CN107614162B - 铜多孔体、铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法 - Google Patents

铜多孔体、铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种铜多孔体(10、110)，具有三维网状结构的骨架部(12)，该铜多孔体的特征在于，在所述骨架部(12)的表面具有通过氧化还原处理形成的氧化还原层，包括所述骨架部(12)及所述氧化还原层的整体的平均晶体粒径为所述骨架部的直径的5％以上。

Description

铜多孔体、铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复 合部件的制造方法
技术领域
本申请发明涉及一种由铜或铜合金构成的铜多孔体及该铜多孔体与部件主体接合而成的铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法。
本申请主张基于2015年6月12日于日本申请的专利申请2015-119694号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
上述铜多孔体及铜多孔复合部件例如用作各种电池中的电极及集流体、热交换器用部件、消音部件、过滤器、冲击吸收部件等。
例如，专利文献1中提出有一种金属多孔体，其将三维网状结构的金属多孔体的表面改性为多孔金属膜。
并且，专利文献2中提出有一种热交换部件，其在铜管表面烧结铜粉末来形成有铜多孔层。
在此，专利文献1中，通过对三维网状结构的金属多孔体进行氧化处理，来形成氧化膜，进而进行还原处理，从而将金属多孔体的表面改性为多孔金属膜。
并且，专利文献2中，将由铜或铜合金构成的粉末作为原料，通过粘合剂将原料粉末临时接合于铜管的表面，通过进行氧化处理及还原处理而形成铜多孔层。
专利文献1：日本专利第5166615号公报(B)
专利文献2：日本特开平11-217680号公报(A)
如专利文献1及专利文献2所记载，仅进行氧化还原处理的情况下，在所形成的氧化还原层中，晶体粒径非常微细。因此，在该氧化还原层的区域中，存在较多晶界，有可能导致传热性及导电性降低。并且，在呈三维网状结构的骨架部中，也完全没有提及到晶体粒径，晶体粒径较小的情况下，会导致传热性及导电性降低。
而且，专利文献1中，作为实施例记载有使用包含不锈钢的金属多孔体的情况，但尚未公开在包含铜或铜合金的金属多孔体中，通过在何种条件下进行氧化处理及还原处理，才可以对表面进行改性。
发明内容
本申请发明是将如上情况作为背景来完成的，其目的在于，提供一种传热性及导电性尤其优异的铜多孔体、该铜多孔体接合于部件主体而成的铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法。
为了解决这种课题，实现所述目的，本申请发明的一方式的铜多孔体(以下，称为“本申请发明的铜多孔体”)具有三维网状结构的骨架部，该铜多孔体的特征在于，在所述骨架部的表面具有通过氧化还原处理形成的氧化还原层，包括所述骨架部及所述氧化还原层的整体的平均晶体粒径为所述骨架部的直径的5％以上。
根据该结构的铜多孔体，在所述骨架部的表面具有通过氧化还原处理形成的氧化还原层，因此比表面积变大，可以大幅提高例如经由多孔体骨架表面的热交换效率等。
而且，包括所述骨架部及所述氧化还原层的整体的平均晶体粒径为所述骨架部的直径的5％以上，因此晶体粒径较大，所述骨架部及所述氧化还原层中晶界变少，传热性及导电性优异。
在此，本申请发明的铜多孔体中，优选所述骨架部为多个铜纤维的烧结体。
该情况下，能够在铜纤维彼此之间确保充分的空隙，并且抑制烧结时的收缩率，可以使气孔率变得较高。
并且，本申请发明的铜多孔体中，优选所述铜纤维的直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内，长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内。
该情况下，由于通过直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内、长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内的铜纤维彼此被烧结而构成，因此能够在铜纤维彼此之间确保充分的空隙，并且抑制烧结时的收缩率，可以使气孔率变高，而且尺寸精度优异。
本申请发明的另一方式的铜多孔复合部件(以下，称为“本申请发明的铜多孔复合部件”)，其特征在于，由部件主体与上述的铜多孔体接合而成。
根据该结构的铜多孔复合部件，比表面积较大且传热性及导电性优异的铜多孔体与部件主体牢固地接合，因此在经由多孔体骨架表面的热交换效率等优异的铜多孔体单元的特性基础上，作为铜多孔复合部件，发挥优异的传热特性及导电性等各种特性。
