DE1558532A1

DE1558532A1 - Verfahren zum Herstellen von Sinterverbundstoffen und mittels dieses Verfahrens hergestellte Sinterverbundstoffe

Info

Publication number: DE1558532A1
Application number: DE1967M0073067
Authority: DE
Inventors: Krock Richard Howard; Zdanuk Edward Joseph
Original assignee: MALORY METALLURG PRODUCTS Ltd
Current assignee: MALORY METALLURG PRODUCTS Ltd
Priority date: 1966-03-11
Filing date: 1967-03-07
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3353933A; CH488810A; GB1130995A; NL6703209A; SE368110B; FR1513972A

Description

Patentanwalt
DipUPhy,_w. Ke_raρ

y W. Kemp ξ Köln-Lindenthal
Stadfwaldgörfel 20-22

MAILORY METALLURGIML PEODUGTS LIKETED 78 Hatton Garden, London^ E.0.1, Grossbritannien

VERFMREH ZUM HERSTELLM VON 3INTERVERBUHDST0FFEH IMP MTTELS DIESES VERFAHREMS HERGESTELLTE SIHTERVERBOIiIDSTOFFE

Die Erfindung betrifft die Metallkeramik und insbesondere, obwohl nicht so beschränkt, Verfahren und Mittel zum Herstellen von Sinterverbundstoffen, die als elektrische Kontaktstoffe geeignet sind, sowie mittels dieser Verfahren hergestellte Sinterverbundstoffe.

Es hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Vakuum-Einfiltrierungsmejhoden eine Kupffer-Titan-Legierung, zwischen Kupfer eingeschichtetes Titan, ein nachher zum Bilden einer Kupfer-Titan-Legierung erhitztes Wolframpulver, ein durch Elektrolyse oder Plattieren in der Dampfphase mit Titan beschichteter Wolfrarapulverkörper oder dergleichen individuelle Teilchen des Wolframpulvers benetzen und so das Infiltrieren des Pulverkörpers mit dem Kupfer-Titan ermöglichen. Der sich ergebende Verbundkörper hatte eine hohe Konzentration von Titan an der Grenzschicht zwischen den Wolframteilchen und der Kupfer—Titan-Legierung, wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit des Titan-Kupfer-Legierungsgertist s verbesserte. Die Verwendung von Vakuum-Einfiltrierungsmethodei verringert auch das Volumen des im gebildeten Wolfrara-Kupfer-Titan-Verbungstoffs vorhandenen Wasserstoffes um mehr als eine Ordnung und das Volumen aller gasformigen Komponenten um mehrere Ordnungsstufen.

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Obwohl das vollständige und im wesentlichen sofortige Infiltrieren von Kupfer in gesinterte Wblframko*rper zweckraassig in einer Wasserstoff atmosphäre durchgeführt wird, stosst man oft auf Schwierigkeiten, wenn ein Kupferschmelze in 'Wolframpulverkorper in einem Vakuum infiltrieren soll, wobei vergleichbare Zeit-Temperatur-Behandlungen und normale metallurgische Verfahren benutzt werden· Erfindingsgeraass hat sich jedoch herausgestellt, dass, wenn ein Wolframpulverkaper und eine damit in Berührung stehende Kupfer-Titan-Legierung einem Vakuuminfiltrationsverfahren unterworfen werden, die Kupfer-Titan-Legierung durch kapillare Anziehung in den WolframkSrper absorbiert wird. Es wird angenommen, dass das Titan das Benetzen der Wolframpartikel durch die Kupfer-Titan-Legierung fordert.

Wolfram wird in elektrischen Kontaktwerkstoffen benützt, weil es sich durch seine ihm innewohnende HSrte und seinen Widerstand gegen Uberfunken auszeichnet, wodurch Zerfressen des Wolframkontaktstoffes verringert wird. Beines Wolfram hat jedoch ein»hohen spezifischen elktrischen Widerstand, der den Wirkungsgrad und die Verlässlichkeit von Wolfrarakontakten herabsetzt.

Man hat bereits vorgeschlagen, dass eine Zusammenstellung von Wolfram-Kupfer als elektrisches Kontaktraaterial verschiedene besondere Kennzüge beider Metalle vorteilshafterweise nutzen kannte. In der Zusammenstellung schafft das Kupfer die Strom- und Wärmeleitfähigkeit, wahrend das Wolfram die Harte, den Widerstand gegen Lichtbogenbildung und gute schweissungsverhütende Eigenschaften bietet. Um diese Eigenschaften des Kupfers und des Wolframs benützen zu können, ist es notwendig sie zu einer Wolfram-Kupfer-Zusaramenstellung zu verarbeiten·

