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Werkstoffe auf Wolfram- und Molybdän-Basis

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</figtable>
===Silber-Wolfram (SIWODUR)-Werkstoffe===Ag/W (SIWODUR)-Kontaktwerkstoffe vereinigen in sich die hohe elektrische und
thermische Leitfähigkeit des Silbers mit der hohen Abbrandfestigkeit des hochschmelzenden
Wolframs (<xr id="tab:Physical Properties ofPhysikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Contact Materials BasedWolfram, Silber-Wolframkarbid und Silber-Molybdän"/><!--(Table 2.36)-->). Die Herstellung der SIWODURAg/W-Werkstoffe mit
üblicherweise 50-80 Massen-% Wolfram erfolgt auf pulvermetallurgischem
Wege entweder durch Sintern mit flüssiger Phase oder über das Tränkverfahren.
Kornform und Größe der Ausgangspulver bestimmen entscheidend das Gefüge
sowie die mechanischen und kontaktspezifischen Eigenschaften dieser Stoffgruppe (<xr id="fig:Micro structure of Ag W 25 75"/><!--(Fig. 2.134)--> und , <xr id="fig:Micro structure of Ag WC 50 50"/><!--(Fig. 2.135)-->), und <xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR)Physikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Wolfram, Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)Silber-Wolframkarbid und Silber-Molybdän"/><!--(Table 2.37)-->.
Bei häufigem betriebsmäßigem Schalten unter Lichtbogenbelastung bilden sich
und damit schlecht leitende Oberflächenschichten, die eine deutliche
Erhöhung des Kontaktwiderstandes und dadurch bei Führung des Dauerstromes
eine unzulässige Erwärmung zur Folge haben. Aus diesem Grunde wird Ag/W in vielen Schaltgeräten gepaart mit Ag/C- oder Ag/WC/C-Kontaktstücken eingesetzt.
Silber-Wolfram-Kontakte kommen als Einzelteile in Form nahezu beliebig
Ag/W-Werkstoffe werden vor allem als Abbrennkontakte in Leistungsschaltern
großer Leistung sowie als Hauptkontakte in Leistungschaltern kleinerer und
mittlerer Leistung und in Schutzschaltern eingesetzt (<xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)1"/><!--(Table 2.37)--> und <xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)2"/><!--(Table 2.38)-->). In Nord- und Südamerika
kommen Silber-Wolfram-Kontakstücke in großen Stückzahlen in Leitungsschutzschaltern
mit niedrigem und mittlerem Schaltvermögen für die Hausinstallation
sowie für die kommerzielle Stromverteilung zum Einsatz.
<figtable id="tab:Physikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Wolfram, Silber-Wolframkarbid und Silber-Molybdän"><caption>'''Physikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Wolfram, Silber-Wolframkarbid und Silber-Molybdän'''</caption>  {| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"|-!Material!Silber<br/>Anteil<br/>[gew.%]!Dichte<br/>[g/cm<sup>3</sup>]!Elektrische<br/>Leitfähigkeit<br/>[MS/m]!Vickers<br/>Härte<br/>[HV5]|-|Ag/W 50/50 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]<br/>|47 - 53|12,9 - 13,9|29 - 38|110 - 175|-|Ag/W 40/60 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|37 - 43|13,9 - 14,5|21 - 32|150 - 240|-|Ag/W 35/65 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|32 - 38|14,1 - 15,1|21 - 31|160 - 260|-|Ag/W 32/68 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|29 - 35|14,3 - 15,2|21 - 30|180 - 265|-|Ag/WC 60/40 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|57 - 63|11,6 - 12,2|21 - 29|140 - 200|-|Ag/WC 40/60 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|37 - 43|12,5 - 13,3|18 - 25|230 - 340|-|Ag/WC 80/16C2 [[#text-reference|<sup>2</sup>]]|80 - 84|9,2 - 9,9|30 - 38|35 - 55|-|Ag/WC 80/17C3 [[#text-reference|<sup>2</sup>]]|78 - 82|9,1 - 9,8|23 - 33|35 - 55|-|Ag/WC 80/19C1 [[#text-reference|<sup>2</sup>]]|78 - 82|9,5 - 10,5|28 - 43|40 - 60|-|Ag/WC 70/28C2 [[#text-reference|<sup>2</sup>]]|68 - 72|9,6 - 10,3|24 - 32|35 - 55|-|Ag/Mo 65/35 [[#text-reference|<sup>1</sup>]]|62 - 68|9,9 - 10,9|16 - 28|140 - 130|-|}<div id="text-reference"><sub>1</sub>Hergestellt durch Infiltration</div><div id="text-reference"><sub>2</sub> Hergestellt durch Pressen-Sintern-Pressen</div></figtable> ===Silber-Wolframkarbid (SIWODUR C)-Werkstoffe===Diese Gruppe von Kontaktwerkstoffen mit üblicherweise 40-65 60 Massen-%
Wolframkarbid besteht aus dem besonders harten und verschleißfesten Wolframkarbid
und dem gut leitenden Silber (<xr id="fig:Micro structure of Ag WC 50 50"/>,<!--(Fig. 2.135)--> <xr id="tab:Physical Properties ofPhysikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Wolfram, Silber-Wolframkarbid und Silber-Contact Materials BasedMolybdän"/><!--(Table 2.36)-->). Ag/WC (SIWODUR C)-Werkstoffe zeichnen sich gegenüber Ag/W durch eine höhere Verschweißresistenz aus (<xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)1"/><!--(Table 2.37)-->).