在此，本申请发明的铜多孔复合部件中，优选所述部件主体中与所述铜多孔体的接合面由铜或铜合金构成，所述铜多孔体与所述部件主体通过烧结来接合。
该情况下，所述铜多孔体与所述部件主体通过烧结来一体结合，因此所述铜多孔体与所述部件主体牢固地接合，作为铜多孔复合部件，发挥优异的强度、传热特性及导电性等各种特性。
本申请发明的另一方式的铜多孔体的制造方法(以下，称为“本申请发明的铜多孔体的制造方法”)，其特征在于，制造上述铜多孔体，具备：氧化还原处理工序，对所述骨架部进行氧化还原处理来形成所述氧化还原层；及再结晶工序，使所述骨架部及所述氧化还原层再结晶。
根据该结构的铜多孔体的制造方法，具备：氧化还原处理工序，对所述骨架部进行氧化还原处理来形成所述氧化还原层；及再结晶工序，使所述骨架部及所述氧化还原层再结晶，因此，再结晶工序中，能够使所述骨架部及所述氧化还原层的晶粒粗大化，可以制造传热性及导电性优异的铜多孔体。
在此，本申请发明的铜多孔体的制造方法中，可以烧结铜原料来形成所述骨架部。
该情况下，通过烧结铜原料，能够形成具有三维网状结构的骨架部，能够得到由烧结体构成的铜多孔体。
并且，本申请发明的铜多孔体的制造方法中，优选在所述氧化还原处理工序之前，进行所述骨架部的均质化处理。
该情况下，在所述氧化还原处理工序之前，进行所述骨架部的均质化处理，由此可以使所述骨架部中的晶粒预先粗大化。并且，通过基于骨架部的粗大的晶粒使氧化还原层的晶粒成长，从而能够使氧化还原层的晶粒也粗大化。另外，烧结铜原料来形成所述骨架部的情况下，也可以对形成骨架部的铜原料进行均质化处理。
本申请发明的另一方式的铜多孔复合部件的制造方法(以下，称为“本申请发明的铜多孔复合部件的制造方法”)，制造部件主体与铜多孔体接合而成的铜多孔复合部件，该制造方法的特征在于，具备接合工序，对通过上述铜多孔体的制造方法制造的铜多孔体与所述部件主体进行接合。
根据该结构的铜多孔复合部件的制造方法，具备与通过上述铜多孔体的制造方法制造的铜多孔体相同的气孔率较高且强度优异的铜多孔体，可以制造传热特性及导电性等各种特性优异的铜多孔复合部件。
在此，本申请发明的铜多孔复合部件的制造方法中，优选所述部件主体中接合所述铜多孔体的接合面由铜或铜合金构成，通过烧结对所述铜多孔体与所述部件主体进行接合。
该情况下，通过烧结能够使所述部件主体与所述铜多孔体一体化，可以制造传热特性及导电性等各种特性优异的铜多孔复合部件。
根据本申请发明，能够提供一种传热性及导电性尤其优异的铜多孔体、该铜多孔体接合于部件主体而成的铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法。
附图说明
图1是本申请发明的第一实施方式的铜多孔体的放大示意图。
图2是表示图1所示的铜多孔体的局部放大观察照片。
图3是表示图1所示的铜多孔体的制造方法的一例的流程图。
图4是表示制造图1所示的铜多孔体的制造工序的说明图。
图5是本申请发明的第二实施方式的铜多孔复合部件的外观说明图。
图6是表示图5所示的铜多孔复合部件的制造方法的一例的流程图。
图7是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图8是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图9是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图10是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图11是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图12是本申请发明的其他实施方式的铜多孔复合部件的外观图。
图13是本申请发明例8的铜多孔体的EBSD观察照片。
图14是比较例2的铜多孔体的EBSD观察照片。
具体实施方式
以下，参考附图，对本申请发明的实施方式的铜多孔体、铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法进行说明。
(第一实施方式)
首先，参考图1至图4，对本申请发明的第一实施方式的铜多孔体10进行说明。
如图1所示，本实施方式的铜多孔体10具有多个铜纤维11烧结而成的骨架部12。
在此，铜纤维11由铜或铜合金构成，直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内，长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内。本实施方式中，铜纤维11例如由C1100(韧铜)构成。
另外，本实施方式中，对铜纤维11施加扭转或弯曲等形状赋予。
