用于在诸如开关触头或插接触头的电接触元件上制作至少一个功能区域的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201280019943.8 | 申请日 | 2012-04-02 | 公开(公告)号 | CN103503239A | 公开(公告)日 | 2014-01-08 |
| 申请人 | 泰科电子AMP有限责任公司; | 发明人 | H.施米特; M.雷德纳; S.萨克斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于在电 接触 元件(30)上制作至少一个功能区域(1)的方法，接触元件例如 开关 触头或插接触头。所述至少一个功能区域(1)，例如接触 位置 或用于压接或 焊接 的连接区域被限制到接触元件的局部区域。为了防止湿化学方法中的不利的高环境负担，以及克服物理技术中的热 镀 导致非常小的材料的限制，从而实质上改善两个技术中的用于选择和构造的空间可能性，提供了本发明，至少一个材料涂层(4)在所述功能区域（1）中被以高选择方式涂敷至所述接触元件，并且诸如离子和/或 电子 束形式的高能热 辐射 线(9)随后被定向至至少一个材料涂层(4)上。材料涂层(4)可保护新的材料或材料组合，其不能由以前的方法提供。本发明还涉及一种用于制作这样的功能区域和这样的接触元件的装置，所述接触元件具有上述功能区域(1)，接触元件(30)按照以上方法制作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在电接触元件(30)上制作至少一个功能区域(1)的方法，所述至少一个功能区域被限制到所述接触元件的局部区域，其特征在于，至少一个材料涂层(4)在所述功能区域(1)中被机械地涂敷至所述接触元件(30)，并且高能热辐射线(9)随后被定向至所述至少一个材料涂层上。 |
||||||
| 说明书全文 | 用于在诸如开关触头或插接触头的电接触元件上制作至少一个功能区域的方法 技术领域[0001] 本发明涉及一种用于在电接触元件上制作至少一个功能区域的方法，该至少一个功能区域被限制在接触元件的局部区域。本发明还涉及一种通过这样的方法制作的接触元件，以及用于制作这样的接触元件的装置。 背景技术[0002] 这样的接触元件可以是用于插接型连接器的触头或开关触头。功能区域为接触元件的表面区域，该表面区域在操作过程中当接触元件组装在电气部件中时执行特定的功能。功能区域例如是接触位置（contact location），在该接触位置，对应触头机械和电地接触所述接触元件；引入区域，例如，当插接型连接器装配在一起时对应触头沿着该引入区域在所述接触元件的表面之上运动；其中接触元件与其他部件接触并且为处于腐蚀危险中的区域；以及连接位置，用于卷曲、焊接或其他连接。 [0004] 锡触头还可以借助于热浸镀锡方法制作。 [0005] 在这两种方法中，接触元件可以涂覆的材料的选择是有限的。在电镀方法中合金还不能自由地沉淀。在用锡热浸涂覆中，所述处理受到熔化处理温度的限制。在两种方法中，随后改变涂层特性是不可能的或者随后改变涂层特性的难度非常大。 [0006] 在一个接触元件上制作多个不同的按其功能被优化的功能区域是不可能的。 [0007] 热浸镀锡还包括另一个缺点，对表面面积受到限制的区域进行选择涂覆是几乎不可能的。 [0008] 尽管通过电镀方法中的选择技术可以制作几个毫米级的受限涂覆面，但是目前技术上不可能通过选择电镀制作相对较小的区域。对于接触元件，该功能区域必须的尺寸等级过大。 发明内容[0010] 鉴于上述已知方法的缺点，由本发明阐述的问题是要提供一种方法，其允许在接触元件中简单和精确地制作功能区域，并且同时具有在一个接触元件上制作多个功能区域的优势，该多个功能区域根据它们的功能分别被优化。 [0012] 材料涂层的机械涂敷避免了电镀方法和诸如热浸镀锡的热浸方法的缺点。仅对功能区域的功能是必需的材料被涂敷于在其处功能区域是必需的位置处。随后的照射允许选择和控制地改变涂敷的材料涂层的机械或化学性能。 [0013] 材料涂层的机械涂敷避免了湿化学方法的高环境管理成本。在机械涂敷期间，较少的昂贵的材料也必需以大的熔化槽或镀槽的形式保持。这在材料涂层包含珍贵的金属时特别有效。 [0015] 根据本发明的方案可以借助于以下特征改进，所述特征为彼此独立的，且本身为有利的，并可以彼此自由组合。 [0016] 根据一特别有利的构造，提供了要被印刷上的至少一个材料涂层。在该情形中，可以使用印刷技术，例如丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷、压印印刷或直接印刷、或经由中间载体的间接印刷，载体例如为中间辊。功能上相关的材料涂层优选地直接印刷在接触元件的基材上。然而，还可以通过其它方法预涂覆接触元件。 [0017] 功能区域中的材料涂层可以具体地印刷上，如果接触元件不是设置为单体的形式，而是条状形式或带状形式。 [0019] 根据另一个有利的构造，含金属的浆状物可以用于印刷。该浆状物可以包含或包括粉末、选择一种或多种纯金属成分的微粒和/或纳米颗粒、碳和/或金属化合物。特别地，金属浆状物可以包含当前用于涂覆接触元件中的接触位置的金属。这样的金属例如为金、银、铜、镍、锡、钯、铂和/或钌。 [0021] 该材料涂层中的金属化合物优选地选择为，使得它们在高能热辐射线的作用下被还原为金属。 [0022] 以上所述的基本成分或另外成分还可以被机械地涂敷在化学上稳定的化合物中，如果非金属材料性能被认为与功能区域功能上相关。因此，例如，可用于机械涂敷的基本成分或另外成分可以是以下形式：金属/碳化合物MeyCx、金属氧化物MeyOx或金属/氮化合物MeyNx。