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EP0056857A1 - Werkstoff für elektrische Kontakte - Google Patents

Werkstoff für elektrische Kontakte Download PDF

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EP0056857A1
EP0056857A1 EP81110185A EP81110185A EP0056857A1 EP 0056857 A1 EP0056857 A1 EP 0056857A1 EP 81110185 A EP81110185 A EP 81110185A EP 81110185 A EP81110185 A EP 81110185A EP 0056857 A1 EP0056857 A1 EP 0056857A1
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EP
European Patent Office
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oxide
germanium
silver
sno
molybdenum
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EP81110185A
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Wolfgang Dr. Böhm
Roger Wolmer
Willi Malikowski
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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Publication date
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H01H1/0237—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides
    • H01H1/02372—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides containing as major components one or more oxides of the following elements only: Cd, Sn, Zn, In, Bi, Sb or Te
    • H01H1/02376—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides containing as major components one or more oxides of the following elements only: Cd, Sn, Zn, In, Bi, Sb or Te containing as major component SnO2

Definitions

  • the invention relates to a material for electrical contacts made of silver, tin oxide and one or more other metal oxides.
  • silver-cadmium oxide has so far proven itself best for the multitude of applications. Due to the environmental impact of cadmium oxide (Cd0), however, efforts are being made to replace Cd0 with another metal oxide. These investigations showed that tin oxide (Sn0 2 ) is a suitable replacement for Cd0. Due to the higher thermal stability of SnO 2 compared to CdO, there is also a significantly reduced burn rate, which leads to a longer service life in the switchgear. A very important disadvantage of Ag / SnO 2 contacts, however, is that the transition resistance at the contact becomes too high after a few thousand circuits due to the formation of a covering layer. This then usually leads to increased temperatures (excess temperatures) in the switching device, which can lead to the destruction of the device and are therefore inadmissible.
  • the object of the invention was to provide a material for electrical contacts made of silver, tin oxide and one or more other metal oxides, which has a long service life, an even lower tendency to weld and even lower temperatures when switching compared to the known contact materials.
  • the material contains 0.05 to 4% by weight of molybdenum oxide and / or germanium oxide. It preferably contains 8 to 20% by weight of tin oxide, 0.05 to 4% by weight of molybdenum oxide and / or germanium oxide, the rest consists of silver.
  • molybdenum oxide and germanium oxide have proven to be preferred addition amounts. It is also possible to replace part of the molybdenum oxide and / or germanium oxide content with tungsten oxide without the improved properties being lost.
  • the materials based on AgSnO 2 with additions of molybdenum oxide and / or germanium oxide can be powder-metallurgically sintered both by pressing and sintering individual contact pieces and by extrusion Bolts are made.
  • Another special advantage of germanium oxide is that due to the solubility of germanium in silver, this additive can also be easily used for internally oxidized material. Experimental concentrations of 0.1% Ge to AgSn 7.5 resulted in a uniform excretion of the metal oxides in the material. There was no formation of a covering layer. Surprisingly, it was even found that germanium significantly accelerates the internal oxidation and that oxidation rates as with Ag / CdO can be achieved. In addition, the maximum internally oxidizable base content is increased by adding germanium and thus the security against welding is improved.