并且，本实施方式的铜多孔体10中，其表观密度DA为铜纤维11的真密度DT的51％以下。关于铜纤维11的形状，所述表观密度DA只要是铜纤维11的真密度DT的51％以下，则为直线状、曲线状等任意形状，但若铜纤维11的至少一部分使用通过扭转加工或弯曲加工等施加了规定的形状赋予加工的铜纤维，则能够立体且各向同性地形成纤维彼此之间的空隙形状，其结果，带来铜多孔体10的传热特性及导电性等各种特性的各向同性的提高。
并且，本实施方式的铜多孔体10中，在骨架部12(铜纤维11)的表面形成有氧化还原层，在铜纤维11、11彼此的结合部中，形成于彼此表面的氧化还原层彼此一体结合。
另外，该氧化还原层为多孔结构，在骨架部12(铜纤维11)的表面产生微细的凹凸。由此，铜多孔体10整体的比表面积为0.01m2/g以上，气孔率在50％以上且90％以下的范围内。
虽然没有特别限定，但铜多孔体10整体的比表面积的上限值为0.50m2/g。
并且，虽然没有特别限定，但优选铜多孔体10整体的比表面积的范围为0.03m2/g～0.40m2/g，更优选为0.05m2/g～0.30m2/g。同样地，虽然没有特别限定，但气孔率的范围为60％～90％，更优选为70％～90％。
而且，本实施方式的铜多孔体10中，如图2所示，骨架部12及氧化还原层的晶粒粗大化，包括骨架部12及氧化还原层的整体的平均晶体粒径为骨架部12的直径的5％以上。这样，通过使晶粒粗大化，在包括骨架部12及氧化还原层的铜多孔体10整体中存在的晶界减少。并且，本实施方式中，包括骨架部12及氧化还原层的整体的平均晶体粒径在骨架部12的直径的5％以上且300％以下的范围内。
接着，参考图3的流程图及图4的工序图等，对本实施方式的铜多孔体10的制造方法进行说明。
首先，对成为原料的铜纤维11进行均质化处理(均质化处理工序S00)。
本实施方式中的均质化处理工序S00中，在惰性气氛(例如氩、氮等)下，以300℃以上且1080℃以下，进行5分钟以上且24小时以下的热处理之后进行炉冷。
在此，均质化处理工序S00中的保持温度小于300℃，很难使晶粒粗大化，超过1080℃的情况下，再结晶完全进行，有可能导致不能实现进一步的晶粒的粗大化。
根据以上内容，本实施方式中，将均质化处理工序S00中的保持温度设定在300℃以上且1080℃以下的范围内。另外，为了可靠地使铜纤维11的晶粒粗大化，优选将均质化处理工序S00中的保持温度的下限设为500℃，将保持温度的上限设为1000℃。
并且，均质化处理工序S00中的保持时间小于5分钟的情况下，有可能导致再结晶进行不充分。超过24小时的情况下，再结晶完全进行，有可能导致不能实现进一步的晶粒的粗大化。
根据以上内容，本实施方式中，将均质化处理工序S00中的保持时间设定在5分钟以上且24小时以下的范围内。另外，为了可靠地使铜纤维11的晶粒粗大化，优选将均质化处理工序S00中的保持时间的下限设为30分钟，将保持时间的上限设为18小时。
接着，如图4所示，从散布机31朝向不锈钢制容器32内散布并堆积填充施加了均质化处理的铜纤维11，层叠铜纤维11(铜纤维层叠工序S01)。
在此，在该铜纤维层叠工序S01中，以填充后的堆积密度DP成为铜纤维11的真密度DT的50％以下的方式层叠配置多个铜纤维11。另外，本实施方式中，对铜纤维11施加扭转加工或弯曲加工等形状赋予加工，因此层叠时铜纤维11彼此之间确保立体且各向同性的空隙。
接着，对堆积填充到不锈钢制容器32内的铜纤维11进行氧化还原处理(氧化还原处理工序S02)。
如图3及图4所示，在该氧化还原处理工序S02中，具备进行铜纤维11的氧化处理的氧化处理工序S21及对已氧化处理的铜纤维11进行还原烧结的还原处理工序S22。
本实施方式中，如图4所示，将填充有铜纤维11的不锈钢制容器32装入加热炉33内，在大气气氛下加热来对铜纤维11进行氧化处理(氧化处理工序S21)。通过该氧化处理工序S21，在铜纤维11的表面形成例如厚度为1μm以上且100μm以下的氧化物层。
本实施方式中的氧化处理工序S21的条件是，保持温度在520℃以上且900℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且300分钟以下的范围内。
在此，氧化处理工序S21中的保持温度小于520℃的情况下，有可能导致不能在铜纤维11的表面上充分形成氧化物层。另一方面，氧化处理工序S21中的保持温度超过900℃的情况下，氧化进行至铜纤维11的内部，有可能导致晶粒不会粗大化。
根据以上内容，本实施方式中，将氧化处理工序S21中的保持温度设定为520℃以上且900℃以下。另外，为了在铜纤维11的表面可靠地形成氧化物层，优选将氧化处理工序S21中的保持温度的下限设为600℃，将保持温度的上限设为850℃。
并且，氧化处理工序S21中的保持时间小于5分钟的情况下，有可能导致不能在铜纤维11的表面充分形成氧化物层。另一方面，氧化处理工序S21中的保持时间超过300分钟的情况下，导致氧化进行至铜纤维11的内部，有可能不能使晶粒充分粗大化。
