Brevet FR2558640A1 — publié le 19850726

Matériau composite pour des éléments de contact de commandes électriques. L'invention concerne un matériau composite pour des éléments de contact de commandes électriques utilisés dans la technique des courants forts, dans lequel sont inclus de façon hétérogène dans un premier cons- tituant métalliqueenmétal noble un second.constituant métallique commun et un constituant non métallique, sous forme de particules. Un matériau composite en couche mince d'utilisation universelle, pouvant donc également être utilisé pour des couches de contact résistant à l'érosion électri- que est indiqué dans DE-AS 24 48 738. Des particules pulvérulentes métalliques, par exemple de molybdène, sont munies d'un revêtement métallique, par exemple d'argent et frittées sur un support métallique pour former un matériau composite en couche mince. L'inclu- sion de constituants non métalliques n'est pas indi- quée. Un matériau fritté pour contacts, destiné à des élé- ments de contact électriques dans des appareils de commande utilisés dans la technique des courants forts fait l'objet de DE 31 16 442 A1. Il est consti- tué de deux métaux de base, cuivre et argent, qui se présentent en microstructures séparés l'un de l'autre. Dans les métaux de base sont inclus des oxydes métal- liques, par exemple CdO et Bi203. Il s'agit ici d'élé- ments de contact qui doivent présenter une résistance au soudage élevée et une bonne résistance à l'usure, ainsi qu'un faible échauffement en liaison avec une conductibilité élevée. Les résultats obtenus ainsi n'apparaissent toutefois pas suffisants pour toutes les utilisations. Notamment lorsqu'il s'agit d'élé- ments de contact qui doivent être absolument fiables et éviter tout soudage, de tels matériaux composites sont défaillants. Le choix des constituants des matériaux composites dépend essentiellement de la spécification principale que doivent satisfaire les éléments de contact. Ainsi, par exemple, on utilise des matériaux composites con- nus argent/graphite pour des éléments de contact élec- triques dans des appareils de commande en courant continu ou courant alternatif basse tension lorsque l'exigence principale est une sécurité élevée contre le soudage. Le pourcentage de graphite des éléments de contact fixes est ici de 3 à 5% en poids (K. M ller et D. St6ckel "Un nouveau procédé pour fabriquer des matériaux composites complexes contenant du graphite" DE-Z Metal 7/1982, pages 743-746). La résistance au soudage de ces matériaux composites est remarquable, aussi bien lors de la mise en circuit que lorsque, le circuit étant fermé, il supporte des courants de court-circuit extrêmement forts. Les matériaux composites argent/graphite con- tenant 0,5 à 5% en poids de graphite ont une résistan- ce de contact faible, étant donné qu'il ne se forme pas d'oxydes solides sur la surface de contact. Toute- fois, un pourcentage élevé de graphite qui accroît la sécurité contre le soudage entraîne une forte diminu- tion de la résistance à l'usure. La résistance à l'usure de tels matériaux composites argent/graphite peut être améliorée par l'addition de nickel, de cuivre ou d'oxyde de cuivre. La fabrication de tels matériaux s'effectue généralement selon la mé- tallurgie des poudres par frittage; il en résulte une répartition statistiquement aléatoire des particules de carbone et de nickel dans la matrice d'argent. Ces matériaux composites présentent, surtout avec des teneurs en nickel plus élevées que les matériaux com- posites binaires argent/graphite, l'inconvénient majeur d'un échauffement plus important avec le courant con- tinu, qui résulte de l'oxydation et de ce fait de la résistance électrique accrue des constituants métalli- ques non nobles. Le but de l'invention est d'améliorer un matériau com- posite pour des éléments de contact électriques du type précité de façon à combiner une fiabilité élevée contre le soudage avec une résistance à l'usure et un faible échauffement. Ce but est atteint par le fait que les particules des constituants non métalliques sont revêtues par le composant métallique commun, et que ces particules revêtues sont incluses dans le cons- tituant de métal noble formant la matrice. On obtient ainsi un matériau composite présentant une combinaison de sécurité contre le soudage, de résis- tance à l'usure et d'échauffement étonnamment favora- ble pour les éléments de contact électriques. On peut expliquer ces propriétés favorables par le fait qu'en utilisant des particules non métalliques revêtues dans la matrice métallique, on peut empêcher l'oxydation du métal commun par sa liaison locale avec le cons- tituant non métallique et éventuellement l'action ré- ductrice de celui-ci. Pour cette raison,on peut con- sidérablement augmenter la proportion de métal commun dans un tel matériau composite et ainsi réduire nota- blement la proportion de métal noble. Le revêtement des particules du constituant non métal- lique s'effectue avantageusement avec le plus commun des deux constituants métalliques et, dans ce cas, le plus noble de ces constituants est utilisé de façon appropriée comme matériau pour la matrice. Selon leur fabrication, les particules peuvent être sous forme de morceaux de forme aléatoire ou sous for- me de billes. L'épaisseur de la couche de revêtement, qui peut éventuellement être appliquée par galvanisa- tion, est comprise, pour une taille de particules entre 0,1 et 0,3 mm, entre 10 et 80 gm. Certes, il faut généralement rechercher un revêtement parfaitement fermé des particules, mais on peut toutefois obtenir une bonne efficacité même avec un revêtement partielle- ment ouvert. Dans le cas d'un pourcentage élevé du constituant utiliéé pour le revêtement, l'addition de ce constituant sous forme de poudre de granulométrie appropriée peut également convenir. La notion de constituants métalliques peut inclure aussi bien des métaux purs que des alliages métalli- ques à base d'un constituant métallique. Le consti- tuant non métallique est du graphite; toutefois, on peut attendre de la nouvelle structure de matériau composite des avantages considérables également avec d'autres constituants non métalliques tels que des oxydes (par exemple CdO) et des carbures (par exem- ple WC). Les particules revêtues peuvent se présenter