DE1521294B2 - Verfahren und vorrichtung fuer die herstellung von schaltkon takten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung fuer die herstellung von schaltkon taktenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung eines an sich bekannten Verfahrens der chemischen
Umwandlung gasförmiger Verbindungen zum Aufbringen von hochschmelzendem elektrisch leitendem
Stoff auf ein Grundmaterial aus Metall mit für die elektrische Stromleitung erforderlichen mechanischen,
elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften und eine Vorrichtung zur Durchführung des angewandten
Verfahrens zur Herstellung von Schaltkontakten.
Kontaktfedern werden für elektrische Schaltkontakte, beispielsweise an Relais, benötigt. Die
Kontaktfedern bewegen sich entweder über eine mechanische Verbindung oder unmittelbar im magnetischen
Feld und stellen über ein an dem Federmaterial anhaftendes Kontaktmaterial sowie über ein
zumeist gleichförmig ausgebildetes weiteres Kontaktglied eine elektrische Verbindung her. Charakteristisch für Kontaktfedern ist, daß sie einer Dauerbelastung
unterworfen werden und einer großen Schalthäufigkeit ausgesetzt sind. Von den elektrischen
Kontakten wird verlangt, daß sie gute federnde und gute Kontakteigenschaften haben. Das im allgemeinen
verwendete hochwertige teure Kontaktmaterial soll in dünner Schicht gut haftend mit dem federnden
Material verbunden sein und das sogenannte Kontaktverschweißen verhindern.
Im allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beschichten bereits ausgestanzter
Federn oder von bandförmigem Grundmaterial als Trägermetall, vorzugsweise einem Federmaterial, wie..
beispielsweise einer Eisen-Nickel-Legierung, Neusilber oder Messing oder einem Bronzematerial oder
einem reinen Metall, wie Kupfer, Silber oder Nickel. Nach dem Beschichten wird das bandförmige Grundmaterial
zu elektrischen Kontaktfedern verarbeitet. Es ist hierfür bekannt, nur einen begrenzten Streifen
der Oberfläche des bandförmigen Grundmaterials mit dem hochwertigen Kontaktmaterial zu beschichten.
Die Kontaktfedern werden nach dem Beschichten aus dem Bandmaterial ausgestanzt, so daß sich die
Kontaktschicht nur auf der Stelle der Kontaktfeder befindet, an welcher eine lösbare elektrische Verbindung
hergestellt wird. Diese bewährte Methode läßt sich auch für das Verfahren nach der Erfindung anwenden.
Insbesondere ist es nach wie vor möglich, das bandförmige Material zum Beschichtungsvorgang
auf einen leicht konisch ausgebildeten Zylinder spiralig aufzuwickeln, so daß eine Selbstabdeckung erfolgt,
bei welcher nur der zu beschichtende Streifen des Bandes frei bleibt.
Zur Beschichtung aus der Gasphase ist ein Abscheidungsverfahren bekannt, bei dem Molybdän,
Wolfram und Rhenium sowie Karbide und Boride dieser Metalle durch Umwandlung gasförmiger Verbindungen
niedergeschlagen werden.
Für das Aufdampfen von elektrischem Kontaktmaterial auf die Unterlage eignen sich insbesondere
Edelmetalle, die allerdings die elektrische Kontaktherstellung wesentlich verteuern. Es ist deshalb auch
schon versucht worden, hochschmelzende Metalle, wie Molybdän oder Wolfram, als elektrische Kontaktschicht
entweder im Walzplattierverfahren oder durch Bedampfen aufzubringen. Beim Walzplattieren entsteht
aber eine ungünstige Textur in Längsrichtung des Bandmaterials, die selbstverständlich auch auf
der aus dem Bandmaterial gestanzten fertigen elektrischen Kontaktfeder auftritt. Ein weiterer Nachteil
ist dadurch gegeben, daß sich hochschmelzende Metalle nicht beliebig dünn auswalzen lassen. Auch dem
Bedampfen mit hochschmelzenden Metallen stehen Schwierigkeiten entgegen, da diese Metalle durch
Elektronenstrahlerhitzung verdampft werden und die dazu erforderlichen hohen Temperaturen zu starken
Energieverlusten durch Leitung und Strahlung sowie zu unerwünscht hoher Erwärmung des Grundmetalls
führen.