碳可以化学配置的形式出现在要涂敷的材料中，例如石墨、金刚石、碳纳米管、石墨烯或富勒烯(fullerenes)。 [0023] 根据另一个有利的构造，所述至少一个材料涂层可以被喷涂。特别地，可以喷涂粉末。通过改变束参数，可以通过喷涂操作制作涂层厚度在面的方向上变化的材料涂层。喷涂特别地适于粉末状的合金材料，例如以上提及的另外成分。过多的粉末可以被简单的收集并重新定向。喷涂可以通过高能束实施，使得喷涂材料在飞行中以受保护的状态在表面上被炙烤。喷涂和照射可以同步和间歇地实施，以允许喷涂上的材料被凝固和在辐射脉冲之间被设置。 [0024] 根据另一个有利的构造，涂敷的材料涂层可以包含电线和/或膜，其例如连续供给至热束，和/或被定为在基材上。电线和/或膜供给至热束的优势在于，材料供给和融化操作在一个步骤中实施。 [0025] 由于以上构造之一中的机械涂敷，特别地，多个不同的材料涂层可以布置成一个位于另一个上方和/或彼此相邻。涂敷方法的分辨率越高，材料涂层越能相对于彼此被精确地定位。 [0026] 在接触元件上一个位于另一个上方和/或彼此相邻地涂敷的单个材料涂层可以包含不同的材料。例如，位于下部更靠近接触元件的基材的材料涂层可以用作腐蚀保护和/或扩散屏障，以将上部涂层化学地相对于下部涂层隔离。 [0028] 在机械涂敷后，根据本发明材料涂层被高能热辐射线加热。相比材料涂层和下部材料涂层之间的机械涂敷，所述加热可以产生增强的连接和/或导致涂敷的材料涂层的化学和/或物理性能的改变。例如，在该热辐射的作用下被照射的材料涂层可以熔化，或被引入接触元件的基材内从而与其形成了合金或冻结的混合相。不同的材料涂层还可以在它们的边界面处相互反应，并在这些位置处形成了期望的化学化合物。 [0029] 在根据另一个有利的构造中，机械涂敷后所述材料涂层被干燥，使得在机械涂敷后由热辐射实施的加热操作可以更快地进行。这优选地在一个烤箱中实施。在干燥过程中，优选地材料涂层被加热至一温度，该温度低于所涂敷的至少一个材料涂层的最易熔化成分的融化温度和/或软化温度或相变温度，例如基材的软化温度。 [0030] 特别有利的是，高能热辐射线作用在其上并加热接触元件或功能区域的有效区域根据表面面积最大程度地包括所述至少一个材料涂层。这可以通过捆束、汇聚和/或遮蔽所述热辐射来实施，使得该热辐射以至少一个热束的形式照射在材料涂层上。为了获得更大的处理速度，热辐射还可以分成多个热束，该多个热束可以同时定向至分散在接触元件上的多个材料涂层上。 [0031] 通过高能热辐射线加热材料涂层优选以小于0.1mm的精度的点状方式实施，使得能量供给以非常精确的方式实施。在实行这样的方法的过程中，接触元件的面中的有效区域的最大直径小于0.1mm。该有效区域的可获得的最小直径大致对应于高能辐射的波长。通过使热束扩大或通过特别地以网格状方式覆盖要被照射的面，借助于汇聚为点状方式的热束，还可以处理相对较大的表面面积。 [0032] 由于高分辨率，所述加热还可以作用在很小的区域中。例如，其尺寸在分辨率的区域中的区域可以被选择性地熔化或加热，以局部受限的方式改变该区域处的化学和/或物理性能。 [0033] 借助于热辐射的有效时间、粒子束、加速电压以及能量密度，可以控制该材料涂层的局部加热。根据有效区域的位置和/或有效区域中的当前材料涂层的材料成分，这些束参数被暂时地改变。优选地，束参数被控制，使得在当前有效区域影响的材料涂层中，至少一种成分进入熔化状态。 [0034] 在该方法的一个有利的构造中，接触元件的基材之多被热辐射表面地加热和/或熔化。熔化深度优选地在0.05μm和20μm之间。 [0035] 通过以受控的方式改变参数，例如根据被有效区域影响的材料涂层的组分和/或厚度，熔化深度可以控制为，使得相邻材料涂层之间和/或底部材料涂层和基材之间的期望数量的边界面被熔化。 [0036] 根据该方法的另一个有利的构造，高能辐射的束参数可以被调节为，使得能量被施加至的最大深度可以被选择性地调节。例如，参数可以被调剂为，使得基材和材料涂层之间的仅一个边界层被熔化，而材料涂层的表面仅被轻微地加热。在例如电子、离子或原子辐射的高能粒子辐射的情形中，通过控制动能可以实施能量施加的最大深度的调节。在例如为激光辐射或X射线辐射的波状特性的高能辐射的情形中，这可以通过控制或选择频率来实施。 [0037] 此外，通过调节束参数使在热平衡的条件下进行加热，可以控制有效区域中的材料涂层的加热。 [0039] 此外，通过控制束参数，可以控制有效区域中被加热的至少一个材料涂层的冷却速率。例如，通过逐渐地减少所施加的能量可以导致逐渐的热平衡冷却，通过突然地减少所施加的能量可以使至少一个材料涂层被突然冷却。 [0040] 一般尺寸不到0.1毫米的有效区域基本上小于接触元件，该接触元件的大小大体上为几个毫米到几个厘米。因此，由有效区域加热的质量优选地基本上小于接触元件的质量。因为由高能热辐射线施加的能量远大于同时在热传导期间散去的能量，因此，在有效区域中被加热的至少一个材料涂层的加热可以绝热或近似绝热地实施。由于有效区域和接触元件之间的尺寸关系，冷却进行的如此快，使得当热辐射被切断时有效区域的熔化的材料涂层被冻结。因此，借助于根据本发明的方法，在材料涂层中可以获得非晶形的、微米尺度和/或纳米尺度的晶粒。这样的晶粒在以化学上为惰性的且非常耐磨损。隔热的或近似隔热的加热导致，热辐射的热效应晶被限制到束分辨率的级别的狭窄有效区域上。 [0041] 在另一个有利的构造中，在一个材料涂层中可以生成各种晶粒。这导致了例如具有特别硬和耐磨损的区域的材料涂层，该区域可以为适于设置功能区域的区域，在该功能区域处，对应触头碰触接触元件或可以沿着接触元件摩擦。 [0042] 借助于热辐射还可以进一步制作材料涂层上的表面结构。例如，可以制作微观结构为网格状形式的触头。此外，该表面结构可以影响顶端材料涂层的摩擦性能。