Der Anstieg des Kontaktwiderstandes beim betriebsmäßigen Schalten ist bei
Ag/WC-Werkstoffen weniger ausgeprägt als bei Ag/W, da das bei Lichtbogeneinwirkung
geringen Grafit-Anteils erfüllt werden, wodurch allerdings das Abbrandverhalten
verschlechtert wird. Die Silber-Wolframkarbid-Grafit-Werkstoffe werden z.B. mit
27 19 Massen-% WC und 3 1 Massen-% Grafit bzw. 16 Massen-% WC und
2 Massen-% Grafit in Einzelpresstechnik nach dem Sinter-Press-Nachpress-
Verfahren hergestellt (<xr id="fig:Micro structure of -Ag WC 27 C3"/><!--(Fig. 2.136)-->).
Die Einsatzgebiete von Silber-Wolframkarbid-Werkstoffen sind ähnlich denen
von Silber-Wolfram (<xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)1"/><!--(Table 2.38)-->).
===Silber-Molybdän (SILMODUR) -Werkstoffe===Ag/Mo (SILMODUR)-Kontaktwerkstoffe mit 50-70 Massen-% Molybdän werdenüblicherweise auf pulvermetallurgischem Wege nach dem Tränkverfahren hergestellt (<xr id="fig:Micro structure of Ag Mo 35 65"/><!--(Fig. 2.137)--> und <xr id="tab:Physical Properties ofPhysikalische Eigenschaften von Kontaktmaterialien auf Basis von Silber-Wolfram, Silber-Wolframkarbid und Silber-Contact Materials BasedMolybdän"/><!--(Table 2.36)-->).Sie ähneln in ihren Kontakteigenschaften den Ag/W-Werkstoffen (<xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)1"/><!--(Table 2.37)-->).
Da Molybdänoxid im Vergleich zu Wolframoxid thermisch weniger stabil ist, ist
die Selbstreinigung der Ag/Mo-Kontaktoberflächen im Schaltlichtbogen intensiver
und somit der Kontaktwiderstand niedriger. Ag/Mo-Kontaktwerkstoffe sind
weniger abbrandfest als Ag/W-Kontaktwerkstoffe. Haupteinsatzgebiet von
Ag/Mo-Kontaktwerkstoffen sind Geräteschutzschalter (<xr id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)2"/><!--(Table 2.38)-->). <figtable id="tab:Physical Properties of-Contact Materials Based">[[File:Physical Properties of-Contact Materials Based.jpg|right|thumb|Physikalische Eigenschaften von Werkstoffen auf Silber-Wolfram (SIWODUR)-,Silber-Wolframkarbid (SIWODUR C)- und Silber-Molybdän (SILMODUR)-Basis]]</figtable><xr id="fig:Micro structure of Ag W 25 75"/><!--Fig. 2.134:--> Gefüge von Ag/W 25/75 <xr id="fig:Micro structure of Ag WC 50 50"/><!--Fig. 2.135:--> Gefüge von Ag/WC 50/50 <xr id="fig:Micro structure of -Ag WC 27 C3"/><!--Fig. 2.136:--> Gefüge von Ag/WC 27/C3 <xr id="fig:Micro structure of Ag Mo 35 65"/><!--Fig. 2.137:--> Gefüge von Ag/Mo 35/65
<div class="clear"></div>
<figtable id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)1"><caption>'''<!--Table 2.37:-->Kontakt- und Schalteigenschaften der Silber-Wolfram (SIWODUR), Silber-Wolframkarbid- (SIWODUR C)-,Silber-Wolframkarbid-Grafit (SIWODUR C/C) und Silber-Molybdän-(SILMODUR)-Werkstoffe'''</caption>
<table class="twocolortable">