根据以上内容，本实施方式中，将氧化处理工序S21中的保持时间设定在5分钟以上且300分钟以下的范围内。另外，为了在铜纤维11的表面可靠地形成氧化物层，优选将氧化处理工序S21中的保持时间的下限设为10分钟。并且，为了可靠地抑制氧化至铜纤维11的内部，优选将氧化处理工序S21中的保持时间的上限设为100分钟。
接着，本实施方式中，如图4所示，实施氧化处理工序S21之后，将填充有铜纤维11的不锈钢制容器32装入加热炉34内，在还原气氛下进行加热，对已氧化的铜纤维11进行还原处理来形成氧化还原层，并且结合铜纤维11彼此来形成骨架部12(还原处理工序S22)。
本实施方式中的还原处理工序S22的条件是，气氛为氩与氢的混合气体气氛，保持温度在600℃以上且1080℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且300分钟以下的范围内。
在此，还原处理工序S22中的保持温度小于600℃的情况下，有可能导致不能充分还原形成于铜纤维11表面的氧化物层。另一方面，还原处理工序S22中的保持温度超过1080℃的情况下，加热至接近铜的熔点，有可能导致比表面积及气孔率降低。
根据以上内容，本实施方式中，将还原处理工序S22中的保持温度设定为600℃以上且1080℃以下。另外，为了可靠地还原形成于铜纤维11表面的氧化物层，优选将还原处理工序S22中的保持温度的下限设为650℃。并且，为了可靠地抑制比表面积及气孔率降低，优选将还原处理工序S22中的保持温度的上限设为1050℃。
并且，还原处理工序S22中的保持时间小于5分钟的情况下，有可能导致不能充分地还原形成于铜纤维11表面的氧化物层，并且有可能导致烧结不充分。另一方面，还原处理工序S22中的保持时间超过300分钟的情况下，有可能导致烧结引起的热收缩变大，并且比表面积及气孔率降低。
根据以上内容，本实施方式中，将还原处理工序S22中的保持时间设定在5分钟以上且300分钟以下的范围内。另外，为了可靠地还原形成于铜纤维11表面的氧化物层，并且充分地进行烧结，优选将还原处理工序S22中的保持时间的下限设为10分钟。并且，为了可靠地抑制烧结引起的热收缩或比表面积及气孔率降低，优选将还原处理工序S22中的保持时间的上限设为100分钟。
通过该氧化处理工序S21及还原处理工序S22，在铜纤维11(骨架部12)的表面形成氧化还原层，产生微细的凹凸。
并且，通过氧化处理工序S21在铜纤维11表面形成氧化物层，通过该氧化物层多个铜纤维11彼此进行交联。之后，通过进行还原处理工序S22，形成于铜纤维11表面的氧化物层被还原，形成上述氧化还原层，并且该氧化还原层彼此结合，由此铜纤维11彼此进行烧结来形成骨架部12。
接着，通过氧化还原处理工序S02形成骨架部12及氧化还原层之后，将填充有铜纤维11的不锈钢制容器32装入热处理炉35内，进行骨架部12及氧化还原层的再结晶处理(再结晶工序S03)。
本实施方式中的再结晶工序S03的条件为，在还原气氛或者惰性气体气氛(本实施方式中为N2气氛)下，保持温度在300℃以上且1080℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且24小时以下的范围内。
通过该再结晶工序S03，使骨架部12及氧化还原层的晶粒粗大化，使包括骨架部12及氧化还原层的整体的平均晶体粒径成为骨架部12的直径的5％以上。
在此，再结晶工序S03中的保持温度小于300℃的情况下，有可能导致再结晶进行不充分。另一方面，再结晶工序S03中的保持温度超过1080℃的情况下，再结晶完全进行，不能实现进一步的晶粒的粗大化。并且，加热至接近铜的熔点，不能维持形状，并且有可能引起比表面积及气孔率的降低。
根据以上内容，本实施方式中，将再结晶工序S03中的保持温度设定在300℃以上且1080℃以下。
并且，再结晶工序S03中的保持时间小于5分钟的情况下，有可能导致再结晶进行不充分。另一方面，再结晶工序S03中的保持时间超过24小时的情况下，因烧结引起的热收缩变大而不能维持形状，有可能导致比表面积及气孔率降低。
根据以上内容，本实施方式中，将再结晶工序S03中的保持时间设定在5分钟以上且24小时以下的范围内。
而且，为了维持通过氧化还原层形成的凹凸，确保较大的比表面积，优选设为低温下长时间或者高温下短时间的条件，具体而言，优选再结晶工序S03中的保持温度T(℃)与保持时间H(分钟)的积T×H为1000000以下，进一步优选为600000以下。并且，为了可靠地使骨架部12及氧化还原层再结晶，优选(T-300)×H为5000以上，进一步优选为10000以上。
通过如上制造方法，铜纤维11、11彼此烧结而形成骨架部12，并且在骨架部12(铜纤维11)的表面形成氧化还原层。而且，通过再结晶工序S03使骨架部12及氧化还原层的晶粒粗大化，由此制造本实施方式的铜多孔体10。
根据如上结构的本实施方式的铜多孔体10，包括骨架部12及氧化还原层的整体的平均晶体粒径为骨架部12的直径的5％以上，本实施方式中，在骨架部12的直径的5％以上且300％以下的范围内，因此晶体粒径较大晶界变少，传热性及导电性优异。
