CH501055A

CH501055A - Verfahren zur Herstellung eines Durchdringungsverbundmetalls

Info

Publication number: CH501055A
Application number: CH631767A
Authority: CH
Inventors: Horst Dr Schreiner
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1966-06-03
Filing date: 1967-05-02
Publication date: 1970-12-31
Also published as: US3489530A; DE1533374B1; FR1561083A

Description

Verfahren zur Herstellung eines D urchdringungsverbundmetalls
Die vom Lichtbogen beaufschlagten abbrandfesten Kontaktstücke in Hochspannungsleistungsschaltem bestehen vielfach aus einem Durchdringungsverbundmetall aus Wolfram und Kupfer. Ein Durchdringungsverbundmetall besteht bekanntlich aus einem Gerüst des hochschmelzenden Metalls (Wolfram), das mit einem niedrigschmelzenden Metall (Kupfer) getränkt ist. Die Formteile werden durch Pressen von Wolframpulver oder einer Pulvermischung aus Wolfram-Kupfer- oder Wolfram-Kupfer-Nickel, Sintern dieses Gerüstes und Tränken des verfestigten Sintergerüstes mit Kupfer hergestellt. Die Dichte solcher Verbundmetalle, die durch Pressen eines Gerüstformteiles aus Wolfram und Tränken des gesinterten Gerüstformteils mit Kupfer hergestellt sind, liegt meist oberhalb 13 g/cm3.

Aus solchem Durchdringungsverbundmetall hergestellte Formteile zeigen insbesondere in Hochlei stungsschaltem, die an Luft, unter öl oder anderen Löschflüssigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise SFO-Schal- ter, einen wesentlich kleineren Lichtbogenabbrand als Kupfer. Es wurden Wege gesucht, den Lichtbogenabbrand weiter herabzusetzen.

Ferner ist auch die Fertigung von Formteilen aus dem bekannten Durchdringungsverbundmetall aufwendig und die Wirtschaftlichkeit ist durch die beträchtlich spangebende Verarbeitung der Formrohlinge wesentlich herabgesetzt. Auch ein nach einer anderen Variante aus geschüttetem Wolframpulver und durch Tränken mit Kupfer hergestelltes Durchdringungsverbundmetall zeigt noch keinen hinreichend kleinen Abbrand. Ein solches Verbundmetall hat zwar eine niedrigere Dichte als 13 g/cmS, doch eine zu kleine Gerüstfestigkeit und dadurch einen relativ hohen Abbrand.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Durchdnngungsverbundmetalls auf der Basis von kupfergetränkten Wolfram-Kupfer-Nickel Sinterkörpern, insbesondere für Hochspannungsschalter.

Es ist dadurch gekennzeichnet, dass eine an sich bekannte Wolfram-Kupfer-Nickel-Pulvermischung mit I bis 10 Gew.-gO Kupfer und 0,01 bis 1 Gew.-% Nickel in einer Form klopfverdichtet, vorgesintert und nach Entnahme aus der Form das Gerüst fertig gesintert und anschliessend bis zur völligen Porenfüllung mit Kupfer getränkt wird.

Das Gerüst erhält durch eine Sinterung mit flüssiger Phase über die Wolfram-Wolfram-Brücken zwischen den Pulverteilchen eine hohe Warmfestigkeit (bei 800 - 1000 C gemessen). Der Vorteil des Wolfram-Kupfer-Sintergerüstes liegt in dem kleinen Abbrand eines hieraus hergestellten Verbundmetalls, der kleiner ist als bei einem etwa gleich zusammengesetzten Verbundmetall, dessen Gerüst aus Wolfram und Kupfer hergestellt ist. Es hat sich als günstig erwiesen, für die Herstellung des Sintergerüstes ein sinteraktives Wolframpulver, dem vorzugsweise 1 - 10 Gew.-% Kupfer und 0,01 - 1 Gew.-% Nickel zugesetzt sind, zu verwenden.

Kontakte aus Durchdringungsverbundmetall gemäss der Erfindung zeichnen sich vor allem wegen der hohen Warmfestigkeit und der kavernenfreien Tränkung durch einen geringeren Abbrand als die bisher bekannten Durchdringungsverbundmetalle dieses Dichtebereiches aus. Dies dürfte darauf beruhen, dass das erfindungsgemässe Wolfram-Kupfer-Nickel-Durchdringungsverbundmetall wegen der günstigen physikalischen, chemischen und elektrisch technologischen Eigenschaften insbesondere unter öl bei einer Dichte von etwa 12 g/cm3 ein Abbrandminimum hat (Fig. 1). Ein anderer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass ohne Nachbehandlung Fertigformteile mit guten Aussenkonturen erhalten werden.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann ein Wolfram-Kupfer-Durchdringungsverbundmetall mit einem Nickelgehalt im Sintergerüst von 0,01 - 1 Gew.-% nach dem Tränken des Sintergerüstes mit Kupfer bei kleinem Sinterschrumpf beim Sintem des Gerüstes und einem kleinen weiteren Schrumpf beim Tränken des Sintergerüstes als Formteil erhalten werden, dessen Dichte zwischen 11 und 13 g/cm3 liegt, wobei spangebende Massnahmen ganz entfallen oder auf ein Mindestmass beschränkt sind, so dass auch ein bedeutender wirtschaftlicher Vorteil gegenüber den bisher bekannten Massnahmen vorliegt.

