JP7160888B2 - 複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
溶融金属を含浸させる方法としては、粉末冶金法に基づく方法、例えば、ダイキャスト法(特許文献1)や溶湯鍛造法(非特許文献1)等の圧力鋳造による方法、自発浸透による方法(特許文献2)等といった各種の方法が知られている。
本実施形態の複合体の製造方法は、平板状の多孔質無機構造体に繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸させる複合体の製造方法において、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体、及び繊維状無機材料を用いることにより、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体に金属が含浸されている第1相と、繊維状無機材料に金属が含浸されている第2相とが互いに隣接している構造を有する複合体であり、第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合が50~80体積%であり、第2相中に占める繊維状無機材料の割合が3~20体積%であることを特徴とする。
構造体の成形方法についても、特に制限は無く、プレス成形、押し出し成形、鋳込み成形等を用いることができ、必要に応じて保形用バインダーの併用が可能である。
実用的には、平均粒子径が、好ましくは40μm以上の粗い炭化珪素粉末を40質量%以上含み、多孔質無機構造体の相対密度が好ましくは55~75%の範囲にあるものが好適である。多孔質無機構造体の強度は、取り扱い時や含浸中の割れを防ぐため、曲げ強度で3MPa以上あることが好ましい。なお、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(例えば日本電子社製「JSM-T200型」)と画像解析装置(例えば日本アビオニクス社製)を用い、1000個の粒子について求めた径の平均値を算出することによって測定することができる。また、相対密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。曲げ強度は、引張試験機(例えば島津製作所社製)によって測定することができる。
酸化性雰囲気中では、1100℃を超える温度で焼成すると、炭化珪素の酸化が促進され、アルミニウム-炭化珪素質複合体の熱伝導率が低下してしまう場合があるので、酸化性雰囲気中では、1100℃以下の温度で焼成することが好ましい。焼成時間は、焼結体の大きさ、焼成炉への投入量、焼成雰囲気等の条件に合わせて適宜決められる。
この様な構成は、第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の気孔率を20~50体積%、また第2相中に占める繊維状無機材料の気孔率を80~97体積%とすることで作製することができる。
ここで、従来公知の金属加工法としては、前記の平面研削方法、穴あけ加工方法に例示される機械加工法に限定されるものでなく、金属の加工に適用できるあらゆる方法をいう。
金属加工法のうち安価で生産性の高い汎用の機械加工法を適用する場合には、前記第2相からなる層の厚みとしては50μm以上が好ましく、1mm以上であることが一層好ましい。尚、その上限値に関しては、特に限定するべき理由がないが、20mmを越えるときには、例えば、半導体搭載用回路基板の放熱部品として用いるときに、高熱伝導、低熱膨張率であるという複合体の特徴を発揮することが出来ないおそれがある。また、第1相と第2相の熱膨張率の著しい違いにより、複合体の平面度の保持も難しくなる。よって、第2相からなる層の厚みは、好ましくは20mm以下である。
上記の実施形態の複合体の製造方法によれば、図1に示すような、平板状の多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体に金属が含浸されている第1相2と、繊維状無機材料に金属が含浸されている第2相3とが互いに隣接している構造を有し、第1相2中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合が50~80体積%であり、第2相3中に占める繊維状無機材料の割合が3~20体積%であることを特徴とする複合体1を得ることができる。
〔実施例1〕
平均粒径30μmの炭化珪素(屋久島電工社製:GS-500S)に、バインダーとしてシリカゾル(日産化学工業株式会社製:スノーテックス)を固形分濃度で5質量%添加し、混合し、プレス成形した後、空気中900℃で2時間焼成し、気孔率40%で、大きさ100mm×100mm×3mmの多孔質炭化珪素構造体を作製した。
冷却後、複合体を切り出した。ここで、第2相(アルミナ質のフェルトにアルミニウム合金が含浸された相)の厚みは2mmであった。破損状態を目視にて観察したが、何ら異常を認めなかった。
平均粒径220μm(大平洋ランダム株式会社製:NG-F80)、16μm(屋久島電工株式会社製:GC#750)、0.8μm(大平洋ランダム株式会社製、NG-4S)の炭化珪素を6:3:1の割合でブレンドし、バインダーとしてシリカゾル(日産化学工業株式会社製:スノーテックス)を固形分濃度で5質量%添加し、混合し、プレス成形した後、空気中900℃で2時間焼成し、気孔率25%で、大きさ100mm×100mm×3mmの多孔質炭化珪素構造体を作製した。
