohlenstoff-Gehalt innerhalb eines Bereichs von 50 ppm bis 5.000 ppm lag, bezogen auf das Gewicht. In diesem Bereich betrug der Sauerstoff-Gehalt des Legierungsmaterials weniger als 100 ppm, bezogen auf das Gewicht, und die Rückschlag- Häufigkeit betrug weniger als 0,001 %. Im Gegensatz dazu tritt dann, wenn der Kohlenstoff-Gehalt niedriger ist als der vorstehend angegebene Bereich, was bedeutet, daß die Dekontaminationswirkung des Kohlenstoffs unzureichend ist, das Rückschlag-Phänomen recht häufig auf. Wenn andererseits der Kohlenstoff-Gehalt den oben angegebenen Bereich überschritt, erweiterte sich der Verteilungsbereich des Sauerstoff-Gehalts des Legierungsmaterials, und das Rückschlag-Phänomen trat immer noch häufig auf. Es wird angenommen, daß dieses Auftreten auf einen Überschuß an Kohlenstoff zurückzuführen ist, von dem eine Teilmenge an der Kontaktoberfläche gefällt wurde oder in den Raum zwischen den Elektroden abgegeben wurde.
Als Ergebnis ist festzustellen, daß die Rückschlag-Häufigkeit in wirksamer Weise gesenkt werden kann, indem man das Cr-Ausgangspulver mit Kohlenstoff-Pulver einer Hitzebehandlung unterwirft. In diesem Zusammenhang liegt der bevorzugte Kohlenstoff-Gehalt innerhalb des Bereichs von 50 ppm bis 5.000 ppm, bezogen auf das Gewicht.
Zum dritten wurde unter Verwendung der Cr-Pulver und der Cr-C-Mischpulver der Proben A bis L, die wie oben beschrieben erhalten worden waren, ein Kontakt-Legierungsmaterial durch das Festphasen-Sinterverfahren in jedem der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt.