dans la matrice avantageusement en répartition statistiquement uniforme. Dans une autre réalisation convenant éven- tuellement, les particules revêtues peuvent être in- cluses en étant groupées en filaments.Un développe- ment approprié peut prévoir que les filaments compor- tent une gaine en un matériau métallique, qui coincide éventuellement avec le matériau du constituant utilisé pour le revêtement. Une composition appropriée peut être conçue de telle sorte que le constituant non métallique soit du gra- phite, et que le constituant utilisé pour la gaine soit du nickel, tandis que le constituant utilisé comme matrice est de l'argent. Il parait approprié d'avoir ici un pourcentage de graphite de 1 à 10% en poids, un pourcentage de nickel de 5 à 80% en poids et un pourcentage d'argent de 10 à 90% en poids, res- pectivement rapportés au poids du matériau composite terminé. On a essayé une composition comportant 3% en poids de graphite, 35% en poids de nickel et 62% en poids d'argent. En variante, on peut réaliser une composition favo- rable d'un tel matériau composite en remplaçant, dans les constituants et compositions précités, le pourcen- tage de nickel par un pourcentage de cuivre compris également entre 5 et 80% en poids, de préférence de % en poids. Le pourcentage de graphite et celui d'argent restent dans les limites indiquées. Sur le dessin sont représentées schématiquement des formes de réalisation du matériau composite, dessin sur lequel: - la figure 1 est une vue isométrique d'un élément de contact en matériau composite avec des particules incluses; et - la figure 2 est une vue isométrique d'un élément de contact en matériau composite avec des inclusions en forme de filaments orientées parallèlement. Sur la figure 1, des particules 1 de graphite ayant un diamètre moyen de 0,15 mm sont munies d'un revête- ment 2 de nickel ayant une épaisseur de 40 gm. Les particules se trouvent dans une matrice 3 d'argent pur. Le pourcentage de graphite est de 3% en poids, le pourcentage de nickel de 35% en poids et le pourcen- tage d'argent de 62% en poids, rapportés au poids du matériau composite terminé. Dans la forme de réalisation de la figure 2, la taille des particules de graphite 1 et l'épaisseur de la couche 2 sont inchangées. Les particules revêtues ont toutefois été d'abord compactées pour former des filaments 4 et ceux-ci sont inclus dans la matrice d'argent 3 en étant orientés. La fabrication d'un tel matériau composite va être expliquée ci-après à l'aide d'un exemple. On dépose par un procédé d'électrolyse connu un revêtement de nickel de 40 gm d'épaisseur sur de la poudre de graphite ayant une dimension de particu-: les primée dans des tubes en argent pur (diamètre 9 mm, épaisseur de paroi 0,3 mm) et un faisceau de ces tu- bes remplis est ensuite formé, sans enlèvement de co- peaux, par extrusion indirecte en quatre phases pour former un câble composite de 5 mm de diamètre. Le c&- ble composite fabriqué dans la première phase est cou- pé à longueur plusieurs fois et les câbles composites comportant les filaments incorporés constitués des particules revêtues sont mis en faisceaux comme les tubes initiaux et subissent une autre conformation. Après quatre phases de compression, il y a dans le matériau composite, dont la structure est représentée sur la figure 2, 500 000 filaments inclus dans la ma- trice en argent, qui comportent chacun les particules de graphite revêtues de nickel. Pour obtenir une bonne liaison métallique entre la matière métallique de la matrice et la matière de revêtement, on peut le cas échéant utiliser en plus un traitement d'homogénéisation. Revendications. 1. Matériau composite pour des éléments de contact de commandes électriques utilisés dans la technique des courants forts, dans lequel sont inclus de façon hétérogène dans un premier constituant métallique en métal noble un second constituant métallique commun et un constituant non métallique sous forme de parti- cules, caractérisé en ce que les particules (1) du constituant non métallique sont revêtues par le cons- tituant métallique commun (2), et que ces particules revêtues sont incluses dans le constituant en métal noble formant une matrice (3). 2. Matériau composite selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les particules revêtues (1, 2) sont réparties dans la matrice (3) de façon statistiquement uniforme. 3. Matériau composite selon la revendications1, carac- térisé en ce que les particules revêtues (1, 2) sont incluses dans la matrice (3) avec une orientation pré- férentielle. 4. Matériau composite selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les particules revêtues (1, 2) sont groupées pour former des filaments (4) et que ceux-ci sont inclus dans la matrice (3) en étant orientés. 5. Matériau composite selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le constituant non métallique est du graphite, le constituant utilisé pour le revêtement est du nickel, et le cohstituant utilisé comme matrice est de l'argent. 6. Matériau composite selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le pourcentage de graphite est 1 - 10% en poids le pourcentage de nickel est 5 - 80% en poids et le pourcentage d'argent est 10 - 90% en poids, rapportés au poids du matériau composite terminé. 7. Matériau composite selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le pourcentage de graphite est 3% en poids le pourcentage de nickel est 35% en poids et le pourcentage d'argent est 62% en poids. 8. Matériau composite selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le constituant non métallique est du graphite, le constituant utilisé pour le revêtement est du cuivre et le constituant utilisé comme matri- ce est de l'argent. 9. Matériau composite selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le pourcentage de graphite est 1 - 10% en poids le pourcentage de cuivre est 5 - 80% en poids et le pourcentage d'argent est 10 - 90% en poids, rapportés au poids du matériau composite terminé. 10. Matériau composite selon la revendication 9, caractérisé en ce que le pourcentage de graphite est 3% en poids, le pourcentage de cuivre est 35% en poids et le pourcentage d'argent est 62% en poids. 11. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une taille de particules moyenne