JP2021123779A - 金属−炭素粒子複合体及び金属−炭素粒子複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い機械的強度を有する金属−炭素粒子複合体及びその製造方法を提供すること。【解決手段】金属−炭素粒子複合体１は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む。複合体１の一方向をＺ軸方向とし、複合体１のＺ軸方向に対して垂直な二方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、複合体１のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向をＸ−Ｙ軸面方向とする。複合体１に含まれる炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が複合体１のＸ−Ｙ軸面方向に配向している。複合体１全体の炭素粒子含有率が２０体積％以上である。複合体１は、炭素粒子含有率が２０体積％未満である第１エリアＡを含む。第１エリアＡは複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に連続している。【選択図】図１

Description

本発明は、金属−炭素粒子複合体及び金属−炭素粒子複合体の製造方法に関する。

なお本明細書及び特許請求の範囲では、文中に特に明示した場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられるとともに、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。

金属−炭素粒子複合材は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含むものであり、金属基炭素粒子複合材とも呼ばれている。この複合材は高い熱伝導性を有しており、そのため高い熱伝導性が要求される部材の材料としての利用が期待されている。

この複合材として、具体的には、炭素粒子として鱗状黒鉛粉末を用いた金属−鱗状黒鉛粒子複合材、炭素粒子として炭素繊維を用いた金属−炭素繊維複合材などが知られている（例えば特許文献１−２参照）。

この種の複合材について開示したその他の特許文献として、特開２０１５−２５１５８号公報（特許文献３）、特開２０１８−８７３７２号公報（特許文献４）、特開２０１９−７０３３号公報（特許文献５）などがある。

図１８は従来の代表的な金属−炭素粒子複合体を模式的に示す斜視図である。同図中の矢印「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」はそれぞれ複合体１０１における互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を示している。なお、複合体１０１のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向を複合体１０１のＸ−Ｙ軸面方向という。

複合体１０１中の炭素粒子１０３は、複合体１０１の金属マトリックス１０２中に複合体１０１の全体に亘って分散している。一般に炭素粒子１０３は１を超えるアスペクト比を有しており、炭素粒子１０３の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１０１のＸ−Ｙ軸面方向に配向している。そのため、複合体１０１は熱伝導率に異方性を有しており、具体的には複合体１０１のＸ−Ｙ軸面方向の熱伝導率は複合体１０１のＺ軸方向の熱伝導率よりも高く、換言すると、複合体１０１のＺ軸方向の熱伝導率は複合体１０１のＸ−Ｙ軸面方向の熱伝導率よりも低い。

ところで、パワーモジュールなどの半導体装置は、半導体チップ、半導体チップを冷却する冷却器などを備えている。冷却器は、高い冷却性能を得るため高い熱伝導性が要求される部材（例：配線層、緩衝層、ヒートシンク）を含んでおり、この部材の材料として上述の金属−炭素粒子複合体を用いることが考えられる。

特許第４４４１７６８号公報 特許第５１５０９０５号公報 特開２０１５−２５１５８号公報 特開２０１８−８７３７２号公報 特開２０１９−７０３３号公報

しかるに、この複合体は熱伝導率だけでなく機械的強度（例：引張強度）にも異方性を有している。具体的には例えば複合体１０１のＺ軸方向の引張強度は複合体１０１のＸ軸方向及びＹ軸方向の引張強度よりも低い。そのため、この複合体１０１を高い熱伝導率だけでなく高い機械的強度をも要求される部材の材料として用いる場合、当該部材に要求される機械的強度を満足させるため、複合体１０１は高い機械的強度を有していることが望ましい。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は高い機械的強度を有する金属−炭素粒子複合体及びその製造方法を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

１） 金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合体であって、
複合体の一方向をＺ軸方向とし、複合体のＺ軸方向に対して垂直な二方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、複合体のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向をＸ−Ｙ軸面方向とするとき、
複合体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が複合体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
複合体全体の炭素粒子含有率が２０体積％以上であり、
複合体は、炭素粒子含有率が２０体積％未満である第１エリアを含み、
前記第１エリアは複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続している金属−炭素粒子複合体。

２） 複合体は、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高い第２エリアを更に含み、
前記第２エリアは複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続しており、
前記第１エリアと前記第２エリアが複合体のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち一方の方向に交互に繰り返し配列するとともに、前記第１エリアと前記第２エリアがそれぞれ複合体の他方の方向の全体に亘って複合体の当該他方の方向に連続している前項１記載の金属−炭素粒子複合体。

３） 前記第１エリアと前記第２エリアが交互に繰り返し配列している方向を複合体のＹ軸方向とするとき、
前記第１エリアのＹ軸方向の幅（ＡＹ）が０．２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、
前記第２エリアのＹ軸方向の幅（ＢＹ）が１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である前項２記載の金属−炭素粒子複合体。

４） 前記第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％である前項１〜３のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合体。

５） 複合体は、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高い第２エリアと、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高く且つ前記第２エリアの炭素粒子含有率よりも低い第３エリアとを更に含み、
前記第２エリア及び前記第３エリアは、それぞれ、複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続しており、
前記第１エリアと前記第２エリアと前記第３エリアが、前記各第３エリアが前記第１エリアと前記第２エリアとに隣接するように複合体のＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列している前項１記載の金属−炭素粒子複合体。

６） 前記第１エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＡＸ、ＡＹ）がそれぞれ０．２ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、
前記第２エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＢＸ、ＢＹ）がそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、
前記第３エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＣＸ、ＣＹ）がそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である前項５記載の金属−炭素粒子複合体。

７） 前記第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％である前項５又は６記載の金属−炭素粒子複合体。

８） 複合体の少なくとも一つの面に厚さ０．０５ｍｍ以上の金属層が当該少なくとも一つの面を覆う状態に形成されている前項１〜７のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合体。

９） 炭素粒子を含む塗料を金属箔上に、炭素粒子目付量が少ない第１炭素粒子塗工層と炭素粒子目付量が多い第２炭素粒子塗工層とが前記塗料の塗工方向に対して直角な方向に交互に繰り返し配列するように前記塗料の塗工方向に塗工することにより、炭素粒子塗工箔を得る工程と、
前記塗工箔を、前記塗料の塗工方向が互いに平行になるように更に前記塗工箔の平面視において前記第１炭素粒子塗工層が互いに重なり且つ前記第２炭素粒子塗工層が互いに重なるように、複数積層することにより、前記塗工箔の積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。

１０） 炭素粒子を含む塗料を金属箔上に、炭素粒子目付量が少ない第１炭素粒子塗工層と炭素粒子目付量が多い第２炭素粒子塗工層とが前記塗料の塗工方向に対して直角な方向に交互に繰り返し配列するように前記塗料の塗工方向に塗工することにより、炭素粒子塗工箔を得る工程と、
前記塗工箔を、前記塗料の塗工方向が一枚ごとに交互に交差するように更に前記塗工箔の平面視において前記第１炭素粒子塗工層が一枚おきに重なり且つ前記第２炭素粒子塗工層が一枚おきに重なるように、複数積層することにより、前記塗工箔の積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。

１１） 金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第１の金属−炭素粒子複合素材体と、金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第２の金属−炭素粒子複合素材体とをそれぞれ準備する工程を含み、
前記第１素材体及び第２素材体の一方向をそれぞれＺ軸方向とし、前記第１素材体及び第２素材体のＺ軸方向に対して垂直な二方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とし、前記第１素材体及び第２素材体のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向をそれぞれＸ−Ｙ軸面方向とするとき、
前記第１素材体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が前記第１素材体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
前記第２素材体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が前記第２素材体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が２０体積％未満であり、
前記第２素材体全体の炭素粒子含有率が前記第１素材体全体の炭素粒子含有率よりも高く、
前記第１素材体をそのＺ軸方向に沿って切断することにより前記第１素材体の第１切断片を得る工程と、
前記第２素材体をそのＺ軸方向に沿って切断することにより前記第２素材体の第２切断片を得る工程と、
前記第１切断片と前記第２切断片を、前記第１切断片のＺ軸方向と前記第２切断片のＺ軸方向とが平行になるように更に前記第１切断片が前記第２切断片のＺ軸方向の全体に亘って前記第２切断片のＺ軸方向に連続するように更に前記第１切断片と前記第２切断片とが前記第２切断片のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わせることにより、前記第１及び第２切断片の組合せ体を形成する工程と、
前記組合せ体を焼結する工程とを更に含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。

１２） 前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が０体積％である前項１１記載の金属−炭素粒子複合体の製造方法。

１３） 前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が０体積％であり、
前記第１切断片を得る工程では、前記第１素材体をその任意方向に沿って切断することにより前記第１素材体の第１切断片を得、
前記組合せ体を形成する工程では、前記第１切断片と前記第２切断片を、前記第１切断片の一方向と前記第２切断片のＺ軸方向とが平行になるように更に前記第１切断片が前記第２切断片のＺ軸方向の全体に亘って前記第２切断片のＺ軸方向に連続するように更に前記第１切断片と前記第２切断片とが前記第２切断片のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わせることにより、前記第１及び第２切断片の組合せ体を形成する、前項１１記載の金属−炭素粒子複合体の製造方法。

本発明は以下の効果を奏する。

前項１では、金属−炭素粒子複合体は、複合体全体の炭素粒子含有率が２０体積％以上であることにより、高い熱伝導率を有している。

さらに、複合体は炭素粒子含有率が低い第１エリアを含むとともに、第１エリアが複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続していることにより、複合体のＺ軸方向の機械的強度が高められる。そのため、複合体は高い機械的強度を有している。