借助于热辐射形成的结构元件的大小有效地小于20μm，并因此优选地位于微观范围内。 [0043] 因此，在同一材料的区域中，可以在功能区域中制作具有不同的机械性能的区域。通过在时间和空间上改变施加在材料涂层上的能量，以及控制有效区域的加热和冷却速率和/或温度，可以产生那些不同的机械性能，使得例如，在材料涂层的表面范围上生成了不同的晶粒结构。 [0044] 根据另一个有利的构造，在制作功能区域之前和/或之后，高能热辐射线可以用于处理呈现为条状或带状形式或单体的接触元件。例如，来自如用于热辐射的同一束源的高能束可以用来以电子束或离子束的形式切割、钻孔、硬化以及弯曲接触元件。 [0045] 在另一个有利构造中，如果电子束被用作高能热辐射线，借助于电光学成像方法，其可以用于可视化和质量控制。这可以再处理操作期间进行或之后在分开的步骤中进行。例如，扫描电子显微方法可以用于可视化。 [0046] 如在开头提及的，根据本发明的接触元件具有至少一个功能区域，该功能区域设置有至少一个机械地涂敷的材料涂层。 [0047] 功能区域可以设置为触头位置，该触头位置具有接触点，构成该接触点的材料涂层具有的电阻小于围绕该接触点的材料涂层的电阻。相比接触点本身，围绕接触点的材料涂层可以具有较高的抗腐蚀能力。特别地，相比接触点的材料涂层，围绕触头的区域的材料涂层中可以包括较低等的金属。 [0049] 以下将参照附图和实施例非常详细地说明本发明。根据以上的说明，各实施例中的不同特征可以彼此组合。此外，如果与该特征相关的优点在具体的应用中不是很重要，那么实施例中的单个特征还可以根据以上说明被省略。 [0050] 为了简单起见，对于结构和/或功能相同或相似的元件，在以下的不同实施例中使用了相同的附图标记，在附图中： [0051] 图1为根据本发明的方法的第一实施例的方法步骤的示意图； [0052] 图2为根据本发明的方法的第二实施例的方法步骤的示意图； [0053] 图3为根据本发明的方法的第三实施例的方法步骤的示意图； [0054] 图4为本发明的第四实施例的方法步骤的示意图； [0055] 图5为本发明的第五实施例的方法步骤的示意图； [0056] 图6为本发明的第六实施例的方法步骤的示意图； [0057] 图7为本发明的第七实施例的方法步骤的示意图； [0058] 图8为本发明的第八实施例的方法步骤的示意图； [0059] 图9为本发明的第九实施例的方法步骤的示意图； [0060] 图10为本发明的第十实施例的方法步骤的示意图； [0061] 图11为本发明的第十一实施例的方法步骤的示意图； [0062] 图12为本发明的第十二实施例的方法步骤的示意图； [0063] 图13为本发明的第十三实施例的方法步骤的示意图； [0064] 图14为本发明的第十四的实施例的方法步骤的示意图； [0065] 图15为本发明的第十五实施例的方法步骤的示意图； [0066] 图16为本发明的第十六实施例的方法步骤的示意图； [0067] 图17为本发明的第十七的实施例的方法步骤的示意图； [0068] 图18为本发明的第十八实施例的方法步骤的示意图； [0069] 图19为根据本发明在接触元件的制作过程中接触元件的示意图； [0070] 图20放大示出了图19的XX； [0071] 图21是接触元件制作过程中根据本发明的接触元件的第二实施例的示意图； [0072] 图22放大示出了图21的XXII。 具体实施方式[0073] 首先，参考图1示意性示出的实施例来描述本发明。 [0074] 图1示出了制作接触元件2的至少一个功能区域1的方法。功能区域1为就表面面积而言被限制到接触元件2的表面3的一部分的区域，该区域在组装好的接触元件2中执行特定的功能。功能区域1例如为一接触位置，在操作期间，一对应触头(未示出)抵靠该接触位置，且电流设计成流经该接触位置。功能区域1还可以是一连接区域，一导体例如通过压接或焊接牢固地连接至所述组装好的接触元件2中的该连接区域。在组装好的接触元件2的情形中由于高的机械表面载荷，该功能区域1还可以不同于接触元件2的表面3的其余区域。例如，接触元件2可以被移动地支撑，从而在支撑位置处预计会增加表面磨损。这同样适用于接触元件上的用于支撑其它部件的区域。 [0075] 如图1所示，至少一个材料涂层4设置在该功能区域1中。 [0076] 如果接触元件2不是单体的形式，而仍然为带状或条状材料5的形式，那么功能区域1可以由其制作，然后通过冲压或切割的方法分开。可替代地，该功能区域1还可以被制作在已经被分开的接触元件2中。接触元件2或条状材料5优选地由均质的基材6形成，基材6具体地为铜或铜合金。功能区域1被制作之前，分开的接触元件2或条状形式的材料5可以已经被用例如镍或锡涂覆。 [0077] 图1示出了仅作为示例的功能区域1的制作，其沿行进方向7传送仅示意性示出的具有辐射源8′的工作台8。条状材料5可以被实施成连续性或间歇性地行进。 [0078] 根据第一实施例，功能区域1的制作可以概要地通过四个方法步骤A、B、C、D来实施。纯粹为了清楚的缘故，方法步骤A至D在图1示出为彼此相邻。实际上，单个的方法步骤可以在沿带行进方向7连续的数个工作台处实施，以及/或者带状材料5静止不动时在一个或相同的位置处实施、或利用与带状材料5一起移动的工作台实施。具体地，高能热辐射线9的方向还可以与行进的带同步，使得在带连续行进时热辐射保持定向至仅一个功能区域。 [0079] 在第一方法步骤A中，材料涂层1被机械地涂敷至基材6。这可以具体地通过印刷来实施，这里的印刷例如为丝网印刷、喷墨印刷、凹版印刷、或直接压印印刷（stamp printing）或经由中间载体的间接压印印刷。例如，中间滚子可以用作中间载体。 [0080] 材料涂层1的组分（composition）适于功能区域1的功能以及根据该功能的必要的机械性能。