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Kupfer und ltolfram sind ineinander wnloslich und bilden» metallurgisch gesehen, keine Legierungen ο Mischungen diese? beiden Metalle werden mitunter als Legierungen bezeichnet» sind aber technisch genau genommen Zusammenstellungenβ Zusammenstellungen von Kupfer und ifelfrem können hergestellt werden,} indem die gemischter Metallpulver, suy gemaischten Form in in Stengeln verpresst und dann in einer Tfesserstoifatmosphare. bei einer Über dem Schmelzpunkt dea Kupfers₀ vorzugsweise zwischen 125O⁰G und 135O⁰C gesintert werdenο Der Wasserstoff wirkt als Flussmittel und das geschmolzene Kupfer bene*tefc die VJolframteilchen und kittet sie" zusammen«. Ein anderes_a einen härteren Körper lieferndes Verfahren besteht darin_s das ^qlframpulfeK» erst au vorpressen und au stotern₀ sodass ein zusammenhangender abar poröser Iförper gebildet wird₀ der darm bei 1200⁰C bis 1300⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre in Kontakt mit KupfersehBielze erhitzt wird«, Das Kupfer wird in den Poren des Wolframpulverkospers durob kapillar® Attraktion absorbiert. Dieses Kupferinfiltrat verleiht dem Vtolframpulverkorper Festigkeit und Duktilitat₀ sowi© auch ein besseres StroraleitungsvermSgen und Wärmeleitvermögen<■ Bei normalen metallurgischen Verfahren trifft man jedooh häufig auf die Schwierigkeit» das Andringen einer Khpferschmelze in den tfolframpulverkorper in einem Vakuum zu bewirken. Es wird, angenommen, dass diese Schwierigkeiten auf die im Vakuum vorhandenen', ungünstigen Oberflachenenergie, zurückzuführen sind.

Wenn, wie bei Kupfer und 'Wolfram, zwischen den Metallen keine löslichkeit -"besteht und die Benetzung ungenügend ist, muss man ein Zusatzraittel verwenden, um die Oberflacfesaaiergien im gewünschten Sinn zu beeinflussen.

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Es hat sich herausgestellt, dass bei Einsatz kleiner Mengen von Titan und bei Verwendung von an sieh bekannten Vakuuminfiltrationsverfahren, eine Kupfer-Titan-Schmelze vollständig in den Wolframpulverkorper zum Eünfiltrieren gebracht wurde. Es ist hier anzunehmen, dass das Titan entweder die Oberflächenenergien der Schmelze oder des Festkörpers vergrossert oder aber die Oberflachenenergie der Grenzschicht zwischen Schmelze und Festkörper verringert und dadurch das Infiltrieren der Schmelze in den Wolframpulverkorper fördert. Das Vakuum durfte hier eine doppelte Aufgabe erfüllen: einerseits gestattet es das Eindringen der Kupfer-Titan-Schmelze in den Wolfrarakorper und andrerseits setzt es das Volumen der vorhandenen Gase betrachtlich herab. Das sich ergebende Wolfram-Kupfer—Titan-Material muss jedoch ein kleines Volumen an Gas enthalten, um fur Anwendungszwecke in einem Vakuum geeignet zu sein.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verbundmaterial zu schaffen, das sich als Kontaktwerkstoff für elektüsche Vakuumschaltgeräte eignet.

Ee ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verbundmaterial von Wolframteilchen in einem Kupfer-Titan-Gerüst für elektrische Kontaktwerkstoffe zu schaffen, wobei die Konzentration des Titans in der Zone der Wolframgrenzschicht bedeutend grb'sser ist, als die Konzentration des Titans zwischen den Wolframteilchen, sodass die elektrische Gesamtleitfahigkeit des Kupfer-Titan-Legierungsgerüsts dadirch wesentlich verbessert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Mittel und Verfahren zu schaffen zum Infiltrieren eines feuerfesten Werkstoffs mit einem elektrische leitenden Material, um ein zusammengesetzten Kontaktmaterial

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- zu bilden, das einen niedrigen Gehalt an Gasen und an Stoffen hat, die beim Betrieb des Kontakts in Gase umgewandelt werden könneno

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Mittel und Verfahren anzugeben, um eine Kupfer-Titan-Legierung als Infiltrationsmittel in Wolframpulverkorpern benützen zu können, um die vollkommene Infiltration dieses Wolframpulverkorpers zu ermöglichen und ein zusammengesetztes Kontaktmaterial zu schaffen, in xrelchem die Wülffam-Kupfer-Titan-Werkstoffe in einem einheitlichen Aufbau vorhanden sind,

Einer weiteren Aufgabe der Erfindung zufolge schafft diese Mittel und Verfahren zum Herstellen eines zusammengestellten Kontaktraaterials unter Einsatz von Vakuum-Infiltrationsmethoden, wobei das zusammengesetzte Material sich durch hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit auszeichnete sowie auch durch geringe, infolge von Bogenbildung zustande kommende Erosion und durch geringe Verformungen unter Druck.