<tr><th><p class="s12">Werkstoff/ DODUCO-Bezeichnung</p></th><th><p class="s12">Eigenschaften</p></th></tr><tr><td><p class="s12">Silber-Wolfram</p><p class="s12">SIWODUR</p><p class="s12">Silber-Wolframkarbid SIWODUR C</p></td><td><p class="s12">Neigung zu Verschweißungen bei hohen Einschaltströmen in symmetrischer Paarung, höhere Kontaktwiderstände und höhere</p><p class="s12">Übertemperaturen durch Bildung von Deckschichten aus Wolframoxiden und Wolframaten mit zunehmenden Schaltspielen insbesondere bei Silber-Wolfram,</p><p class="s12">hohe Verschweißneigung geschlossener Kontaktstücke bei Kurzschlussströmen,</p><p class="s12">sehr hohe Abbrandfestigkeit, ungünstiges Lichtbogenlaufverhalten, hohe Härte und nur sehr geringe Verformbarkeit, gute Löt- und Schweißbarkeit durch Silberanreicherung auf Kontaktrücken.</p></td></tr><tr><td><p class="s12">Silber-Wolframkarbid plus Grafit SIWODUR C/C</p></td><td><p class="s12">Niedrigerer Kontaktwiderstand und günstigeres Übertemperaturverhalten durch Grafit-Zusatz,</p><p class="s12">geringere Neigung zu Verschweißungen, geringere Abbrandfestigkeit verglichen mit Silber-WolframWolframkarbid.</p></td></tr><tr><td><p class="s12">Silber-Molybdän</p><p class="s12">SILMODUR</p></td><td><p class="s12">Günstigeres Kontaktwiderstandsverhalten durch weniger stabile Deckschichten,</p><p class="s12">geringere Abbrandfestigkeit verglichen mit Silber-Wolfram.</p></td></tr></table>
</figtable>
<figtable id="tab:Contact and Switching Properties of Contact Materials Based on Silver – Tungsten (SIWODUR), Silver–Tungsten Carbide (SIWODUR C) and Silver Molybdenum (SILMODUR)2"><caption>'''<!--Table 2.38:-->Anwendungsbeispiele und Lieferformen von Silber-Wolfram (SIWODUR)-, Silber-Wolframkarbid (SIWODUR C)- und Silber-Molybdän (SILMODUR)-Werkstoffen'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
!Lieferformen
|-
|Ag/W<br />SIWODUR
|Leitungsschutzschalter (nicht strombegrenzend)
|rowspan="3" | Kontaktauflagen, gelötete<br />und geschweißte Kontaktteile
|-
|Ag/W<br />SIWODUR<br />Ag/WC<br />SIWODUR C<br />Ag/WC/C<br />SIWODUR C/C
|Leistungsschalter<br /> (gepaart mit Ag/C)<br />
Fehlerstromschutzschalter<br />(gepaart mit Ag/C)
|-
|Ag/Mo<br />SILMODUR
|Geräteschutzschalter
|}
</figtable>
=== Copper–Tungsten (CUWODUR) MaterialsKupfer-Wolfram Werkstoffe===Copper–tungsten (CUWODUR) materials with typically Kupfer-Wolfram Werkstoffe mit üblicherweise 50-85 wtMassen-% tungsten are produced by the infiltration process with the tungsten particle size selected according to the end application Wolfram werden nahezu ausschließlich nach dem Tränkverfahren hergestellt,wobei die Korngröße des eingesetzten Wolfram-Pulvers entsprechend demAnwendungsfall festgelegt wird [[#figures4|(Figs. 5 – 86)]] <!--(Figs. 2.138 – 2.141)--> und (<xr id="tab:Physical Properties of Copper Tungsten CUWODUR Contact MaterialsPhysikalische Eigenschaften von Kupfer-Wolfram Werkstoffen"/><!--(Table 2.39)-->). To increase the wettability of the tungsten skeleton by copper a small amount of nickel Zur Verbesserung der Benetzung des Wolframskelettsdurch Kupfer wird den Pulvermischungen ein Nickelanteil < 1 wtMassen-% is added to the starting powder mixbeigegeben.
W/Cu materials exhibit a very high arc erosion resistance <xr figtable id="tab:Contact and Switching Properties of Copper–Tungsten (CUWODUR) Contact MaterialsPhysikalische Eigenschaften von Kupfer-Wolfram Werkstoffen"/><!--(Table 2.40)-caption>'''Physikalische Eigenschaften von Kupfer-Wolfram Werkstoffen'''</caption>. Compared to silver–tungsten materials they are however less suitable to carry permanent current.