冷却後、複合体を切り出した。第2相(アルミナ質のフェルトにアルミニウム合金が含浸された相)の厚みは1.5mmであった。破損状態を目視にて観察したが、何ら異常を認めなかった。
平均粒径100μm(大平洋ランダム株式会社製、NG-F150)、11μm(屋久島電工株式会社製、GC-1000F)、炭化珪素を7:3の割合でブレンドし、バインダーとしてシリカゾル(日産化学工業株式会社製:スノーテックス)を固形分濃度で5質量%添加し、混合し、プレス成形した後、空気中900℃で2時間焼成し、気孔率45%で、大きさ100mm×100mm×3mmの多孔質炭化珪素構造体を作製した。
アルミナ質のフェルトを用いないこと以外は、実施例1と同じ操作を行い、得られた10個の複合体について、異常の有無を観察した。超音波探傷試験機にて複合体内部の多孔質炭化珪素構造体が短手方向全幅で割れているものが1個、外観目視にて複合体に3~10mm程度のクラックが認められたものが4個であった。なお、この場合の第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合は60体積%であった。
アルミナ質のフェルトの気孔率を75%とした以外は、実施例3と同じ操作を行い、得られた10個の複合体について、異常の有無を観察したところ、アルミナ質フェルト部にアルミニウム合金の未含浸が3個認められた。第2相(アルミナ質のフェルトにアルミニウム合金が含浸された相)の厚みは5mmであった。
実施例2と同様の操作にて気孔率15%の多孔質炭化珪素構造体を得ようとしたが作製不可であった。なお、ここで想定した第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合は85体積%であった。
実施例2と同様の操作にて気孔率60%の多孔質炭化珪素構造体を得ようとしたが作製不可であった。なお、ここで想定した第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合は40体積%であった。
アルミナ質のフェルトの気孔率をアルセンフェルト(気孔率90%)をほぐして気孔率98%とした以外は、実施例1と同じ操作を行い、得られた10個の複合体について、異常の有無を観察したところ、外観目視にて3~10mm程度のクラックが認められたものが4個であった。第2相(アルミナ質のフェルトにアルミニウム合金が含浸された相)の厚みは1mmであった。なお、この場合の第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合は60体積%であり、第2相中に占める繊維状無機材料の割合は2体積%であった。
2 第1相
3 第2相
4 貫通孔
5 金属層
Claims (9)
- 平板状の多孔質無機構造体に繊維状無機材料を隣接配置しながら金属を含浸させる複合体の製造方法において、
前記複合体が、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体、及び80~94体積%の気孔率を有する繊維状無機材料を用いることにより、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体に金属が含浸されている第1相と、繊維状無機材料に金属が含浸されている第2相とが互いに隣接している構造を有する複合体であり、
第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合が50~80体積%であり、
第2相中に占める繊維状無機材料の割合が6~20体積%であることを特徴とする複合体の製造方法。 - 金属を含浸させる方法がダイキャスト法又は溶湯鍛造法であることを特徴とする請求項1に記載の複合体の製造方法。
- 前記金属がアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合体の製造方法。
- 前記繊維状無機材料の厚みは0.5μm以上であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の複合体の製造方法。
- 繊維状無機材料が多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の周囲全面を覆う状態とするか、又は、多孔質炭化珪素セラミックス焼結体を繊維状無機材料2枚で挟む状態とすることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の複合体の製造方法。
- 20~50体積%の気孔率を有する平板状の多孔質炭化珪素セラミックス焼結体からなる多孔質無機構造体に金属が含浸されている第1相と、80~94体積%の気孔率を有する繊維状無機材料に金属が含浸されている第2相とが互いに隣接している構造を有し、
第1相中に占める多孔質炭化珪素セラミックス焼結体の割合が50~80体積%であり、
第2相中に占める繊維状無機材料の割合が6~20体積%であることを特徴とする複合体。 - 前記金属がアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項6に記載の複合体。
- 前記繊維状無機材料の厚みは0.5μm以上であることを特徴とする、請求項6又は7に記載の複合体。
- 前記第2相が前記第1相の周囲全面を覆う状態であるか、又は、前記第2相の表裏板面のみに前記第1相が形成された状態であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の複合体。
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