Es ist schliesslich eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Legierung zu schaffen, die ein Mittel umfasst, welches das Tungsten benetzt, dehnbar ist, eine hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen unter dem Schmelzpunkt des Wolframs liegenden Schmelzpunkt hat.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor.

Fig. 1 ist eine etwa 500 χ vergrosserte Mikrophotographie eines zusammengestellten "Wolfram-Kupffer-Titan-Werkstoffs für Kontakte und zeigt eine gesinterte Wolframprobe, die im Vakuum vollkommen mit einer Kupfer-Titan-Legierung infiltriert wurde, die ungefähr 0,5

Gew.-Prosent Titan enthalt. Die Infiltration wurde bei 125O⁰C im Laufe einer Stunde bei einem Druck von 10 ^ Torr durchgeführt.

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Fig. 2 ist eine etwa 500 χ vergrSsserte Mikrophotographie eine» Wolfram-Kupfer-Titan-Werkstoffs iür Kontakte und zeigt eine verdichtete Wolframprobe, die im Sakuum vollkommen mit einer Kupfer-Titan-Legierung infiltriert wurde, die ungefähr 0,5 Gew»- Prozent Titan enthielt. Diese Darstellung zeigt auch die bessere Dispersion des Wolframpulvers in Kupfer-Titan-Gertist als dies in Fig. 1 mithilfe vergleichbarer Sinter-Zeit-Temperaturen möglich ist.

Fig. 3 ist ein vergrosserter Qierschnitt durch ein "Wblfram-iCupf erTitan Verbund-Kontaktmaterial und zeigt eine gesinterte Wolframprobe, die im Vakuum zu ca 90 v.H. mit einer Kupfer-Titan-Legierung infiljfriert wurde, welche ungefähr 0,2 Gew.-Prozent Titan enthielt, wobei die Temperaturbehandlung so war wie in den Figuren 1 und 2, die Zeit der Behandlung Jedoch auf 30 Minuten herabgesetzt wurde.

Fig. 4 ist ein vergrosserter Querschnitt durch ein Wolfram-Kupfer?- Titan-Verbundkontaktmaterial und zeigt eine gesinterete Wolframprobe, die im Vakuum zu ca 30-40 v.H. mit einer Kupfer-Titanlegierung infiltriert wurde, welche ca 0,05 Gew.-Prozent Titan enthielt, wobei die Wärmebehandlung der nach Fig.1 und 2 entsprach, die WSrmebehandlungszeit jedoch auf 20 Minuten herabgesetzt wurde.

Fig. 5 ist ein vergrösserter Querschnitt durch ein Wolfram-Xupfer-

Titan-Verbund-Kontaktmaterial und zeigt eine gesinterete Wolframprobe, «eiche vollkommen im Vakuum mit einer Kupfer—Titan-Legierung infiltriert wurde, die ungefähr 0,03 Qew-Prozent Titan enthielt und einer Temperatur von 145O⁰C wShrend der in Fig. 4 genannten Dauer unterworfen wurde.

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Im Allgemeinen betreffen die erfindungsgemässen Mittel und Verfahren! ein elektrisches Kontaktmaterial für Schaltvorrichtungen, wie beispielsweise für elektrische, im Vakuum arbeitende, Leistungsschalter. Der Kontaktwerkstoff besteht aus einem im Vakuum vollkommen mit einer Kupfer-Titan-Legierung infiltrierten Wolframkorper. Die Kupferlegierung besteht aus 0,5 bis 0,05 Gewichtsprozent Titan und der Rest ist Kupfer.

Das Verfahren zum Herstellen eines mit einer Kupferlegierung infiltrierten Viblframkoprpers umfasst folgende Schrittes das Verdichten von VJolframpulverteilchen zur gewünschten Form; das Zusammenbringen des Wolframkorpers mit einer Kupfer—Titanlegierung, die, wenn sie über ihren Schmelzpunkt erwärmt wird, als Netzmittel für die Vfolframteilchen wirkt; das Einsetzen des Vfolframkorpers und der damit in Kontakt stehenden Kupferlegierung in ein Vakuum und Erhitzen, derart, dass der Welfrapskoper im Vakuum vollkommen durch die Kupferlegierung durch capillare Attralction infiltrieri^ird und ein zusammengestelltes Kontaktmaterial zustande kommt.

