EP0430825B1 - Matériau composite fritté pour contact électrique, et pastille de contact utilisant ledit matériau - Google Patents
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- EP0430825B1 EP0430825B1 EP19900420493 EP90420493A EP0430825B1 EP 0430825 B1 EP0430825 B1 EP 0430825B1 EP 19900420493 EP19900420493 EP 19900420493 EP 90420493 A EP90420493 A EP 90420493A EP 0430825 B1 EP0430825 B1 EP 0430825B1
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- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/021—Composite material
- H01H1/027—Composite material containing carbon particles or fibres
Definitions
- the invention relates to a sintered composite material for the manufacture of electrical contacts, comprising a mixture of silver particles, and graphite or carbon particles coated with a metal, in particular based on nickel.
- Document FR-A-2.155.103 proposes to reduce the erosion effect of silver / graphic materials by the addition of nickel.
- the presence of nickel makes it possible to improve the mechanical properties of the matrix (mechanical strength and hardness) and therefore to increase the longevity of the material.
- This reduction is due to the fact that the nickel is dispersed in the matrix and thus replaces the silver, these materials being produced by sintering a mixture of three distinct powders based on silver, nickel and graphite .
- the object of the invention is to improve the electrical properties while reducing the erosion of a sintered composite material of electrical contact.
- the material according to the invention is characterized in that the weight composition of the material contains 92% to 98% of silver particles, 1% to 7% of graphite particles coated with nickel, and 1% to 3% of particles of uncoated graphite, that the average size of each particle of nickel-plated graphite is between 20 and 150 microns, the level of nickel relative to the graphite of the particles of nickel-containing graphite can vary from 20% to 85% by weight.
- uncoated graphite particles in the mixture of silver particles and nickel-plated graphite particles makes it possible to solve the welding problems given the presence of non-metallic contact points with silver.
- the low content (1% to 3%) of uncoated graphite nevertheless limits the erosion of the contact material.
- the contact material 10 contains particles of silver 11 (92% to 98% by weight), particles of graphite 12 coated with a coating of nickel 14 (1% to 7% by weight) , and 1% to 3% of uncoated graphite particles.
- the nickel-plated graphite particles 12 are obtained after surface deposition on the graphite of a layer of high-purity nickel. This deposition is carried out by a carbonyl or other process.
- the average size of the particles 12 of nickel-plated graphite varies from 20 to 150 microns.
- Each silver particle 11 has a dendritic shape and an average size of between 5 and 100 microns.
- the purity of the silver is greater than 99%.
- the material is produced by the powder metallurgy technique by sintering the particles 11, 12, 16 previously mixed and compressed. A material is thus obtained consisting of a silver matrix in which are homogeneously distributed particles of nickel-plated graphite 12 and particles of uncoated graphite 16.
- the thickness of the nickel layer on the particles 12 can be between 5 and 20 microns depending on the desired percentage of nickel.
- the hardness HV1 of the materials can reach 60.
- the test of the material in electrical endurance was carried out as a fixed contact on a testing machine making 5000 openings at 100 A (220 V), facing a movable contact in Ag -Ni 60/40.
- the average contact resistance was 0.48 milli-ohms and the total erosion of the fixed contact was 4.6 milligrams.
- Such a material makes it possible to obtain contact pads for low-voltage electrical equipment, in particular circuit breakers, contactors and switches.
- An exemplary embodiment of a contact pad uses a first layer of composite material described above. We can add a second layer of silver, thickness between 0.05 and 0.5 mm, and compressed simultaneously with the first during the sintering operation.
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Description
- L'invention est relative à un matériau composite fritté pour la fabrication de contacts électriques, comprenant un mélange de particules d'argent, et de particules de graphite ou carbone revêtues par un métal, notamment à base de nickel.
- 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 échauffement 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 d'autant plus importante que la teneur en graphite est plus élevée.
- Le document FR-A-2.155.103 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 et thermiques 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.
- Selon les documents DE-A-3.402.091 et JP-A-57054236 l'utilisation de particules de graphite revêtues de nickel permet de réduire considérablement l'érosion des contacts sans affecter la résistance de passage et l'échauffement. Le nickel permet essentiellement d'améliorer la dureté du matériau et la qualité de l'interface argent et graphite. La présence de la couche de nickel autour des particules de graphite peut occasionner dans certains cas des problèmes de soudage et de collage, étant donné que le contact est pratiquement métallique.
- L'objet de l'invention consiste à améliorer les propriétés électriques tout en diminuant l'érosion d'un matériau composite fritté de contact électrique.
- Le matériau selon l'invention est caractérisé en ce que la composition pondérale du matériau renferme 92% à 98% de particules d'argent, 1% à 7% de particules de graphite enrobées de nickel, et 1% à 3% de particules de graphite non revêtu, que la taille moyenne de chaque particule de graphite nickelé est comprise entre 20 et 150 microns, le taux de nickel par rapport au graphite des particules de graphite nickelé pouvant varier de 20% à 85% en poids.
- L'addition de particules de graphite non revêtu dans le mélange de particules d'argent et de particules de graphite nickelé permet de résoudre les problèmes de soudage étant donné la présence de points de contacts non métalliques avec l'argent. La faible teneur (1% à 3%) de graphite non revêtu limite néanmoins l'érosion du matériau de contact.
- 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 d'une poudre de graphite enrobé de nickel;
- la figure 2 montre une vue en coupe au microscope d'un matériau composite selon l'invention;
- la figure 3 représente une vue schématique 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), des particules de graphite 12 enrobées par un revêtement de nickel 14 (1% à 7% en poids), et 1% à 3% de particules de graphite non revêtu.
- Les particules de graphite 12 nickelé 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.
- La taille moyenne des particules 12 de graphite nickelé varie de 20 à 150 microns. 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, 16 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 nickelé, et des particules de graphite 16 non revêtu. L'épaisseur de la couche de nickel sur les particules 12 peut être comprise entre 5 et 20 microns selon le pourcentage de nickel souhaité.
-
- Après élaboration, la dureté HV1 des matériaux peut atteindre 60. Le test du matériau en endurance électrique a été effectué 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 HV1 de 40, résistance moyenne de contact de 0,64 milli-ohms et érosion du contact fixe de 33 milligrammes.
- 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.
Claims (5)
- Matériau composite fritté pour la fabrication de contacts électriques, comprenant un mélange de particules d'argent, et de particules de graphite ou carbone revêtues par un métal, notamment à base de nickel, caractérisé en ce que la composition pondérale du matériau renferme 92% à 98% de particules (11) d'argent, 1% à 7% de particules (12) de graphite enrobées de nickel (14), et 1% à 3% de particules (16) de graphite non revêtu, que la taille moyenne de chaque particule (12) de graphite nickelé est comprise entre 20 et 150 microns, le taux de nickel par rapport au graphite des particules (12) de graphite nickelé pouvant varier de 20% à 85% en poids.
- Matériau composite fritté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la taille moyenne de chaque particule (11) d'argent est comprise entre 5 et 100 microns, la pureté de l'argent étant supérieure à 99%.
- Matériau composite fritté selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la taille moyenne de chaque particule de graphite non revêtu est inférieure à 100 microns.
- Pastille de contact pour un appareillage électrique à basse tension, caractérisée en ce qu'elle comporte une première couche de matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
- Pastille de contact selon la revendication 4,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.
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