Vergleichsbeispiele 8 bis 14 und Beispiele 6 bis 10

Das Cr-Pulver von Probe A wurde in eine Kugelmühle gegeben und dort mit Argongas von der Umgebung abgeschlossen. Als nächstes wurde ein reduziertes Cu-Pulver dem Cr- Pulver in einem Mischungsverhältnis 1/1 zugesetzt, bezogen auf das Gewicht, und die Mischung wurde 12 h lang gerührt. Das reduzierte Cu-Pulver war erhalten worden, indem man ein Cu-Pulver mit einer Teilchengröße von 44 µm einer Reduktionsbehandlung unterwarf, in der das Pulver auf eine Temperatur von 400 ºC für die Zeit von 1 h in einer Wasserstoff-Atmosphäre erhitzt worden war. Das Mischpulver wurde dann bei einem Preßdruck von 4 t/cm² unter Bildung eines Preßlings verpreßt. Der erhaltene Preßling wurde bei einer Temperatur von 1.030 ºC 2 h lang in einer Wasserstoff-Atmosphäre gesintert und bei einem Druck von 8 t/cm² kalt gepreßt. Der Preßling wurde weiter bei einer Temperatur von 1.030 ºC 1 h lang im Vakuum (266 x 10&supmin;&sup6; Pa; 2 x 10&supmin;&sup6; Torr) unter Erhalt des Cu-Cr-Legierungsmaterials des Vergleichsbeispiels 8 gesintert. Das Material schließt eine Cu-Komponente in einem Gehalt von etwa 50 Gew.-% ein.
In ähnlicher Weise wurden die Cu-Cr-Legierungsmaterialien der Vergleichsbeispiele 9 bis 14 und der Beispiele 6 bis 10 unter Verwendung der Cr-C-Mischpulver der Proben B bis F und der Cr-Pulver der Proben G bis L durch das oben beschriebene Festphasen-Sinterverfahren hergestellt. Diese Legierungsmaterialien schließen ebenfalls eine Cu-Komponente in einem Gehalt von etwa 50 Gew.-% ein.
Der Sauerstoff-Gehalt und die Rückschlag-Häufigkeit der wie oben beschrieben erhaltenen Cu-Cr-Legierungsmaterialien wurden in derselben Weise wie für die Beispiele 1 bis 5 gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie sich aus den Ergebnissen der Messungen ergibt, sind die Werte der Rückschlag- Häufigkeit der Legierungsmaterialien der Vergleichsbeispiele 8 bis 13, die von den Probenpulvern erhalten worden waren, die eine große Menge an Sauerstoff enthielten (die Legierungen aus diesen Pulvern enthielten Sauerstoff in einem Wert von etwa 1.000 ppm, bezogen auf das Gewicht), ebenfalls bei einem Wert von einigen Prozent oder mehr. Zum Vergleich waren die Werte des Sauerstoff-Gehalts und der Rückschlag-Häufigkeit bei den Cu-Cr-Legierungsmaterialien der Beispiele 6 bis 10, die aus den Probenpulvern erhalten worden waren, die mit einem Kohlenstoff-Pulver hitzebehandelt worden waren, verringert. Dieser Effekt zeigt sich insbesondere bei einem Kohlenstoff-Gehalt innerhalb eines Bereichs von 50 ppm bis 5.000 ppm, bezogen auf das Gewicht, wie aus den Ergebnissen der Beispiele 7 bis 9 ersichtlich ist. In diesem Bereich lag der Sauerstoff-Gehalt des Legierungsmaterials bei weniger als 100 ppm, bezogen auf das Gewicht, und die Rückschlag-Häufigkeit war weniger als 0,001 %. Daher ist es offensichtlich, daß dieser Effekt auf das Vorhandensein des Kohlenstoff-Materials während der Hitzebehandlung zur Dekontaminierung zurückzuführen ist. Wenn jedoch der Kohlenstoff-Gehalt geringer ist als der oben angegebene bevorzugte Bereich, ist dieser Effekt unzureichend. Wenn der Kohlenstoff-Gehalt höher ist als der bevorzugte Bereich, weitet sich der Verteilungsbereich des Sauerstoff-Gehalts des Legierungsmaterials, was Anlaß zu einem häufig auftretenden Rückschlag-Phänomen gibt. Es wird angenommen, daß dieses unvorteilhafte Ergebnis zusätzlich auf einen Überschuß an Kohlenstoff zurückzuführen ist.
Demgemäß wird realisiert, daß eine ähnliche Wirkung in Bezug auf das Verhindern des Rückschlag-Phänomens erreicht werden kann, indem man entweder das Infiltrationsverfahren oder das Festphasen-Sinterverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Daher ist das Cr-Pulver, das unter Anwendung der oben beschriebenen charakteristischen Dekontaminationsbehandlung hergestellt wurde, ein sehr nützliches Material zur Herstellung von Cu-Cr-Legierungs-Kontaktmaterialien.
Das dekontaminierte Cr-Material gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch zur Herstellung von Legierungsmaterialien verwendet werden, die eine andere Komponente enthalten, beispielsweise eine Komponente, die als Schweißinhibitor zugesetzt wird, beispielsweise Bismut oder Tellur oder eine zu der Cu-Komponente alternative Komponente, wobei immer noch ähnliche Wirkungen erzielt werden. Es folgt ein Beispiel einer Modifikation durch Herstellung im Ralimen des Festphasen-Sinterverfahrens.