Insbesondere beziehen sich die erfindungsgemässen Mittel und Verfahren fflf die Erzeugung eines mit einer Kupfer-Titan-Legierung infiltrierten ftolframkb'rpers für im Vakuum arbeitende elektrische Kontakte. Das ■Wolframpulver hat eine Teilchengrosse zwischen 1 und 10 Mikron und wird unter einem Druck zwischen 31,5 und 53 kg/mm zur gewünschten Form verdichtet. Der Wolframkorper kann in einer Wasserstoffatmosphäre bei etwa T250°C vorgesintert werden (Dauer 10 Minuten). Die Oberflächen des gesinterten Wolframkprpers werden mit einer Kupfer-Titan-Legierun-g in Berührung gebracht. Diese Kupfer-Titan-Legierung enthält etwa 0,5 bis 0,05 Gew.-Prozent Titan und den Best Kupfer. Das Titan dient dazu, das Benetzen der ifclframteilchen durch die Kupfer-Titan-

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Legierung zu fordern. Der Wolframkorper und die damit in Berührung stehende Kupfer-Titan-Legierung werden in ein Vakuum eingebracht, dessen Druck ca 10""* Torr betrügt und zwischen 20 und 60 Minuten lang auf eine Temperatur von zwischen 1250 und 1450°C erhitzt. Der Wolfradkörper wird im Vakuum vollkommen mit der Kupfer-Titan-Legierung infiltriert und es bildet sich eine Wolfram-Kupfer-Titan—Zusammenstellung fur im Vakuum arbeitende Kontakte.

Es hat sich beim Du±chfu*hren der Erfindung herausgestellt, dass be4 einem Kupfer-Wolfram-System eine kleine Ilengen von Titan umfassende Kupfer-Titan-Legierung, die mit einem Vfolframpulverk^rper unter Anwendung von Hitze in einem Vakuum in Kontakt gebracht wurde, dazu ftthrte, dass das Kupfer-Titan den Wolframkorper vollkommen durchdrang und ein dichter Verbundstoff gebildet wurde. Es wird angenommen, dass diese kleine Menge von Titan entweder die Oberflachenenergien der Kupfer-Titan-Schmelze oder der Wolframprtikel vergrSsserte oder die Oberflachenenergie der Grenzschicht zwischen der Schmelze und den Festkörper verringerte.

Der derart erzeugte Verbundstoff ist dicht und zeichnet sich durch gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit und durch guten Widerstand gegen Verformung unter Druck aus.

Zum Formen des Wolframpulvers auf die gewünschte Form wird eine geeignete Druckform verwendet. Die Grc*sse der Teilchen des Wolframs hangt von der gewmschten Dichte des Verbundstoff und von der gewünschten PorengrSsseverteiling im Kontakt-Verbundstoff ab. So kann das Wolframpulver beispielsweise eine Teilchengrösse von 1 bis 10 Mikron haben, kann aber auch grossere oder kleinere Teilchen umfassen, ohne vom erfindungsgemassen Grundsatz abzuweichen.

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Die Wolfraiateilchen werden in einer hierzu geeigneten Form unter einem Druck von etwa 31 »5 bis 53 kg/mm zu einem porösen Wolframkörper • verdichtet. Wenn dieser Wolframkörper vor der Infiltration weiter verfestigt werden soll und bzw. oder ein Verbundstoff mit einem höheren Titangehalt erzeugt werden soll, kann der Wolframkörper etwa 10 Minuten lang in einer ^assersbffatmosphäre bei etwa 1250⁰C gesintert werden. EIg. 1 zeigt eine Aufbaustruktur in vorgesinterten, verdichtetem Wolfrarawerkstoff. Nach der Vorbehandlung ist die Festigkeit des Wolframs bedeutend verbessert und der Werkstoff lasst sich leicht handhaben. Beim Vorsintern kommt es zu einem nur ausserordentlieh geringem Kornwaohstum und das Anwachsen der Festigkeit kann auf die Reduktion des Oberflachenoxydfilms auf den einzelnen Wolframteilchen zurückzufuhren sein, wobei das reduzierte Metall als Bindemittel wirkt, das die Woiframteilchen verkittet.

Es ist hier zu bemerken, dass das Vorsintern des WolframverbundStoffs in einer Wasserstoffatmosphare keine notwendige Voraussetung fur das erfolgreiche Infiltrieren des Wolframkörpers mit der Kupfer—Titan-Legierung bildet. Fig. 2 zeigt einen Wolframpulverkorper, der nicht vorgesintert wurde, dabei Jedoch dennoch vollkommen mit dem Kupfer-Titan infiltriert ist.

Der Unterschied in der Dispersion der Wolframpartikel zwischen Figuren

1 und 2 ist zu bemerken. Die Dispersion der Wolframteilchen in Fig.

2 ist höher als die in Fig. 1; dies ist nur auf das Vorsintern der Wolframprobe nach Fig. 1 zurückzufahren, was im Falle der Probe nach Flg. 2 nicht der Fall war.

