專利名稱：用于電氣插頭的銀-錫氧化物基燒結(jié)材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過粉末冶金并添加適量氧化銦與氧化鉍制造用于電氣插頭的銀-錫氧化物基燒結(jié)材料及其制造方法，該電氣插頭用于額定電流20-100安培的開關(guān)裝置。
銀/金屬與銀/金屬氧化物復(fù)合材料已經(jīng)證明有利于制造低壓開關(guān)裝置中的電氣插頭。作為銀/金屬復(fù)合材料，使用最頻繁的是銀/鎳，它應(yīng)用的主要領(lǐng)域是比較低的電流。在高電流情況下，直到幾年以前幾乎唯一使用的是銀-鎘氧化物。然而，由于污染環(huán)境，越來越試圖用其它氧化物代替氧化鎘。同時，氧化錫作為氧化鎘的替換物已經(jīng)在許多領(lǐng)域贏得了認(rèn)可。
由于氧化錫較高的熱穩(wěn)定性，銀-錫氧化物復(fù)合材料顯示出同銀-鎘氧化物比較顯著地降低了熔化率，在開關(guān)裝置中具有更長的工作壽命。AgSnO2的缺點(diǎn)是容易形成覆蓋層，隨后在開關(guān)裝置中產(chǎn)生較大的發(fā)熱效應(yīng)。借助于一定的添加劑如WO3或MoO3，克服上述問題是可能的。這些材料已經(jīng)證明在需要承受高熱負(fù)載的開關(guān)裝置中具有突出的利用價值。含有上述添加劑的AgSnO2已經(jīng)證明在額定電流大于100安培及在所謂的AC4負(fù)載下的開關(guān)裝置中特別有效，盡管在較低開關(guān)電流情況下，上述材料的工作壽命比較短。
可以通過利用擠壓技術(shù)的粉末冶金制造AgSnO2WO3/MoO3材料。粉末冶金制造法具有能夠使用任何類型與任何數(shù)量添加劑的優(yōu)點(diǎn)。因此，從獲得特殊性能如焊接強(qiáng)度或發(fā)熱程度的觀點(diǎn)來看，可以優(yōu)化地選擇上述材料。此外，粉末治金結(jié)合擠壓技術(shù)可以在生產(chǎn)接觸片材料中獲得十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
也發(fā)現(xiàn)了內(nèi)氧化AgSnO2/In2O3材料的用途。在DE-OS2328147中所述的這種材料除了含有5-10％SnO2還含有1-6％In2O3。然而，內(nèi)氧化材料存在以下缺點(diǎn)必須適當(dāng)考慮材料的氧化反應(yīng)動力學(xué)來選擇添加劑。由于氧化反應(yīng)動力學(xué)的原因，為了影響特殊的開關(guān)性能而頻繁地選擇改變氧化物添加劑的濃度常常是不可能的。然而，AgSnO2/In2O3存在開關(guān)期間產(chǎn)生過高熱溫度的缺點(diǎn)。
在DE-OS2754335中所述接觸材料除了銀以外還含有1.6-6.5％Bi2O3和0.1-7.5％SnO2。通過內(nèi)氧化及粉末冶金兩者可以制造這種材料。然而，如此高含量的Bi2O3會導(dǎo)致脆化，以致這種材料只能通過單獨(dú)的燒結(jié)而不能通過更經(jīng)濟(jì)的擠壓技術(shù)來制造。
從US-PS4,680,162已知內(nèi)氧化AgSnO2材料，在錫含量大于4.5％時它可以含有0.1-5％的銦和0.01-5％的鉍。壓塑這種金屬-合金粉末然后進(jìn)行內(nèi)氧化。借助于這些添加劑可以防止在內(nèi)氧化時通常發(fā)生的不均勻氧化物沉析。然而，這種材料未顯示出最佳接觸性能。
“Investigation into the Switching Behavious of new Silver-Tin-Oxid Contact Material，in Proc.of the 14th，Int.conf.onEl.Contacts，Paris 1988，June 20-24，pages 405-409”出版物給出了通過粉末冶金制造的銀-錫氧化物電氣插頭開關(guān)性能的說明，該材料可能含有選自氧化鉍、氧化銦、氧化銅、氧化鉬與氧化鎢之中的兩種添加氧化物，沒有說明這些材料的精確組成。
