Spiekanie kompozytowych materiałów strykowych na osnowie srebra

• Autorzy: Wójcik-Grzybek D. , Kaliszuk K. , Frydman K. , Bucholc W.

Warianty tytułu

EN

Sintering of silver-based composite contact materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Znaczącą grupę wśród materiałów przeznaczonych na styki elektryczne stosowane w niskonapięciowych łącznikach powietrznych stanowią kompozyty na osnowie srebra. Stosowane dla tej grupy łączników kompozyty stanowią połączenie składników o różnych właściwościach: - srebra zapewniającego dobrą przewodność elektryczną i cieplną, - drugiego składnika, określającego charakter właściwości łączeniowych kompozytu. Czyste srebro z racji swoich właściwości fizycznych ma nienajlepsze właściwości łączeniowe. Wprowadzenie do srebra drugiego, odpowiednio dobranego składnika, umożliwia znaczną ich poprawę. Zwiększają się wówczas: odporność na ścieranie, odporność na erozyjne oddziaływanie łuku elektrycznego na powierzchnię styku, odporność na sczepianie, zdolność gaszenia łuku. Ze względu na rodzaj dodatku można wymienić cztery podstawowe grupy kompozytów na osnowie srebra, z których każda ma swój własny profil właściwości określający zakres zastosowań: - Ag-MeO (Ag-CdO, Ag-SnO2, Ag-Fe2O3), - Ag-Me (Ag-Ni, Ag-Fe), - Ag-C, - Ag-W (Ag-WC). Do wytwarzania większości styków z tych kompozytów stosowane są metody metalurgii proszków. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących spiekania kompozytów Ag-Fe2O3, Ag-SnO2, Ag-Fe, Ag-W przeznaczonych na styki elektryczne. Przeprowadzono obliczenia potencjału termodynamicznego reakcji rozkładu Ag2O i zależności jego prężności rozkładowej od temperatury (rys. 2, 3). Badano kompozyty wykonane z proszków srebra o różnej morfologii, wielkości ziarna i powierzchni właściwej (rys. 7, tab. 1). Przedstawiono przykładowe mikrostruktury wykonanych kompozytów (rys. 8) oraz wyniki badań gęstości (rys. 9 -13). Opisano zjawiska występujące podczas spiekania badanych kompozytów prowadzące do zwiększania wymiarów, deformacji kształtek, a nawet destrukcji materiału (rys. 5, 14) i związane z nimi problemy technologiczne. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że istotny wpływ na przebieg procesów spiekania kompozytów na osnowie srebra mają reakcje rozkładu i redukcji tlenku srebra pokrywającego ziarna proszku srebra. Przebieg spiekania zależy w dużym stopniu od zawartości srebra w kompozycie, rodzaju proszku i obróbki termicznej mieszaniny proszków przed prasowaniem. W przypadku kompozytów na osnowie srebra właściwy dobór parametrów technologicznych, a w szczególności ciśnienia prasowania, pozwala uniknąć deformacji lub destrukcji materiału w procesie spiekania.