With a solid tungsten skeleton as it is the case for {| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"|-!Material!Wolfram<br/>Anteil<br/>[gew.%]!Dichte<br/>[g/cm<sup>3</sup>]!Schmelzpunkt<br/>[°C]!Elektrische<br/>Widerstandskraft<br/>[µΩ*cm]!Elektrische<br/>Leitfähigkeit<br/>[% IACS]!Elektrische<br/>Leitfähigkeit<br/>[MS/m]!Vickers<br/>Härte<br/>[HV10]|-|W/Cu 60/40 <br/>|57 - 63|12,9 - 13,3|1083|3,85 - 4,55|38 - 45|22 - 26|150 - 200|-|W/Cu 65/35 |63 - 67|13,6 - 14,0|1083|4,17 - 5,0|34 - 41|20 - 24|160 - 210|-|W/C infiltrated materials with Cu 70/30 |68 -72|13,9 - 14,4|1083|3,85 wt% tungsten the lower melting component copper melts and vaporizes in the intense electrical arc. At the boiling point of copper (2567°C) the still solid tungsten is efficiently “cooled” and remains pretty much unchanged.- 5,56|31 - 38|18 - 22|160 - 230|-|W/Cu 75/25 |73 - 77|14,6 - 15,2|1083|4,76 - 5,88|29 - 36|17 - 21|180 - 210|-|W/Cu 80/20 |78 - 82|15,3 - 15,9|1083|5,0 - 6,25|28 - 34|16 - 20|180 - 280|-
During very high thermal stress on the W|}</Cu contacts, for example during short circuit currents figtable> 40 kA the tungsten skeleton requires special high mechanical strength. For such applications a high temperature sintering of tungsten from selected particle size powder is applied before the usual infiltration with copper (example: CUWODUR H).
For high voltage load switches the most advantageous contact system consists of a contact tulip and a contact rod. Both contact assemblies are made usually from the mechanically strong and high conductive CuCrZr material and W/Cu as the arcing tips. The thermally and mechanically highly stressed attachment between the two components is often achieved by utilizing electron beam welding or capacitor discharge percussion welding. Other attachment methods include brazing and cast-on of copper followed by cold forming steps to increase hardness and strength.
The main application areas for CUWODUR materials are as arcing contacts in load and high power switching in medium and high voltage switchgear as well as electrodes for spark gaps and over voltage arresters <xr id="tab:Application Examples and Forms of Supply for Tungsten– Copper (CUWODUR) Contact Materials"W/><!Cu--(Table 2Werkstoffe weisen eine extrem hohe Abbrandfestigkeit auf.41)Sie sindjedoch im Gegensatz zu den Silber-Wolfram->Werkstoffen zur Führung vonDauerströmen weniger geeignet.
<figtable id="tab:Physical Properties of Copper Tungsten CUWODUR Contact Materials">[[File:Physical Properties of Copper Tungsten CUWODUR Contact Materials.jpg|right|thumb|Physical Properties of Copper Tungsten (CUWODUR) Contact Materials]]<Liegt ein festes Wolframgerüst vor, was bei W/figtable><div id="figures4"><xr id="fig:Micro structure of W Cu -Tränkwerkstoffen mit 70 30 G"/><!-85Massen-Fig% Wolfram gegeben ist, so schmilzt und verdampft bei intensiver Lichtbogeneinwirkungdie niedriger schmelzende Werkstoffkomponente Kupfer. 2Dabeiwird das bei der Siedetemperatur von Cu (2567 °C) noch feste Wolframwirkungsvoll „gekühlt“ und bleibt somit weitgehend erhalten.139:--> Micro structure of W/Cu 70/30 G
<xr id="fig:Micro structure of Bei hoher thermischer Beanspruchung der W /Cu 70 30 H"/><!--FigKontaktauflagen, z. 2B.140:--beiKurzschlusströmen> Micro structure of W/Cu 70/30 H40 kA werden besonders hohe Anforderungen an dieFestigkeit des Wolframgerüstes gestellt. Für derartige Anwendungsfälle wirdzunächst ein festes, hochgesintertes Gerüst aus Wolframpulver geeigneterKorngröße hergestellt, das anschließend in üblicher Weise mit Kupfer getränktwird.