前項２では、複合体は炭素粒子含有率が高い第２エリアを更に含んでおり、第１エリアと第２エリアが複合体のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち一方の方向に交互に繰り返し配列するとともに、第１エリアと第２エリアがそれぞれ複合体の他方の方向の全体に亘って複合体の当該他方の方向に連続していることにより、複合体の他方の方向の熱伝導率が高められる。

前項３では、複合体のＺ軸方向における熱伝導率と機械的強度とのバランスを確実に図ることができる。

前項４では、第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％であることにより、複合体のＺ軸方向の機械的強度をより高めることができる。

前項５では、複合体は炭素粒子含有率が第１エリアの炭素粒子含有率よりも高く且つ第２エリアの炭素粒子含有率よりも低い第３エリアを更に含むとともに、第１エリアと第２エリアと第３エリアが複合体のＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列していることにより、複合体のＸ軸方向の熱伝導率と複合体のＹ軸方向の熱伝導率とをそれぞれ高めることができる。

さらに、各第３エリアが第１エリアと第２エリアとに隣接していることにより、第１エリアの熱膨張率と第２エリアの熱膨張率との違いによる複合体の熱変形を抑制することができ、そのため複合体の耐久性を高めることができる。

前項６では、複合体のＺ軸方向における熱伝導率と機械的強度とのバランスを確実に図ることができる。

前項７では、第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％であることにより、複合体のＺ軸方向の機械的強度をより高めることができる。

前項８では、複合体の少なくとも一つの面からの炭素粒子の脱落を金属層により抑制することができる。

前項９〜１３では、本発明に係る金属−炭素粒子複合体を製造することができる金属−炭素粒子複合体の製造方法を提供できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る金属−炭素粒子複合体を模式的に示す斜視図である。 図２は、炭素粒子を模式的に示す斜視図である。 図３は、同複合体の製造工程を示す流れ図である。 図４は、塗料を金属箔の条材上に塗工する塗工装置の概略図である。 図５は、同塗工装置のフィルター板の正面図である。 図６は、同塗工装置により得られた炭素粒子塗工箔の条材を模式的に示す斜視図である。 図７は、同塗工箔の条材の第１炭素粒子塗工層を模式的に示す拡大斜視図である。 図８は、同塗工箔の条材の第２炭素粒子塗工層を模式的に示す拡大斜視図である。 図９は、同複合体を製造する場合において同塗工箔を複数積層する途中の状態を示す斜視図である。 図１０は、同塗工箔を複数積層するとともに更に金属箔を積層する途中の状態を示す斜視図である。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る金属−炭素粒子複合体を模式的に示す斜視図である。 図１２は、同複合体を模式的に示す平面図である。 図１３は、同複合体を製造する場合において同塗工箔を複数積層する途中の状態を示す斜視図である。 図１４は、同複合体の一変形例を模式的に示す平面図である。 図１５は、本発明の第３実施形態に係る金属−炭素粒子複合体の製造工程を示す流れ図である。 図１６は、第１の金属−炭素粒子複合素材体及びその第１切断片、並びに、第２の金属−炭素粒子複合素材体及びその第２切断片を模式的に示す斜視図である。 図１７は、同第１及び第２切断片の組合せ体を模式的に示す斜視図である。 図１８は、従来の代表的な金属−炭素粒子複合体を模式的に示す斜視図である。

本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１〜９は本発明の第１実施形態を説明する図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る金属−炭素粒子複合体１は、金属マトリックスとフィラーとしての炭素粒子３（図２参照）とを含むものである。炭素粒子３は金属マトリックス中に分散している。複合体１の形状は例えば略直方体状である。

金属マトリックスの金属としては、アルミニウム、銅などが用いられる。アルミニウムが用いられる場合、複合体１の軽量化を図ることができるし複合体１の加工性を高めることができる。

炭素粒子３としては、黒鉛粒子、炭素繊維（例：ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維）などが用いられる。

黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子３ａ、鱗状黒鉛粒子、膨張黒鉛粒子及び熱分解黒鉛粒子（例：高配向熱分解黒鉛粒子）からなる群より選択される少なくとも一種が好適に用いられる。これらの黒鉛粒子のうち鱗片状黒鉛粒子３ａは特に高い熱伝導率を有しているため特に好適に用いられる。

上述した炭素粒子３の形状は一般に球状ではなく、したがって炭素粒子３のアスペクト比は一般に１を超えている。

図２中の符号「Ｐ」は炭素粒子３（詳述すると鱗片状黒鉛粒子３ａ）の最長軸方向を示しており、符号「Ｑ」は炭素粒子３の幅方向を示している。なお、炭素粒子３の最長軸及び最長軸方向Ｐとは炭素粒子３の最も長い方向の軸及びその方向を意味する。したがって、炭素粒子３が例えば炭素繊維である場合、炭素粒子３の最長軸及び最長軸方向Ｐとは炭素繊維の繊維軸及び繊維軸方向を意味し、炭素粒子３の幅及び厚さとは炭素繊維の直径を意味し、炭素粒子３の幅方向Ｑ及び厚さ方向とは炭素繊維の直径方向を意味する。

炭素粒子３は熱伝導率に異方性を有しており、具体的には一般に炭素粒子３の最長軸方向Ｐの熱伝導率は高く、炭素粒子３の厚さ方向の熱伝導率は低い。

炭素粒子３の粒子径は限定されるものではなく、好ましくは炭素粒子３の最長軸方向Ｐの平均長さは０．１０ｍｍ以上であることがよい。その理由は、炭素粒子３と金属マトリックスとの間の界面熱抵抗を確実に低減し得て、これにより複合体１の熱伝導率を確実に高めることができるからである。炭素粒子３の最長軸方向Ｐの平均長さの上限は限定されるものではなく、好ましくは２ｍｍである。

炭素粒子３のアスペクト比は限定されるものではないが、一般に炭素粒子３のアスペクト比が高い方が炭素粒子３の熱伝導率が高いことから、炭素粒子３の平均アスペクト比は１０以上であることが好ましい。平均アスペクト比の上限は限定されるものではなく、通常２００である。

ここで、炭素粒子３のアスペクト比は「炭素粒子３の最長軸方向Ｐの長さ」／「炭素粒子３の厚さ」で算出される。したがって、炭素粒子３が例えば炭素繊維である場合、そのアスペクト比は「炭素繊維の長さ」／「炭素繊維の直径」で算出される。

図１中の矢印「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」はそれぞれ複合体１のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を示している。すなわち、複合体１の一方向（例えば複合体１の厚さ方向）が複合体１のＺ軸方向であり、複合体１のＺ軸方向に対して垂直な二方向（例えば複合体１の長さ方向及び幅方向）が複合体１のＸ軸方向及びＹ軸方向である。本第１実施形態ではＸ軸方向及びＹ軸方向は互いに垂直である。他の図面でも同様である。以下では、複合体１のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向を複合体１のＸ−Ｙ軸面方向という。

複合体１では、複合体１に含まれる炭素粒子３の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、換言すると炭素粒子３の厚さ方向が複合体１のＺ軸方向に配向している。

複合体１全体の炭素粒子含有率（これを「ＴＶｆ」とする）は２０体積％以上である（即ち、２０体積％≦ＴＶｆ）。そのため、複合体１は高い熱伝導率を有している。なお、複合体１全体の炭素粒子含有率ＴＶｆとは、複合体１全体における炭素粒子３の体積百分率を意味し、具体的には複合体１全体に含まれる炭素粒子３の総体積を複合体１全体の体積で割った値の百分率を意味する。

複合体１は、互いに炭素粒子含有率が相異する第１エリアＡ及び第２エリアＢをそれぞれ複数含んでいる。なお、第２エリアＢにはドットハッチングが付されている。

第１エリアＡの炭素粒子含有率（これを「ＡＶｆ」とする）は２０体積％未満である（即ち、ＡＶｆ＜２０体積％）。なお、第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆとは、第１エリアＡにおける炭素粒子３の体積百分率を意味し、具体的には第１エリアＡに含まれる炭素粒子３の総体積を第１エリアＡの体積で割った値の百分率を意味する。

第２エリアＢの炭素粒子含有率（これを「ＢＶｆ」とする）は第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆよりも高い（即ち、ＡＶｆ＜ＢＶｆ）。なお、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆとは、第２エリアＢにおける炭素粒子３の体積百分率を意味し、具体的には第２エリアＢに含まれる炭素粒子３の総体積を第２エリアＢの体積で割った値の百分率を意味する。

複合体１において、第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に平行に連続している。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、複合体１のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち一方の方向（例えばＹ軸方向）の全体に亘って複合体１の当該一方の方向に交互に繰り返し配列している。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１の他方の方向（例えばＸ軸方向）の全体に亘って複合体１の当該他方の方向に平行に連続している。

第１エリアＡと第２エリアＢが交互に繰り返し配列している方向は、本第１実施形態では複合体１のＹ軸方向である。したがって、第１エリアＡ及び第２エリアＢが連続している方向は、複合体１のＺ軸方向とＸ軸方向である。

複合体１では、第１エリアＡ及び第２エリアＢのうち炭素粒子含有率が低いエリアである第１エリアＡが複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に連続しているので、複合体１のＺ軸方向の機械的強度（例：引張強度）が高い。

さらに、第１エリアＡと第２エリアＢが複合体１のＹ軸方向に交互に繰り返し配列するとともに、第１エリアＡと第２エリアＢがそれぞれ複合体１のＸ軸方向の全体に亘って複合体１のＸ軸方向に連続しているので、複合体１のＸ軸方向の熱伝導率が高い。