Die vorgesintert· oder nicht vorgesinterte Wblframprobe wird in ein Vakuum bei einem Druck von 10"*'' Torr oder darunter eingebracht und in

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mit einer 0,5 Gew.-Prozont oder weniger Titan enthaltenden Kupfer-Titan-Legierung in Berührung gebracht. Die VJoIframprobe und die damit in Kontakt stehende Kupfer-Titan-Legierung werden auf 1250 - 145O°C erhitzt. Dieser Temperaturbereich liegt über dem bei 1O85°C liegenden Schmelzpunkt der Kupfer-Titan-Legierung, aber unter dem bei 341O⁰C liegenden Schmelzpunkt des Vtolframs.

Eie chemische Analyse des gebildeten Verbundstoffs zeigt, dass die Vakuumbehandlung das Volumen des Wasserstoffs um mehr als eine Ordnungsklasse und die Volumina der andern gasförmigen Bestandteile um mehrere Ordnungsklassen verringert.

Eine Sondenanalyse der Zone zwischen den "Wolframteilchen, bestehend aus der Kupfer-Titan-Legierung zeigte eine Absonderung oder hohe Konzentration des Titans in der Grenzschichtzone zwischen dem Wolfram und der Kupfer-Titan-Legierung. Dies dürfte erkl'ären, warum ein verhaltnisraSssig kleiner Zusatz von Titan bei der durchgehenden Durchdringung des Wolframkorpers durch das infiltrierende Medium so aktiv wirkt.

Infolge der Abstufung der Titankonzentration in der Kupfer—Titan-Legierung, die eine weit höhere Konzentration des Titans in der Wolframgrenzschichtzone aufweist, als der nominellen Konzentration im infiltrierenden Medium entspricht, ist der Grossteil der Zone zwiwchen den Wolframteilchen weit armer an Titan als die Zusammensetzung des Infiltrationsmediums. Da Titan in fester Losung die Leitfähigkeit des Kupfers herabsetzt, hat diese Absonderung des Titans den doppelten Vorteil des Beetzens und Forderns der Infiltration im Vakuum und des Verbessems der Gesamtleitfahigkeit der Legierung über einen Wert, der sich von der nominellen Konzentration in infiltrierendem Medium erwarten liesse.

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In der Zeichnung zeigt KLg. 1 Qin® Itolfram-Kupfer-Titan Zusammenstellung 10, umfassend einen porösen Sinterkörper aus Wolframteilchen 11, der vollkommen durch ein zusammenhängendes Netz von Kupfer-Titan durchsetzt ist. Die Metalloberflächen der Kupfes^-Titan-Mischung 12 sind mit den Wolframteilchen verkittet« Die ¹TOr der faicuwinfiltrierung mit dem tfolfrarapulverkorper in Kontakt gebrachte Kwpfer-Titan-Legierung enthalt ungefähr 0,5 Gew.-Prozent Titan. Bei der Infiltration im Vakuum wurde der proose ¹HoIframkHrper und die damit in Berührung abehende Legierung auf etwa 1250⁰G erhitzt und eine Stunde lang gehalten,, wobei der Druck bei oder unter 10""^ Torr lag.

Figo 2 zeigt eine Wolfram-Kupfer~Titan-Zusararaenstellung₉ die der nach Fig. 1 entspricht, wobei jedoch der Wblfraraausgangsstoff nicht vorgesintert worden ist.

Der Dispersionsunterschied der Ifolframteilehen zwischen den Figuren 1 und 2, deiu0ufolge die Dispersion der Vüolframteilchen in Fig. 2 grosser ist als in Fig. 1, ist nur auf das Vorsintem des Materials in Fig. 1 zurückzufuhren.

Fig. 3 zeigt einen Wolfram-Kupfer-Titan-Verbundstoff 15, bestehend aus einem gesinterten Verbundstoff aus Vfolframteilchen, der zu etwa 90 Prozent vin einem zusammenhangenden Netz einer Kupfer-Titan-Mischung durchdrungen ist. Die Zone 25 stellt Leeräume zwischen den Wolframteilchen dar, d.h., ein nicht von der Kupfer—Titan-Mischung durchdrungenes Gebiet. Die Metalloberflächen der Kupfer-Titan-Mischung sind mit den Oberflächen der Wolfrarateilchen verkittet. Die vor der Vakuumbehandlung mit dem porösen Wolframkorper in Kontakt gebrachte Kupfer-Titan-Legierung enthielt etwa 0,2 Gew.-Prozent Titan. Beim Infiltrieren im Vakuum wurde der poröse Wolframkörper und das damit

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in Berührung stehende Kupfer-Titan 30 Minuten lang in einem bei oder unter 10~^ Torr liegenden Druck auf 1250⁰C erhitzt.

