JPS5920445A - 銀―錫酸化物焼結合金の電気接点材料の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の技術分野 本発明は銀をマトリックスとし金属成分で４〜２５重量
％の酸化錫粒子を含む複合体を銀の液相の存在下で且つ
好適にはハンマー、プレス、鍛造等の加圧下で焼結した
電気接点材料とその製法に関するものである。本発明に
あっては、酸化錫粒子とは酸化した錫の粉末粒子であっ
ても、銀−錫系合金中に内部酸化によって析出した錫酸
化物析出粒子であっても、またこの両者の組合せであっ
てもよい。

（ロ）発明の背景 金属酸化物、特に酸化カドミウム或は酸化錫が銀マトリ
ツクス中に分散した電気接点材料は今日広く使われると
ころである。

かかる銀−金属酸化物接点材料は、大別すると以下の２
種類の方法によってつくられている。

即ち、（Ａ）マトリックスをなすＡｇ粉末粒子と所望の
量の酸化した金属粉末粒子とを混合し、これをグリーン
コンパクトに成形した後に焼結する粉末冶金法と、（Ｂ
）Ａｇと添加金属の溶解合金をつくり、この合金を鍛造
、圧延して所望の形状と厚みにした後、添加金属を銀基
質中に選択析出酸化する内部酸化法である。

Ｌ記（Ａ）　、　（Ｂ）のいずれの方法によっても銀糸
接点材料の耐火性は顕著に向上するが、（Ａ）の粉末冶
金法によってつくられるＡｇ−金属酸化物接点材料はプ
リットルで展延性に乏しくて接点形状への加工が難しく
、また接点の開閉に伴う電気的浸食に対して弱く、また
導電率においてＣＢ）の内部酸化法によったものよりも
劣る難点がある。一方、（Ｂ）の内部酸化法によってつ
くられるＡｇ−金属酸化物接点材料は密で展延性に優れ
且つ高い導電率を有するが、内部酸化しうる添加金属の
量と種類が限られる不利があり、また内部酸化される溶
質金属の量が多いと、それらがともすると材料の表面部
とＡｇ粒界に偏析して酸化し、接触抵抗特に初期の接触
抵抗が高くなって接点面の温度上昇が高くなる欠点があ
る。

（ハ）発明の開示 そこで、本発明は焼結法によりながらも、内部酸化法に
よってつくられた接点材料と同様な密な組織を有し、結
晶欠陥、加工欠陥、加工歪、加工滑り等がなく、展延性
に優れ且つ高い導電率を有する電気接点材料を提供する
ものである。

更に詳細には、この発明になる複合電気接点材料は、銀
マトリツクス中に酸化錫粒子及び或は錫合金酸化物粒子
を金属成分重量比で４〜２５％含有する銀糸複合焼結合
金からなる電気接点材料で、銀粉末粒子と酸化物粒子及
び或は銀−錫合金酸化物粒子とを混合し、成形した後に
銀の融点或は銀の融点以上の温度で焼結したものである
。換言すれば、この発明になる複合電気接点材料は、銀
をマトリックスとし、酸化錫粉末粒子及び或は銀−錫合
金酸化物粉末粒子を銀の液相下で焼結したものである。

本発明においては、前述した如く銀をマトリックスとし
、このマトリックス中に酸化錫及び或は錫合金酸化物を
重量比で４〜２５％、或は酸化錫及び或は錫合金酸化物
を主体とし、これにＣｄ。

Ｚｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ等の酸化物を単独で或は
組合せで添加してそれらの総量が４〜２５重量％で分散
した銀糸複合焼結合金からなる複合電気接点材料を提供
するものであって、銀粉末粒子と前記した金属酸化物粉
末粒子を銀の融点具Ｅの温度で焼結することによって、
該焼結合金の鋼マトリックスはあたかも溶解法によった
如くに連続した組織を呈し且つその金属酸化物粒子はこ
の銀マトリツクス中に均一に分散した組織を呈するもの
である。