并且，根据本实施方式的铜多孔体10，通过烧结出直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内、长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内的铜纤维11来形成了骨架部12，因此能够在铜纤维11彼此之间确保充分的空隙，并且抑制烧结时的收缩率，气孔率较高且尺寸精度优异。
并且，本实施方式中，具备以堆积密度DP成为铜纤维11的真密度DT的50％以下的方式层叠配置直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内、长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内的铜纤维11的铜纤维层叠工序S01，因此能够确保铜纤维11彼此之间的空隙，可以抑制收缩。由此，能够制造气孔率较高且尺寸精度优异的铜多孔体10。
具体而言，通过以堆积密度DP成为铜纤维11的真密度DT的50％以下的方式层叠配置并进行烧结而制造的铜多孔体10的表观密度DA为铜纤维11的真密度DT的51％以下，因此可以抑制烧结时的收缩，确保较高的气孔率。
在此，铜纤维11的直径R小于0.02mm的情况下，铜纤维11彼此的接合面积较小，有可能导致烧结强度不足。另一方面，铜纤维11的直径R超过1.0mm的情况下，铜纤维11彼此接触的触点的数量不足，仍然有可能导致烧结强度不足。
根据以上内容，本实施方式中，将铜纤维11的直径R设定在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内。另外，为了进一步提高强度，优选将铜纤维11的直径R的下限设为0.05mm，优选将铜纤维11的直径R的上限设为0.5mm。
并且，铜纤维11的长度L与直径R之比L/R小于4的情况下，层叠配置时难以使堆积密度DP成为铜纤维11的真密度DT的50％以下，有可能导致难以得到气孔率较高的铜多孔体10。另一方面，铜纤维11的长度L与直径R之比L/R超过2500的情况下，不能均匀地分散铜纤维11，有可能导致难以得到具有均匀的气孔率的铜多孔体10。
根据以上内容，本实施方式中，将铜纤维11的长度L与直径R之比L/R设定在4以上且2500以下的范围内。另外，为了进一步提高气孔率，优选将铜纤维11的长度L与直径R之比L/R的下限设为10。并且，为了可靠地得到气孔率均匀的铜多孔体10，优选将铜纤维11的长度L与直径R之比L/R上限设为500。
并且，根据本实施方式的铜多孔体的制造方法，具备使铜纤维11氧化的氧化处理工序S21及对已氧化的铜纤维11进行还原的还原处理工序S22，因此能够在铜纤维11(骨架部12)的表面形成氧化还原层。
而且，根据本实施方式的铜多孔体的制造方法，具备进行骨架部12及氧化还原层的再结晶处理的再结晶工序S03，因此能够使骨架部12及氧化还原层的晶粒粗大化，能够使包括骨架部12及氧化还原层的整体的平均晶体粒径成为骨架部12的直径的5％以上。
另外，本实施方式中，作为形成骨架部12的烧结原料，使用铜纤维11，因此非氧化还原区域相对于形成在表面的氧化还原层所占的比例变大，能够抑制晶体粒径变得微细。
而且，根据本实施方式的铜多孔体的制造方法，在氧化还原处理工序S02之前，具备进行形成骨架部12的铜纤维11的均质化处理的均质化处理工序S00，因此可以使骨架部12中的晶粒预先粗大化。并且，通过骨架部12的粗大的晶粒为依据使氧化还原层的晶粒成长，从而能够使氧化还原层的晶粒也粗大化。
(第二实施方式)
接着，参考附图，对本申请发明的第二实施方式的铜多孔复合部件100进行说明。
图5示出本实施方式的铜多孔复合部件100。该铜多孔复合部件100具备包含铜或铜合金的铜板120(部件主体)及接合于该铜板120表面的铜多孔体110。
在此，与第一实施方式相同地，本实施方式的铜多孔体110由多个铜纤维进行烧结来形成骨架部。在此，铜纤维由铜或铜合金构成，直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内，长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内。本实施方式中，铜纤维例如由C1100(韧铜)构成。
另外，本实施方式中，对铜纤维施加扭转或弯曲等形状赋予。并且，本实施方式的铜多孔体110中，其表观密度DA为铜纤维的真密度DT的51％以下。
而且，本实施方式中，通过进行如后述的氧化还原处理(氧化处理及还原处理)，在构成铜多孔体110的铜纤维(骨架部)及铜板120的表面上形成有氧化还原层，由此，在铜纤维(骨架部)及铜板120的表面产生微细的凹凸。本实施方式中，铜多孔体110整体的比表面积为0.01m2/g以上，气孔率在50％以上且90％以下的范围内。
虽然没有特别限定，但铜多孔体10整体的比表面积的上限值为0.50m2/g。