在US-PS4,695,330中敘述了一種用于制造含有0.5-12％錫、0.5-15％銦與0.01-1.5％鉍的內(nèi)氧化材料的方法。然而，這種方法的費(fèi)用十分昂貴。
例如，從DE-OS4319137與DE-OS4331526已知，可以通過混合各粉末、冷均衡模壓、燒結(jié)與擠壓等粉末冶金制造銀-錫氧化物基接觸材料，以生產(chǎn)半成品。
從US-PS4,141,727已知銀制接觸材料，它含有作為混合氧化物粉末的鉍-錫氧化物。此外，在DE-PS2952128中，在同銀粉混合以前于900-1600℃對氧化錫進(jìn)行煅燒。
在20-100安培的中電流范圍內(nèi)至今還不知道AgSnO2材料能夠完全代替有毒材料AgCdO，因?yàn)樵谶@種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)AgCdO顯示出極好的開關(guān)壽命，這是AgSnO2完全達(dá)不到的。
因此，本發(fā)明的目的是開發(fā)一種用于電氣插頭的銀-錫氧化物基燒結(jié)材料，該材料是通過粉末冶金并添加適量氧化銦與氧化鉍制造的，所述材料在開關(guān)20-100安培額定電流過程中顯示出盡可能低的熔接傾向性與盡可能低的過熱溫度，在開關(guān)裝置AC3負(fù)載情況下，具有類似于銀-鎘氧化物的工作壽命。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于制造所述燒結(jié)材料的方法是經(jīng)濟(jì)的并導(dǎo)致對該材料的進(jìn)一步改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，所述材料含有3.2-19.9wt％的氧化錫、各自為0.05-0.4wt％的氧化銦與氧化鉍，其余是銀。
在20-100安培電流范圍內(nèi)，這種材料顯示出突出的工作壽命，同時過熱溫度一直處于100℃以下。
如果在同銀粉與其它氧化物粉末混合以前使用具有粒徑大于1μm的高于60wt％的氧化錫，在通過混合粉末、冷均衡模壓粉末混合物、在500-940℃燒結(jié)與擠壓形成線材或型材來制造該材料的過程中，可以達(dá)到極好的材料性能。
已經(jīng)證明，在同銀粉末與氧化銦粉末混合以前，特別有利于氧化鉍同氧化錫粉末進(jìn)行反應(yīng)以生成混合的Bi2Sn2O7氧化物粉末，粒徑大于1μm的Bi2Sn2O7粉末所占比例量大于60wt％。
由于商用氧化錫的粒徑通常小于1μm、所占比例量大于70wt％，因而必需使這種粉末進(jìn)行粗化。使氧化錫粉末或氧化錫與氧化鉍粉末在700-1400℃溫度進(jìn)行退火直到氧化錫所占比例量大于60wt％或混合氧化物粉末的粒徑大于1μm，這是特別有效的。
使用這些粗化的氧化物粉末產(chǎn)品，經(jīng)過模壓件燒結(jié)后，它比具有商用氧化物粒徑的材料明顯地不易脆化，因此可以更容易地進(jìn)行變形。
以下各實(shí)施例用來詳細(xì)地說明本發(fā)明1.通過以下方法來生產(chǎn)具有9.4％Ag90SnO2、0.4％In2O3與0.2％Bi2O3組成的材料82％比例量的粒徑小于1μm的商用SnO2粉末在空氣中于1000℃煅燒20小時，以使粒徑小于1μm的SnO2粉末的比例量僅占25％。這些粉末同In2O3與Bi2o3粉末以及銀粉末進(jìn)行混合，在所有情況下這些粉末的粒徑小于63μm。用冷均壓法對該混合物進(jìn)行模壓以形成丸材并于750℃燒結(jié)2小時。然后對該丸材進(jìn)行擠壓以生產(chǎn)型材。在額定電流約為50A的商用開關(guān)裝置中，該材料達(dá)到2百萬次開關(guān)循環(huán)工作壽命。