Beispiele 11 bis 18

Zuerst wurde ein Cu-Ausgangsmaterial-Pulver einer Reduktionsbehandlung unterzogen, indem man es für eine Zeit von 2 h in einer Wasserstoffgas-Atmosphäre, die eine solche Reinheit aufwies, daß der Taupunkt - 70 ºC betrug, erhitzte, und das Pulver anschließend in eine Kugelmühle füllte, in der es mit Stickstoffgas eingeschlossen war. Als nächstes wurden dekontaminiertes Cr-Pulver aus Probe J und Bi-Pulver dem Cr-Pulver in einem solchen Verhältnis zugesetzt, daß ein Materialverlust aufgrund der Hitze während des folgenden Schritts für die Menge an zugesetztem Bi-Pulver erwartet wurde, um ein End- Legierungsmaterial zu erhalten, das 10 Gew.-% einer Cr-Komponente und 0,1 Gew.-% einer Bi-Komponente enthielt. Das Pulver wurde in der Mühle 6 h lang gemahlen. Anschließend wurde das Cu-Cr-Bi-Mischpulver wiederholt einigen Behandlungsschritten des Verpressens bzw. Gesenkdrückens bei einem Druck von 10 t/cm² und des Sinterns bei einer Temperatur von 1.020 ºC für die Zeit von 1 h unterzogen. So wurde das Cu-Cr-Bi- Legierungsmaterial von Beispiel 11 erhalten.
In ähnlicher Weise wurden die Cu-Cr-Bi-Legierungsmaterialien der Beispiele 12 bis 16 hergestellt, indem man das Mischungsverhältnis so änderte, daß der Cr-Gehalt in der Legierung 20 Gew.-% (13eispiel 12), 50 Gew.-% (Beispiel 13), 80 Gew.-% (Beispiel 14), 90 Gew.-% (Beispiel 15) und 50 Gew.-% (Beispiel 16) betrug. Der Bi-Gehalt wurde für die Beispiele 13 und 15 auf 0,1 Gew.-% festgesetzt, für die Beispiele 12 und 14 auf 0,2 Gew.-% festgesetzt und für Beispiel 16 auf 0,5 Gew.-% festgesetzt. In den Beispielen 17 und 18 wurde das Bi-Pulver ersetzt durch ein Te-Pulver oder durch eine Mischung aus den beiden Pulvern.
In ähnlicher Weise wie für die vorangehenden Beispiele wurden der Sauerstoff-Gehalt und die Rückschlag-Häufigkeit der oben erwähnten Cu-Cr-Bi-, Cu-Cr-Te- und Cu-Cr-Bi-Te- Legierungsmaterialien der Beispiele 11 bis 18 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Aus Tabelle 4 ist - wie durch die Beispiele 13 und 16 veranschaulicht - die Wirkung des dekontaminierten Cr-Pulvers unabhängig von dessen Bi-Gehalt unterscheidbar ersichtlich. Außerdem tritt dieselbe Wirkung auf, wenn 5 Gew.-% eines Te-Pulvers oder einer Bi-Te- Mischung anstelle der Bi-Komponente in den Beispielen 17 und 18 verwendet wird. Damit kann die Verwendung des dekontaminierten Cr-Pulvers als in einem weiten Bereich der Gehalte in Bezug auf alle Komponenten wirksam angesehen werden. Jedoch neigt dann, wenn der Cr-Gehalt extrem niedrig ist, wie beispielsweise 10 Gew.-% in Beispiel 11, die Kontaktfläche des Kontakts dazu, leicht rauh zu werden, wenn der Kontakt bricht. Hierdurch wird ein Rückgang der Beständigkeit des Kontakts gegen Lichtbogen-Bildung hervorgerufen. Wenn außerdem der Cr-Gehalt übermäßig hoch ist, beispielsweise 90 Gew.- in Beispiel 15, tritt ein Schweißphänomen auf dem Kontakt selbst dann auf, wenn em Schweißinhibitor oder eine Bi-Komponente vorhanden ist, was den Zustand der Kontaktfläche ein wenig ändert und zu einer Schwankung der Rückschlag-Häufigkeit führt.
Die durch das oben erwähnte dekontaminierte Cr-Material erzielte Wirkung kann auch durch ein Herstellungsverfahren erhalten werden, das Gebrauch von dem Infiltrationsverfahren macht. Nachfolgend findet sich ein Beispiel einer Modifikation des Verfahrens durch das Infiltrationsverfahren mit einer Schweißinhibitor-Komponente.

Beispiel 19

Zuerst wurde ein Cr-Pulver mit einer Teilchengröße von etwa 70 µm, das aus dem Cr- Pulver der Probe A durch Sieben hergestellt worden war, mit einem Kohlenstoff-Pulver bei einem Kohlenstoff-Anteil von 1.000 ppm, bezogen auf das Gewicht, gemischt, und die Mischung wurde in ein Kohlenstoff-Gefäß gegossen. Ms nächstes wurde ohne Verpressen das Mischpulver einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 1.370 ºC in einem Vakuum von 200 x 10&supmin;&sup5; Pa (1,5 x 10&supmin;&sup5; Torr) unter Erhalt eines dekontaminierten Cr- Blocks unterzogen. Anschließend wurde der dekontatminierte Cr-Block in einem in einer Argon-Atmosphäre eingeschlossenen Mahlwerk pulverisiert. Dadurch wurde das dekontaminierte Cr-Pulver von Probe M erhalten, das eine mittlere Teilchengröße von 44 µm aufwies. Unter Verwendung dieses dekontaminierten Cr-Pulvers wurde ein Cr-Grundgerüst durch ein Verfahren hergestellt, das ähnlich dem war, das in Vergleichsbeispiel 1 angewendet worden war.
Zur Herstellung eines Infiltrationsmaterials wurde ein reines Cu-Material in einem Va kuum von 213 x 10&supmin;&sup4; Pa (1,6 x 10&supmin;&sup4; Torr) geschmolzen. Der Schmelze wurde ein Bi-Material unter Erhalt einer Cu-Bi-Legierung zugesetzt. Dieses Cu-Bi-Infiltrationsmaterial wurde anschließend in die Poren des wie oben beschrieben erhaltenen Cr-Grundgerüsts in einer Wasserstoff-Atmosphäre infiltriert, deren Reinheit derart war, daß sie einen Taupunkt von - 65 ºC hatte. So wurde ein Cu-Cr-Bi-Legierungsmaterial von Beispiel 19 geschaffen, das 0,1 Gew.-% der Bi-Komponente und 50 Gew.-% der Cr-Komponente enthielt.
Die Ergebnisse von Messungen, die an der Probe von Beispiel 19 durchgeführt wurden, sind in Tabelle 4 gezeigt. Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß eine ähnliche Wirkung erhalten werden kann, wenn man ein Cu-Cr-Bi-Legierungsmaterial verwendet, das durch das Infiltrationsverfahren hergestellt wurde.

