"Contact de commutateur électrique" La présente invention est relative à un contact de commutateur électrique et, plus particulièrement, à un contact de commutateur convenant très bien à une utilisation dans un état de charge général où une décharge en arc a lieu entre les contacts opposés, ainsi que dans un état de charge de faible niveau où aucune décharge en arc ne se produit entre les contacts opposés.
Pour la fabrication des contacts d'un commutateur électrique, il est avantageux d'utiliser une matière dont la consommation et le transfert sont réduits, qui provoque dificilement un collage ou une adhérence entre les contacts et qui est bien appropriée à une utilisation dans un état de charge général où une décharge en arc a lieu entre les contacts. Par conséquent, les métaux du groupe platine ont trouvé une large application par suite de leur point de fusion élevé et de leur dureté répondant aux exigences précitées. Toutefois, les métaux du groupe du platine tendent à adsorber les matières organiques avec lesquelles les métaux sont en contact au cours du procédé de fabrication, ou les matières organiques contenues dans une atmosphère enclose et ce, en raison de leurs actions catalytiques et autres effets.
En outre, dans le cas de contacts de commutateur électrique se composant d'un métal du groupe du platine, si ces contacts sont sollicités dans un état de charge de
faible niveau, des matières organiques d'une haute résistance spécifique adhérent aux contacts par suite de leur polymérisation, ce qui conduit à une augmentation de la résistance de contact de ces contacts. D'autre part, des contacts à base de ruthénium, qui ont été fabriqués par dépôt électrolytique, ont permis d'éliminer les inconvénients précités dans une certaine mesure et ce, dans des conditions limitées de la solution de dépôt électrolytique et dans des conditions relatives aux différents stades du procédé de fabrication, si bien que les propriétés stables de ces contacts sont altérées par suite des conditions de scellement.
Par conséquent, un but de la présente invention
est de réaliser un contact de commutateur d'un haut rendement se composant de ruthénium et dans lequel une couche d'oxyde
0
de ruthénium d'une épaisseur de 5 à 25 A est déposée sur la surface de ruthénium de façon à supprimer l'action catalytique et à réduire la variation de la résistance de contact pendant les opérations d'ouverture et de fermeture des contacts,
sans altérer néanmoins leurs performances.
Selon la présente invention, on a prévu un contact
de commutateur constitué de ruthénium et dans lequel une cou-
0
che d'oxyde de ruthénium d'une épaisseur de 5 à 25 A est déposée sur la surface du contact.
On ne dispose que de très peu d'informations et de données valables sur l'oxyde de ruthénium, étant donné le manque de travaux de recherche et de développement. Toutefois, on suppose que le ruthénium a des valences complexes et procure différents types d'oxyde.
Les longueurs des axes cristallins du ruthénium
0 0
sont de 2,69 A pour un axe [pound] et de 4,27 A pour un axe c,
<EMI ID=1.1>
0
3,107 A. Par conséquent, la formation d'une couche cyclique d'oxyde de ruthénium exige que l'épaisseur de cette couche soit
o
aussi grande que 5 A.
Au surplus, si l'oxyde de ruthénium est utilisé pour un contact de commutateur qui doit servir à de nombreuses opérations, la couche doit être maintenue sous la forme d'un oxyde stable. Dans ce sens, la quantité d'oxygène qui a été adsorbée à la surface supérieure de la couche, est encore insuffisante. Autrement dit, deux ou trois couches moléculaires
0
(de plus de 5 A) sont exigées.
0 Exposé différemment, la limite inférieure est de 5 A.
D'autre part, en formant une couche d'oxyde à la surface du ruthénium par traitement à chaud, si l'épaisseur
0
de la couche doit désirablement excéder 25 A, la diffusion vers la surface de contact du métal de base magnétique, tel que Fe, Ni et autres, servant de couche inférieure, a lieu
au préalable, ce qui conduit à la formation d'une couche ou pellicule d'oxyde métallique de base.
Au surplus, l'épaisseur d'une pellicule procurant une conductivité électrique due à un effet de tunnel, ne doit
o
pas être supérieure à 100 A. Les contacts utilisés actuellement comprennent des pellicules d'oxyde sur leurs deux faces opposées l'une à l'autre, de sorte que l'épaisseur de la
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pellicule d'une face ne doit pas dépasser 50 A.
Au surplus, la limite supérieure de l'épaisseur
o
précitée doit être d'environ 25 A pour définir la conductivité électrique désirée au point de vue de la force de contact et de la dureté de la couche de ruthénium déposée.
Les contacts de commutateurs conformes à la présente invention peuvent être utilisés avec plein succès dans des applications pratiques et sont bien adaptés à une utilisation tant dans un état de charge où une décharge en arc a lieu entre les contacts opposés que dans un état de charge de faible niveau où aucune décharge en arc ne se produit,
ce qui donne une résistance faible et stable des contacts au cours des opérations d'ouverture et de fermeture d'un commutateur.