この発明の基礎は、次にあげる本発明者の知見によるも
のである。

（ａ）酸化錫或は錫合金酸化物は銀の融点（９６０’Ｃ
）でｌよ分解も融解もしない。

（ｂ）銀と酸化錫或は錫合金酸化物との間には溶解度が
ないが、液相下の銀は固相下の酸化錫粒子或は錫合金酸
化物粒子の表面によく濡れて広がり、粒子間を薄い液相
の膜でおおい、粒子を互いに隔離して均一１つ稠密な分
散状態下に保ち、銀自体も焼結機構系外に遊離して押出
されない。且つ、液相下の鎖中の０２分圧は高いので、
例えばＡＳＴＭ２７０メツシュ以下の微細な粒度（約５
３ｐ−以下）の酸化錫粒子或は錫合金酸化物粒子のもつ
表面エネルギーでは鎖中へ或は銀を横切って移動しえな
い、また、金属酸化物はこのように銀が高い酸素分圧を
有するので、鎖中にその酸素を放出して低級の酸化物と
なることからも防止される。

この場合の金属酸化物−の粒度とは、粉末微粒子の粒度
、或は銀−銅溶解合金を内部酸化した時の銀マトリツク
ス中に析出された酸化物粒子の粒度のいずれでもよい。

（ｃ）融解時に雰囲気酸素を吸引して高いＯｔ分圧を有
する液相の銀は凝固時に０２と不純物を系外に放出して
結晶欠陥、加工欠陥、加工歪、加工滑り等のない連続し
た組織となる。

（ｄ）酸化錫等の量、即ち４〜２５重量％の量は銀糸複
合焼結合金の耐火性を向−Ｌしうるに充分な醗であり、
一方７５重量％以上の銀は焼結体を完全に稠密化しうる
液相量である。

従って、この発明における要件は次の通りである。

（１）銀マトリツクス中に、酸化錫及び或は銀の融点の
近傍で融解或は分解しない錫合金酸化物粉末を４〜２５
重量％含むこと（Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂ。

Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂ＋の酸化物を単独で或は組合せで添加し
てもよい。また、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ或はアルカリ士金属
を添加してもよい）。

（２）金属酸化物粒子は微細であって、粒度は５３μ以
下、好適にはｌ＃Ｌ以下であること。

（３）銀の融点以上で焼結して、銀マトリックスを凝固
後に連続した純銀の組織としたこと。

更に、この発明にあっては、 （４）液相にもたらされた銀マトリックスの凝固を圧カ
ドで行なうことである。この加圧は、前述した如くに例
えばハンマー、プレス、ｓＩ造等によって行なわれる。

これは液相の存在ドでの圧延、圧縮加工を伴なう液相鍛
圧であって、材料の比重を理論比重に近づけるものであ
る。また、液相下にもたらされた銀は凝固時に凝縮して
最小の体積をとろうとするので、金属酸化物粒子間に空
間欠陥を生じやすい、このような空間欠陥の発生を防ぐ
ために、この発明にあっては外圧を加えて材料を凝固せ
しめるものである。

（ニ）実施例 次に、本発明を実施例により更に説明する。

実施例１　゛ 約０．１にの黒色粉末の酸化銀９０重量％と約０．０５
ｐの錫酸化物粉末１０重量％とをアルコールでもって振
動ミル中で２０時間よく混合した。これらの粉末の粒度
はそれぞれ出発時の約半分から１１５に減じた。混合物
を４００　’Ｏ空気中で熱分解処理した。これを圧力２
〜４’４ん１で成形し、０２雰囲気中で２時間８００　
’Ｏで焼結した。

この焼結体゛を５〜７３’　／　ｃｗｎ　２で再び型押
しし、これを５Ｈの厚みとした。

この接点材料（Ａ）、即ち通常の粉末冶金法によってつ
くられたこの材料の物理特性は次のようであった。

硬度（ビッカース硬さ）＝８０ 伸率（％）＝２〜３ 導電性（ＩＡＣ３）：５６ 次に、−・面に凹凸を有し他面が平らな０．１履腸厚み
の純銀の板を上記接点材（Ａ）の−面にその平らな面が
合わさるようにして重ねた。この複合体を５分間、温度
１０５０℃で処理したところ、純銀の板の凹凸は消えて
、複合体の銀マトリックスが融点にもたらされたことが
認められた。