具体地，材料涂层4可以由可印刷的含金属浆状物(paste)构成。该浆状物可以包含粉末、包括一种或多种纯金属成分的微粒和/或纳米颗粒、碳和/或金属化合物。 [0081] 如果该功能区域1为接触位置，用于该材料涂层的一般基本成分为金、银、铜、镍、锡、钯、铂和/或钌。这些金属可以具体地构成可印刷的金属浆状物的基本成分。 [0082] 此外，材料涂层4可以具有另外成分(component)，具体地为钛、钒、铬、锰、铁、钴、铌、锆、镍、钼、钽和/或钨、和/或这些另外成分的混合物。根据方法步骤A印刷的材料涂层4的金属化合物被选择为使得它们可以在随后的步骤中被以化学方法还原为金属。 [0083] 材料涂层1还可以具有非金属特性或包含非金属物质。该材料涂层的非金属的特性还可以由化学稳定的金属化合物获得，该金属化合物构成了材料涂层4的基本成分。例如，材料涂层4可以由包含或由以下构成：MeyCx形式的金属/碳化合物、MeyOx形式的金属氧化物和/或MeyNx形式的金属/氮化合物、以上列出的能够视作金属的基本和/或另外成分中的一个或多个。该材料涂层4中的碳能够在机械涂敷过程中以诸如石墨、金刚石、碳纳米管、石墨烯或富勒烯(fullerenes)的化学结构存在。 [0084] 方法步骤A中的印刷以较高的局部分辨率、即以较高的精度实施。机械地涂敷或印刷的点状材料涂层4的最小尺度和/或定位精度优选地小于0.1毫米。较大的面也可以通过相应的方式印刷。 [0085] 在接下来的方法步骤B中，来自辐射源8′的高能热辐射线9被定向至材料涂层4或功能区域1上。 [0086] 高能辐射源具体地为粒子辐射，例如为电子辐射、或离子辐射、或包括其它亚原子粒子的辐射，不过还可以使用具有波状特性的辐射，例如激光或X射线辐射。 [0087] 高能热辐射线9优选地由装置10成束、汇聚或屏蔽，使得仅仅具有其自身的至少一个材料涂层4的所述功能区域1被照射。 [0088] 在高能热辐射线9被定向至所述功能区域1中的至少一个材料涂层上之前，可以先实施干燥步骤(未示出)，在该干燥步骤中，使机械地涂敷或印刷的材料涂层4变干。为了加速干燥过程优选地使用烤箱。干燥温度优选地低于软化温度或相变温度，例如基材6的软化温度，并且还优选地低于至少一个材料涂层4中的最低熔化成分的熔化温度。 [0089] 在方法步骤B中，随着有效时间的增加，材料涂层4被加热，直到其在方法步骤C中熔化。高能热辐射线9的能量施加可以被控制为：使得基材6和材料涂层4之间的边界面11也开始熔化。结果，在基材6和材料涂层4的边界面11处形成了紧密连接。 [0090] 随后，高能热辐射线9被切断或定向离开刚熔化的材料涂层4，以使其冷却。 [0091] 待冷却之后，在方法步骤D中，具有了牢固地连接至基材6的材料涂层4。由于采用机械涂敷方法，所有功能区域1或材料涂层4的尺寸非常精确。由于所述照射，贯穿方法步骤A到D，这些尺寸和位置不再改变，使得涂敷方法的精度得以维持。 [0092] 由于高能热辐射线9仅作用在相比整个接触元件2非常小的有效区域12以及较小的有效深度上，因而，对有效区域12的加热在隔热或类似隔热的条件下进行，其中，有效区域12在表面面积上被限制到大致为热束横截面13的大小，且所述较小的有效深度优选地仅延伸入基材6大约0.05μm至20μm。具体地由于基材6具有较大的质量，冷却很快地进行且导致了很陡峭的散热梯度，使得存在冻结的晶粒形态，具体地非晶态的、微米尺度或纳米尺度的晶粒。 [0093] 有效区域12中的材料涂层1的加热借助于由装置10成束的热束15或高能热辐射线9的参考来控制。所述束参数被根据所述材料涂层4的几何性能和/或材料涂层4的材料性能进行调节，其中所述几何性能例如材料涂层4的厚度和结构，材料性能例如材料涂层的热导率、密度以及单个成分的熔点。 [0094] 关于图1中示出的方法，表1中列出的辐射参数可以被调节，如果高能热辐射线9是束直径为100μm的电子辐射。一般可以想到，束直径为0.2μm至1cm，优选地为20μm至1毫米。在这种情况下，比设计的熔化深度大的束直径是有利的。 [0095] 对于具有100μm的束直径的束横截面13，可以获得1μm至5毫米之间的有效深度14。 [0096] 表1 [0097]辐射参数 值 有效时间 0.1-1000微秒 束重定向速率 1-103m/s 功率密度 1-1010W/mm2，优选102-106W/mm2 加速电压 1-100kV 电子流 0.1-100mA 总功率 1-1000(5000)瓦 加热速率 104-1010K/s [0098] 高能热辐射线9能够以脉冲状的方式定向至功能区域1上，其在例如带间歇行进的情形中是有利的。随后，当该功能区域1位于辐射源8′即位于图1中的示例中的工作台8下方时，功能区域1被辐射源8′选择性地照射。 [0099] 所施加能量的变化不仅会导致辐射能量和/或辐射能量密度的变化，还会导致脉冲宽度（pulse duration）或辐射之间的时间间隔的变化。例如，如果辐射脉冲之间的时间间隔减小，那么材料涂层4中包含的热能就会增加。 [0100] 图2示出了根据本发明的另一个实施例。在方法步骤A中，彼此相邻地涂敷多个材料涂层4a、4b、4c。仅作为示例，图2中三个材料涂层布置成彼此相邻。 [0101] 材料涂层4a、4b、4c可以由相同或不同的材料构成。由于所述印刷方法具有较高的精度，材料涂层4a、4b、4c被精确地彼此相邻放置。材料涂层之间的间距16大致上对应于该涂敷方法的精度，理想地没有间距，不过在实际实施时所述间距优选地为至多0.1mm。 [0102] 材料涂层4a、4b、4c为连贯的功能区域1的一部分。 [0103] 在方法步骤B中，高能热辐射线9被再次定向至三个材料涂层4a、4b、4c上。