ここで、図１に示すように、第１エリアＡのＹ軸方向の幅を「ＡＹ」とし、第２エリアＢのＹ軸方向の幅を「ＢＹ」とする。

ＡＹは０．２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、ＢＹは１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましい。この場合、複合体１のＺ軸方向における熱伝導率と機械的強度とのバランスを確実に図ることができる。

第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは上述したように２０体積％未満である（即ち、ＡＶｆ＜２０体積％）。ＡＶｆの下限は限定されるものではなく、複合体１のＺ軸方向の機械的強度を高めたい場合は、ＡＶｆは小さい方が好ましく、特に０体積％であることがよい（即ち、ＡＶｆ＝０体積％）。ＡＶｆが０体積％である場合、複合体１のＺ軸方向の機械的強度をより高めることができる。

第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは上述したように第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆよりも高く（即ち、ＡＶｆ＜ＢＶｆ）、具体的にはＢＶｆは２０体積％以上である（即ち、２０体積％≦ＢＶｆ）。複合体１の熱伝導率を高めたい場合は、ＢＶｆは大きい方が好ましく、特に３５体積％以上であることがよい。ＢＶｆの上限は限定されるものではなく、好ましくは７０体積％である。ＢＶｆが７０体積％以下であることにより、複合体１の第２エリアＢ中に空隙が存在する不具合を確実に抑制することができる。

次に、本第１実施形態の複合体１の好ましい製造方法について以下に説明する。

複合体１の製造方法は、図３に示すように、炭素粒子塗工箔１６を得る工程Ｓ１と、塗工箔１６の積層体２０を形成する工程Ｓ２と、積層体２０を焼結する工程Ｓ３とを含む。

炭素粒子塗工箔１６を得る工程Ｓ１は、図４に示すように塗工装置３０を用いて行われる。

塗工装置３０は、炭素粒子３を含む塗料４５を金属箔１０上に連続的に塗工するものであり、例えば、巻出しロール４１と巻取りロール４２とを備えたロールｔｏロール方式のものである。塗工装置３０として具体的にはロールｔｏロール方式のナイフコーター３１が用いられている。なお、ナイフコーター３１（塗工装置３０）がロールｔｏロール方式のものであるため、金属箔１０としては金属箔１０の条材１０Ａが用いられる。

金属箔１０の条材１０Ａの金属材料は複合体１の金属マトリックスの材料となるものである。したがって、複合体１の金属マトリックスが例えばアルミニウムマトリックスである場合、金属箔１０の条材１０Ａとしてアルミニウム箔の条材が用いられ、複合体１の金属マトリックスが例えば銅マトリックスである場合、金属箔１０の条材１０Ａとして銅箔の条材が用いられる。

金属箔１０の条材１０Ａの厚さは限定されるものではなく、好ましくは６μｍ〜１００μｍの範囲である。金属箔１０の条材１０Ａの幅は限定されるものではなく、好ましくは２００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲である。

ナイフコーター３１（塗工装置３０）は、ナイフロール３２、バックロール３３、塗料ダム部３９、乾燥炉４０などを備えており、更に、フィルター板３５を備えている。塗料４５は塗料ダム部３９内に溜められている。

塗料４５は、炭素粒子３とバインダーとバインダー用溶剤とを混合状態に含むものである。炭素粒子３は塗料４５中に均一に分散している。なお塗料４５は、炭素粒子３用分散剤、表面調整剤などの添加剤を更に含んでいてもよい。

バインダーは炭素粒子３を金属箔１０の条材１０Ａ上に結着する役割を有するものであり、通常、水溶性高分子などの樹脂からなる。

溶剤はバインダーを溶解するものであり、溶剤としてアルコール、水などが用いられる。

このナイフコーター３１では、巻出しロール４１から巻き出された金属箔１０の条材１０Ａは、所定の送り速度で塗料ダム部３９、フィルター板３５、ナイフロール３２及び乾燥炉４０を順次通過したのち巻取りロール４２に巻き取られる。

同図中の矢印Ｍは、ナイフコーター３１による金属箔１０の条材１０Ａの送り方向を示している。ナイフコーター３１による塗料４５の塗工方向Ｎ（図６参照）は金属箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｍと平行であり、すなわち金属箔１０の条材１０Ａの長さ方向と一致している。また、金属箔１０の条材１０Ａの送り速度がナイフコーター３１による塗料４５の塗工速度である。

塗料ダム部３９内の塗料４５は、巻出しロール４１から巻き出された金属箔１０の条材１０Ａが塗料ダム部３９を通過する際に金属箔１０の条材１０Ａ上に過剰に付着する。そして、付着した塗料４５は、フィルター板３５によりその付着量が規制されたのちナイフロール３２により金属箔１０の条材１０Ａ上に計量塗工される。

フィルター板３５は、図４及び５に示すように、塗料ダム部３９とナイフロール３２との間におけるナイフロール３２の近傍位置（即ち、金属箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｍに対するナイフロール３２の上流側近傍位置）において、フィルター板３５の先端辺３６が金属箔１０の条材１０Ａを横断する方向（即ち金属箔１０の条材１０Ａの幅方向）に延びるように金属箔１０の条材１０Ａ（詳述すると金属箔１０の条材１０Ａの表面１０ａ）に近接して設置されている。

フィルター板３５の先端辺３６は基本的には直線状に形成されるとともに、更に、当該先端辺３６には複数の略半円弧状の切欠き部３８が当該先端辺３６の延びる方向に間隔をおいて形成されている。そのため、フィルター板３５の先端辺３６では、直線状部３７と切欠き部３８が先端辺３６に沿って（即ち金属箔１０の条材１０Ａの幅方向に沿って）交互に繰り返し配列している。

塗料ダム部３９からナイフロール３２へ供給される塗料４５の供給量は、フィルター板３５の先端辺３６（詳述するとフィルター板３５の先端辺３６の直線状部３７）と金属箔１０の条材１０Ａ（詳述すると金属箔１０の条材１０Ａの表面１０ａ）との間の隙間Ｇを調整することにより、規制される。

すなわち、隙間Ｇを通過する塗料４５の量は、フィルター板３５の先端辺３６の直線状部３７の位置で少なく切欠き部３８の位置で多い。例えば、フィルター板３５の先端辺３６が金属箔１０の条材１０Ａ（詳述すると金属箔１０の条材１０Ａの表面１０ａ）に接触して設置されている場合、隙間Ｇは０ｍｍであり、したがって、隙間Ｇを通過する塗料４５の量は、フィルター板３５の先端辺３６の直線状部３７の位置で０であり切欠き部３８の位置で多い。

そして、隙間Ｇを通過した塗料４５は、ナイフロール３２により金属箔１０の条材１０Ａ上に計量塗工される。これにより、図６に示すように、金属箔１０の条材１０Ａの長さ方向に連続する第１炭素粒子塗工層１３と金属箔１０の条材１０Ａの長さ方向に連続する第２炭素粒子塗工層（ドットハッチングで示す）１４とが金属箔１０の条材１０Ａの長さ方向（即ち塗料４５の塗工方向Ｎ）に対して直角な方向（即ち金属箔１０の条材１０Ａの幅方向）に交互に繰り返し配列するように、第１炭素粒子塗工層１３と第２炭素粒子塗工層１４が金属箔１０の条材１０Ａ上に形成される。

第１炭素粒子塗工層１３は、隙間Ｇにおけるフィルター板３５の先端辺３６の直線状部３７の位置を通過した塗料４５がナイフロール３２により金属箔１０の条材１０Ａ上に計量塗工されて形成された層である。したがって、第１炭素粒子塗工層１３の炭素粒子目付量は少ない。

第２炭素粒子塗工層１４は、隙間Ｇにおけるフィルター板３５の先端辺３６の切欠き部３８の位置を通過した塗料４５がナイフロール３２により金属箔１０の条材１０Ａ上に計量塗工されて形成された層である。したがって、第２炭素粒子塗工層１４の炭素粒子目付量は第１炭素粒子塗工層１３の炭素粒子目付量よりも多い。

ここで、隙間Ｇが０ｍｍである場合、第１炭素粒子塗工層１３の炭素粒子目付量は０ｇ／ｍ^２であり、したがって金属箔１０の条材１０Ａ上には第１炭素粒子塗工層１３は形成されないで第２炭素粒子塗工層１４だけが形成される。金属箔１０の条材１０Ａ上における、第１炭素粒子塗工層１３の炭素粒子目付量が０ｇ／ｍ^２の部分、すなわち炭素粒子塗工層が形成されていない部分を以下では「炭素粒子非塗工部」ともいう。

こうして第１炭素粒子塗工層１３及び第２炭素粒子塗工層１４が形成された金属箔１０の条材１０Ａ、すなわち炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａは、乾燥炉４０内を通過する。これにより、これらの炭素粒子塗工層１３、１４が乾燥炉４０により乾燥されてこれらの塗工層１３、１４中の溶剤が蒸発除去される。

そして、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａが巻取りロール４２に巻き取られる。

炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａの第１炭素粒子塗工層１３では、図７に示すように、上述したように炭素粒子目付量は少ない。また、炭素粒子３（例えば鱗片状黒鉛粒子３ａ）の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは金属箔１０の条材１０Ａの表面方向に配向している。

炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａの第２炭素粒子塗工層１４では、図８に示すように、上述したように炭素粒子目付量は多い。また、炭素粒子３（例えば鱗片状黒鉛粒子３ａ）の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは金属箔１０の条材１０Ａの表面方向に配向している。