この熱処理の終った複合接点材（Ｂ）の物理特性は次の
通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）二８９ 伸率（％）：約２３ 導電性（ＩＡＣ３）：６０ 上記した複合体（即ち、上記した接点材料Ａに純銀板を
裏打ちしたもの）を７００℃に加熱し、厚さ１ｍｍに圧
延した。これを打抜いて径５ｉ＋ｍで厚さｌａｍの一接
点材を得た。複数個のこの接点材を次々に耐火性セラミ
ック材でつくられ且つ加熱されたシュート上に送った。

接点材は約１１００℃に加熱されて順次にシュートから
アンビル−ヒに移され、そこで１−１．５３’　／　Ｃ
ｍ”の圧力下でパンチにより加圧された。この接点材（
Ｃ）の物理特性は次の通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）：１００ 伸率（％）：２４〜２６ 導電性（ＩＡＣＳ）：６９ 従って、この本発明になる接点材（Ｃ）は上記した接点
材（Ａ）と（Ｂ）よりも硬度、伸率、導電性において優
れていることが分る。

次に耐衝撃性を試験するために、接点材（Ａ）と（Ｂ）
を本発明になる接点材（Ｃ）と同一寸法につくり、この
３種類の接点材（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）を２５アンペアマグネツトスイツチにそれぞれろ
う付けして、−接点当り１２０ｇの接圧にて１００万回
の機械的な開閉テストを行なった。

テスト後の接点の平均したつぶれ厚みは次の通りであっ
た・ 接点材（Ａ　）　　　　０．２５ｍｍ 接点材（Ｂ　）　　　　０．２０ｍｍ 接点材（Ｃ）　　　　０．１２ｍｍ 実施例２ Ｓｎ８重量％、Ｂｉ２重量％、Ｇｏｏ、１重量％を含む
銀合金を溶解法により得た。この合金を溶解し、これを
Ｎ２ガス雰囲気中でアトマイズ化して、水中で微細粉と
して回収した。この微細粉の粒度は約１００メツシユで
あった。これを３″ｇ／ｃｍＺで成形して長さ１５０ｍ
ｍ、幅１００ｍｍで厚さ４．５Ｈの板とし、これに厚さ
０．５１の銀板を裏打ちした。これを焼結し、８００℃
で３０分間０２雰囲気中で内部酸化した。その後に、こ
れを７００°Ｃでホットロール処理して厚み１．０履腸
の板とした。これを打ち抜いて径６■で厚さ１．０ｍｍ
のディスク形接点を得た。この接点の物理特性は次の通
りであった。

硬度（ビッカース硬さ）：９２〜１００伸率（％）：２ 導電性（ＩＡＣＳ）７４２〜４８ この接点を前記実施例１と同様にシュートドにて加熱し
、液相鍛圧した。その特性は以下の通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）：９２〜１００伸率（％）：約
１２ 導電性（ＩＡＣＳ）：４４〜５３ 実施例３ Ａ　ｇ　−Ｉ　’ｎ　５重量％を溶解した合金をＮ２ガ
ス雰囲気中でアトマイズ処理して約１００メツシユの合
金粉末を得た。この合金粉末を粒度的０．０１＃Ｌの錫
酸化物粉末８重量％とよく混合し、その裏面に薄い純銀
の板をおいて焼結して内部酸化し。

ホットロール処理した。これを打ち抜いて、径が６ｍｍ
で厚み１■のディスク形接点を得た。

この特性は次の通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）＝９２〜９８ 伸率（％）：２〜３ 導電性（ＩＡＣＳ）：４２〜５０ 前記した実施例１中で述べたのと同一なシュートドを約
５分間通過させて約１１００°０４こ加熱し、実施例１
と同様に鍛圧した。この接点の物理特性は次の通りであ
った。