Fig. 4 zeigt einen Wolfram-Kupfer-Titan-Verbundstoff 17» bestehend aus einem gesinterten porösen Korper aus 'Wolframteilchen, der zu etwa 30 - 40 v.H. im Vakuum von einem durchgehenden Netz einer Kupfer-Titan-Legierung durchdrungen wurde. Die Zone 26 stellt die Leerraume dar, die nicht von der Kupfer-Titan-ML sehung besetzt -wurden. Die vor der Vakuuminfiltration mit dem Wolfrarasinterkörper in Kontakt gebrachte Kupfer-Titan-4&schung enthält etwa 0,05 Gewichtsprozent Titan. Bei der Vakuumbehandlung wurde der poröse Ytolframkörper und die damit in Berührung stehende Legierung 20 Iiinuten lang in einem bei oder unter 1C~^ Torr liegenden Vakuum auf etwa 1250⁰H erhitzt.

Fig. 5 zeigt einen vollkommen von der Kupfer-Titan-Legierung im Vakuum durchdrungenen VJolfram-Kupfer-Titan-Verbundstoff 19. Die Legierung enthielt etwa 0,05 Gew.-Prozent Titan (entsprechend der Legierung nach Fig. Δ). Der poröse VfolframkÖrper und die damit in Berührung stehende Legierung wurden 20 linuten lang in einem bei oder unter 10~^ Torr liegenden Vakuum auf etwa 145O⁰C erhitzt.

Aus den in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Bolfrara-Kupfer-Titan-Verbundstoffen geht hervor, dass die Durchdringung des porösen Wolframkörpers mit fallender Titanmenge in der Kupfer-Titan-Legierung und bzw. oder mit fallender Zeit-Temperaturbehandlung fällt. Fig. 5 zeigt, dass die kleinere Menge an Titan in der Legierung und/oder die kürzere Erwärmungszeit durch Erhöhen der Behandlungsteraperatur kompensiert werden kann, ddr der VJolframkörper urad die damit zusammenwirkende Kupfer-Titan-Legierung unterworfen werden.

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Die folgenden Beispiele illustrieren die Herstellung eines Wolfram-Kupfer-Titan-Kontaktverbund stoffs durch Infiltrieren einer Kupfer-Titan-Legierung in einen Wolframpulyerkörper im Vakuum.

Beispiel 1

Eün vollkommen von einer Kupfer-Titan-Legierung im Vakuum infiltrierter gesinterter Wolfradkörper, wobei die Legierung 0,5 Gew.-Prozent Titan und den Rest Kupfer enthalt.

Gepulvertes Violfram mit einer Teilchengrössen von etwa 1 bis 10 Mikron wurde durch geeignete Mittel, z.B. auf einer automatischen Presse bei etwa 31 »5 kg/mm verpresst, um einen zum Handhaben genügend festem Ausgangsstoff zu erhalten. Dieser Stoff wurde bei etwa 125O⁰C einer Vorsinterung unterworfen, die 10 Minuten lang in einer Nasserstoffatmosphäre vorgenommen wurde» und eine Gerüststruktur lieferte. Dieses Vorsintern des Verbundstoffs erhöht dessen Festigkeit durch Verkitten der Wolframteilchen aneinander. Der poröse Sinterstoff wird mit einer Legierung von Kupfer und Titan in Berührung gebracht, die ungefähr 0,5 Gew.-Prozent Titan enthalt und im Rest aus Kupfer besteht. Der gesinterte Wolframkorper und das damit in Berührung stehende Kupfer-Titan werden in ein Vakuum bei einem Druck von 10~* Torr oder weniger eingebracht und eine Stunde lang auf etwa 125O⁰C erhitzt. Der pr6*se Wolframkorper war vollkommen von der Kupfer-Titan Mischung durchdrungen. Das sich ergebende Wolfram-Kupfer-Titan-Gebilde ist in PIg. 1 dargestellt.

B e isBiel 2

Ein vollkommen von einer Kupfer-Titan-Legierung durchsetzter WolframpuZverkorper, eobei die Legierung 0,5 Gew.-Prozent Titan und den Rest Kupfer enthält.

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Gepulvertes "Wolfram mit einer Teilchengrösse von ungefähr 1 bis 10 ϊ·31τοη wurde in einer^eeigneten Form, z.B. auf einer automatischen Presse bei etwa 31»5 kg/mm verpresst, um einen genügend festen Ausgangskörper herzustellen. Der poröse Verbundstoff wird tait einer Kupfer-Titan-Legierung in Kontakt gebracht, welche Kupfer und 0,5 Gewichtsprozent Titan enthalt. Der grüne Verbundstoff und die damit zusammenwirkende Kupfer-Titan-Mischung werden in ein bei oder unter 10 Torr liegendes Vakuum eingebracht und eine Stunde lang auf etwa 1250⁰C erhitzt. Der poröse Wolframkörper war vollkommen von der Kupfer-Titan-Legierung durchdrungen. Der sich ergebende Wolfrara-Kupfer-Titan-Verbundetoff ist in Fig. 2 dargestellt.