第１炭素粒子塗工層１３の炭素粒子目付量が第２炭素粒子塗工層１４の炭素粒子目付量よりも少ないことから、肉眼では第１炭素粒子塗工層１３は淡く見えるとともに第２炭素粒子塗工層１４は濃く見える。そのため、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａの平面視において、金属箔１０の条材１０Ａの長さ方向に連続している第１炭素粒子塗工層１３及び第２炭素粒子塗工層１４は、金属箔１０の条材１０Ａ上にその幅方向に交互にストライプ状に配列しているように見える（図６参照）。

ここで、図６中の「Ｗ１」は炭素粒子塗工箔１６の第１炭素粒子塗工層１３の幅であり、「Ｗ２」は炭素粒子塗工箔１６の第２炭素粒子塗工層１４の幅である。Ｗ１とＷ２は限定されるものではなく、例えば等しくてもよいし相異していてもよい。

塗工箔１６の積層体２０を形成する工程Ｓ２では、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａは所定形状（例：方形状）に複数裁断され、これにより、所定形状を有する複数の炭素粒子塗工箔１６が得られる。

そして、図９に示すように、炭素粒子塗工箔１６は、塗料４５の塗工方向Ｎが互いに平行になるように更に塗工箔１６の平面視において第１炭素粒子塗工層１３が互いに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が互いに重なるように、複数積層され、これにより塗工箔１６の積層体２０が形成される。積層体２０における塗工箔１６の積層方向が複合体１のＺ軸方向となる。

積層体２０では、上述したように塗工箔１６の積層方向が積層体２０のＺ軸方向である。また、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎが積層体２０のＸ軸方向があり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎに対して直角な方向が積層体２０のＹ軸方向である。

積層体２０を焼結する工程Ｓ３では、積層体２０は、塗工箔１６が接合一体化されるように焼結される。これにより、図１に示した上述した金属−炭素粒子複合体１が得られる。

積層体２０の焼結方法は限定されるものではなく、焼結方法として、積層体２０をその一軸方向（具体的には例えば塗工箔１６の積層方向）に加圧しながら加熱焼結する方法（例：真空ホットプレス焼結法、放電プラズマ焼結法）、積層体２０をその全周から加圧しながら加熱焼結する方法（例：熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法））などが用いられる。さらに、焼結方法として、押出法、圧延法なども用いることができる。

積層体２０の焼結温度は限定されるものではない。例えば、金属箔１０がアルミニウム箔である場合、積層体２０の焼結温度は好ましくは６００℃〜６５０℃の範囲であり、金属箔１０が銅箔である場合、積層体２０の焼結温度は好ましくは９００℃〜１０８０℃の範囲である。

積層体２０中に存在するバインダーは、積層体２０の温度が略室温から焼結温度まで上昇するように積層体２０を加熱する途中で昇華、熱分解などにより消失して積層体２０から除去される。積層体２０の金属箔１０の金属材料は、積層体２０を加熱する途中で炭素粒子３間に浸入して炭素粒子３間の隙間が消滅する。これにより、複合体１中に空隙が存在しなくなる。

複合体１では、塗工箔１６の積層方向が複合体１のＺ軸方向であり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎが複合体１のＸ軸方向があり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎに対して直角な方向が複合体１のＹ軸方向である。

また、複合体１において、第１エリアＡは、積層体２０における第１炭素粒子塗工層１３の重ね部分が焼結された部分である。第２エリアＢは、積層体２０における第２炭素粒子塗工層１４の重ね部分が焼結された部分である。

ここで、積層体２０を形成する工程Ｓ２では、図１０に示すように、塗工箔１６を上述のように複数積層するとともに更にその上に金属箔１０を積層することにより、塗工箔１６の積層体２０ａを形成してもよい。この積層体２０ａを焼結することによって、得られる金属−炭素粒子複合体の上面にその全面を覆うように金属箔１０からなる金属層が形成される。金属層の厚さは０．０５ｍｍ以上である。この複合体によれば、複合体の上面からの炭素粒子３の脱落を金属層により抑制することができる。金属層の厚さの上限は限定されるものではなく、好ましくは０．５ｍｍである。

また本発明において、積層体２０を形成する工程Ｓ２では、図示していないが、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａを、塗料４５の塗工方向Ｎが互いに平行になるように更に塗工箔１６の平面視において第１炭素粒子塗工層１３が互いに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が互いに重なるようにジグザクに折り畳むことにより、塗工箔１６の積層体２０を形成することも可能である。

図１１〜１４は本発明の第２実施形態を説明する図である。本第２実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明する。

図１１に示すように、本第２実施形態に係る金属−炭素粒子複合体１Ａでは、複合体１Ａ全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは上記第１実施形態と同様に２０体積％以上である（即ち、２０体積％≦ＴＶｆ）。

複合体１Ａは、互いに炭素粒子含有率が相異する第１エリアＡ、第２エリアＢ及び第３エリアＣをそれぞれ複数含んでいる。なお、第２エリアＢにはドットハッチングが付されており、第３エリアＣにはクロスハッチングが付されている。

第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは、上記第１実施形態と同様に２０体積％未満である（即ち、ＡＶｆ＜２０体積％）。

第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは、上記第１実施形態と同様に第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆよりも高い（即ち、ＡＢｆ＜ＢＶｆ）。

第３エリアＣの炭素粒子含有率（これを「ＣＶｆ」とする）は、第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆよりも高く且つ第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆよりも低い（即ち、ＡＶｆ＜ＣＶｆ＜ＢＶｆ）。

複合体１Ａにおいて、第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、それぞれ、複合体１ＡのＺ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＺ軸方向に平行に連続している。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、各第３エリアＣが第１エリアＡと第２エリアＢとに隣接するように複合体１ＡのＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列している。

複合体１Ａでは、第１エリアＡ、第２エリアＢ及び第３エリアＣのうち炭素粒子含有率が最も低いエリアである第１エリアＡが複合体１ＡのＺ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＺ軸方向に連続しているので、複合体１ＡのＺ軸方向の機械的強度（例：引張強度）が高い。

さらに、複合体１Ａでは、第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣが、複合体１ＡのＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列しているので、複合体１ＡのＸ軸方向の熱伝導率と複合体のＹ軸方向の熱伝導率とがそれぞれ高い。

さらに、各第３エリアＣが第１エリアＡと第２エリアＢとに隣接しているので、第１エリアＡの熱膨張率と第２エリアＢの熱膨張率との違いによる複合体１Ａの熱変形を抑制することができ、そのため複合体１Ａの耐久性が高い。

これらのエリアＡ〜Ｃの、複合体１ＡのＸ−Ｙ軸面方向における詳細な配列態様について図１２を参照して以下に説明する。

複合体１Ａは、第１エリアＡと第３エリアＣが複合体１ＡのＸ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＸ軸方向に交互に繰り返し配列した第１及び第３エリア交互配列行（これを「ＡＣ行」とする）と、第２エリアＢと第３エリアＣが複合体１ＡのＸ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＸ軸方向に交互に繰り返し配列した第２及び第３エリア交互配列行（これを「ＢＣ行」とする）とをそれぞれ複数備えている。さらに、ＡＣ行とＢＣ行は、各第３エリアＣが複合体１ＡのＹ軸方向に第１エリアＡ又は第２エリアＢに必ず隣接するように複合体１ＡのＹ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＹ軸方向に交互に繰り返し配列している。

ここで、図１１に示すように、第１エリアＡのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅をそれぞれ「ＡＸ」及び「ＡＹ」とし、第２エリアＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅をそれぞれ「ＢＸ」及び「ＢＹ」とし、第３エリアＣのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅をそれぞれ「ＣＸ」及び「ＣＹ」とする。

ＡＸ及びＡＹはそれぞれ０．２ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましく、ＢＸ及びＢＹはそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましく、ＣＸ及びＣＹはそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましい。この場合、複合体１ＡのＺ軸方向における熱伝導率と機械的強度とのバランスを確実に図ることができる。

また、複合体１Ａが上述した特性（利点）を確実に有するようにするため、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは３５体積％以上であることが好ましい。ＢＶｆの上限は限定されるものではなく、好ましくは７０体積％である。第３エリアＣの炭素粒子含有率ＣＶｆは２０体積％以上３５体積％未満であることが好ましい。

次に、本第２実施形態の複合体１Ａの好ましい製造方法について、上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明する。

複合体１Ａの製造方法は、上記第１実施形態と同様に、炭素粒子塗工箔１６を得る工程Ｓ１と、塗工箔１６の積層体２０ｂを形成する工程Ｓ２と、積層体２０ｂを焼結する工程Ｓ３とを含む（図３参照）。

炭素粒子塗工箔１６を得る工程Ｓ１は、上記第１実施形態と同様に行われる。

積層体２０ｂを形成する工程Ｓ２では、図１３に示すように、炭素粒子塗工箔１６は、塗料４５の塗工方向Ｎが一枚ごとに交互に交差（詳述すると直交）するように更に塗工箔１６の平面視において第１炭素粒子塗工層１３が一枚おきに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が一枚おきに重なるように、複数積層され、これにより塗工箔１６の積層体２０ｂが形成される。

積層体２０ｂでは、塗工箔１６の積層方向が積層体２０ｂのＺ軸方向であり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎが積層体２０ｂのＸ軸方向又はＹ軸方向であり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎに対して直角な方向が積層体２０ｂのＹ軸方向又はＸ軸方向である。

積層体２０ｂを焼結する工程Ｓ３は、上記第１実施形態と同様に行われる。

複合体１Ａでは、塗工箔１６の積層方向が複合体１のＺ軸方向であり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎが複合体１ＡのＸ軸方向又はＹ軸方向であり、塗工箔１６における塗料４５の塗工方向Ｎに対して直角な方向が複合体１ＡのＹ軸方向又はＸ軸方向である。