L'invention est décrite en détail ci-après en se référant aux dessins annexés au présent mémoire, dans lesquels.
la figura 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation des contacts d'un commutateur électri-
<EMI ID=2.1> entre la température et l'épaisseur d'une couche d'oxyde déposée au cours d'un traitement à chaud pendant 10 minutes dans une atmosphère d'azote contenant 20% d'oxygène et ce, conformément à l'exemple de réalisation de l'invention; la figure 3 est un graphique montrant la relation entre la résistance de contact et le nombre d'opérations d'un commutateur; et la figure 4 est un graphique montrant les caractéristiques de la force de contact par rapport à la résistance de contact en fonction de l'épaisseur de la pellicule d'oxyde.
En se référant à la figure 1 représentant une vue schématique en coupe transversale des couches des contacts d'un commutateur à lames conformément à la présente invention, on désigne par 1 une lame constituée d'un métal magnétique
<EMI ID=3.1>
re, à savoir de l'or. La couche inférieure est efficace pour empêcher que les éléments métalliques des lames apparaissent à la surface par diffusion. Ainsi, l'adhérence entre les métaux du contact et de la lame est renforcée. La couche
<EMI ID=4.1>
thénium d'une épaisseur de 5 à 25 A, cette couche étant dé-
<EMI ID=5.1>
La figure 2 montre la relation entre l'épaisseur de la couche de ruthénium et la température de traitement lorsque les contacts sont chauffés dons une atmosphère contenant 20% d'oxygène. L'épaisseur de la couche d'oxyde de ruthénium est <EMI ID=6.1> La figure 3 montre la relation entre la résistance de contact et le nombre des opérations d'un interrupteur à lames équipé de contacts dont les surfaces sont revêtues d'une couche d'oxyde de ruthénium. A cet égard, la courbe A de la figure 3 a été obtenue avec un commutateur doté d'un contact revêtu d'une couche d'oxyde de ruthénium, ce commutateur étant cité à titre d'exemple conformément à la présente invention.
La couche de ruthénium a été formée par dépôt électrolytique sur une lame du commutateur, puis a été chauffée dans une atmosphère d'azote contenant 20% d'oxygène et ce, pendant,
10 minutes et à une température de 390[deg.]C. La courbe B de la figure 3 est obtenue avec un commutateur muni de contacts revêtus d'une couche de ruthénium pur.
Comme on peut le voir à la figure 3, le commutateur équipé de contacts conformes à la présente invention fournit une résistance de contact plus basse et plus stable et une variation moindre de la qualité des commutateurs.
La figure 4 montre la relation entre une force de contact et la résistance de contact. La courbe Cde cette figure 4 est obtenue lorsque des contacts revêtus de couches 0
d'oxyde de ruthénium d'une épaisseur de 25 A, conformément à la présente invention, sont forcés l'un contre l'autre, tan-
<EMI ID=7.1>
o
d'oxyde de ruthénium dtune épaisseur de 5 A. Les résistances de contact représentées par les courbes C et D, en fonction d'une force de contact d'environ 3 grammes, sont suffisamment basses, avec une diminution concomitante de la variation de la résistance de contact relativement à des forces variables. En général, la force de contact d'un commutateur lames d'un
<EMI ID=8.1>
"Electrical switch contact" The present invention relates to an electrical switch contact and, more particularly, to a switch contact very suitable for use in a general state of charge where an arc discharge takes place between the opposing contacts. , as well as in a low level state of charge where no arc discharge occurs between the opposing contacts.
For the manufacture of the contacts of an electrical switch, it is advantageous to use a material whose consumption and transfer are reduced, which hardly causes sticking or adhesion between the contacts and which is well suited for use in a state. general charge where an arc discharge takes place between the contacts. Therefore, platinum group metals have found wide application due to their high melting point and hardness meeting the above requirements. However, platinum group metals tend to adsorb organic materials with which metals come in contact during the manufacturing process, or organic materials contained in an enclosed atmosphere, due to their catalytic actions and other effects.
Furthermore, in the case of electrical switch contacts consisting of a platinum group metal, if these contacts are biased in a state of charge of
low level, organic materials of a high specific resistance adhere to the contacts as a result of their polymerization, which leads to an increase in the contact resistance of these contacts. On the other hand, ruthenium-based contacts, which have been made by electroplating, have made it possible to eliminate the aforementioned drawbacks to a certain extent, under limited conditions of the electroplating solution and under relative conditions. at the various stages of the manufacturing process, so that the stable properties of these contacts are altered as a result of the sealing conditions.