該工作壽命明顯地超過迄今已知AgSnO2材料的工作壽命。過熱溫度沒有臨界值，平均來說明顯在100℃以下。2.按照實(shí)施例1來生產(chǎn)具有11.4％Ag88SnO2、0.3％In2O3與0.3％Bi2O3組成的材料。在額定電流約為50A的商用開關(guān)裝置中，該材料也達(dá)到2百萬次開關(guān)循環(huán)工作壽命。過熱溫度沒有臨界值，平均來說明顯在100℃以下。3.通過以下方法來生產(chǎn)具有11.4％Ag88SnO2、0.3％In2O3與0.3％Bi2O3組成的材料82％比例量的粒徑小于1μm的商用SnO2粉末同粒徑小于32μm的Bi2O3粉末進(jìn)行混合、在空氣中于1000℃退火15小時，以使粒徑小于1μm的SnO2-Bi2O3混合氧化物僅占20％比例量。上述粉末同粒徑小于63μm的銀粉末以及In2O3粉末進(jìn)行混合，通過冷均壓法模壓以形成柱材。然后該柱材于750℃燒結(jié)2小時并擠壓成型材。在額定電流約為50A的商用開關(guān)裝置中，該材料的工作壽命超過2百萬次開關(guān)循環(huán)。過熱溫度沒有臨界值，平均來說明顯在100℃以下。4.通過以下方法來生產(chǎn)具有8.7％Ag90SnO2、0.5％In2O3與1.6％Bi2o3組成的材料82％比例量的粒徑小于1μm的商用SnO2粉末于1000℃退火60小時，以使粒徑小于1μm的SnO2粉末僅占5％比例量。這種粉末按實(shí)施例1所述方法進(jìn)一步進(jìn)行處理。組成不在本發(fā)明范圍以內(nèi)的材料很難進(jìn)行處理，開關(guān)工作壽命也在本發(fā)明材料的工作壽命值以下。
權(quán)利要求
1.一種通過粉末冶金并添加適量氧化銦與氧化鉍制造用于電氣插頭的銀-錫氧化物基燒結(jié)材料，其特征在于，它含有3.2-19.9wt％的氧化錫、各自為0.05-0.4wt％的氧化銦與氧化鉍，其余是銀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燒結(jié)材料生產(chǎn)方法，該方法包括混合各粉末、冷均衡模壓粉末混合物、于500-940℃進(jìn)行燒結(jié)與擠壓，以形成線材或型材，其特征在于，在同銀粉末與其它氧化物粉末與其它氧化物粉末混合以前，粒徑大于1μm的氧化錫的所占比例量大于60wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，氧化鉍粉末同氧化錫粉末進(jìn)行熱反應(yīng)、以形成粒徑大于1μm的Bi2Sn2O7混合氧化物粉末的比例量大于60wt％，這種混合的氧化物粉末同銀粉末與氧化銦粉末進(jìn)行混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，使商用氧化錫于700-1400℃進(jìn)行退火直到粒徑大于1μm的粉末所占比例量大于60wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，使商用氧化錫同商用氧化鉍一起于700-1400℃進(jìn)行退火直到粒徑大于1μm的混合氧化物粉末的比例量大于60wt％。
全文摘要
一種用于開關(guān)20-100安培額定電流、提高其工作壽命的電氣插頭材料含有3.2-19.9wt％氧化錫與各自為0.05-0.4wt％氧化銦及氧化鉍，其余是銀。在通過粉末冶金制造該材料的過程中，粒徑大于1μm的氧化錫所占比例量大于60wt％。
文檔編號C22C32/00GK1137068SQ9610134
公開日1996年12月4日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月1日
發(fā)明者W·維斯, R·沃爾斯, P·布勞曼 申請人:底古薩股份公司