由于掩膜（mask）17优选地可以被改变或控制，且为装置10的一部分和/或限定了束的布局，例如通过衍射光栅以及通过可编程的束重定向产生衍射图像，因此优选地可以通过可变的方式调节束横截面13的大小和形状以及束横截面13上的能量分布。因此，在该实施例中高能辐射线9也可以被限制到功能区域1。 [0104] 如果材料涂层4a、4b、4c由不同的材料构成，那么首先在第一照射步骤通过高能热辐射线9照射，所施加的能量可以使最快速融化的材料涂层被熔化(在该情形中，为两个材料涂层4a、4c)。具体地，在该照射步骤中，至少一个束脉冲可以被定向至整个功能区域1上，其立即熔化了两个快速融化的材料涂层4a、4c。必须要被调节的辐射参数在以上的表1中列出。 [0105] 方法步骤B的末端处高能辐射线9被切断后，两个之前被熔化的材料涂层4a、4c凝固。 [0106] 在第二照射步骤中，方法步骤C，高能辐射线9再次被定向至功能区域1。高能辐射线9被汇聚至之前的照射步骤中还没有被熔化的那些区域上，因为熔化它们需要更多的能量。在方法步骤C中，开始熔化这些区域。为了将有效区域12限制到没有熔化的材料涂层4b，在带连续行进或不连续行进7期间，功能区域1可以被定为到另一个工作台8下方，该另一个工作台8产生了适于要被熔化的材料涂层4b的基面的对应的束横截面。可替代地，还可以使掩膜17和/或装置10改变从而使束横截面13改变。由于实行了隔热或近似隔热的方法，热供给不会作用在其基面对应于束横截面13的有效区域12的其它侧上。 [0107] 在方法步骤C之后，如果仍然存在没有熔化的材料涂层，可以相似地实施再次实施照射步骤，使束横截面13适于仍然没有熔化的材料涂层的基面。可以重复执行该步骤，直至所有的材料涂层都被熔化。 [0108] 在方法步骤D中，功能区域1于是呈现为具有邻近的熔化的和凝固的材料涂层4a、4b、4c。这些材料涂层的物理性能取决于它们的材料成分。 [0109] 由于被熔化，机械涂敷过程中形成在邻近的材料涂层4之间的间隙被填平，从而形成了平滑的表面。 [0110] 在图3的实施例中，所述方法被修改，功能区域的两个材料涂层4a和4b现在一个布置在另一个上方。仅作为示例，图3中仅示出了一个位于另一个上方的两个材料涂层4a、4b。一个位于另一个上方的材料涂层的数目由功能区域1的性能的需要决定。 [0111] 如图3所示，下部材料涂层4a可以具有比上部材料涂层4b更大的基面。具体地，下部材料涂层4a优选地围绕上部材料涂层4b环状地突出，使得形成了易于受到高能辐射线9照射的台肩19。台肩优选地不小于最小的束直径13。 [0112] 材料涂层4a、4b可以由不同的材料构成，使得它们熔化需要不同水平的能量和/或温度。 [0113] 其余的方法步骤B至D基本上对应于根据图2的方法的方法步骤：首先，高能热辐射线9被定向至整个功能区域1上，所施加的能量被限制到熔化最先熔化的材料涂层所必需的程度，这优选地为下部材料涂层4a。高能辐射可以再次以脉冲的形式制作。 [0114] 方法步骤B中的束横截面13对应于底部涂层4a的基面。在方法步骤B的末端高能辐射线9被切断后，材料涂层4a凝固。 [0115] 在方法步骤C中，高能辐射线9再次被定向至功能区域1上。束横截面13被限制到仍然没有熔化的以及位于已经熔化的材料涂层上的材料涂层。仅上部材料涂层4b被局部限制的辐射能量供给熔化，有效深度14延伸至材料涂层4a、4b之间的边界面11中。 [0116] 如果在方法步骤C中还没有被熔化的其它材料涂层仍然存在于材料涂层4b上方，以适于这些材料涂层的基面的横截面重复执行该步骤。 [0117] 最后，在方法步骤D中，呈现了具有一个位于另一个上方的多个涂层的功能区域1，涂层的物理性能取决于材料成分。 [0119] 因为高能辐射线9可以被汇聚至非常小的区域上，因此，最小的束横截面13基本上对应于高能辐射线9的波长，从而束横截面13以及有效区域12可以被非常精确地调节。 [0120] 图4示出了图3的方法的改进。 [0121] 图4中的方法步骤A至C对应于图1的方法步骤A至C。在方法步骤D中，另外的材料涂层4a被机械地涂敷例如印刷在已经存在已被加热和/或熔化的材料涂层4上。在这种情况下，机械涂敷方法的高分辨率还可以使得4a被精确定位在下方的材料涂层4上。随后，在方法步骤E中，借助于高能辐射线9加热和/或熔化材料涂层4a，结果，再次获得了由一个位于另一个上方的两个材料涂层4、4a构成的功能区域1。如果还需要另外的材料涂层，可以重复执行方法步骤D和E。 [0122] 图4中所示的方法特别适用于完全地覆盖下部材料涂层的上部材料涂层4a。对应每个新涂敷的上部材料涂层4a，辐射参数可以根据材料涂层4a的几何性能和/或材料性能而调节，以仅如期望的有效深度14地熔化下部材料涂层4。 [0123] 图5示出了该方法的另一个有利的构造。根据表面面积，上部材料涂层4b突出超过下部材料涂层4a。 [0124] 该方法步骤最大程度地对应于根据图1的方法步骤。两个材料涂层4a、4b优选地同时被机械地涂敷至基材6上。在该方法的一有利的构造中，可以在随后的方法步骤B中调节高能辐射线9的束参数，使得两个材料涂层4a、4b同时被熔化。由于方法步骤C中的融化操作，上部材料涂层4b完全地覆盖下部材料涂层4a，并使它与诸如腐蚀的外部的影响隔离。 [0125] 通过根据本发明的方法，机械地涂敷的材料涂层4可以在该涂敷方法的局部分辨率内非常精确的局部狭窄的有限的区域中，掺合(alloy)在基材6或位于材料涂层4下方的另一个材料涂层中，或者可以借助于对流以液态与其混合并被冻结。参照图6对这进行简要的说明。 [0126] 在方法步骤A中，材料涂层4再次首先被机械地涂敷，随后在方法步骤B中，受到高能辐射照射。 [0127] 辐射参数被优选地选择成，使得材料涂层4和下方的6基材被加热，然后慢慢的冷却，此外，获得了较高的有效深度14。 [0128] 如果材料涂层4包含或包括能够与基材6掺合的材料，那么由于高能热辐射线9的加热，材料涂层4的掺合组分扩散至基材内，从而形成了位于基材6中的掺合区域20。根据冷却速率，掺合区域20可以获得不同的晶格结构。 [0129] 例如突然地切断高能辐射线9，实际上产生了立即的冷却，从而使晶格态冻结。这导致掺合区域20硬化，且形成了相应的较硬的、耐磨表面。 [0130] 在不能与掺合的材料涂层4中，或在能够与基材6掺合不过扩散入基材6的扩散速率不够高的材料涂层4中，该材料涂层4和基材6的一部分一起通过高能辐射线9被加热，使得两者都被充分地熔化，从而由于对流以液态混合。高能辐射被移除，使得最终的混合相快速地冷却，从而其晶粒结构被冻结并保持稳定。 [0131] 图7以示例的方式示出了如何由优选地均质印刷的单个材料涂层4制作具有区域21a、21b、21c的功能区域1，区域21a、21b、21c具有有不同的机械性能。 [0132] 首先，在方法步骤A中，材料涂层4被机械地涂敷。随后，高能热辐射线9被定向至材料涂层4的子区域上。有效区域12被相应地限制到该子区域。由于高能辐射线9的高分辨率和强汇聚性，束横截面13或有效区域12的范围可以精确地适于子区域的结构需要，例如，子区域的大小。 [0133] 在方法步骤B中，例如，如果想要在材料涂层4中制作稍硬的区域，那么高能热辐射线9的辐射参数被优选地调节成：使高能热辐射线9以较低的功率持续长的有效时间地定向在要制作的区域21上。在有效区域12中由高能辐射线9所施加的能量进一步随着时间变化，使得有效区域12在熔化后慢慢的冷却，从而减小了热载荷，且以热平衡或近似热平衡的方式实施冷却。 [0134] 接下来，束15被移至材料涂层4上的另一部分上，以在该位置处制作具有不同机械性能的子区域。在图7的方法步骤C中，为此目的，束15被移至邻近的区域21上。作为束移动的替代，可替代地可以制作一个新束，例如，带状材料5在行进运动7过程中被移动至新的工作台8(未示出)下方。 [0135] 由于束15以优选地小于0.1毫米的精度被精确地定位，区域21b可以精确地靠近已经存在的区域21a。在该区域，例如以较高水平的束功率在较短的有效时间内快速加热和冷却有效区域12，可以获得较大的硬度。区域21a、21b可以直接彼此邻接。 [0136] 在随后的方法步骤D中，可以制作具有不同的机械的性能的另外区域。在方法步骤D中，例如，可以利用相比子区域21a、21b再次不同的辐射参数，照射材料涂层4的另外子区域21c，以再次获得不同的硬度。通过控制加热和冷却速率，还可以调节其它的物理性能，例如阻抗、延展性、传导率或耐腐蚀性。 [0137] 如图8所示，根据本发明的方法还可以用于提供预定的表面结构。可以制作优选地数量级小于20μm的微观表面结构。 [0138] 为此，在方法步骤A中，材料涂层4被机械地涂敷至基材6。随后，高能辐射线9的束15被汇聚至材料涂层4的子区域上。部分区域包括束15的横截面13和有效深度14。束15的横截面13优选地不大于要制作的最小表面结构。束15以网格状的方式被移至材料涂层4上方，同时辐射参数被改变，例如，在以表1中列出的辐射参数用连续的辐射脉冲的照射的情形中。 [0139] 该表面可以被构造，例如，如果材料涂层4用例如根据以上方法中的一个调节至深度效应的辐射参数，被开始熔化或完全熔化或甚至蒸发，随后，该相同位置的材料用调节至表面效应的辐射参数另外地熔化开或完全熔化、或甚至蒸发。变得自由或被排出的材料可以沉积在有效区域12的边缘处，从而出现了凹口状形式的受影响区域。这样，在高能辐射和材料涂层4之间具有连续的相对的运动的方法中，可以制作通道。 [0140] 如果材料涂层4的全部表面都用束15扫描，那么获得了具有表面结构22的功能区域1。 [0141] 参照图9和图10说明表1中列出的辐射参数的深度和表面效应。根据图9，在涂敷材料涂层4的情形下，如果例如具有低的加速电压及低的能量水平的高能辐射线9被引入且持续较短的有效时间，仅获得了小的有效深度14。熔化主要发生在材料涂层4的表面的区域中。 [0142] 然而，如图10所示，如果采用中等的加速电压，因为高能辐射可以更深地穿入基材6中，因此可以获得更高的有效深度14。基材6也被以大深度熔化，且变得连结至熔化的材料涂层4。 [0143] 除了图1和3中示出的方法之外或作为其替代，通过束15影响材料涂层4的仅一个子区域，图8中描述的材料涂层4的网格状覆层可被使用。参照图11和12对其进行简要的说明。 [0144] 图11的方法步骤A中被涂敷的材料涂层4在一个子区域中被高能辐射线9的束15影响。因此，有效区域12仅延伸在材料涂层4的一部分上。现在，束15可以沿着移动网格23在材料涂层4上连续地移动。可替代地，束15被以脉冲状方式定向至材料涂层4上的网格状方式布置的不同点上。 [0145] 在网格状移动期间，被熔化的以及已经熔化或焊接至基材6的材料涂层区域24直接地位于仍然没有熔化的区域旁边。 [0146] 如果材料涂层4的全部表面都被影响，那么方法步骤D中出现了如图1的方法步骤D中一样的相同结果。 [0147] 在图12中，图3的方法步骤B被网格状照射功能区域1的下部材料涂层4a的台肩19所替换。如箭头25所示，束15以网格状方式沿着台肩19被引导，使得它被完全地影响和熔化。辐射参数被调节，使得获得大的有效深度14。如果上部涂层中存在其它的台肩19，那么可以重复执行方法步骤B。否则，继续实施方法步骤C和D，如图3中已经描述的。 关于方法步骤B，根据现在正照射的材料涂层4b的材料性能和几何性能，高能辐射线9或束 15的辐射参数被修改。连续地定向在单个网格点上的脉冲状束15也可以用在该情形中。 [0148] 借助于根据本发明的方法，在均质涂敷的材料涂层4中不仅可以制作彼此相邻的具有不同性能的区域，如图7所示。如图13所示，还可以在最初均质涂敷的材料涂层4中，制作一个位于另一个上方的具有不同性能的涂层。 [0149] 为此，在方法步骤A中涂敷的全部材料涂层4以及下方的边界面11最开始被熔化，在该情形中材料涂层4和基材6之间的边界面仅作为示例。束15能够以网格状和点状方式在材料涂层4上被引导，或者可以同时地照射全部材料涂层4。方法步骤C中的辐射参数可以调节至特别大的有效深度14。同时，在方法步骤B中临时施加的能量被辐射线9按以下的方式定尺度，熔化的区域被突然的冷却，使得静态因此被冻结。在方法步骤C中，紧跟着上述硬化过程，对材料涂层4重复加热，辐射线9的辐射参数被调节成，使得获得仅很小的且仅为材料涂层4的厚度26的一部分的有效深度14。在方法步骤C中由辐射线9临时施加的能量可以被控制，使得所述区域被非常慢的冷却，从而在较硬的下部涂层4a上制作了更易延展的上部涂层4b。如果根据方法步骤B(较硬涂层)或C(更易延展的涂层)调节辐射参数，那么可以借助于另一个可选的方法步骤(未示出)，在涂层4b上方制作具有不同的机械硬度性能的另一个涂层。 [0150] 可替代地，辐射参数可以在方法步骤B中被调节，使得能量施加的最大的深度位于边界面11处。在粒子束的情形中，这可以通过控制粒子的动能来实现。在具有波状特性的高能热辐射线9的情形中，这可以通过控制或选择波长来实现。因此可以实现，仅材料涂层4a熔化，而材料涂层4b仅被轻微加热。 [0151] 由于优选地用于机械涂敷的金属浆状物具有良好的导热性，且基材6相比材料涂层4具有非常大的质量，因此，在方法步骤C中对上部材料涂层4b进行重复加热，不会损害下部材料涂层4a的机械性能。热如此快速地从上部材料涂层4b散入基材6内，使得邻近的区域没有被加热，或者仅被加热可以忽略的范围。 [0152] 图14示意性地示出了如何在方法步骤B中使用两个分开的束15′、15″或者分成两个束15′和15”的束，同时照射两个相互分隔开的功能区域1′、1”，功能区域1′、1”在方法步骤A中用材料涂层4a和4b被印刷。从而在一个方法步骤中制作了彼此相距较大间距布置的功能区域1′和1”。 [0153] 图15示意性地示出了材料涂层4如何借助于使用喷涂工具28的喷涂而机械地涂敷至基材6。喷涂束29可以被定向至高能辐射线9的有效区域12上。在束15中，可以具有材料分布和粒子分布的喷涂粉末混合物熔化并以滴的形式渗入熔化的基材6，其变得连结至该基材6。另外的粉末涂层与下方的粉末涂层一起熔化，从而，一个涂层接着一个涂层，由喷涂束29形成了一结构。没有受束15影响的粉末被收集并被重复使用。高能热辐射线9可以脉冲形式照射，使得仅上部材料涂层4再次变硬。 [0154] 通过图15示意性示出的方法，可以制作具有高度轮廓的功能区域1，其中材料涂层4沿表面方向具有不同的高度。通过使束15以网格状方式在功能区域1的基面上移动，且喷涂工具28连续地操作，这可以被实现。束15在一个位置处暂停时间越长，越多的粉末在该位置处受热，从而在该位置处形成了更高的材料涂层。随后，功能区域1可以进一步按照上述方法中的一个处理，例如用图11所示的方法处理以制作具有不同机械性能的涂层。 [0155] 借助于喷涂，如果喷涂束29的稠度(consistency)随着时间改变，那么可以由不同的材料构造彼此相邻或一个位于另一个上方的材料涂层4。 [0156] 如图16和17所示，材料涂层4的机械涂敷还可以通过涂敷电线4′或模4″(未示出)来实施。在随后的方法步骤B中，高能热辐射线9的束参数可以被调节，使得线仅部分地熔化并连接至基材6，如图16中所示。可替代地，如图17所示，束参数可以被调节成，使得所述涂敷的线完全地熔化，且最终的熔化材料涂层具有替代的平坦的轮廓。通过图16示意性示出的方法，可以制作其高度轮廓沿表面方向变化的材料涂层4。 [0157] 特别地，电线4′或膜4”可以被引入高能热辐射线9或由高能热辐射线9影响的有效区域12，如图18中所示。材料涂敷可以点状方式或还可以直线或平面的方式实施，电线4′或膜4”可以由一个辊供给。 [0158] 以下参照图19至22，描述具有根据本发明的方法制作的功能区域1的接触元件的实施例。 [0159] 在沿行进方向7移动的带状材料5中，首先按照以上描述的一个或多个方法制作功能区域1。 [0160] 随后，优选地通过已经用于制作功能区域1的高能热辐射线9，接触元件30被从带状材料5切割。 [0161] 高能热辐射线9还可以用于接触元件30的其它处理步骤，或除了切割带状材料5以外还用于例如硬化基材6、用于钻孔和焊接。线31，沿着该线31所述接触元件30通过高能束9(未示出)被切下，在图中示出为虚线。 [0162] 仅仅作为示例，接触元件30具有两个不同类型32、33、的功能区域1。第一功能区域1用作用于压接连接的连接区域32，其仍意图设置在另外的处理步骤中。接触元件30为用于插座触头的触头弹簧。 [0163] 连接区域32涂覆有大量的均质材料涂层4，其优选地包含锡或包括锡。 [0164] 另外的功能区域1为接触位置33，其由至少两个材料涂层4a、4b构成。 [0165] 图20清楚地示出了接触位置33的构成，图20以放大的比例示出了图19的XX的细节。材料涂层4a形成了接触位置33的接触点34。在接触点34处，对应触头接触组装好的接触元件30中的接触元件30。在所示出的用于插座触头的接触元件30中，接触运动沿着垂直于接触元件30的平面向着接触位置33的方向进行，使得接触点34应该具有较高水平的抗冲击和耐磨损性能，以经受大量的插入循环而不会受到任何损坏。 [0166] 材料涂层4b围绕材料涂层4a，并形成了触头周围区域35。材料涂层4a可以装在材料涂层4b上或在材料涂层4b旁边，例如，如图2、3、12中所示。 [0167] 触头周围区域设计成防止接触点34下方和/或周围的基材6被腐蚀或防止接触点34被腐蚀。