また、複合体１Ａにおいて、第１エリアＡは、積層体２０ｂにおける第１炭素粒子塗工層１３の交差重ね部分が焼結された部分である。第２エリアＢは、積層体２０ｂにおける第２炭素粒子塗工層１４の交差重ね部分が焼結された部分である。第３エリアＣは、積層体２０ｂにおける第１炭素粒子塗工層１３と第２炭素粒子塗工層１４との交互重ね部分が焼結された部分である。

炭素粒子塗工箔１６の第１炭素粒子塗工層１３の幅Ｗ１と第２炭素粒子塗工層１４の幅Ｗ２は限定されるものではなく、例えば等しくてもよいし相異していてもよい。

Ｗ１とＷ２が略等しい場合（即ち、Ｗ１≒Ｗ２）、複合体１Ａの平面視において第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、図１２に示すようにＡＸ、ＡＹ、ＢＸ、ＢＹ、ＣＸ及びＣＹが互いに概ね等しくなるように形成される。

Ｗ１とＷ２が相異している場合の一例としてＷ２がＷ１よりも大きい場合（即ち、Ｗ１＜Ｗ２の場合）、複合体１Ａの平面視において第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、概ね図１４に示すように形成される。

図１５〜１７は本発明の第３実施形態を説明する図である。本第３実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明する。

本第３実施形態に係る金属−炭素粒子複合体の製造方法では、図１に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体１と同様の構成を有する金属−炭素粒子複合体が製造される。したがって、複合体１全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは上記第１実施形態と同様に２０体積％以上である（即ち、２０体積％≦ＴＶｆ）。

複合体１の製造方法は、図１５に示すように、第１の金属−炭素粒子複合素材体５１（これを「第１素材体５１」という）を準備する工程Ｓ１１と、第２の金属−炭素粒子複合素材体５３（これを「第２素材体５３」という）を準備する工程Ｓ１２と、第１素材体５１の切断片５２（これを「第１切断片５２」という）を得る工程Ｓ１３と、第２素材体５３の切断片５４（これを「第２切断片５４」という）を得る工程Ｓ１４と、第１及び第２切断片５２、５４の組合せ体５５を形成する工程Ｓ１５と、組合せ体５５を焼結する工程Ｓ１６とを含んでいる。

図１６に示すように、第１素材体５１を準備する工程Ｓ１１において、第１素材体は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合体からなるものである。第１素材体５１の形状は例えば略直方体状である。

第２素材体５３を準備する工程Ｓ１２において、第２素材体は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合体からなるものである。第２素材体５３の形状は例えば略直方体状である。なお、第２素材体５３にはドットハッチングが付されている。

第１素材体５１と第２素材体５３との主な違いは、後述するように素材体全体の炭素粒子含有率である。

図１６中の矢印「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」はそれぞれ第１素材体５１及び第２素材体５３のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を示している。すなわち、第１素材体５１の一方向（例えば第１素材体５１の厚さ方向）が第１素材体５１のＺ軸方向であり、第１素材体５１のＺ軸方向に垂直な二方向（例えば第１素材体５１の長さ方向及び幅方向）が第１素材体５１のＸ軸方向及びＹ軸方向である。本第３実施形態ではＸ軸方向及びＹ軸方向は互いに垂直である。また、第１素材体５１のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向を第１素材体５１のＸ−Ｙ軸面方向という。第２素材体５３についても同様である。

第１素材体５１では、第１素材体５１に含まれる炭素粒子３の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑが第１素材体５１のＸ−Ｙ軸面方向に配向している。

第２素材体５３では、第２素材体５３に含まれる炭素粒子３の最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑが第２素材体５３のＸ−Ｙ軸面方向に配向している。

第１素材体５１全体の炭素粒子含有率（これを「Ｔ_１Ｖｆ」とする）は２０体積％未満である（即ち、Ｔ_１Ｖｆ＜２０体積％）。

第２素材体５３全体の炭素粒子含有率（これを「Ｔ_２Ｖｆ」とする）はＴ_１Ｖｆよりも高い（即ち、Ｔ_１Ｖｆ＜Ｔ_２Ｖｆ）。

第１素材体５１全体の炭素粒子含有率Ｔ_１Ｖｆの下限は限定されるものではなく、複合体１のＺ軸方向の機械的強度を高めたい場合は、Ｔ_１Ｖｆは小さい方が好ましく、特に０体積％であることがよい（即ち、Ｔ_１Ｖｆ＝０体積％）。Ｔ_１Ｖｆが０体積％である場合、複合体１のＺ軸方向の機械的強度をより高めることができる。

第２素材体５３の炭素粒子含有率Ｔ_２Ｖｆは具体的には２０体積％以上である（即ち、２０体積％≦Ｔ_２Ｖｆ）。複合体１の熱伝導率を高めたい場合は、Ｔ_２Ｖｆは大きい方が好ましく、特に３５体積％以上であることがよい。Ｔ_２Ｖｆの上限は限定されるものではなく、好ましくは７０体積％である。

第１素材体５１は、第１金属箔上にその全体に亘って第１炭素粒子塗工層が形成された第１炭素粒子塗工箔を複数積層することにより第１塗工箔の積層体を形成するとともに、この積層体を焼結することにより得られたものである。積層体における第１塗工箔の積層方向が第１素材体５１のＺ軸方向である。

第２素材体５３は、第２金属箔上にその全体に亘って第２炭素粒子塗工層が形成された第２炭素粒子塗工箔を複数積層することにより第２塗工箔の積層体を形成するとともに、この積層体を焼結することにより得られたものである。積層体における第２塗工箔の積層方向が第２素材体５３のＺ軸方向である。

第２炭素粒子塗工層の炭素粒子目付量は第１炭素粒子塗工層の炭素粒子目付量よりも多い。

第１素材体５１の第１切断片５２を得る工程Ｓ１３では、第１素材体５１はそのＺ軸方向に沿ってスライス状に複数切断され、これにより複数の板状の第１切断片５２が得られる。

第２素材体５３の第２切断片５４を得る工程Ｓ１４では、第２素材体５３はそのＺ軸方向に沿ってスライス状に複数切断され、これにより複数の板状の第２切断片５４が得られる。

第１切断片５２のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は第１素材体５１の方向を踏襲している。したがって、第１素材体５１のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向がそれぞれ第１切断片５２のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向である。

第２切断片５４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は第２素材体５３の方向を踏襲している。したがって、第２素材体５３のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向がそれぞれ第２切断片５４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向である。

第１及び第２切断片５２、５４の組合せ体５５を形成する工程Ｓ１５では、図１７に示すように、第１切断片５２と第２切断片５４が、第１切断片５２のＺ軸方向と第２切断片５４のＺ軸方向とが平行になるように更に第１切断片５２が第２切断片５４のＺ軸方向の全体に亘って第２切断片５４のＺ軸方向に平行に連続するように更に第１切断片５２と第２切断片５４とが第２切断片５４のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わされる。これにより、組合せ体５５が形成される。

組合せ体５５において、第１切断片５２と第２切断片５４が交互に繰り返し配列している方向は、本第３実施形態では第２切断片５４のＸ軸方向及びＹ軸方向のうちＹ軸方向だけである。さらに、第１切断片５２は、第２切断片５４のＸ軸方向の全体に亘って第２切断片５４のＸ軸方向に平行に連続している。第２切断片５４のＹ軸方向は組合せ体５５及び複合体１のＹ軸方向と一致しており、第２切断片５４のＸ軸方向は組合せ体５５及び複合体１のＸ軸方向と一致している。

組合せ体５５を焼結する工程Ｓ１６では、組合せ体５５は、第１切断片５２と第２切断片５４が接合一体化されるように焼結される。これにより、図１に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体１が得られる。

組合せ体５５の焼結方法は限定されるものではなく、焼結方法として、真空ホットプレス焼結法、放電プラズマ焼結法、熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法）、押出法、圧延法などが用いられる。

複合体１において、第１エリアＡは組合せ体５５における第１切断片５２の部分であり、第２エリアＢは組合せ体５５における第２切断片５４の部分である。

さらに、本第３実施形態の金属−炭素粒子複合体の製造方法では、第１素材体５１全体の炭素粒子含有率Ｔ_１Ｖｆが０体積％である場合（即ち、Ｔ_１Ｖｆ＝０体積％）、図１に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体１は次のように製造してもよい。この製造方法を上述の製造方法との相違点を中心に以下に説明する。

第１素材体５１を準備する上述の工程Ｓ１１では、Ｔ_１Ｖｆ＝０体積％の第１素材体５１として、金属体からなる第１素材体５１を準備する。金属体は炭素粒子を含有していない。よって、第１素材体５１全体の炭素粒子含有率Ｔ_１Ｖｆは０体積％である。第１素材体５１（金属体）は略直方体状であってもよいし板状（詳述すると例えば平板状）であってもよい。

ここで、第１素材体５１は炭素粒子を含んでいないので、第１素材体５１のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は任意に設定可能である。

第１切断片５２を得る上述の工程Ｓ１３では、第１素材体５１がその任意方向（例えば、第１素材体５１のＸ軸方向、Ｙ軸方向又はＺ軸方向）に沿って複数切断され、これにより複数の第１切断片５２が得られる。第１切断片５２の形状は例えば板状である。