并且，虽然没有特别限定，但优选的铜多孔体10整体的比表面积的范围为0.03m2/g～0.40m2/g，更优选0.05m2/g～0.30m2/g。同样，虽然没有特别限定，但气孔率的范围为60％～90％，更优选70％～90％。
并且，构成铜多孔体110的铜纤维与铜板120的表面的结合部中，形成于铜纤维表面的氧化还原层与形成于铜板表面的氧化还原层一体结合。
而且，本实施方式中，铜多孔体110的骨架部及氧化还原层的晶粒被粗大化，包括骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径为骨架部的直径的5％以上。这样，通过使晶粒粗大化，在包括骨架部及氧化还原层的铜多孔体110整体中存在的晶界减少。并且，本实施方式中，包括骨架部及氧化还原层的铜多孔体110整体的平均晶体粒径在骨架部的直径的5％以上且300％以下的范围内。
接着，参考图6的流程图，对制造本实施方式的铜多孔复合部件100的方法进行说明。
首先，准备部件主体即铜板120(铜板配置工序S100)。接着，在该铜板120的表面分散并层叠配置铜纤维(铜纤维层叠工序S101)。在此，在该铜纤维层叠工序S101中，以堆积密度DP成为铜纤维的真密度DT的50％以下的方式层叠配置多个铜纤维。
接着，对层叠配置于铜板120表面的铜纤维彼此进行烧结来成型铜多孔体110，并且结合铜多孔体110与铜板120(烧结工序S102及接合工序S103)。如图6所示，该烧结工序S102及接合工序S103具备对铜纤维及铜板120进行氧化处理的氧化处理工序S121及对已氧化处理的铜纤维及铜板120进行还原烧结的还原处理工序S122。
本实施方式中，将层叠配置有铜纤维的铜板120装入加热炉内，在大气气氛下进行加热来对铜纤维进行氧化处理(氧化处理工序S121)。通过该氧化处理工序S121，在铜纤维及铜板120的表面形成例如厚度1μm以上且100μm以下的氧化物层。
在此，本实施方式中的氧化处理工序S121的条件是，保持温度在520℃以上且900℃以下的范围内，优选在600℃以上且850℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且300分钟以下的范围内，优选在10分钟以上且100分钟以下的范围内。
接着，本实施方式中，实施氧化处理工序S121之后，将层叠配置有铜纤维的铜板120装入煅烧炉内，在还原气氛下进行加热，对已氧化的铜纤维及铜板120进行还原处理，结合铜纤维彼此，并且结合铜纤维与铜板120(还原处理工序S122)。
在此，本实施方式中的还原处理工序S122的条件是气氛为氮与氢的混合气体气氛，保持温度在600℃以上且1080℃以下的范围内，优选在650℃以上且1050℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且300分钟以下的范围内，优选在10分钟以上且100分钟以下的范围内。
通过该氧化处理工序S121及还原处理工序S122，在铜纤维(骨架部)及铜板120的表面形成氧化还原层，产生微细的凹凸。
并且，通过氧化处理工序S121在铜纤维(骨架部)及铜板120的表面形成氧化物层，通过该氧化物层多个铜纤维彼此及铜板120进行交联。之后，通过进行还原处理S122，形成于铜纤维(骨架部)及铜板120表面的氧化物层进行还原，经由氧化还原层铜纤维彼此进行烧结来形成骨架部，并且使铜纤维与铜板120结合。
接着，为了使骨架部及氧化还原层的晶粒粗大化，进行再结晶处理(再结晶工序S104)。
本实施方式中的再结晶工序S104的条件为，在还原气氛或者惰性气体气氛下，保持温度在300℃以上且1080℃以下的范围内，保持时间在5分钟以上且24小时以下的范围内。通过该再结晶工序S104，使骨架部及氧化还原层的晶粒粗大化，使包括骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径成为骨架部的直径的5％以上。
通过如上制造方法，制造本实施方式的铜多孔复合部件100。
根据如上结构的本实施方式的铜多孔复合部件100，包括铜多孔体110的骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径为骨架部的直径的5％以上，因此晶体粒径较大，骨架部及氧化还原层中晶界变少，传热性及导电性优异。
并且，本实施方式的铜多孔复合部件100中，在铜板120的表面接合有烧结直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内、长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内的铜纤维而成的气孔率较高且强度和尺寸精度优异的铜多孔体110，传热特性及导电性等各种特性优异。
