SINTERED MOULDED PART FOR CONTACT PIECES OF VACUUM INTERRUPTERS AND METHOD FOR THEIR FABRICATION

Abstract: 1. A method of marking sintered parts for vacuum switch contacts, in which the sintered material is initially fabricated from a high-melting point metal powder constituting the matrix by mixing, pressing to obtain a moulded body, and sintering, and subsequent impregnation of the matrix with an impregnation material having a lower melting point, characterized by the following method steps : (a) use of a powder for pressing comprising a powder mix of - the total amount of the powdery high-melting-point matrix material, - a portion of the impregnation material in an amount of from 30 to 70 wt.%, based on the total amount of the impregnation material and - an addition material which at the sintering temperature forms a eutectic with the impregnation material and reacts metallurgically with the matrix material to form a coherent surface layer which surrounds the matrix material, and which upon thermal treatment is precipitated in dispersed form from the impregnation material, in an amount of from 1 to 5 wt.%, based on the mass of the total contact ; (b) applying the residual amount of the impregnation material as a coating onto the previously pressed moulded part ; (c) sintering at a temperature which is below the fusion temperature of the impregnation material but at least at the temperature of the eutectic which is formed from the impregnation material and the addition material, and maintaining said temperature for at least 1 h ; (d) performing the impregnation at or above the melting temperature of the impregnation material for a period of at least 30 min and (e) thermally treating the moulded part at a temperature which is below the sintering temperature by 100 to 250 k, during a treatment period of > 1 h.

Description: Sinterformkörper für Vakuumschalterkontakt stücke und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft Sinterformkörper für Vakuumschalterkontakte sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, bei dem der Sinterwerkstoff zunächst aus einem die Matrix bildenden Metallpulver hohen Schmelzpunkts durch Mischen, Verpressen und Sintern sowie anschliessendes Tränken der Matrix mit einem Tränkwerkstoff niedrigeren Schmelzpunkts hergestellt wird. Solche Schalterkontakte sind besonders für Vakuumschalter in Mittelspannungsnetzen mit hohen Abschaltleistungen geeignet. Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Kontakten für Vakuumschalter oder Vakuumfunkenstrecken bekannt, bei dem durch Verpressen und Sintern eines hochschmelzenden Metallpulvers ein Skelettkörper hergestellt wird, auf dessen Oberfläche dann eine Platte aus einem Tränkwerkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt aufgelegt wird, worauf diese Einheit unter Vakuum so lange auf einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des zuerst schmelzenden Metalls gehalten wird, bis die Sauerstoffspuren aus der Oberfläche der Metalle entfernt sind. Danach wird die Temperatur auf die Schmelztemperatur des Metalls mit der niedrigeren Schmelztemperatur erhöht, wobei die Poren mit dem Tränkwerkstoff gefüllt werden. Der Skelettkörper besteht dabei aus Chrom, der Tränkwerkstoff aus Kupfer, Silber oder aus einer Kupferlegierung, die 4 0,3 t Zirkonium, Tantal oder Titan enthält (DE-A1 2521 504).Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Sintern der Matrix und das Tränken als getrennte Prozessstufen durchgeführt werden müssen, und die volle Leitfähigkeit des Kupfers oder der Kupferlegierung in solchen Kontakten nicht voll ausgenutzt werden kann, da durch das Lösen der beiden Hauptkomponenten ineinander die Leitfähigkeit herabgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Verschweisstendenz der Kontakte bei der Verwendung der angegebenen Werkstoffe nicht ausgeschlossen werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sinterformkörper für Vakuumschalterkontakte sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, wobei die obigen Nachteile nicht auftreten und Schalterkontaktstücke hoher Leitfähigkeit durch eine einfachere Verfahrensweise erhältlich sind, bei der ein Lösen des hochschmelzenden Matrixwerkstoffs in dem niedriger schmelzenden Tränkwerkstoff unterbunden ist. Die Aufgabe wird anspruchsgemäss gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen besonders in der höheren Leitfähigkeit der Kontaktstücke und insbesondere darin, dass das gesamte Verfahren in einem einzigen Zyklus durchführbar ist. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Zunächst wird ein Gemenge aus 50 aew.-t technisch reinem Chrompulver (Chromgehalt 98 #, Teilchengrösse 0,1 bis 0,16 mm), 47,5 Gew.-t reduziertem Kupferpulver (Kupfergehalt - 99,8 l, Teilchengrösse 0,06 mm) und 2,5 Gew.-# Bor (amorphes Bor 95 t) hergestellt, das dann unter einem Druck von 250 MPa zu Formkörpern verpresst wird, deren Dichte 75 z der theoretischen Dichte beträgt. Eine 110 t des Porenvolumens der Formkörper, also einem Überschuss von 10 %, entsprechende Menge Kupferpulver wird ebenfalls unter einem Druck von 250 MPa zu Formkörpern gleicher Grundfläche gepresst, die auf die aus der Pulvermischung hergestellten Formkörpern aufgelegt werden. Die paarweise aufeinandergelegten Formkörper werden in einem Vakuumofen eingebracht und nach dem Evakuieren auf einen Druck von 10 2 Pa bei 1050 0C 2 h unter Bildung einer durch das niedrigschmelzende Eutektikum Cu-B bedingten flüssigen Phase bei gleichzeitiger Entgasung gesintert. Während der Sinterung führt eine metallurgische Reaktion zur Bildung von Chromborid. Danach wird die Temperatur auf 1150 0C erhöht und 1 h auf diesem Wert gehalten. Dabei schmilzt die Auflage und dringt mit fortschreitender weiterer Entgasung in den Sinterkörper ein. Der Vakuumofen wird anschlie ssend auf 900 0C abgekühlt und 2 h auf dieser Temperatur gehalten. Während dieser Wärmebehandlung scheidet sit-h das Bor aus der eutektischen Legierung Cu-B in Form eines feindispers verteilten Gefügebestandteils aus. Der durch das gebildete Chromborid stark eingeschränkte Anteil von gelöstem Chrom wird aus der Tränklegierung ebenfalls feindispers ausgeschieden, so dass das gut leitende Kupfer im Kontakt für die Stromleitung uneingeschränkt zur Verfügung steht. Die Restmenge des verwendeten Tränkwerkstoffs, die mindestens dem ermittelten Porenvolumen äquivalent ist, kann als Auflage dem Pressling in Form einer kompakten Platte aufgelegt werden. Der Sinterprozess wird bei einer Temperatur durchgeführt, die unter der Aufschmelztemperatur des Tränkwerkstoffs liegt, jedoch mindestens bei einer Temperatur, bei welcher der Zusatzwerkstoff und der Tränkwerkstoff ein Eutektikum bilden. Dabei findet unter Einwirkung von Vakuum bei einem Druck < 102 Pa gleichzeitig eine Entgasung des Sinterkörpers statt. Durch die Bildung einer flüssigen Phase wird ausserdem eine sinterfördernde Wirkung erzielt. Die durch den Zusatzwerkstoff herabgesetzte Oberflächenspannung des Tränkwerkstoffs bewirkt, dass dieser bereits in feine Poren eingesogen und dadurch die nachfolgende Tränkung positiv beeinflusst wird. Weiterhin geht der Zusatzwerkstoff mit dem höher schmelzenden Matrixwerkstoff eine metallurgische Reaktion ein, wobei eine kohärente, zusammenhängende Oberflächenschicht den Matrixwerkstoff umgibt, wodurch wiederum Lösungsvor gänge zwischen dem Matrixwerkstoff und dem beim nachfolgenden Tränkvorgang nachfliessenden Tränkwerkstoff gehemmt werden. Nach der Sinterung wird die Temperatur mindestens auf die Schmelztemperatur des Tränkwerkstoffs erhöht und die angegebene Zeit auf dieser Temperatur gehalten, wodurch die Füllung der Poren bis auf einen Restporengehalt von 1 z bei gleichzeitiger weiterer Entgasung des Sinterkörpers stattfindet. Nach der anschliessenden Sen kung der Temperatur und aufgrund der Wärmebehandlung scheiden sich der Zusatzwerkstoff aus der eutektischen Legierung und der möglicherweise vorliegende geringe Anteil von gelöstem Matrixwerkstoff infolge der mit sinkender Temperatur abnehmenden Löslichkeit im Tränkwerkstoff feindispers verteilt aus. Diese Ausscheidungen bewirken eine Versprödung der Phasengrenze Matrixwerkstoff - Tränkwerkstoff und hemmen damit die Verschweissneigung.