Beispiele 20 und 21

Ein reines Ag-Infiltrationsmaterial wurde in die Poren eines Cr-Grundgerüsts infiltriert, das eine Porosität von etwa 50 % aufwies. Dieses war in ähnlicher Weise erhalten worden, wie sie für Beispiel 19 angewendet worden war, jedoch bei einer Temperatur von 1.050 ºC in einem Vakuum von 665 x 10&supmin;&sup5; Pa (5 x 10&supmin;&sup5; Torr). So wurde das infiltrierte Cr-Ag-Legierungsmaterial von Beispiel 20 erhalten, das 50 Gew.-% der Cr-Komponente enthielt.
In ähnlicher Weise wurde ein Infiltrationsmaterial, das aus 72 Gew.-% Silber und zum Rest Kupfer bestand, in die Poren eines Cr-Grundgerüsts infiltriert, das dieselbe Porosität wie oben aufwies. Dies geschah bei einer Temperatur von 970 ºC in einem Vakuum von 266 x 10&supmin;&sup5; Pa (2 x 10&supmin;&sup5; Torr) unter Erhalt des infiltrierten 50 Cr - 36 Cu - 14 Ag-Legierungsmaterials von Beispiel 21.
Die Ergebnisse von Messungen, die an Proben der Beispiele 20 und 21 durchgeführt wurden, sind in Tabelle 4 gezeigt. Nach diesen Beispielen ist klar, daß ähnliche Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden können, wenn man ein Silber-Legierungsmaterial verwendet.
Aus den obigen Ausführungsformen ergibt sich, daß die Kontaktmaterialien, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, ausgezeichnete Eigenschaften der Unterbrechung einer Schaltung nach Herstellung entweder über ein Festphasen- Sinterverfahren oder über ein Infiltrationsverfahren aufweisen. Es kann nämlich die Rückschlag-Häufigkeit gesenkt werden, und der Verteilungsbereich der Werte der Rückschlag-Häufigkeit kann schmaler gemacht werden. Außerdem versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung erfolgreich nicht nur auf die Herstellung von Cu-Cr-Legierungsmaterialien angewendet werden kann, sondern auch auf die Herstellung von Legierungsmaterialien, die andere Elemente enthalten. Das Silber kann nämlich als alternative Komponente verwendet werden, und Schweißinhibitor-Komponenten wie beispielsweise Bismut, Tellur und dergleichen, können zusätzlich verwendet werden. Außerdem versteht es sich, daß das Cu-Cr-Legierungsmaterial, das gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert wurde, auch erfolgreich nicht nur als Leitermaterial verwendet werden kann, sondern auch für andere Teile im elektrischen Bereich. Dies geschieht insbesondere aufgrund von deren herausragenden elektrischen Eigenschaften.
Zum Schluß versteht es sich, daß die Erfindung in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrännt ist und daß viele Änderungen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist. Tabelle 1 Tabelle 21 Tabelle 3 Tabelle 4

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kontakt-Legierungsmaterials für einen Unterbrecherschalter, wobei das Legierungsmaterial umfaßt: eine Chrom-Komponente und eine Basis- Komponente, die wenigstens ein Element, das aus der aus Kupfer und Silber bestehenden Gruppe gewählt ist, umfaßt, worin ein Chrom-Material und ein Basis-Material, das die Basis-Komponente enthält, verwendet werden, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfaßt, daß man