硬度（ビッカース硬さ）＝９２〜ｌＯ８伸率（％）：１
６ 導電率（ＩＡＣＳ）：４４〜５０ 実施例４ Ａｇ−Ｓｎ８重量％−Ｉｎ６重量％−Ｃｏ０．２重量％
の溶解合金を径６■のワイヤーに連続的番こ鍛造し、こ
れを長さ１．０ｍｍの短線に切断した。この短線を１０
ａｔｍ、の０９雰囲気中で１２時間内部酸化した。その
後、この前もって内部酸化した短線材を５″ｇ／Ｃ１１
２の圧力下で径ＩＱＯｍｍで長さ３００ｍｍのインゴッ
トに圧縮した。このインゴットを８００℃に加熱して径
４１のワイヤー６木に押出し成形した。このワイヤーを
切断して径６禦腸で厚み１．３　ｒｓｔｓのディスク形
接点とし、この−面番と０．２■厚みの銀をクラッドし
た。この接点材は理論比重の８８．５％の比重を有し、
その物理特性ｔｉ次の通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）二８５〜９４ 伸率（％）：１〜２ 導電性（ＩＡＣ３）：　４５〜５０ この接点材を実施例１の如くに本発明に従って〜加熱し
且つ鍛圧した。この時の比重は理論比重の９９．８％で
あった。また、その物理特性は次の通りであった。

硬度（ビッカース硬さ）二８７〜９６ 伸率（％）ニア〜９ 導電性（ＩＡＣ３）：　４６〜５０ （ホ）発明の効果 以北のように、本発明にあっては一般内部酸化法による
内部酸化時の金属酸化物粒子の析出型。

偏析、異方性結晶等によって材料中に生ずる欠陥例えば
機械的な強度が低下した面を液相鍛圧によって機械的に
強度を向上させ、機械的な衝撃に酎えうるタフな材料と
しうる効果がある。

また、従来の粉末固相焼結法によった電気接点材におい
ては、銀は溶融凝固した連結性をもたず、その中にある
酸化粒子を従って銀が完全にグリップしていないために
組織的９強度的に不完全な欠陥があった。この欠陥は電
気接点の消耗を大きくしていたが、本発明によってこの
銀と酸化物粒子との結合性における不完全が除去されて
、その伝導性、機械的特性が良好になる効果がある。

更にまた。前記実施例４の如き予備内部酸化法によるも
のは、粉末冶金法による場合の如くに、銀の弱い結合性
のために耐溶解性、耐消耗性が劣り、また同方法の押出
し、圧延等の中間加工による伸び方向に組織の異方性が
発生する。これらの欠陥が本発明によればその最終工程
における液相鍛圧で解消される効果がある。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）銀をマトリックスとし、この中に金属成分で４〜
   ２５重量％の５３用以下の粒度の酸化錫粒子を少なくと
   も含有する銀−酸化錫系電気接点材料であって、該マト
   リックスは液相より圧力下で凝固して連続した異方性の
   ない組織を有することを特徴とする酸化錫粒子を分散し
   液相の存在ドから凝固した銀−錫酸化物系複合焼結合金
   の電気接点材料。
2. （２）前記酸化錫粒子は一般内部酸化法によってマトリ
   ックス中に析出したものであり、該マトリックスの組織
   は該酸化物粒子の析出歪、偏析、異方性結ａ３等の欠陥
   のない鍛圧されたものである特許請求の範囲第１項記載
   の電気接点材料。
3. （３）前記マトリックスと酸化錫粒子は粉末であってこ
   れを焼結したものであり、該マトリックスと酸化物粒子
   とが完全な結合性を有する特許請求の範囲第１項記載の
   電気接点材料。
4. （４）前記酸化錫粒子は銀マトリツクス中に内部酸化に
   よって析出したものであり、該酸化物粒子が析出したマ
   トリックスは押出し、圧延等の中間前−［を受けたもの
   であり、この中間加工によるその伸び方向に発生した組
   織の異方性が液相鍛圧により消え、該マトリックスは連
   続した異方性のない組織を呈する特許請求の範囲第１項
   記載の電気接点材料。
5. （５）　＃をマトリックスとし、この中に金属成分で４
   〜２５重醍％の５３に以下の粒度の酸化錫粒子を少なく
   とも含有する複合体をつくり、これを銀の融点温度に加
   熱して銀の液相の存在下から圧カドで凝固させることを
   特徴とする銀−酸化錫系電気接点材料の製造方法。
6. （６）前記複合体は銀と溶質金属との合金を内部酸化し
   たものである特許請求の範囲第５項記載の製造方法。
7. （７）前記複合体は銀と金属酸化物の粉末よりなる特許
   請求の範囲第５項記載の製造方法。
8. （８）前記複合体は銀と溶質金属との合金を予備内部酸
   化して更にこれを押出し、圧延等の中間加工を施したも
   のである特許請求の範囲第５項記載の製造方法。