第２切断片５４を得る上述の工程Ｓ１４では、第２素材体５３はそのＺ軸方向に沿ってスライス状に複数切断され、これにより複数の板状の第２切断片５４が得られる。

組合せ体５５を形成する上述の工程Ｓ１５では、第１切断片５２と第２切断片５４が、第１切断片５２の一方向と第２切断片５４のＺ軸方向とが平行になるように更に第１切断片５２が第２切断片５４のＺ軸方向の全体に亘って第２切断片５４のＺ軸方向に平行に連続するように更に第１切断片５２と第２切断片５４とが第２切断片５４のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わされる。これにより、第１及び第２切断片５２、５４の組合せ体５５が形成される。

組合せ体５５において、第１切断片５２と第２切断片５４が交互に繰り返し配列している方向は、本第３実施形態では第２切断片５４のＸ軸方向及びＹ軸方向のうちＹ軸方向だけである。さらに、第１切断片５２は、第２切断片５４のＸ軸方向の全体に亘って第２切断片５４のＸ軸方向に平行に連続している。

組合せ体５５を焼結する上述の工程Ｓ１６では、組合せ体５５は、第１切断片５２と第２切断片５４が接合一体化されるように焼結される。これにより、図１に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体１が得られる。この複合体１では、第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは０体積％である。

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。

本発明に係る金属−炭素粒子複合体は、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、電車などの車両に用いられる部材の材料として好適に用いられる。さらにこの複合体は、各種冷却器（例：パワーモジュール用冷却器、電池用冷却器）に用いられる部材の材料としても好適に用いられる。具体的には例えばパワーモジュール用冷却器に備えられた配線層、緩衝層、ヒートシンクなどの部材の材料としてこの複合体が好適に用いられる。

本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
実施例１では、図１〜９に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体としてアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体を以下の方法で製造した。なお、実施例１を理解し易くするため、上記第１実施形態で使用した符号を用いて実施例１を説明する。

炭素粒子３としての鱗片状黒鉛粒子３ａと、バインダーとしてのポリエチレンオキサイドの１０質量％水溶液及びポリビニルアルコールの１０質量％水溶液と、バインダー用溶剤としてのイソプロピルアルコール及び水と、分散剤と、表面調整剤とを混合容器内に入れてディスパーにより撹拌混合することで塗料４５を得た。塗料４５の粘度は２５℃で５０００ｍＰａ・ｓであった。

鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐの平均長さは０．１５ｍｍであり、その平均アスペクト比は３０であった。塗料４５に含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの含有率はバインダーと鱗片状黒鉛粒子３ａとの合計質量に対して９０質量％であった。

また、金属箔の条材としてアルミニウム箔１０の条材１０Ａを準備した。アルミニウム箔１０の条材１０Ａの材料はＪＩＳ（日本工業規格）で規定されたアルミニウム合金番号Ａ１Ｎ３０であり、その厚さは１５μｍ及びその幅は３００ｍｍであった。

次いで、図４に示した構成を有するロールｔｏロール方式のナイフコーター３１によりアルミニウム箔１０の条材１０Ａ上に塗料４５を塗工速度１ｍ／ｍｉｎで塗工し、そして乾燥炉４０により乾燥した。これにより、アルミニウム箔１０の条材１０Ａ上に所定の炭素粒子塗工層１３、１４（詳述すると鱗片状黒鉛粒子塗工層。以下同じ）が形成された炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａ（詳述すると鱗片状黒鉛粒子塗工箔の条材。以下同じ）を得た。

ナイフコーター３１は、図５に示したフィルター板３５を備えたものである。フィルター板３５は、塗料ダム部３９とナイフロール３２との間におけるナイフロール３２の近傍位置において、フィルター板３５の先端辺３６がアルミニウム箔１０の条材１０Ａを横断する方向に延びるようにアルミニウム箔１０の条材１０Ａ（詳述するとアルミニウム箔１０の条材１０Ａの表面１０ａ）に接触して設置されている。したがって、フィルター板３５の先端辺３６とアルミニウム箔１０の条材１０Ａとの間の隙間Ｇは０ｍｍであった。

そのため、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａにおいて、アルミニウム箔１０の条材１０Ａ上には第１炭素粒子塗工層１３は形成されないで塗料４５の塗工方向Ｎに連続する複数の第２炭素粒子塗工層１４だけが塗料４５の塗工方向Ｎに対して直角な方向に間隔をおいて互いに平行に配列して形成されていた。

炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａにおいて、第２炭素粒子塗工層１４の幅Ｗ２は０．８ｍｍであり、互いに隣り合う第２炭素粒子塗工層１４、１４間の部分である、炭素粒子塗工層が形成されていない部分（この部分を以下「炭素粒子非塗工部」という）の幅Ｗ１は０．４ｍｍであった。炭素粒子非塗工部の炭素粒子目付量は当然のことながら０ｇ／ｍ^２であり、第２炭素粒子塗工層１４の炭素粒子目付量は３０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａを正方形状（その寸法：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）に複数裁断することにより、複数の正方形状の炭素粒子塗工箔１６を得た。

そして、炭素粒子塗工箔１６を、塗料４５の塗工方向Ｎが互いに平行になるように更に塗工箔１６の平面視において炭素粒子非塗工部が互いに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が互いに重なるように、２００枚積層し、これにより塗工箔１６の積層体２０を形成した。

次いで、積層体２０を放電プラズマ焼結装置により真空中にて積層体２０の厚さ方向（即ち塗工箔１６の積層方向）に加圧しながら所定の焼結条件で加熱することにより、積層体２０を焼結した。これにより、アルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体１を得た。この複合体１の厚さは５ｍｍであった。

上述した焼結条件は次のとおりである。焼結温度は６２０℃、焼結温度の保持時間は３時間、室温からの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ、積層体２０への加圧力は２０ＭＰａ、真空度は３Ｐａであった。また、積層体２０の温度が室温から焼結温度まで上昇するように積層体２０を加熱する途中で昇温を一旦停止することで積層体２０中のバインダーを昇華・熱分解し、これにより積層体２０からバインダーを除去した。その際に適用したバインダーの除去条件は、バインダーを除去するための積層体２０の加熱温度が４５０℃であり、その保持時間が３０ｍｉｎであった。

複合体１に含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体１全体の炭素粒子含有率（詳述すると鱗片状黒鉛粒子含有率。以下同じ）ＴＶｆは３８体積％であった。

複合体１の第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に平行に連続していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、複合体１のＹ軸方向の全体に亘って複合体１のＹ軸方向に交互に繰り返し配列していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＸ軸方向の全体に亘って複合体１のＸ軸方向に平行に連続していた。第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは１体積％であり、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは４８体積％であった。

また、複合体１の第１エリアＡのＡＹは０．２ｍｍであり、第２エリアＢのＢＹは１ｍｍであった。

複合体１の最も高い熱伝導率の方向は複合体１のＸ軸方向であり、この最高熱伝導率は下記比較例１の複合体のそれに対して１倍であった。また、複合体１の最も熱伝導率が低い方向は複合体１のＺ軸方向であり、複合体１のＺ軸方向の引張強度は下記比較例１の複合体のそれに対して２倍であった。

なお、上述した熱伝導率及び引張強度はそれぞれ室温（２０℃）での値である。以下の実施例２〜４及び比較例１、２でも同じである。

以上の結果を下記表１にまとめて示した。

＜比較例１＞
上記実施例１の塗料４５と同じ塗料を準備した。また、実施例１のアルミニウム箔１０の条材１０Ａと同じアルミニウム箔の条材を準備した。

次いで、ロールｔｏロール方式の、フィルター板３５を備えていないナイフコーターによりアルミニウム箔の条材上にその全体に亘って塗料を塗工速度１ｍ／ｍｉｎで塗工し、そして乾燥炉により乾燥した。これにより、アルミニウム箔の条材上にその全体に亘って炭素粒子目付量が均一な炭素粒子塗工層が形成された炭素粒子塗工箔の条材を得た。炭素粒子塗工層の炭素粒子目付量は３０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、炭素粒子塗工箔の条材を正方形状（その寸法：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）に複数裁断することにより、複数の正方形状の炭素粒子塗工箔を得た。

そして、炭素粒子塗工箔を２００枚積層し、これにより塗工箔の積層体を形成した。

次いで、積層体を上記実施例１と同じ焼結条件で焼結した。これにより、アルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体を得た。この複合体の厚さは５ｍｍであった。

複合体に含まれる鱗片状黒鉛粒子の最長軸方向及び幅方向は複合体のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは４８体積％であった。

複合体は、炭素粒子含有率ＡＶｆが２０体積％未満である第１エリアＡを含んでおらず、すなわち複合体全体が第２エリアＢに相当している。したがって、ＡＹは０ｍｍであり、ＢＹは５０ｍｍであった。

複合体の最も高い熱伝導率の方向は複合体のＸ−Ｙ軸面方向であり、この最高熱伝導率を１とした。複合体の最も熱伝導率が低い方向は複合体のＺ軸方向であり、複合体のＺ軸方向の引張強度を１とした。

以上の結果を下記表１にまとめて示した。

表１から分かるように、実施例１の複合体１のＺ軸方向の引張強度は比較例１の複合体のそれよりも高かった。

＜実施例２＞
実施例２では、図１１〜１４に示した上記第２実施形態の金属−炭素粒子複合体としてアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体を以下の方法で製造した。なお、実施例２を理解し易くするため、上記第２実施形態で使用した符号を用いて実施例２を説明する。

上記実施例１の炭素粒子塗工箔１６と同じ正方形状（その寸法：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）の炭素粒子塗工箔１６を複数準備した。

そして、炭素粒子塗工箔１６を、塗料４５の塗工方向Ｎが一枚ごとに交互に直交するように更に塗工箔１６の平面視において炭素粒子非塗工部が一枚おきに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が一枚おきに重なるように、２００枚積層し、これにより塗工箔１６の積層体２０ｂを形成した。