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Sinterformkörpern für Vakuumschalterkontaktstücke, bei dem der Sinterwerk stoff zunächst aus einem die Matrix bildenden Metall pulver hohen Schmelzpunkts durch Mischen, Verpres sen zu einem Formkörper und Sintern sowie anschlie ssendes Tränken der Matrix mit einem Tränkwerk stoff niedrigeren Schmelzpunkts hergestellt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: : (a) Einsatz eines zu verpressenden Pulvers aus einem Pulvergemisch aus - der Gesamtmenge des pulverförmigen hochschmelzen den Matrixwerkstoffs, - einem Teil des Tränkwerkstoffs in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-t, bezogen auf die Gesamt masse des Tränkwerkstoffs, sowie - einem Zusatzwerkstoff, der mit dem Tränkwerk stoff bei der Sintertemperatur ein Eutektikum bildet und mit dem Matrixwerkstoff eine Reak tion eingeht, wobei eine kohärente Oberflächen schicht gebildet wird, die den Matrixwerk stoff umgibt, und der bei Wärmebehandlung dispers aus dem Tränkwerkstoff ausgeschie den wird, in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-t , bezogen auf die Masse des Gesamtkontakts; (b) Aufbringen der Restmenge des Tränkwerkstoffs als Auflage auf den zuvor gepressten Formkörper; ; (c) Sinterung bei einer Temperatur, die unter der Aufschmelztemperatur des Tränkwerkstoffs, jedoch mindestens bei der Temperatur des Eutektikums, das sich aus dem Tränkwerkstoff und dem Zusatz werkstoff bildet, und mindestens 1 h Halten dieser Temperatur; (d) Vornahme der Tränkung bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Tränkwerkstoffs wäh rend mindestens 30 min sowie (e) Wärmebehandlung des Formkörpers bei einer Tempe ratur, die 100 bis 250 K unterhalb der Sinter temperatur liegt, während einer Behandlungs dauer > 1 h. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzwerkstoff Bor eingesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass Sinterung, Tränkung und Wärmebe handlung in einem einzigen, nicht unterbrochenen Zyklus durchgeführt werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Metallpulver einer Teilchen grösse von 0,1 bis 0,16 mm verwendet werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage aus Tränkwerkstoff bei der Formgebung aufgepresst wird. 6. Sinterformkörper für Vakuumschalterkontakte auf der Basis eines gesinterten hochschmelzenden Matrixwerkstoffs und eines niedriger schmelzenden Tränkwerkstofs, der die Kristallite des Matrix werkstoffs umgibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kristallite des Matrixwerkstoffs von einer Schicht umgeben sind, die mindestens teilweise aus einem binären Eutektikum besteht, dessen eine Komponente aus dem Tränkweikstoff und dessen andere Komponente aus einem Zusatzwerkstoff be stehen. 7. Sinterformkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die die Kristallite des Matrixwerkstoffs umgebende Schicht überwiegend aus dem Eutektikum besteht. 8. Sinterformkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kristallite des Matrixwerk stoffs umgebende Schicht ausschliesslich aus dem Eutektikum besteht. 9. Sinterformkörper für Vakuumschalterkontakte auf der Basis eines gesinterten hochschmelzenden Matrix werkstoffs und eines niedriger schmelzenden Tränk werkstoffs, der die Kristallite bzw Partikel des Matrixwerkstoffs umgibt, erhältlich durch folgende Verfahrensschritte: (a) Einsatz eines zu verpressenden Pulvers aus einem Pulvergemisch aus - der Gesamtmenge des pulverförmigen hoch schmelzenden Matrixwerkstoffs, - einem Teil des Tränkwerkstoffs in einer Menge von 30 bis 70 Gew.-t, bezogen auf die Ge samtmasse des Tränkwerkstoffs, sowie - einem Zusatzwerkstoff, der mit dem Tränk werkstoff bei der Sintertemperatur ein Eutekti kum bildet und mit dem Matrixwerkstoff eine Reaktion eingeht, wobei eine kohärente Ober flächenschicht gebildet wird, die den Matrixwerkstoff umgibt, und der bei Wärme behandlung dispers aus dem Tränkwerkstoff ausgeschieden wird, in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-t, bezogen auf die Masse des Gesamtkontakts; (b) Aufbringen der Restmenge des Tränkwerkstoffs als Auflage auf den zuvor gepressten Form körper; (c) Sinterung bei einer Temperatur, die unter der Aufschmelztemperatur des Tränkwerkstoffs, jedoch mindestens bei der Temperatur des Eutektikums, das sich aus dem Tränkwerkstoff und dem Zusatzwerkstoff bildet, und mindestens 1 h Halten dieser Temperatur; (d) Vornahme der Tränkung bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Tränkwerkstoffs wäh rend mindestens 30 min sowie (e) Wärmebehandlung des Formkörpers bei einer Tempe ratur, die 100 bis 250 K unterhalb der Sinter temperatur liegt, während einer Behandlungs dauer > 1 h. 10. Sinterformkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9, erhältlich nach dem Verfahren nach einem der An sprüche 2 bis 5.

Inventors: BAHDER, HANS-PETER, DIPL.-ING., DEJA, BERND, DIPL.-ING., KALNING, ILGMAR, DR.-ING.
Applicants: VEB "OTTO BUCHWITZ"  STARKSTROM-ANLAGENBAU DRESDEN
Application year: 1984
Main classification: H01H1
IPC codes: H01H33, B22F3, H01H1, C22C1