而且，本实施方式中，在构成铜多孔体110的铜纤维及铜板120的表面形成有氧化还原层，铜多孔体110整体的比表面积为0.01m2/g以上，气孔率在50％以上且90％以下的范围内，可以大幅提高经由多孔体骨架表面的热交换效率等。
并且，本实施方式中，构成铜多孔体110的铜纤维与铜板120表面的结合部中，形成于铜纤维表面的氧化还原层与形成于铜板120表面的氧化还原层一体结合，因此铜多孔体110与铜板120坚固地接合，接合界面的强度、传热特性及导电性等各种特性优异。
根据本实施方式的铜多孔复合部件100的制造方法，具备进行骨架部及氧化还原层的再结晶处理的再结晶工序S104，因此能够使骨架部及氧化还原层的晶粒粗大化，能够使包括骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径成为骨架部的直径的5％以上。
并且，根据本实施方式的铜多孔复合部件100的制造方法，在包含铜或铜合金的铜板120的表面层叠配置铜纤维，同时实施烧结工序S102及接合工序S103，因此可以简化制造工艺。
以上，对本申请发明的实施方式进行了说明，但本申请发明并不限定于此，可以在不脱离本发明的技术思想的范围内进行适当变更。
例如，使用图4所示的制造设备，作为制造铜多孔体的制造设备进行了说明，但并不限定于此，也可以使用其他的制造设备制造铜多孔体。
关于氧化处理工序S21、S121的气氛，只要是在规定温度下氧化铜或铜合金的氧化性气氛即可，具体而言，不限于大气中，只要为惰性气体(例如，氮或氩等)中含有10体积％以上的氧的气氛即可。并且，关于还原处理工序S22、S122的气氛，也同样只要是在规定温度下铜氧化物还原成金属铜或分解氧化铜的还原性气氛即可，具体而言，还能够优选使用含几体积％以上的氢的氮-氢混合气体、氩-氢混合气体、纯氢气体、或者常用于工业的氨分解气体、丙烷分解气体等。
而且，本实施方式中，说明了通过烧结铜纤维来形成铜多孔体的骨架部的情况，但并不限定于此，也可以准备纤维无纺布或金属过滤器等铜多孔体，对该铜多孔体进行氧化还原处理及再结晶处理。并且，在进行氧化还原处理之前，可以对纤维无纺布或金属过滤器等铜多孔体进行均质化处理。
并且，本实施方式中，说明了使用包括韧铜(JIS C1100)或者无氧铜(JIS C1020)的铜纤维的情况，但不限定于此，作为铜纤维11的材质，能够适宜地使用磷脱氧铜(JISC1201，C1220)、含银铜(例如Cu-0.02～0.5质量％Ag)、铬铜(例如Cu-0.02～1.0质量％Cr)、锆铜(例如Cu-0.02～1.0质量％Zr)、含锡铜(例如Cu-0.1～1.0质量％Sn)等。尤其在200℃以上的高温环境下使用的情况下，优选使用高温强度优异的含银铜、铬铜、含锡铜、锆铜等。
并且，第二实施方式中，以图5所示的结构的铜多孔复合部件进行了举例说明，但并不限定于此，也可以为如图7至图12所示的结构的铜多孔复合部件。
例如，如图7所示，也可以为在铜多孔体210中作为部件主体插入有多个铜管220的结构的铜多孔复合部件200。
或者，如图8所示，也可以为铜多孔体310中作为部件主体插入有弯曲成U字状的铜管320的结构的铜多孔复合部件300。
而且，如图9所示，也可以为在作为部件主体的铜管420的内周面接合有铜多孔体410的结构的铜多孔复合部件400。
并且，如图10所示，也可以为在作为部件主体的铜管520的外周面接合有铜多孔体510的结构的铜多孔复合部件500。
而且，如图11所示，也可以为在作为部件主体的铜管620的内周面及外周面接合有铜多孔体610的结构的铜多孔复合部件600。
并且，如图12所示，也可以在作为部件主体的铜板720的两面接合有铜多孔体710的结构的铜多孔复合部件700。
实施例
以下，对为了确认本申请发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
使用表1所示的原料制造了具有三维网状结构的骨架部的铜多孔体。另外，本发明例11中，使用了由无纺布构成的多孔材料。
并且，本发明例8中，在氧化还原处理工序之前，在氮气氛下以900℃进行了24小时的均质化处理。
而且，在表2所示的条件下进行氧化还原处理及再结晶处理，制造了宽度30mm×长度200mm×厚度5mm的铜多孔体。另外，比较例中，省略了再结晶处理。
而且，对得到的铜多孔体，评价了骨架部的直径(骨架径)、气孔率、平均晶体粒径、比表面积、相对拉伸强度、相对导电率。表3示出评价结果。另外，以下示出评价方法。
并且，将本发明例8的EBSD观察结果示于图13中，将比较例2的EBSD观察结果示于图14中。
(骨架径R)
铜多孔体中的骨架径R使用了利用Malvern Instruments Ltd制粒子分析装置“Morphologi G3”，根据JIS Z 8827-1，通过图像解析计算出的等效圆直径(Heywood径)R＝(A/π)0.5×2的平均值。
(表观密度比DA/DT及气孔率P)
测定得到的铜多孔体的质量M(g)、体积V(cm3)、构成铜多孔体的铜纤维的真密度DT(g/cm3)，通过以下的式子计算出了表观密度比DA/DT及气孔率P(％)。另外，真密度DT利用精密天平通过水中法来进行了测定。