次いで、積層体２０ｂを上記実施例１と同じ焼結条件で焼結した。これにより、アルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体１Ａを得た。この複合体１Ａの厚さは５ｍｍであった。

複合体１Ａに含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１ＡのＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体１Ａ全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは３８体積％であった。

複合体１Ａの第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、それぞれ、複合体１ＡのＺ軸方向の全体に亘って複合体１ＡのＺ軸方向に平行に連続していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢと第３エリアＣは、各第３エリアＣが第１エリアＡと第２エリアＢとに隣接するように複合体１ＡのＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列していた。第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは１体積％であり、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは４８体積％であり、第３エリアＣの炭素粒子含有率ＣＶｆは２３体積％であった。

また、複合体１Ａの第１エリアＡのＡＸは０．２ｍｍであり、ＡＹは０．２ｍｍであった。第２エリアＢのＢＸは１ｍｍであり、ＢＹは１ｍｍであった。第３エリアＣのＣＸは１ｍｍと０．２ｍｍであり、ＣＹは０．２ｍｍと１ｍｍであった（図１４参照）。

複合体１Ａの最も高い熱伝導率の方向は複合体１のＸ−Ｙ軸面方向であり、この最高熱伝導率は上記比較例１の複合体のそれに対して０．７５倍であった。また、複合体１Ａの最も熱伝導率が低い方向は複合体１のＺ軸方向であり、複合体１のＺ軸方向の引張強度は上記比較例１の複合体のそれに対して１．２倍であった。

以上の結果を下記表２にまとめて示した。

表２から分かるように、実施例２の複合体１ＡのＺ軸方向の引張強度は比較例１の複合体のそれよりも高かった。

＜実施例３＞
実施例３では、図１〜９に示した上記第１実施形態の金属−炭素粒子複合体として銅−鱗片状黒鉛粒子複合体を以下の方法で製造した。なお、実施例３を理解し易くするため、上記第１実施形態で使用した符号を用いて実施例３を説明する。

上記実施例１の塗料４５と同じ塗料４５を準備した。また、金属箔の条材として銅箔１０の条材１０Ａを準備した。銅箔１０の条材１０Ａの材料はＣ１０２０であり、その厚さは１５μｍ及びその幅は３００ｍｍであった。

次いで、上記実施例１と同様に、図４に示した構成を有するロールｔｏロール方式のナイフコーター３１により銅箔１０の条材１０Ａ上に塗料４５を塗工速度１ｍ／ｍｉｎで塗工し、そして乾燥炉４０により乾燥した。これにより、銅箔１０の条材１０Ａ上に所定の炭素粒子塗工層が形成された炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａを得た。なお、ナイフコーター３１におけるフィルター板３５の先端辺３６と銅箔１０の条材１０Ａとの間の隙間Ｇは０ｍｍであった。

炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａにおいて、第２炭素粒子塗工層１４の幅Ｗ２は０．８ｍｍであり、炭素粒子非塗工部の幅Ｗ１は０．４ｍｍであった。炭素粒子非塗工部の炭素粒子目付量は当然のことながら０ｇ／ｍ^２であり、第２炭素粒子塗工層１４の炭素粒子目付量は３０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、炭素粒子塗工箔１６の条材１６Ａを正方形状（その寸法：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）に複数裁断することにより、複数の正方形状の炭素粒子塗工箔１６を得た。

そして、炭素粒子塗工箔１６を、塗料４５の塗工方向Ｎが互いに平行になるように更に塗工箔１６の平面視において炭素粒子非塗工部が互いに重なり且つ第２炭素粒子塗工層１４が互いに重なるように、２００枚積層し、これにより塗工箔１６の積層体２０を形成した。

次いで、積層体２０を放電プラズマ焼結装置により真空中にて積層体２０の厚さ方向（即ち塗工箔１６の積層方向）に加圧しながら所定の焼結条件で加熱することにより、積層体２０を焼結した。これにより、銅−鱗片状黒鉛粒子複合体１を得た。この複合体１の厚さは５ｍｍであった。

上述した焼結条件は次のとおりである。焼結温度は１０００℃、焼結温度の保持時間は３時間、室温からの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ、積層体への加圧力は２０ＭＰａ、真空度は３Ｐａであった。また、積層体２０の温度が室温から焼結温度まで上昇するように積層体２０を加熱する途中で昇温を一旦停止することで積層体２０中のバインダーを昇華・熱分解し、これにより積層体２０からバインダーを除去した。その際に適用したバインダーの除去条件は、バインダーを除去するための積層体２０の加熱温度が４５０℃であり、その保持時間が３０ｍｉｎであった。

複合体１に含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体１全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは３８体積％であった。

複合体１の第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に平行に連続していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、複合体１のＹ軸方向の全体に亘って複合体１のＹ軸方向に交互に繰り返し配列していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＸ軸方向の全体に亘って複合体１のＸ軸方向に平行に連続していた。第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは１体積％であり、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは４８体積％であった。

また、複合体１の第１エリアＡのＡＹは０．２ｍｍであり、第２エリアＢのＢＹは１ｍｍであった。

複合体１の最も高い熱伝導率の方向は複合体１のＸ軸方向であり、この最高熱伝導率は下記比較例２の複合体のそれに対して１倍であった。また、複合体１の最も熱伝導率が低い方向は複合体１のＺ軸方向であり、複合体１のＺ軸方向の引張強度は下記比較例２の複合体のそれに対して２倍であった。

以上の結果を下記表３にまとめて示した。

＜比較例２＞
上記実施例１の塗料４５と同じ塗料を準備した。また、上記実施例３の銅箔１０の条材１０Ａと同じ銅箔の条材を準備した。

次いで、ロールｔｏロール方式の、フィルター板３５を備えていないナイフコーターにより銅箔の条材上にその全体に亘って塗料を塗工速度１ｍ／ｍｉｎで塗工し、そして乾燥炉により乾燥した。これにより、銅箔の条材上にその全体に亘って炭素粒子目付量が均一な炭素粒子塗工層が形成された炭素粒子塗工箔の条材を得た。炭素粒子塗工層の炭素粒子目付量は３０ｇ／ｍ^２であった。

次いで、炭素粒子塗工箔の条材を正方形状（その寸法：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ）に複数裁断することにより、複数の正方形状の炭素粒子塗工箔を得た。

そして、炭素粒子塗工箔を２００枚積層し、これにより塗工箔の積層体を形成した。

次いで、積層体を上記実施例３と同じ焼結条件で焼結した。これにより、銅−鱗片状黒鉛粒子複合体を得た。この複合体の厚さは５ｍｍであった。

複合体に含まれる鱗片状黒鉛粒子の最長軸方向及び幅方向は複合体のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは４８体積％であった。

複合体は、炭素粒子含有率ＡＶｆが２０体積％未満である第１エリアＡを含んでおらず、すなわち複合体全体が第２エリアＢに相当している。したがって、ＡＹは０ｍｍであり、ＢＹは５０ｍｍであった。

複合体の最も高い熱伝導率の方向は複合体のＸ−Ｙ軸面方向であり、この最高熱伝導率を１とした。複合体の最も熱伝導率が低い方向は複合体のＺ軸方向であり、複合体のＺ軸方向の引張強度を１とした。

以上の結果を下記表３にまとめて示した。

表３から分かるように、実施例３の複合体１のＺ軸方向の引張強度は比較例２の複合体のそれよりも高かった。

＜実施例４＞
実施例４では、図１５〜１７に示した上記第３実施形態の金属−炭素粒子複合体としてアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体を以下の方法で製造した。なお、実施例４を理解し易くするため、上記第３実施形態で使用した符号を用いて実施例４を説明する。

全体の炭素粒子含有率Ｔ_１Ｖｆが０体積％（即ち、Ｔ_１Ｖｆ＝０体積％）の第１素材体５１として、アルミニウム板（即ち板状のアルミニウム体）からなる第１素材体５１を準備した。第１素材体５１のアルミニウム板の材料はＡ１Ｎ３０であり、その厚さは２ｍｍであった。

第２の金属−炭素粒子複合素材体５３として、上記比較例１で製造したアルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体を準備した。したがって、第２素材体５３はこの複合体からなる。

第２素材体５３に含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは第２素材体５３のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、第２素材体５３全体の炭素粒子含有率Ｔ_２Ｖｆは４８体積％であった。第２素材体５３の寸法は、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍであった。

第１素材体５１をその厚さ方向に沿って長方形状に複数裁断することにより、複数の長方形状の第１切断片５２を得た。第１切断片５２の寸法は、長さ５０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ２ｍｍであった。

ここで、第１素材体５１は炭素粒子を含んでいないので、第１素材体５１及び第１切断片５２のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は任意に設定可能である。そこで、第１切断片５２において、長さ５０ｍｍの方向を第１切断片５２のＸ軸方向とし、幅５ｍｍの方向を第１切断片５２のＺ軸方向とし、厚さ２ｍｍの方向を第１切断片５２のＹ軸方向とした。

第２素材体５３をそのＺ軸方向（即ち第２素材体５３の厚さ方向）に沿って長方形状に複数切断することにより、複数の長方形状の第２切断片５４を得た。第２切断片５４の寸法は、長さ５０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍであった。第２切断片５４において、長さ５０ｍｍの方向を第２切断片５４のＸ軸方向とし、幅１０ｍｍの方向を第２切断片５４のＹ軸方向とし、厚さ５ｍｍの方向を第２切断片５４のＺ軸方向とした。