(A) das Chrom-Material zusammen mit einem Kohlenstoff-Material einer Hitzebehand lung zum Senken des Sauerstoff-Gehalts in dem Chrom-Material unterwirft, so daß der Gehalt an Sauerstoff in dem hergestellten Kontakt-Legierungsmaterial auf nicht mehr als 200 ppm reduziert wird, bezogen auf das Gewicht, wobei das Verhältnis des Kohlenstoff-Materials zu dem Chrom-Material in dem Hitzebehandlungsschritt in einem Bereich von angenähert 50 ppm bis angenähert 5000 ppm liegt, bezogen auf das Gewicht; und

(B) das Kontakt-Legierungsmaterial aus dem hitzebehandelten Chrom-Material und einem Ausgangsmaterial für die Basis-Komponente herstellt.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, worin die Hitzebehandlung bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 800 ºC bis 1400 ºC durchgeführt wird.

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Schritte

- Pulverisieren des Chrom-Materials und des Kohlenstoff-Materials;

- Mischen des pulverisierten Chrom-Materials mit dem pulverisierten Kohlenstoff Material, so daß das Kohlenstoff-Material leicht auf das Chrom-Material wirken kann, wodurch eine Mischung des Chrom-Materials und des Kohlenstoff-Materials erhalten wird; und

- Verdichten der in dem Misch-Schritt erhaltenen Mischung bei einem Verdichtungsdruck von nicht mehr als 8 t/cm²

vor dem Hitzebehandlungsschritt durchgeführt werden.

4. Herstellungsverfanren nach Anspruch 3, worin der Verdichtungsdruck so gesteuert wird, daß das Chrom-Material nach dem Hitzebehandlungsschritt ein poröses Chrom- Grundgerüst bildet, wobei das Chrom-Grundgerüst mit dem Ausgangsmaterial für die Basis-Komponente in dem Herstellungsschritt (B) durch Infiltrieren beaufschlagt wird.

5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welches weiter den Schritt - umfaßt, daß man das Chrom-Material, das bei dem Hitzebehandlungsschritt (A) erhalten wird, auf eine mittlere Teilchengröße von angenähert 5 µm bis 250 µm pulverisiert.

6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, wobei der Schritt (B) die Schritte umfaßt, daß man

- das pulverförmige Chrom-Material mit dem Ausgangsmaterial für die Basis- Komponente mischt; und

- die Mischung aus Chrom-Material und Ausgangsmaterial unter Herstellung des Kontakt-Legierungsmaterials sintert.

7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, worin der Gehalt der Chrom-Komponente in der Legierung innerhalb eines Bereichs von angenähert 20 bis 80 Gew.-% liegt.

8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Kontakt-Legierungsmaterial außerdem eine zusätzliche Komponente einschließt, die wenigstens ein Element umfaßt, das gewählt ist aus der aus Bismut und Tellur bestehenden Gruppe.

9. Kontakt-Legierungsmaterial für einen Unterbrecherschalter, umfassend eine Chrom- Komponente und eine Basis-Komponente, die wenigstens ein Element einschließt, das gewählt ist aus der aus Kupfer und Silber bestehenden Gruppe, worin der Sauerstoff- Gehalt in dem Kontakt-Legierungsmaterial nicht höher ist als 200 ppm, bezogen auf das Gewicht, wobei das Kontakt-Legierungsmaterial hergestellt wird nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verdichteter Körper zur Herstellung eines Chrom-Materials mit verringertem Sauerstoff-Gehalt durch Hitzebehandlung nach einem der Ansprüche 3, 4, 7 und 8 und im wesentlichen bestehend aus einem Chrom-Material und einem Kohlenstoff-Material, wobei das Chrom-Material und das Kohlenstoff-Material gemischt und bei einem Verdichtungsdruck verdichtet werden, der so gesteuert wird, daß das Chrom-Material nach dem Schritt der Hitzebehandlung ein poröses Chrom-Grundgerüst bildet, wobei das Chrom-Grundgerüst durch Infiltration mit dem Ausgangsmaterial für die Basis-Komponente in dem Herstellungsschritt (B) beaufschlagt wird.

11. Verdichteter Körper nach Anspruch 10, wobei das Chrom-Material und das Kohlenstoff-Material bei einem Verdichtungsdruck von nicht mehr als 8 t/cm² verdichtet werden.