因此，与基材6和接触位置33的主要成分相比，材料涂层4b可以掺杂有较低等级的金属，因为期望在该区域中在使用期间如在引入区域中没有材料被去除，因此特别地可以选择薄的涂层厚度。 [0168] 接触位置33处的功能区域可以由包括硬化材料的一个或多个材料涂层构成。在接触点34的区域中，至少一个涂层可以被硬化，并且邻接具有较小硬度和较大延展性的涂层或非硬化涂层，例如如图7中所示。在触头周围区域35中，材料涂层4可以用不同的辐射参数处理，如图2和7所示，并因此具有与接触点34中的物理性能不同的物理性能。因此可以获得高水平的抗冲击特性，同时获得了高水平耐磨损特性。 [0169] 材料涂层4a、4b优选地包括不同的材料。形成接触点34的材料涂层4a相比触头周围区域35具有减小的电阻和增强的抗冲击特性。 [0170] 图21示出了带状材料5，用于插接型连接器的接触元件30借助于高能辐射(未示出)从带状材料5切割。线31示意性示出了接触元件的外部轮廓，该接触元件在随后的处理步骤中被弯曲成它们的限定形状。 [0171] 在图21示出的接触元件中，两个不同的类型32、33的功能区域1再次仅仅作为示例示出。一个功能区域1用作用于焊接在电导体上的连接区域32。其大致对应于图19的连接区域32的结构，除了其外部轮廓外。另一个功能区域1用作接触位置33，其中材料涂层4的构成和布置已经被关于操作期间的不同机械载荷被优化。 [0172] 图22示出了接触元件30的接触位置33，如详细的XXII。 [0173] 形成连接区域的功能区域1相应地具有三个涂层4a、4b、4c。材料涂层4a、4b、4c优选地彼此相邻地定位。材料涂层4a、4b由相同的材料制作，例如按照根据图6的方法。材料涂层4c被材料涂层4b围绕，并具有不同于材料涂层4c的组合物的组合物。 [0174] 材料涂层4a形成接触位置33的引入区域36，其中当形成插接型连接时，对应触头碰触该接触元件30。在该区域中，有利地，材料涂层具有增强的耐磨损特性和抗冲击特性，相似于图19和20的接触点34。这可以通过以下而实现：材料涂层4a按照根据图13的方法制作，并具有例如位于较软的涂层上的硬化涂层。特别地，该引入区域还可以包括电绝缘材料，如果不想或不需要在该引入区域36中流过电流。 [0175] 在接触元件30的操作期间，在插入移动过程中，配合连接器经由引入区域36在连接区域上方沿着插入方向39被引导。该引入区域36中的材料涂层4b在考虑摩擦的情况下被优化。其可以具有例如沿插入方向39延伸并引导配合连接器的表面结构22。可另外地或可替代地，它可以掺杂有导致润滑的材料。例如，诸如石墨的具有良好的润滑性能的微粒，可以被嵌入在材料涂层4b中，或者可以被喷涂在母体中。 [0176] 接触位置38邻接沿插入方向39邻接触头插入区域37，所述接触位置38根据图20的接触点34由一个或多个具有低的传导电阻和过渡电阻的材料涂层构成。此外，接触位置38可以设置有导致摩擦增强的表面结构，使得对应触头被更牢固地保持，且任何氧化物涂层可以通过轻微的表面清理去除。 [0177] 如果能够与基材6反应的材料被包含在接触位置33的材料涂层4a、4b、4c中的一个中，那么可以设置使接触位置38和触头插入区域37的引入区域36的材料与基材电绝缘的中间涂层。 [0178] 高能辐射线9可用于质量控制在于，例如用于几何和材料对比的扫描电子显微镜成像方法被用于控制制作的功能区域。 [0179] 与湿化学方法相比，根据本发明的方法以及其变型在环境方面是可以忍受的，其中本发明的变型在以上被示出并且可以彼此自由地、甚至部分地组合。由于材料涂层被精确地定位及定尺寸，使得仅实际需要如所消耗的多的材料来制作功能区域。 [0180] 所述方法允许使用触头材料和触头材料组合，其不用按照常规的方法制作，并改善了产品性能且减少了所使用的材料。它还可以制作非晶型的微观结构和纳米结构以及不可掺合材料的冻结混合相，以构成直接彼此相邻的不同的材料功能，例如良好的电接触、易于焊接、腐蚀保护以及磨损保护。 [0181] 该材料涂层可以根据它们的机械性能被构造、廓形以及影响，包括仅在子区域上。 [0182] 最后，可以获得高的制作速度，且高能辐射可以同时用于其它的处理步骤以及质量控制。 [0183] 附图标记 [0184] 1功能区域 [0185] 2接触元件 [0186] 3表面 [0187] 4材料涂层 [0188] 4a-4c不同的材料涂层 [0189] 4′电线 [0190] 4”膜 [0191] 5带状材料 [0192] 6基材 [0193] 7带行进方向 [0194] 8工作台 [0195] 8′辐射源 [0196] 9高能热辐射线 [0197] 10用于捆束高能辐射的装置 [0198] 11边界面 [0199] 12有效区域 [0200] 13束横截面 [0201] 14有效深度 [0202] 15热束 [0203] 16材料涂层的间距 [0204] 17掩膜 [0205] 17′衍射格栅/网格 [0206] 18间隙 [0207] 19台肩 [0208] 20掺合区域/冻结晶粒结构 [0209] 21a-21c材料涂层的子区域 [0210] 22表面结构 [0211] 23移动网格 [0212] 24熔化的区域 [0213] 25箭头 [0214] 26材料涂层的厚度 [0215] 27分束器 [0216] 28喷涂工具 [0217] 29喷涂束 [0218] 30接触元件 [0219] 31线 [0220] 32连接区域 [0221] 33接触位置 [0222] 34接触点 [0223] 35触头周围区域 [0224] 36引入区域 [0225] 37触头插入区域 [0226] 38接触位置 [0227] 39插入方向 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