次いで、第１切断片５２と第２切断片５４を、第１切断片５２のＺ軸方向と第２切断片５４のＺ軸方向とが平行になるように更に第１切断片５２が第２切断片５４のＺ軸方向の全体及びＸ軸方向の全体に亘って第２切断片５４のＺ軸方向及びＸ軸方向に平行に連続するように更に第１切断片５２と第２切断片５４とが第２切断片５４のＹ軸方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わせた。これにより、第１及び第２切断片５２、５４の組合せ体５５を形成した。組合せ体５５に含まれる第１切断片５２の個数は５個であり、組合せ体５５に含まれる第２切断片５４の個数は４個であった。

次いで、組合せ体５５を放電プラズマ焼結装置により真空中にて組合せ体５５のＹ軸方向（即ち第１切断片５２と第２切断片５４が交互に繰り返し配列している方向）に加圧しながら上記実施例１と同じ焼結条件で加熱することにより、積層体２０を焼結した。これにより、アルミニウム−鱗片状黒鉛粒子複合体１を得た。この複合体１の厚さは５ｍｍであった。

複合体１に含まれる鱗片状黒鉛粒子３ａの最長軸方向Ｐ及び幅方向Ｑは複合体１のＸ−Ｙ軸面方向に配向していた。また、複合体１全体の炭素粒子含有率ＴＶｆは３８体積％であった。

複合体１の第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＺ軸方向の全体に亘って複合体１のＺ軸方向に平行に連続していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、複合体１のＹ軸方向の全体に亘って複合体１のＹ軸方向に交互に繰り返し配列していた。さらに、第１エリアＡと第２エリアＢは、それぞれ、複合体１のＸ軸方向の全体に亘って複合体１のＸ軸方向に平行に連続していた。第１エリアＡの炭素粒子含有率ＡＶｆは０体積％であり、第２エリアＢの炭素粒子含有率ＢＶｆは４８体積％であった。

また、複合体１の第１エリアＡのＡＹは２ｍｍであり、第２エリアＢのＢＹは１０ｍｍであった。

複合体１の最も高い熱伝導率の方向は複合体１のＸ軸方向であり、この最高熱伝導率は上記比較例１の複合体のそれに対して０．８倍であった。また、複合体１の最も熱伝導率が低い方向は複合体１のＺ軸方向であり、複合体１のＺ軸方向の引張強度は上記比較例１の複合体のそれに対して１１倍であった。

以上の結果を下記表４にまとめて示した。

表４から分かるように、実施例４の複合体１のＺ軸方向の引張強度は比較例１の複合体のそれよりも高かった。

本発明は、高い熱伝導性と高い機械的強度を要求される部材の材料として用いられる金属−炭素粒子複合体及び金属−炭素粒子複合体の製造方法に利用可能である。

１、１Ａ：金属−炭素粒子複合体
３：炭素粒子
１０：金属箔
１３：第１炭素粒子塗工層
１４：第２炭素粒子塗工層
１６：炭素粒子塗工箔
２０、２０ａ、２０ｂ：積層体
３０：塗工装置
４５：塗料
５１：第１の金属−炭素粒子複合素材体
５２：第１切断片
５３：第２の金属−炭素粒子複合素材体
５４：第２切断片
５５：第１及び第２切断片の組合せ体

Claims (13)

1. 金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合体であって、
   複合体の一方向をＺ軸方向とし、複合体のＺ軸方向に対して垂直な二方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、複合体のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向をＸ−Ｙ軸面方向とするとき、
   複合体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が複合体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
   複合体全体の炭素粒子含有率が２０体積％以上であり、
   複合体は、炭素粒子含有率が２０体積％未満である第１エリアを含み、
   前記第１エリアは複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続している金属−炭素粒子複合体。
2. 複合体は、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高い第２エリアを更に含み、
   前記第２エリアは複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続しており、
   前記第１エリアと前記第２エリアが複合体のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち一方の方向に交互に繰り返し配列するとともに、前記第１エリアと前記第２エリアがそれぞれ複合体の他方の方向の全体に亘って複合体の当該他方の方向に連続している請求項１記載の金属−炭素粒子複合体。
3. 前記第１エリアと前記第２エリアが交互に繰り返し配列している方向を複合体のＹ軸方向とするとき、
   前記第１エリアのＹ軸方向の幅（ＡＹ）が０．２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、
   前記第２エリアのＹ軸方向の幅（ＢＹ）が１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である請求項２記載の金属−炭素粒子複合体。
4. 前記第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％である請求項１〜３のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合体。
5. 複合体は、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高い第２エリアと、炭素粒子含有率が前記第１エリアの炭素粒子含有率よりも高く且つ前記第２エリアの炭素粒子含有率よりも低い第３エリアとを更に含み、
   前記第２エリア及び前記第３エリアは、それぞれ、複合体のＺ軸方向の全体に亘って複合体のＺ軸方向に連続しており、
   前記第１エリアと前記第２エリアと前記第３エリアが、前記各第３エリアが前記第１エリアと前記第２エリアとに隣接するように複合体のＸ−Ｙ軸面方向に規則的に配列している請求項１記載の金属−炭素粒子複合体。
6. 前記第１エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＡＸ、ＡＹ）がそれぞれ０．２ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、
   前記第２エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＢＸ、ＢＹ）がそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、
   前記第３エリアのＸ軸方向及びＹ軸方向の幅（ＣＸ、ＣＹ）がそれぞれ１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である請求項５記載の金属−炭素粒子複合体。
7. 前記第１エリアの炭素粒子含有率が０体積％である請求項５又は６記載の金属−炭素粒子複合体。
8. 複合体の少なくとも一つの面に厚さ０．０５ｍｍ以上の金属層が当該少なくとも一つの面を覆う状態に形成されている請求項１〜７のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合体。
9. 炭素粒子を含む塗料を金属箔上に、炭素粒子目付量が少ない第１炭素粒子塗工層と炭素粒子目付量が多い第２炭素粒子塗工層とが前記塗料の塗工方向に対して直角な方向に交互に繰り返し配列するように前記塗料の塗工方向に塗工することにより、炭素粒子塗工箔を得る工程と、
   前記塗工箔を、前記塗料の塗工方向が互いに平行になるように更に前記塗工箔の平面視において前記第１炭素粒子塗工層が互いに重なり且つ前記第２炭素粒子塗工層が互いに重なるように、複数積層することにより、前記塗工箔の積層体を形成する工程と、
   前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。
10. 炭素粒子を含む塗料を金属箔上に、炭素粒子目付量が少ない第１炭素粒子塗工層と炭素粒子目付量が多い第２炭素粒子塗工層とが前記塗料の塗工方向に対して直角な方向に交互に繰り返し配列するように前記塗料の塗工方向に塗工することにより、炭素粒子塗工箔を得る工程と、
    前記塗工箔を、前記塗料の塗工方向が一枚ごとに交互に交差するように更に前記塗工箔の平面視において前記第１炭素粒子塗工層が一枚おきに重なり且つ前記第２炭素粒子塗工層が一枚おきに重なるように、複数積層することにより、前記塗工箔の積層体を形成する工程と、
    前記積層体を焼結する工程とを含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。
11. 金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第１の金属−炭素粒子複合素材体と、金属マトリックスと前記金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第２の金属−炭素粒子複合素材体とをそれぞれ準備する工程を含み、
    前記第１素材体及び第２素材体の一方向をそれぞれＺ軸方向とし、前記第１素材体及び第２素材体のＺ軸方向に対して垂直な二方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とし、前記第１素材体及び第２素材体のＸ軸方向とＹ軸方向とに平行な面方向をそれぞれＸ−Ｙ軸面方向とするとき、
    前記第１素材体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が前記第１素材体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
    前記第２素材体に含まれる前記炭素粒子の最長軸方向及び幅方向が前記第２素材体のＸ−Ｙ軸面方向に配向しており、
    前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が２０体積％未満であり、
    前記第２素材体全体の炭素粒子含有率が前記第１素材体全体の炭素粒子含有率よりも高く、
    前記第１素材体をそのＺ軸方向に沿って切断することにより前記第１素材体の第１切断片を得る工程と、
    前記第２素材体をそのＺ軸方向に沿って切断することにより前記第２素材体の第２切断片を得る工程と、
    前記第１切断片と前記第２切断片を、前記第１切断片のＺ軸方向と前記第２切断片のＺ軸方向とが平行になるように更に前記第１切断片が前記第２切断片のＺ軸方向の全体に亘って前記第２切断片のＺ軸方向に連続するように更に前記第１切断片と前記第２切断片とが前記第２切断片のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わせることにより、前記第１及び第２切断片の組合せ体を形成する工程と、
    前記組合せ体を焼結する工程とを更に含む、金属−炭素粒子複合体の製造方法。
12. 前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が０体積％である請求項１１記載の金属−炭素粒子複合体の製造方法。
13. 前記第１素材体全体の炭素粒子含有率が０体積％であり、
    前記第１切断片を得る工程では、前記第１素材体をその任意方向に沿って切断することにより前記第１素材体の第１切断片を得、
    前記組合せ体を形成する工程では、前記第１切断片と前記第２切断片を、前記第１切断片の一方向と前記第２切断片のＺ軸方向とが平行になるように更に前記第１切断片が前記第２切断片のＺ軸方向の全体に亘って前記第２切断片のＺ軸方向に連続するように更に前記第１切断片と前記第２切断片とが前記第２切断片のＸ軸方向及びＹ軸方向のうち少なくとも一方の方向に交互に繰り返し配列するように、それぞれ複数組み合わせることにより、前記第１及び第２切断片の組合せ体を形成する、請求項１１記載の金属−炭素粒子複合体の製造方法。

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