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Abstract

Es wird ein Kontaktwerkstoff beschrieben, auf der Basis von Silber-Zinnoxid mit weiteren Metalloxiden, der eine hohe Lebensdauer, geringe Verschweisskraft und niedrige Schalttemperaturen aufweist. Er enthält neben Silber und Zinnoxid noch 0,05 bis 4% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden.
  • Für die Herstellung von elektrischen Kontaktstücken hat sich für die Vielzahl von Anwendungsfällen Silber-Kadmiumoxid bisher am besten bewährt. Aufgrund der Umweltbelastung durch Kadmiumoxid (Cd0) wird jedoch verstärkt versucht, Cd0 durch ein anderes Metalloxid zu ersetzen. Bei diesen Untersuchungen zeigte sich, dass Zinnoxid (Sn02) ein geeigneter Ersatz für Cd0 ist. Aufgrund der höheren thermischen Stabilität von SnO2 gegenüber CdO ergibt sich zudem eine deutlich verminderte Abbrandrate, die zur längeren Lebensdauer im Schaltgerät führt. Ein sehr wesentlicher Nachteil von Ag/SnO2-Kontakten besteht jedoch darin, dass der Uebergangswiderstanc am Kontakt nach einigen tausend Schaltungen durch Deckschichtbildung zu hoch wird. Dies führt dann in der Regel zu erhöhten Temperaturen (Uebertemperaturen) im Schaltgerät, die zur Zerstörung des Gerätes führen können und somit unzulässig sind.
  • Ein weiterer Nachteil dieser Ag/Sn02-Werkstoffe gegenüber Ag/CdO-Werkstoffen besteht in der geringeren Sicherheit gegen Verschweissen. Die Kräfte, die zum Zerreissen der Schweissbrücken erforderlich sind, sind teilweise doppelt so hoch wie die bei Ag/CdO-Kontakten. Damit besteht die Gefahr von Schaltstörungen bei Einsatz von Ag/SnO2 .
  • Es ist daher versucht worden, durch den Zusatz weiterer Metalloxide zu Ag/SnO2 die Verschweißsicherheit zu erhöhen, wobei beispielsweise Wismutoxid (DE-OS 27 54 335) oder Indiumoxid (DE-OS 24 28 147) verwendet werden. Diese Zusätze verbessern zwar die Verschweißsicherheit bedingen jedoch eine erhöhte Temperatur am Kontakt und am Schaltgerät, was die Lebensdauer der Geräte beeinträchtigt.
  • Durch Zusatz von Wolframoxid (WO3) zu Ag/SnO2 kann man erreichen (DE-AS 29 33 338), dass sowohl die Uebertemperatur als auch die Verschweisskraft gegenüber Ag/Sn02 vermindert werden. Dadurch erhält man einen mit Ag/Cd0 vergleichbaren Kontaktwerkstoff, der sogar eine erheblich höhere Lebensdauer erreicht. Wünschenswert sind jedoch Kontaktwerkstoffe, die noch geringere Verschweissneigungen und geringere Uebertemperaturen zeigen.
  • Aufgabe der Erfindung war es, einen Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer besitzt, eine noch geringere Verschweißneigung und noch niedrigere Temperaturen beim Schalten gegenüber den bekannten Kontaktwerkstoffen aufweist.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Werkstoff 0,05 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid enthält. Vorzugsweise enthält er 8 bis 20 Gew.% Zinnoxid, 0,05 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid, der Rest besteht aus Silber.
  • Es wurde überraschenderweise gefunden, dass Molybdänoxid und vor allem Germaniumoxid die Uebertemperatur im Schaltgerät gegenüber Wolframoxid noch weiter absenken und auch die Verschweisskrakft merklich vermindern, obwohl weder die Schmelz-, Siede- und Sublimationspunkte noch die G0 -werte ein solches Verhalten dieser beiden Oxide nahelegen. Andere Metalloxide mit dem Wolframoxid ähnlicheren thernodynamischen Eigenschaften steigern nämlich die Uebertemperatur.
  • Als bevorzugte Zusatzmengen haben sich 0,05 bis 0,9 Gew.% Molybdänoxid und 0,05 bis 1,5 Gew.% Germaniumoxid erwiesen. Auch ist es möglich, einen Teil des Molybdänoxid-und/oder Germaniumoxidgehaltes durch Wolframoxid zu ersetzen, ohne dass die verbesserten Eigenschaften verloren gehen.
  • Die Werkstoffe auf der Basis AgSnO2 mit Zusätzen von Molybdän-Oxid und/oder Germanium-Oxid können pulvermetallurgisch sowohl durch Pressen und Sintern von Einzelkontaktstücken als auch durch Strangpressen gesinterter Bolzen hergestellt werden. Bei Germaniumoxid kommt als weiterer besonderer Vorteil hinzu, dass aufgrund der Löslichkeit von Germanium in Silber dieser Zusatz auch leicht für innerlich oxidiertes Material vorgesehen werden kann. Versuchsweise eingebrachte Konzentrationen von 0,1% Ge zu AgSn 7,5 ergaben eine gleichmässige Ausscheidung der Metalloxide im Werkstoff. Eine Deckschichtbildung trat nicht ein. Ueberraschenderweise wurde sogar gefunden, dass Germanium eine deutliche Beschleunigung der inneren Oxidation bewirkt und Oxidationsgeschwindigkeiten wie bei Ag/CdO erreicht werden. Ausserdem wird durch einen Germaniumzusatz der maximal innerlich oxidierbare Unedelgehalt erhöht und damit die Sicherheit gegen Verschweissen verbessert.
  • Folgende Beispiele sollen den erfindungsgemässen Werkstoff näher erläutern:
    • 1. Ein Werkstoff mit 88 % Ag, 11,5 % SnO2 und 0,5 % MoO5 wird pulvermetallurgisch hergestellt und durch Pressen, Sintern und Nachpressen zu Kontaktauflagen verarbeitet.
    • 2. Eine Legierung aus Silber mit Zinn und Germanium wird 0 zu Blech von 3 mm Dicke verarbeitet und bei 820 C 30 Stunden bei 9 bar mit Sauerstoff innerlich oxidiert, wobei ein Werkstoff mit 88 % Ag, 11,5 % SnO2 und 0,5 % Ge02 entsteht.
    • 3. Ein Gemisch aus 88 % Ag, 11,5 % SnO2 , 0,3 % MoO3 und 0,2 % GeO2 wird auf bekannte Weise pulvermetallurgisch verarbeitet und zu Kontaktauflagen verpresst.
    • 4. Ein Gemisch aus 88 % Ag, 11,3 % SnO2 , 0,2 % WO3, 0,3 % MoµO3 und 0,2 % GeO2 wird auf bekannter Weise zu Kontaktauflagen verarbeitet.
  • Die Schaltversuche dieser Werkstoffe zeigt die folgende Tabelle, wobei einige bekannte Kontaktwerkstoffe zum Vergleich herangezogen werden.
    Figure imgb0001

Claims (5)

1. Werkstoff für elektrische Kontakte aus Silber, Zinnoxid und einem oder mehreren weiteren Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,5 bis 4 Gew.% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid enthält.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 8 bis 20% Zinnoxid, 0,05 bis 4% Molybdänoxid und/oder Germaniumoxid, Rest Silber, enthält.
3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 0,9% Molybdänoxid (MoO3) enthält.
4. Werkstoff.nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 1,5% Germaniumoxid (GeO2) enthält.
5. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Molybdänoxid- und/oder Germaniumoxidgehaltes durch Wolframoxid ersetzt ist.
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