DA/DT＝M/(V×DT)
P＝(1-(M/(V×DT)))×100
(比表面积AS)
铜多孔体的比表面积AS(m2/g)使用了依据JIS Z8830，通过利用氪气的BET法测定的值。
(平均晶体粒径DC)
对样品进行了切割、研磨、蚀刻处理之后，通过EBSD装置(TSL solutions公司制)进行了晶体粒径的测定。此时，将气孔部除外的全部材料的面积设为S，将各晶粒的粒径设为d1、d2、d3、……的情况下的各自的面积设为s1、s2、s3，……，通过以下的式子计算出了平均晶体粒径DC。
DC＝d1×(s1/S)+d2×(s2/S)+d2×(s2/S)+……
(相对拉伸强度SR)
将得到的铜多孔体加工成宽度10mm×长度100mm×厚度5mm的试验片之后，利用Instron型拉伸试验机来进行拉伸试验，将最大拉伸荷载Smax(N)除以外观上的试样截面积50mm2来测定了最大拉伸强度S(N/mm2)。通过所述测定得到的最大拉伸强度S因表观密度而改变，因此本实施例中，将所述最大拉伸强度S(N/mm2)以所述表观密度比DA/DT标准化之后的值S/(DA/DT)定义为相对拉伸强度SR(N/mm2)来进行了比较。
(相对导电率CR)
从得到的铜多孔体切割出宽度10mm×长度500mm×厚度5mm的样品，根据JISC2525通过四端子法测定了导电率C1(S/m)。并且，根据由构成铜多孔体的铜或铜合金构成的块状材料的导电率C2(S/m)和铜多孔体的表观密度比DA/DT，通过以下的式子，求出了相对导电率CR(％)。
CR(％)＝C1/(C2×(DA/DT))×100
(相对导电率与相对拉伸强度之比RCS)
根据如上述计算出的相对导电率CR及相对拉伸强度SR，通过下述式子，计算出了相对导电率与相对拉伸强度之比RCS。
RCS＝CR/SR
[表1]
Figure GDA0001449482270000151
[表2]
Figure GDA0001449482270000161
[表3]
Figure GDA0001449482270000171
未施加再结晶工序的比较例中，包括骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径较小，为骨架部的直径的2.2％以下，相对导电率与相对拉伸强度之比RCS减小。
相对于此，实施了再结晶工序的本发明例中，包括骨架部及氧化还原层的整体的平均晶体粒径为骨架部的直径的5％以上，相对导电率与相对拉伸强度之比RCS增大。
根据以上内容可确认到，根据本发明例，可提供一种传热性及导电性尤其优异的铜多孔体。
产业上的可利用性
能够提供一种传热性及导电性尤其优异的铜多孔体、该铜多孔体接合于部件主体而成的铜多孔复合部件、铜多孔体的制造方法及铜多孔复合部件的制造方法，例如能够适用于各种电池中的电极及集流体、热交换器用部件、消音部件、过滤器、冲击吸收部件等。
符号说明
10、110-铜多孔体，11-铜纤维，12-骨架部，100-铜多孔复合部件，120-铜板(部件主体)。

Claims (8)

1.一种铜多孔体，具有三维网状结构的骨架部，该铜多孔体的特征在于，
在所述骨架部的表面具有通过氧化还原处理形成的氧化还原层，
包括所述骨架部及所述氧化还原层的整体的平均晶体粒径为所述骨架部的直径的5％以上且300％以下，
所述骨架部为多个铜纤维的烧结体，
所述铜纤维的直径R在0.05mm以上且1.0mm以下的范围内，长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内。
2.一种铜多孔复合部件，其特征在于，
由部件主体与权利要求1所述的铜多孔体接合而成。
3.根据权利要求2所述的铜多孔复合部件，其特征在于，
所述部件主体中与所述铜多孔体的接合面由铜或铜合金构成，所述铜多孔体与所述部件主体通过烧结来接合。
4.一种铜多孔体的制造方法，其特征在于，制造权利要求1所述的铜多孔体，具备：
氧化还原处理工序，对所述骨架部进行氧化还原处理来形成所述氧化还原层；及再结晶工序，使所述骨架部及所述氧化还原层再结晶。
5.根据权利要求4所述的铜多孔体的制造方法，其特征在于，
烧结铜原料来形成所述骨架部。
6.根据权利要求4或5所述的铜多孔体的制造方法，其特征在于，
在所述氧化还原处理工序之前，进行所述骨架部的均质化处理。
7.一种铜多孔复合部件的制造方法，制造部件主体与铜多孔体接合而成的铜多孔复合部件，该制造方法的特征在于，
具备接合工序，对通过权利要求4至6中任一项所述的铜多孔体的制造方法制造的铜多孔体与所述部件主体进行接合。
8.根据权利要求7所述的铜多孔复合部件的制造方法，其特征在于，
所述部件主体中接合所述铜多孔体的接合面由铜或铜合金构成，通过烧结对所述铜多孔体与所述部件主体进行接合。
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