Ein weiterer Vorteil ist die gute Löt- und Schweissfähigkeit des erfindungsgemässen Durchdringungsverbundmetalls mit den üblichen Kontaktstück-Trägermetallen.

Ein Pressteil aus einem Durchdringungsverbundmetall gemäss der Erfindung kann in der Weise hergestellt werden, dass ein Ausgangspulver 1 z.B. in eine Keramikform 2 eingerüttelt oder eingepresst wird. Die Masse der Form sind so bemessen, dass der kleine Sinterschrumpf, der bis zu 1% betragen kann, berücksichtigt ist. Die Sinterung des eingeschütteten od. eingepressten Pulvers erfolgt in Form bei einer Temperatur zwischen 1200 und 15000C in Wasserstoff oder Vakuum. Bei den Sintertemperaturen oberhalb 1300ob erfolgt vorzugsweise zuerst eine Vorsinterung bei etwa 10000C und die endgültige Sinterung nach Entfernen des Gerüstes aus der Form. Die Sinterzeit ist so bemessen, dass eine für den gegebenen Raumer- füllungsgrad maximale Gerüstfestigkeit erreicht wird.

Nach der Sinterung bzw. Vorsinterung fallen die gesinterten Gerüste aus den Formen heraus. Die zur Tränkung und zur völligen Porenfüllung der Gerüste erforderliche Kupfermenge wird als Elektrolysekupfer-Pressteil auf oder unter das Gerüst gelegt und in einer Graphit- oder Keramikform während 5 - 15 Minuten auf Tränktemperatur oberhalb der Kupferschmelztemperatur erhitzt. Die Tränktemperatur beträgt zweckmässig 1200 - 13500C. Bei der Tränkung findet noch eine kleine Schrumpfung des Formteilgerüstes von etwa 0,5% statt. Nach der Tränkung ist das Formteil zeichnungsgerecht und es braucht an der Aussenkontur nicht mehr spanabgebend bearbeitet werden.

Fig. 1 zeigt den Lichtbogenabbrand eines erfindungsgemässen Wolfram-Kupfer- Nickel - Durchdringungsverbundmetalls. Auf der Ordinate ist der Abbrand in 10-G cm3/As, und auf der Abszisse ist die Dichte y in g/cm3 aufgetragen.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung und der Dichte von Wolfram-Kupfer-Durchdringungsverbundmetall. Auf der Ordinate ist die Dichte in g/cm3 und auf den Abszissen ist die Zusammensetzung in Vol.-% bzw. Gew.-% aufgetragen. Der kleine Nickelgehalt von 0,01 - 1 Gew.-% ist wegen des kleinen Dichteunterscheides (Nickel: y = 8,8 g/cm3, Kupfer: y = 8,93 g/cm3) in Fig. 2 nicht getrennt ausgewiesen. Der Raumerfüllungsgrad des Gerüstes ist als Parameter angegeben.

Die Fig. 3 - 6 veranschaulichen die Herstellung eines Formteiles gemäss der Erfindung. In den Fig. 3 und 4 ist das Ausgangspulver jeweils mit 1 und die Keramikform mit 2 bezeichnet. In den Fig. 5 und 6 sind die angedrehten Lötphasen 3 gezeigt, mit denen es mit dem Trägermetall durch Hartlöten verbunden wird.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Herstellung eines Durchdringungsverbundmetalls auf der Basis von kupfergetränkten Wolfram Kupfer-Nickel-Sinterkörpern, insbesondere für Hochspannungsschalter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wolfram-Kupfer-Nickel-Pulvermischung mit 1 bis 10 Gew.-% Kupfer und 0,01 bis 1 Gew.-% Nickel in einer Form verdichtet, vorgesintert und nach Entnahme aus der Form das Gerüst fertig gesintert und anschliessend bis zur völligen Porenfüllung mit Kupfer getränkt wird.

UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfram-Kupfer-Nickel-Pulvermischung durch Pressen verdichtet wird.