ίο Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen
auf elektrisch leitenden Drähten, Federn oder Bändern durch Abscheiden des Uberzugstoffes aus
der dampfförmigen chemischen Verbindung auf die erhitzten Grundkörper bekannt. Für die Herstellung
der zusammenhängenden Schicht auf dem erhitzten Grundkörper werden dampfförmige Halogenverbindungen
von Metallen oder anderen Elementen benutzt.
Bei einem weiteren Verfahren zum Niederschlagen von Metallen, die vorzugsweise einen hohen Schmelzpunkt
besitzen, auf eine Formunterlage wird dieselbe nach Abschluß des Niederschlagvorgangs entfernt. .(Jr,
Der auf diese Weise erhaltene Metallgegenstand besteht nur aus den niedergeschlagenen Metallschichten.
Es ist schließlich auch bekannt, Schichten elektrolytisch aufzubringen, wobei jedoch dieses chemische
Verfahren nicht die Verarbeitung hochschmelzender Metalle zuläßt. .
Obwohl die Anwendung der chemischen Umwandlung in der Beschichtungstechnik an und für sich
bekannt ist, sind derartige Verfahren noch nicht für die Herstellung von elektrischen Schaltkontakten
ausgenutzt worden. .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch die Anwendung eines an sich bekannten Verfahrens
der chemischen Umwandlung gasförmiger Verbindungen elektrische Schaltkontakte mit günstigen
mechanischen und elektrischen Kontakteigenschaften und langer Lebensdauer zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das beschichtete Grundmaterial für elektrische Schaltkontakte
Beschichtungskomponenten aus Molybdän, Wolfram, Rhenium oder Platinmetallen oder Molyb- /.
dän-Rhenium-Wolfram-Rhenium- oder Rhenium-Iridium-Legierungen
bzw. Molybdän- oder Wolframkarbide oder Molybdän- oder Wolframboride enthält. Bei dem Verfahren werden störende Restgase
durch vorangehendes Evakuieren des Reaktionskessels entfernt. Dieses Verfahren ermöglicht eine
wirtschaftliche Beschichtung von Ausgangsmaterial für die Herstellung leistungsfähiger elektrischer
Schaltkontakte. Es werden neue Werkstoffkombinationen ermöglicht, da nunmehr-Materialien als
Kontaktschicht aufgebracht werden können, die gute Kontakteigenschaften gewährleisten, welche aber
bislang keine Anwendung finden konnten, weil kein zufriedenstellendes Verfahren zum Aufbringen auf
das Grundmaterial zur Verfügung stand. Die Beschichtung haftet sehr gut an der Unterlage, und das
beschichtete Bandmaterial zeichnet sich durch Duktilität aus, welche Bearbeitungsschwierigkeiten ausschließt.
Im einzelnen erfolgt die chemische Umwandlung durch thermische Dissoziation an dem erhitzten
Grundmaterial. Zu diesem Zweck wird das Grundmaterial auf die erforderliche Umwandlungstemperatur
erhitzt. Läßt das Grundmaterial die Anwen-. dung dieser Technik nicht zu, dann kann die chemi-
sehe Umwandlung auch im Hochfrequenzfeld erfolgen. Hierbei kann das Verfahren vorteilhafterweise
so ausgebaut werden, daß durch das Hochfrequenzfeld, welches für die Dissoziation sorgt, zugleich die
Erhitzung des Grundmaterials als Kondensationsfläche für die Abscheidungskomponente erfolgt.