<xr id="fig:Micro structure of In Leistungsschaltern der Hochspannungstechnik hat sich besonders das Kontaktsystem,bestehend aus Kontakttulpe und Schaltstift bewährt. Beide Schaltstückesind üblicherweise aus dem mechanisch festen und hoch leitfähigenCuCrZr-Trägermaterial und W /Cu 70 30 F"/><!-als Abbrandspitze zusammengesetzt.Die mechanisch und thermisch hochbeanspruchte Verbindung zwischen denbeiden Werkstoffen erfolgt meist mittels Elektronenstrahl-Figoder Abbrennstumpfschweißen. 2Weitere Verbindungsarten sind das Hartlöten und das Angießenvon Kupfer mit nachträglicher Kaltverformung.138:--> Micro structure of W/Cu 70/30 F
<xr id="fig:Micro structure of Hauptanwendungsgebiet der W /Cu 80 20 H"/><!Werkstoffe sind Abbrennkontakte vonLast-und Leistungsschaltern der Mittel-Figund Hochspannungstechnik sowieElektroden für Funkenstrecken und Überspannungsableiter. 2.141:--> Micro structure of W/Cu 80/20 H</div>
<div class="multiple-images">
<figure id="fig:Micro structure of W Cu 70 30 G">
[[File:Micro structure of W Cu 70 30 G.jpg|left|thumb|<caption>Micro structure of Gefüge von W/Cu 70/30 G(Grob)</caption>]]
</figure>
<figure id="fig:Micro structure of W Cu 70 30 HF">[[File:Micro structure of W Cu 70 30 HF.jpg|left|thumb|<caption>Micro structure of Gefüge von W/Cu 70/30 H(Fein)</caption>]]
</figure>
<figure id="fig:Micro structure of W Cu 70 30 F">
[[File:Micro structure of W Cu 70 30 F.jpg|left|thumb|<caption>Micro structure of W/Cu 70/30 F</caption>]]
</figure>
<figure id="fig:Micro structure of W Cu 80 20 H">
[[File:Micro structure of W Cu 80 20 H.jpg|left|thumb|<caption>Micro structure of W/Cu 80/20 H</caption>]]
</figure>
</div>
<div class="clear"></div>
<figtable id="tab:Contact and Switching Properties of Copper–Tungsten (CUWODUR) Contact Materials">
<caption>'''<!--Table 2.40:-->Contact and Switching Properties of Copper–Tungsten (CUWODUR) Contact Materials'''</caption>
<table class="twocolortable">
<tr><th><p class="s12">Material/ DODUCO- Designation</p></th><th><p class="s12">Properties</p></th></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu F</p><p class="s12">CUWODUR F</p></td><td><p class="s12">Very high arc erosion resistance,</p><p class="s12">Uniform erosion pattern after high operation frequency, Very high mechanical strength,</p><p class="s12">Highly resistant against thermal and mechanical shock</p></td></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu G</p><p class="s12">CUWODUR G</p></td><td><p class="s12">Very high arc erosion resistance, Very high mechanical strength,</p><p class="s12">Highly resistant against thermal and mechanical shock.</p></td></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu H</p><p class="s12">CUWODUR H</p></td><td><p class="s12">Very high arc erosion resistance, very high mechanical strength, Especially high resistance against thermal and mechanical shock.</p></td></tr></table>
</figtable>
 
 
<figtable id="tab:Application Examples and Forms of Supply for Tungsten– Copper (CUWODUR) Contact Materials">
<caption>'''<!--Table 2.41:-->Application Examples and Forms of Supply for Tungsten– Copper (CUWODUR) Contact Materials'''</caption>
<table class="twocolortable">
<tr><th><p class="s12">Material</p></th><th><p class="s12">Application Examples</p></th><th><p class="s12">Form of Supply</p></th></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu F</p></td><td><p class="s12">Transformer tap changers,</p><p class="s12">Medium voltage circuit breakers</p></td><td><p class="s12">Contact tips, formed parts, brazed</p><p class="s12">and welded contact parts</p></td></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu G</p></td><td><p class="s12">Overvoltage arresters with spark gap,</p><p class="s12">Medium voltage circuit breakers, Medium voltage power switches, High voltage power switches and circuit breakers</p></td><td><p class="s12">Contact tips, formed parts, brazed</p><p class="s12">and welded contact parts; Contact tulips, rods and tubes</p></td></tr><tr><td><p class="s12">W/Cu H</p></td><td><p class="s12">High voltage power switches and circuit</p><p class="s12">breakers for very high short circuit currents</p></td><td><p class="s12">Welded contact parts; Contact tulips,</p><p class="s12">rods</p></td></tr></table>
</figtable>
==Referenzen==