Die unterschiedliche Dispersion der Wolframpartikel im gesinterten Wblfrämmaterial und im Wolframmaterial nach Fig. 2, wobei die Dispersion der Teilchen in Fig. 2 grosser ist als in Fig. 1, ist auf das Vorsintern zurttchzufuhren.

Beispiel 3

Ein gesinterter Wolframkörper, der zu etwa 90 v.H. im Vakuum von einer Kupfer-Titan-Legierung infiltriert ist, wobei diese Kupfea?-Titan-Legierung ungefähr 0,2 Gew_t-Prozent Titan und den Rest Kupfer enthalt.

Gepulvertes Titan mit einer Teilchengrössen/ron 1 bis 10 Mikron wird durch geeignete Mittel, z.B. auf einer automatischen Presse bei einem Druck von ca 31 »5 kg/mm verpresst, um einen zum Handhaben genügend festen Verbundstoff zu erhalten. Dieser Ausgangastoff wird bei 1250⁰C 10 lünuten lang in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Der gesinterte Wolframverbundstoff wird mit einer Legierung aus Kupfer und etwa 0,2 Gew.-Prozent Titan in Berührung gebracht. Der gesinterte Wolframverbundstoff und die damir zusawneiwirkende Legieren^ ame Kupfer

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und tital wird in ein bei oder unter 10 Torr liegendes Vakuum eingebracht und bei .1250⁰C etwa JO Minuten lang erhitzt« Der poröse Vfolfradkörper ist zu 90 y.H. von der Kupfer-Titan-Legierung durchdrungen. Das sich ergebende I¹JoIfram-Kupfer-Titan-Gebilde ist in Fig. 3 dargestellt.

Es ist zu bemerken, dass es in den in der Wolframprobe verbleibenden Leerräumen zu einem Abfall der Titanmenge in der Kupfer-Titan-Legierung und/oder Ihfiltrationszeit kommt. Die Poren können durch Erhöhen der Infiltrationstemperatur und/oder Verlangem der Infiltrationszeit geschlossen werden.

Beispiel 4

Ein gesinterter, zu etwa 30 - 40 v.H. von einer Kupfer-Titan-Legierung durchdrungener, gesinterter Wolframkörper, wobei die Kupfer-Titan-Legierung etwa 0,05 Gew.-Prozent Titan und den Rest Kupfer enthält.

Gepulvertes Ifolfram mit einer Teilchengrösse von etwa 1 bis 10 Kikron wurde durch geeignete Kittel, z.B. auf einer automatischen Presse bei einem Druck von ca 31»5 kg/mm verpresst, um einen zum Handhaben genügend festen Verbundkörper zu erhalten. Dieser Ausgangsstoff wurde 10 lünuten lang in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert. Der gesinterte Wolframpulverkörper wurde mit einer Legierung in Berührung gebracht, die aus Kupfer und etwa 0,05 Gewichtsprozent Titan bestant. Der Sinterkörper und die damit zusammenwirkende Kupfer-Titan-Legierung wurden in ein bei 10 ^J Torr liegendes Vakuum eingebracht und 20 lünuten lang auf 125O⁰C erhitzt. Der proöse ¹NoIfrainkörper war zu etwa 30 - /\0 v.H. von der Kupfer-Titan-Legierung infiltriert. Der sich ergebende Wolfrara-Kupfer-Titan-Verbundstoff ist in Fig. 4 dargestellt. Die Poren können durch Erhöhen der Infiltrationstemper&tur und/oder Verlangern der üifiltrationszeit geschlossen werden.

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Beispiel 5

Ein gesinterter, im Vakuum vollkommen von einer Kupfer-Titan-Legterung durchdrungener "Wolframkörper, wobei die Kupfer-Titan-Legierung Kupfer und etwa 0,05 Gew.-Prozent Titan enthält.

Gepulvertes Violfr?m mit einer Teilchengrb'sse von etwa 1 bis 10 Kikron wurde durch geeignete 1-Iittel beispielsweise in einer automatischen Presse bei etwa 31»5 kg/mm verpresst, um einen zum Handhaben genügend festen Körper zu erhalten. Dieser Korper wurde etwa 10 Minuten lang bei 125O⁰C vorgesintert, wie in den voranghenden Beispielen 1, 3 und 4 beschrieben. Las poröse gesinterte 'wolfram wurde mit einer Kupfers Titan-Legierung, enthaltend 0,05 Gew.-Prozent Titan und den Rest Kupfer, in Berührung gebracht, und mit dieser Zusammen in ein bei oder unter 10""·*' Torr liegendes Vakuum eingegeben, und in diesem auf etwa 145O⁰C erhitzt. Die Behandlungszeit betrug 20 L'inuten und man erhielt einen Aufbau, welcher dem nach Fig. 2 ähnlich war. Der poröse Wolframkörper war vollkommen von der Kupfer-Titan-Legierung durchdrungen, indem die Infiltrationstemperatur über den Bereich nach Beispiel 4 erhöht wurde. Der sich ergebende 'Wolfram-Kupfer-Titan-Verbundstoff ist in Fig. 5 dargestellt.