Die chemische Umwandlung kann auch im heißen Plasmastrahl erfolgen. In gewissen Fällen läßt sich
vorteilhafterweise ein katalytischer Effekt, der vom Grundmaterial ausgeht, ausnutzen. Das Abscheiden
der Beschichtungskomponenten wird hierbei durch eine Keimbildungs- oder katalytische Wirkung des
als Kondensationsfläche dienenden Grundmaterials begünstigt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im wesentlichen bei allen Materialien dieselbe.
Das aufgewickelte bandförmige Grundmaterial auf einer Trommel ist gegenüber einer oder mehreren
Zersetzungsquellen axial beweglich, oder im umgekehrten Fall sind eine oder mehrere Zersetzungsquellen gegenüber einer in axialer Richtung ortsfesten
Trommel axial beweglich.
Nach dem Verfahren entsteht eine Kontaktfeder aus einem.federnden Grundmaterial mit einer Kontaktschicht
aus Molybdän, Wolfram, Rhenium oder einem Platinmetall oder einer Legierung, einem
Borid oder Karbid der vorgenannten Metalle in einer Stärke zwischen 0,5 und 50 μΐη.
Durch die Anwendung der chemischen Umwandlung lassen sich hochschmelzende Materialien mit
niedrigem Dampfdruck einfacher verarbeiten als nach den bisherigen für die Kontaktfederherstellung
üblichen Verfahren. So lassen sich beispielsweise reine Metalle, wie Molybdän, Wolfram, Rhenium,
Osmium, Iridium oder Rhodium, ohne Schwierigkeiten niederschlagen. Darüber hinaus ist es auch
möglich, Legierungen der vorgenannten Stoffe auf die Unterlage aufzubringen.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß das
Dendritenwachstum senkrecht zur Kontaktfläche, also parallel zu den Stromlinien eines elektrischen Schaltkontaktes,
günstige Kontakteigenschaften schafft.
Die Erfindung wird an Hand der Bechreibung der Zeichnung und der Angabe von Beispielen näher
erläutert.
In der Zeichnung ist als Prinzipskizze eine Reaktionskammer
10 dargestellt, in welcher sich eine Trommel 12 befindet, die mit bandförmigem Unterlagematerial
14 spiralig umwickelt ist. Die Trommel 12 ist axial gelagert und wird von einem Motor 16
in Drehung versetzt. Außerdem läßt sich die Trommel 12 in Richtung der Pfeile 18 axial in der Kammer
verschieben.
Die Kammer ist luftdicht verschlossen und weist einen mit einer nicht dargestellten Pumpe versehenen
Absauganschluß 20 auf. Der Druck im Innenraum läßt sich durch ein Meßinstrument 22 überwachen.
Im linken Teil (links neben der senkrecht gestrichelten Linie) ist für eine chemische Zersetzung
im Plasmabrenner beispielhaft ein einzelner Plasmabrenner 24 angegeben. Der Plasmabrenner kann mit
Gleichstrom oder Hochfrequenz betrieben werden. Der Plasmabogen brennt zwischen einer wassergekühlten
nicht dargestellten Kathode und einer ebenfalls wassergekühlten Anode 26. Die Anode 26
ist durchbohrt und weist einen Anschluß 28 für ein Betriebsgas, beispielsweise Wasserstoff, auf. Ein weiterer
Kanal, beispielsweise ein Kanal 30, kann der Zuführung eines weiteren Arbeitsgases dienen. Die
gasförmige Reaktionskomponente wird über eine Leitung 32 in den heißen Plasmastrahl gebracht. Der
zugeführte Stoff zersetzt sich in diesem Strahl, in dem eine Temperatur von etwa 3000° C herrscht, und
die Niederschlagskomponente schlägt sich auf. der Trommeloberfläche nieder, auf der eine Temperatur
zwischen 150 und 500° C je nach dem zu beschichtenden Material herrscht. Die Temperatur auf der
Trommeloberfiäche kann durch einen Flüssigkeitsstrom durch Kanäle in der Trommel oder durch auf
die Trommel aufgelötete Rohre geregelt werden.
