Brevet FR2655206A1 — publié le 19910531

L' invention est relative à un matériau composite fritté base d'argent, destiné à la fabrication de contacts électriques utilisés dans l'appareillage électrique. Il est classique d'utiliser un matériau constitué d'une matrice d'argent dans laquelle sont dispersées de manière homogène des particules de graphite, la quantité de graphite pouvant varier de 3 à 15 % en poids suivant les applications Le graphite forme avec l'argent un matériau composite possédant une faible résistance mécanique ce qui permet de limiter les forces de soudage tout en conservant de bonnes conductivités thermique et électrique, (résistance de passage et echauffement faibles). Malheureusement, la présence du graphite affecte assez fortement les propriétés mécaniques du matériau entraînant une diminution de la dureté et de la résistance mécanique Il en résulte une augmentation de l'érosion du matériau en présence d'un arc électrique. Le document FR-A 2155 103 propose de diminuer l'effet d'érosion des matériaux argent/graphique par l'adjonction de nickel Pour un taux de graphite constant, la présence du nickel permet en effet d'améliorer les propriétés mécaniques de la matrice, (résistance mécanique et dureté) et donc d'augmenter la longévité du matériau Il en résulte cependant, une diminution des propriétés électriques d'autant plus importante que le taux de nickel est élevé Cette diminution est due au fait que le nickel se trouve dispersé dans la matrice et vient ainsi se substituer à l'argent, ces matériaux étant fabriqués par frittage d' un mélange de trois poudres distinctes à base d'argent, de nickel et de graphite. L'objet de l'invention consiste à améliorer les propriétés électriques tout en diminuant l 'érosion d 'un matériau de contact électrique. Le matériau selon l'invention est caractérisé en ce que sa composition pondérale renferme un mélange de 92 % à 98 % de particules d'argent, et 2 % à 8 % de particules de graphite enrobées par un revêtement de nickel La taille moyenne de chaque particule de graphite enrobée est comprise entre 20 et 150 microns. L'utilisation d'un graphite revêtu d'une couche de nickel permet de réduire considérablement l'érosion des contacts sans que la résistance de contact en soit affectée La présence du nickel permet d'améliorer la dureté du matériau et la qualité de la liaison argent-graphite. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue au microscope électronique d'une poudre de graphite enrobé de nickel; la figure 2 montre une vue en coupe au microscope optique d'un matériau composite selon l'invention; la figure 3 représente une vue shématique en coupe d'une particule de graphite enrobée par du nickel. Sur les figures 1 à 3, le matériau de contact 10 contient des particules d'argent 11 ( 92 % à 98 % en poids), et des particules de graphite 12 enrobées par un revêtement de nickel 14 ( 2 % à 8 % en poids) On peut ainsi utiliser 0,4 % à 6,8 % en poids de graphite, et 0,4 % à 6,8 % en poids de nickel Les particules de graphite 12 enrobées sont obtenues après dépôt superficiel sur le graphite, d'une couche de nickel de haute pureté Ce dépôt s'effectue par un procédé carbonylique ou autre. Le taux de nickel par rapport au graphite peut ainsi varier de 20 % a 85 % en poids, et la taille des particules 12 de graphite enrobées de 20 à 150 microns (voir figure 1) Chaque particule d'argent 11 présente une forme dendritique et une taille moyenne comprise entre 5 et 100 microns La pureté de l'argent est supérieure à 99 % Le matériau est élaboré par la technique de la métallurgie des poudres en frittant les particules 11, 12 d'argent et de graphite enrobé de nickel préalablement mélangées et comprimées On obtient ainsi un matériau constitué d'une matrice d'argent dans laquelle sont réparties de manière homogène des particules de graphite 12 enrobées par une couche de nickel 14 (voir figure 2) L'épaisseur de la couche de nickel peut atteindre plusieurs microns. Un exemple est donné à titre indicatif On utilise un mélange de poudres ayant la composition suivante % d'argent % de graphite enrobé de nickel à 54 %. Après élaboration, le matériau a une dureté HV 1 de 60. Ce matériau a été testé en endurance électrique comme contact fixe sur une machine d'essai réalisant 5000 ouvertures sous 100 A, ( 220 V), face à un contact mobile en Ag-Ni 60/40 La résistance de contact moyenne a été de 0,48 milli-ohms et l'érosion totale du contact fixe de 4,6 milligrammes. A titre comparatif, un matériau argent-graphite de même composition mais sans nickel élaboré et testé dans les mêmes conditions, a donné les résultats suivants: dureté HV 1 de 40, résistance moyenne de contact de 0, 64 milli-ohms et érosion du contact fixe de 33 milligrammes. L'utilisation d'un graphite revêtu de nickel a permis d'augmenter les performances: augmentation de la dureté HV 1: 50 % diminution de la résistance de contact 25 % diminution de l'érosion du contact fixe 87 %. La présence du nickel dans le mélange permet d'augmenter les propriétés mécaniques du matériau, en particulier la dureté et la résistance au soudage. Les-propriétés électriques sont voisines de celles d'un mélange argent/graphite, d'une part en raison de la faible teneur en nickel et d'autre part en raison de la localisation du nickel, situé à l'interface graphite/argent. En présence d'un arc électrique, l'érosion d'un tel matériau est très faible Ceci provient du fait que la tenue mécanique de l'interface argent/graphite est nettement améliorée par la présence du nickel L'indice d'adhésivité de l'argent est de 255 ergs/cm 2 par rapport au graphite alors qu'il est de 2704 ergs/cm 2 pour le nickel. Un tel matériau permet d'obtenir des pastilles de contact pour l'appareillage électrique à basse tension, notamment des disjoncteurs, contacteurs et interrupteurs. Un exemple de réalisation de pastille de contact utilise une première couche de matériau composite décrit précédemment On peut lui adjoindre une deuxième couche en argent, d'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5 mm, et comprimée simultanément avec la première pendant l'opération de frittage. REVENDICATIONS 1 Matériau composite fritté à base d'argent, de graphique et de nickel, destiné à la fabrication de contacts électriques, caractérisé en ce que la composition pondérale du matériau renfermeunmélangede 92 %à 98 % de particules d'argent ( 11), et 2 % à 8 % de particules de graphite ( 12) enrobées par un revêtement de nickel ( 14). 2 Matériau composite fritté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la taille moyenne de chaque particule de graphite ( 12) enrobée est comprise entre 20 et 150 microns. 3 Matériau composite fritté selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le taux de nickel par rapport au graphite peut varier de 20 % à 85 % en poids. 4 Matériau composite frittée selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la taille moyenne de chaque particule d'argent 11 est comprise entre 5 et 100 microns, la pureté de l'argent étant supérieure à 99 %. Pastille de contact pour un appareillage électrique à basse tension, caractérisé en ce qu'elle comporte une première couche de matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6 Pastille de contact selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième couche en argent ayant une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5 mm, ladite deuxième couche étant comprimée simultanément avec la première couche pendant l'opération de frittage.