Therefore, an object of the present invention
is to provide a high efficiency switch contact consisting of ruthenium and in which an oxide layer
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ruthenium with a thickness of 5 to 25 A is deposited on the ruthenium surface so as to suppress the catalytic action and to reduce the variation of the contact resistance during the operations of opening and closing of the contacts,
without however altering their performance.
According to the present invention, a contact is provided
switch made of ruthenium and in which a
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ruthenium oxide with a thickness of 5 to 25 A is deposited on the contact surface.
Very little information and valid data are available on ruthenium oxide, given the lack of research and development. However, it is believed that ruthenium has complex valences and provides different types of oxide.
The lengths of the crystalline axes of ruthenium
0 0
are 2.69 A for a [pound] axis and 4.27 A for a c axis,
<EMI ID = 1.1>
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3.107 A. Therefore, the formation of a cyclic layer of ruthenium oxide requires that the thickness of this layer be
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as large as 5 A.
Additionally, if ruthenium oxide is used for a switch contact which is to be used for many operations, the layer must be maintained as a stable oxide. In this sense, the quantity of oxygen which has been adsorbed on the upper surface of the layer is still insufficient. In other words, two or three molecular layers
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(over 5 A) are required.
0 Displayed differently, the lower limit is 5 A.
On the other hand, by forming an oxide layer on the surface of the ruthenium by heat treatment, if the thickness
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of the layer should desirably exceed 25 A, diffusion to the contact surface of the magnetic base metal, such as Fe, Ni and the like, serving as the bottom layer, takes place
beforehand, which leads to the formation of a base metal oxide layer or film.
In addition, the thickness of a film providing electrical conductivity due to a tunnel effect must not
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not be greater than 100 A. The contacts currently used include oxide films on their two faces opposite to each other, so that the thickness of the
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film on one side must not exceed 50 A.
In addition, the upper limit of the thickness
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above should be about 25 A to define the desired electrical conductivity in terms of contact force and hardness of the deposited ruthenium layer.
Switch contacts according to the present invention can be used with great success in practical applications and are well suited for use both in a state of charge where an arc discharge takes place between the opposing contacts and in a state of charge. low level where no arc discharge occurs,
which gives a low and stable resistance of the contacts during the opening and closing operations of a switch.
The invention is described in detail below with reference to the drawings appended hereto, in which.
Figure 1 is a cross-sectional view of an exemplary embodiment of the contacts of an electrical switch
<EMI ID = 2.1> between the temperature and the thickness of an oxide layer deposited during a hot treatment for 10 minutes in a nitrogen atmosphere containing 20% oxygen, in accordance with exemplary embodiment of the invention; Fig. 3 is a graph showing the relationship between contact resistance and the number of operations of a switch; and Fig. 4 is a graph showing the characteristics of the contact force versus the contact resistance as a function of the thickness of the oxide film.
Referring to Figure 1 showing a schematic cross-sectional view of the contact layers of a reed switch in accordance with the present invention, 1 denotes a blade made of a magnetic metal
<EMI ID = 3.1>
re, namely gold. The lower layer is effective in preventing the metal elements of the blades from appearing to the surface by diffusion. Thus, the adhesion between the metals of the contact and the blade is reinforced. Layer
<EMI ID = 4.1>
thenium with a thickness of 5 to 25 A, this layer being de-
<EMI ID = 5.1>
Figure 2 shows the relationship between the thickness of the ruthenium layer and the processing temperature when the contacts are heated in an atmosphere containing 20% oxygen. The thickness of the ruthenium oxide layer is <EMI ID = 6.1> Figure 3 shows the relation between the contact resistance and the number of operations of a reed switch equipped with contacts whose surfaces are coated with a layer of ruthenium oxide. In this regard, curve A of FIG. 3 has been obtained with a switch provided with a contact coated with a layer of ruthenium oxide, this switch being cited by way of example in accordance with the present invention.
The ruthenium layer was formed by electroplating on a switch blade, then heated in a nitrogen atmosphere containing 20% oxygen for,
10 minutes and at a temperature of 390 [deg.] C. Curve B in FIG. 3 is obtained with a switch provided with contacts coated with a layer of pure ruthenium.
As can be seen in Figure 3, the switch equipped with contacts according to the present invention provides lower and more stable contact resistance and less variation in the quality of the switches.
Figure 4 shows the relationship between contact force and contact resistance. The curve C of this figure 4 is obtained when contacts coated with layers 0
25 A thick ruthenium oxide in accordance with the present invention are forced against each other, while
<EMI ID = 7.1>
o
of ruthenium oxide with a thickness of 5 A. The contact resistances represented by curves C and D, as a function of a contact force of about 3 grams, are sufficiently low, with a concomitant decrease in the variation of the contact resistance relative to varying forces. In general, the contact force of a reed switch of a
<EMI ID = 8.1>