In der praktischen Ausführung sind mehrere Plasmabrenner 24 gegenüber der sich drehenden Trommel angeordnet. Außerdem wird durch die axiale Bewegbarkeit der Trommel 12 dafür gesorgt, daß ein gleichmäßiger Belag auf der Unterlage entsteht.
In der praktischen Ausführung sind mehrere Plasmabrenner 24 gegenüber der sich drehenden Trommel angeordnet. Außerdem wird durch die axiale Bewegbarkeit der Trommel 12 dafür gesorgt, daß ein gleichmäßiger Belag auf der Unterlage entsteht.
Im rechten Teil der Zeichnung ist schematisch eine Anordnung für die Zersetzung im Hochfrequenzfeld
angedeutet. Die Reaktionskomponente oder die Reaktionskomponenten werden über Zuleitungen 34,
36 und 38 in die Kammer 10 eingeleitet. Die Trommel 12 bewegt sich zwischen Hochfrequenzelektroden
40, die an einen Hochfrequenzgenerator 42 angeschlossen sind. Außer den Reaktionskomponenten
wird in nicht dargestellter Weise über eine getrennte Zuleitung ein Reaktionsgas, beispielsweise Wasserstoff,
in die Kammer 10 eingeleitet. Im Hochfrequenzfeld zwischen den Elektroden 40, die zugleich der
Aufheizung der Schichten 14 auf der Trommel 12 dienen können, zerfällt die Reaktionskomponente so,
daß der Belagstoff auf die Unterlage 14 gelangt, während die frei werdenden Stoffe durch das Reaktionsgas
gebunden und in nicht dargestellter Weise abgeleitet werden.
Es folgen einige Beispiele, in den die Reaktionskomponenten, die sich zur Durchführung des Ver-
fahrens eignen, näher angegeben sind. Bei hohen Umwandlungstemperaturen eignen sich besonders
das Hochfrequenz- und das Plasmaverfahren, da in beiden Fällen Zersetzung und Kondensation an getrennten
Orten stattfinden.
Ein Band aus einer Eisen-Nickel-Legierung als Unterlage 14 soll eine Kontaktschicht aus Molybdän
erhalten. Das Molybdän gewinnt man bei 500 bis 1100° C nach Zersetzung von Molybdän-Chlorid
(MoClr) mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel.
Der Gesamtgasdruck beträgt etwa 1 Atmosphäre. Auf dem Eisen-Nickel-Band schlägt sich Molybdän
(Mo) in gewünschter Schichtstärke nieder, und in der Kammer 10 fällt Salzsäure (HCl) an, die aus
diesem Grunde säurefest ausgekleidet sein muß. Beim folgenden Beispiel ist dies nicht erforderlich.
Ein Metallband wie im Beispiel I soll ebenfalls mit Molybdän beschichtet werden, wobei der metallhaltige
Ausgangsstoff Molybdän-Karbonyl (Mo(CO)6) und das Transportmittel Wasserstoff (H2) ist. Das
Karbonyl zerfällt bei 450 bis 750° C, und der Gesamtdruck ist kleiner als 0,75 mm.
Beispiel ΙΠ
Das Metallband soll mit Wolfram beschichtet werden. Als Ausgangsmaterial wird Wolfram-Chlorid
(WCl6) und als Reduktionsmittel Wasserstoff (H?)
benutzt. Die Zerfallstemperatur beträgt 500 bis 1100° C und der Gesamtdruck 1 Atmosphäre. Wegen
des Anfalls von Salzsäure (HCl) muß die Kammer 10 säurefest ausgekleidet sein. Diese Schwierigkeit läßt
sich durch die Anwendung von Wolfram-Karbonyl (W(CO)6) umgehen.