EN

The silver-based composites used in low-voltage air-break switching devices are the significant group among others contact materials. Contact materials applied in low-voltage power engineering usually consist of two components with different properties: the silver what provides good electrical and thermal conductivity and the second component what determines the switching behaviour. The pure silver has got not too good switching properties. The high conductivity and inertness towards oxygen and nitrogen doesn't equalize too less contact erosion and welding tendency. Addition a second component into the silver makes the improvement of the switching properties possible. The wear resistance, welding resistance, arc erosion resistance and arc extinction increases. On account of kind of the second component it can be mentioned four significant groups of silver-based contact materials: - Ag-MeO (Ag-CdO, Ag-SnO2, Ag-Fe2O3), - Ag-Me (Ag-Ni, Ag-Fe), - Ag-C, - Ag-W (Ag-WC). Each of these groups has its own typical profile of properties what define the range of application. Most of these composites are made by powder metallurgical techniques. In the paper the results of the studies of sintering of Ag-Fe2O3, Ag-SnO2, Ag-Fe, Ag-W composite materials used as electrical contacts have been presented. The thermodynamic potential of decomposition of Ag2O and dependence of decomposition pressure on temperature has been calculated (Fig. 2, 3). The materials made of different kind of silver powders were investigated (Fig. 7, Table 1) and the microstructures of composites and the results of measurements of theirs density have been presented (Fig. 8,9 - 13). The phenomena appeared during the sintering of studying materials and their connection with the technological problems (deformation and destruction of contact tips (Fig. 5, 14)) has been described. The results of investigations suggest that reaction of decomposition and reduction of silver oxide covered the powder grains has significant influence on the behaviour of sintering processes of composites. It has been shown the behaviour of sintering depends on suitable selection of processing technological parameters: - granulation and specific area of used powders, - thermal treatment of powder mixtures before pressing, - pressure of pressing of powder mixtures, - contents of silver in composite. In the case the silver-based contact materials the suitable selection of technological parameters - especially pressure of pressing - allows avoid deformation and destruction of composite contact tips.

Słowa kluczowe

PL

styki elektryczne; spiekanie kompozytów; osnowa srebrna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 2
• Strony: 54--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wójcik-Grzybek D.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie

autor

Kaliszuk K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie

autor

Frydman K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie

autor

Bucholc W.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie

Bibliografia

• [1] Małyszew W. M., Rumiancew D. W.: Sieriebro; Mietałłurgija, Moskwa, 1987
• [2] Michał R., Saeger K. E.: Metallurgical aspects of silver-based contact materials for air-break switching devices for power engineering. IEEE Transactions on Componenets, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 12, 1989, No. l
• [3] Stolarz S., Wojtasik K.: Materiały złożone srebro-tlenki metali i srebro-węgliki metali wysokotopliwych (1); Metalurgia Proszków, 1996, Nr 3
• [4] Bouvard D.: Densification behaviour of mixtures of hard and soft powders under pressure. Powder technology 111, 2000
• [5] Yinaricky E.: Werkstoffe fur elektrische Kontakte der Energietechnik. 16. Fachtagung Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 2001
• [6] Behrens V., Honig T., Kraus A.: Silver/metal oxide contact materials as a substitute for silver/cadmium oxide on the background of upcoming legal restrictions in Europe. 21st Internationele Conference on Electrical Contacts, Zurich, 2002
• [7] Braumann P., Koffler A.: The influence of manufacturing process, metal oxide content, and additives on the switching behaviour Ag-SnO2 in relays. 50th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts and 22nd International Conference on Electrical Contacts, Seattle, 2004
• [8] Poradnik fizykochemiczny; WNT, Warszawa, 1974
• [9] Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej; PWN. Warszawa, 1994
• [10] Samsonow G. W.: Fizikochimiczeskije swojstwa okisłow. Sprawocznik; Mietałlurgija, Moskwa, 1978
• [11] Boris V. L'vov: Kinetics and mechanism of thermal decomposition of silver oxide. Thermochmica Acta 333. 1999
• [12] Tyrkiel E.: Termodynamika; Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1981
• [13] Barrow G. M.: Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 1978
• [14] Kubaschewski O., EvansE. L.: Metallurgical thermochemistry; Pergamon Press, 1958
• [15] Nedoma J., Bućko M., Sehreiner P.: Funkcje termodynamiczne, Cz. H - Tlenki, wodorotlenki, Wyd. AGH, Kraków, 1986
• [16] Mrowec S.: Kinetyka i mechanizm utleniania metali: Wydawnictwo Śląsk, Katowice, 1982
• [17] Bukat A., Rutkowski W.: Teoretyczne podstawy procesów spiekania; Wydawnictwo Śląsk, 1974
• [18] Rutkowski W.: Kompozyty. Zagadnienia ogólne; WEMA, Warszawa, 1980.
• [19] Lis J., Pampuch R.: Spiekanie; AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków, 2000