Es fcLrd angenommen, dass der Wolframpulverkörper oder der vorgesinterte Wolframkörper mit Titan durch elektrolytische oder Dampphasenbehandlung beschichtet werden kann, wobei die Imprägnierung des beschichteten Körpers erfolgreich mit im wesentlichen reinen (nichtlegierten) Kupfer erfolgen kann. Vakuuminfiltration erfolgt so lange das Titan an den Grenzschichten vorhanden ist. Die Menge des plattierten Titans wäre so auszulegen, dass die Mischung 0,5 bis 0,05 Gewißhtsprozent der "enge enthält, die zum Ausfüllen der Hohlräume notwendig ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffs umfassend eiiien ■Wolframpulverkörper mit einer darin infiltrierten Kupfer-Titan-Legierung, gekennzeichnet durch folgende Schritte: das Verdichten der ¹M)If ramteilchen auf die gewünschte Form, das Zusammenbringen der Oberflaohen des verdichteten Wolframkörpers mit Kupfer und Titan, wobei das Titan das Benetzen «Her Wolframteilchen fördert, das Einbringen des Wolframkörpas und des damit zusammenwirkenden Kupfers und Titans in ein Vakuum, und das Erhitzen des Wolframkörpers mit dem zusammenwirkenden Kupfer und Titan,so dass der Wolframkörper im Vakuum mit einer Legierung aus Kupfer und Titan infiltriert wird und eijnen Verbundstoff bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wolframkörper mit dem Titan durch Plattieren in Berührung gebracht ftird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wblfrarakörper mit dem Titan durch Beschichten in der Dampfphase in Berührung gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung 0,5 bis 0,05 Greichtsprozent Titan und den Best Kupfer umfasst, abgesehen von Verunreinigungen.

5· Verfahren nach Anspruch 4t dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum einen Druck von nicht mehr als 10""-' Torr hat,

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen bei eher Temperatur von etwa 1250 - 145O⁰C während einer Zeit von 20 bis 60 Minuten durchgeführt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprache 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse des Wolframs zwischen 1 bis 10 Mikron liegt.

8. Verfaliren nach .Anspruch 1 und 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsdruck etwa 31»5 kg/mm betragt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Wolframkörper in einer Wasserstoffatmosphäre ungefähr Minuten lang bei etwa 125O⁰C gesintert wird.

10. Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffs, umfassend ein -von einer Kupfer-Titan-Legierung infiltriertes Wolframpulver, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Verdichten des Wblframpulvers mit einer Teilchengrösse von 1 bis 10 Mikron unter einem zwischen 31»5 und 79 kg/mm liegenden Druck zur gewünschten Form, Sintern des verdichteten Wolfram-körpers im Vakuum, das Zusammenbringen der Oberflachen des gesinterten Wolframkörpers mit einer Kupfer-Titan-Le^ertog enthaltend etwa 0,5 bis 0,05 Gew.-Prözent Titan und den Rest Kupfer, wobei das Titan das Benetzen der Wolframteilchen fördert, das Einbringen des Wolframkörpers und der Kupfer-Titan-Legierung in ein bei oder unter 10 ^J Torr liegendes Vakuum und das Erhitzen des Wolframkörpers und der Kupfer—Titan-Legierung wahrend einer Dauer zwischen 20 und 60 Minuten auf eine Temperatur zwischen 1250 und 145O°C, um die vollkommene Infiltration im Vakuum des Wblframkopers mit der Kupfer-Titan-Legierung zu bewirken und einen Wolfrara-Kupfer-Titan-Verbundstoff zu erzeugen, der sich ab Kontaktmaterial für im Vakuum arbeitende Schaltanlagen eignet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolframteilchen mit Titan vor dem Verdichten beschichtet werden und dann der verdichtete Körper mit dem Kupfer in Berührung gebracht wird.

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12. Ein Verbundstoff, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Verbunfetoff aus einem mit einer Kupfer-rTitan-Legterüng infiltrierten Vfolframpulverk$rper besteht.

13· Verbundstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Titan-Legierung 0,5 bis 0,05 Gewichtsprozent Titan und den Rest Kupfer und gegebenafalls Verunreinigungen enthält.

14· Verbundstoff nach Anspruch 12 und 13» dadurch gekennzeichnet, dass die VJolframteilchen von einem Kupfer—Titan-Gerüst umgeben sind.

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