Für die Beschichtung mit Rhenium wird als Ausgangsmaterial Rhenium-Chlorid (ReCl3) benutzt, wobei
als Transportgas zusätzlich Stickstoff (N2) zuzugeben ist. Die Zerfallstemperatur beträgt 600 bis
1100° C und der Gesamtgasdruck etwa 1 Atmosphäre.
Auf dem Metallband soll ein Karbid, beispielsweise Molybdän-Karbid, aufgeschichtet werden. Aus
den Komponenten Molybdän (Mo) und Methan (CH4) entsteht unter Wasserstoffatmosphäre (H2) bei
etwa 700° C und 1 Atmosphäre Molybdän-Karbid (MoC). Bei einer erhöhten Temperatur, bei etwa
800° C, kann auch eine zweiwertige Bindung (Mo2C) entstehen.
Für die Herstellung eines Wolfram-Borid-Überzuges wird Wolfram zusammen mit Bortrichlorid
(BCl3) in eine Wasserstoff atmosphäre (H,) eingebracht.
Es entsteht Wolfram-Borid bei Ϊ800 bis
2000° C und einem Gesamtgasdruck von 1 Atmosphäre, das dann bei tieferer Temperatur auf dem
Metallband niedergeschlagen wird. Im Reaktionsgefäß fällt Salzsäure an.
Claims (8)
1. Anwendung eines an sich bekannten Verfahrens der chemischen Umwandlung gasförmiger
Verbindungen zum Aufbringen von hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoffen auf ein
Grundmaterial aus Metall mit für die elektrische Stromleitung erforderlichen mechanischen, elektrischen
und/oder magnetischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete
Grundmaterial für elektrische Schaltkontakte Beschichtungskomponenten aus Molybdän,
Wolfram, Rhenium oder Platinmetallen oder Molybdän-Rhenium-, Wolfram-Rheniumoder
Rhenium-Iridium-Legierungen bzw. Molybdän- oder Wolframkarbide oder Molybdän- oder
Wolframboride enthält.
2. Anwendung der thermischen Dissoziation für die chemische Umwandlung an dem erhitzten
Grundmaterial nach Anspruch 1.
3. Anwendung eines Hochfrequenzfeldes für die chemische Umwandlung nach Anspruch 1.
4. Anwendung eines Hochfrequenzfeldes nach den Ansprüchen 1 und 3 für die Erhitzung des
Grundmaterials als Kondensationsfläche für die Beschichtungskomponenten.
5. Anwendung eines heißen Plasmastrahls für die chemische Umwandlung nach Anspruch 1.
6. Anwendung der Keimbildungs- oder katalytischen Wirkung des als Kondensationsfläche
dienenden Grundmaterials für das Abscheiden der Beschichtungskomponenten nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
7. Vorrichtung für die Durchführung der angewandten Verfahren zur Herstellung von Schaltkontakten
nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgewickelte bandförmige
Grundmaterial auf einer Trommel gegenüber einer oder mehreren Zersetzungsquellen
axial beweglich ist oder daß eine oder mehrere Zersetzungsquellen gegenüber einer in axialer
Richtung ortsfesten Trommel axial beweglich sind.
8. Kontaktfeder aus einem federnden Grundmaterial, weiche nach einzelnen oder mehreren
der Anwendungsmerkmale der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wird, gekennzeichnet durch eine Kontaktschicht
aus Molybdän, Wolfram, Rhenium oder einem Platinmetall oder einer Legierung, einem Borid oder Karbid der vorgenannten Metalle
mit einer Stärke zwischen 0,5 und 50 μΐη.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DEH0061403 | 1966-12-24 |
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| DE1521294B2 true DE1521294B2 (de) | 1971-12-09 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19661521294 Pending DE1521294B2 (de) | 1966-12-24 | 1966-12-24 | Verfahren und vorrichtung fuer die herstellung von schaltkon takten |
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|---|---|
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Families Citing this family (1)
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