DE102016221300A1

DE102016221300A1 - Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102016221300A1
Application number: DE102016221300.8A
Authority: DE
Inventors: Katsuyoshi Kondoh; Yasufumi Otsuka; Satoru Yoshinaga
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: DE102016221300B4; US11607729B2; US20170120340A1; US20210213527A1; JP2017082311A; JP6342871B2

Abstract

Ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial umfasst eine Vielzahl von groben kristallinen Körnern (3) aus reinem Aluminium und eine Vielzahl von feinen kristallinen Körnern (4), die jeweils eine Aluminiummatrix (1) und ein Dispersionsmaterial (2), das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additiv mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen. Die feinen kristallinen Körner liegen neben den groben kristallinen Körnern vor, und die feinen kristallinen Körner weisen kristalline Korndurchmesser auf, die kleiner sind als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial und ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials. Die vorliegende Erfindung betrifft spezifisch ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, welches Verbesserungen im Hinblick auf die Festigkeit und die Dehnung erreicht, während die elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird, und ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials.
STAND DER TECHNIK
Als hauptsächliches Leitermaterial eines elektrischen Kabels, das in einem Automobil-Kabelbaum usw. verwendet wird, ist Kupfer verwendet worden. Aufgrund des Bedarfs für eine Verringerung des Gewichts von solchen Leitern ist zwischenzeitlich auch Aluminium Beachtung geschenkt worden. Obwohl Kupfer im Hinblick auf die Zugfestigkeit und die elektrische Leitfähigkeit herausragend ist, besitzt Kupfer das Problem, dass es eine hohe Dichte besitzt. Im Gegensatz hierzu besitzt Aluminium eine geringe Dichte, weist jedoch das Problem unzureichender Festigkeit auf. Entsprechend sind Untersuchungen durchgeführt worden, die nach einem Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und der Festigkeit suchen, indem Aluminium mit anderen Materialien kombiniert wird.
Bisher ist ein auf einer Aluminiumlegierung basierendes Kompositmaterial vorgeschlagen worden, dessen Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit verbessert sind, indem Metall- oder Keramik-beschichtete Kohlenstoff-Nanoröhrchen (carbon nanotubes, CNTs) in eine Matrix einer Aluminiumlegierung eingearbeitet werden (siehe Japanisches Patent Nr. 4409872 ). Ferner ist ein Walzdraht vorgeschlagen worden, der CNTs, die in einem Aluminiummaterial dispergiert sind, enthält. Der Walzdraht weist eine Einschlussstruktur auf, die einen Wandbereich, der die CNTs enthält, und einen Innenbereich der Wand, der von dem Wandbereich umgeben wird und aus einem Aluminiummaterial und unvermeidbaren Verunreinigungen hergestellt ist, enthält (siehe die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-171291 ). Ferner ist ein Kompositleiter vorgeschlagen worden, der umfasst: eine innere Schicht mit kristallinen Körnern aus Aluminium oder einer auf Aluminium basierenden Legierung und einem Nanopartikel, der in einer Korngrenze zwischen den kristallinen Körnern vorliegt; und eine externe Schicht, die die innere Schicht umgibt und kristalline Körner aus Kupfer oder einer auf Kupfer basierenden Legierung aufweist (siehe die internationale Veröffentlichung Nr. WO2013/085003 ).
ZUSAMMENFASSUNG
Jedoch werden in dem japanischen Patent Nr. 4409872 die Kohlenstoff-Nanoröhrchen nicht mit der Metallmatrix umgesetzt. Dies führt zu den folgenden Problemen. Spezifisch fungieren Luftblasen, die innerhalb des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Aggregats vorliegen, als Defekte, was die Dehnung und die elektrische Leitfähigkeit verringert. Zusätzlich wird die Festigkeit auch durch eine unzureichende Bindungskraft zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und der Metallmatrix verringert. Wenn hingegen Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu solch einem Ausmaß dispergiert werden, dass eine Einschlussstruktur gebildet wird, wie in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-171291 , wird die Festigkeit nur unzureichend verbessert. Weil ferner in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2013/085003 das Aluminium der inneren Schicht in Kontakt mit Kupfer der äußeren Schicht steht, tritt eine galvanische Korrosion während einer langen Verwendungsdauer auf. Dies mag folglich die Festigkeit, die Dehnung und die elektrische Leitfähigkeit verringern.
Andererseits ist die Herstellung einer Aluminiumlegierung ein wohlbekannter Ansatz zur Erhöhung der Festigkeit von Aluminium. Bei der Verbesserung der Festigkeit durch Herstellung einer Aluminiumlegierung können jedoch die Feststofflösungselemente die elektrische Leitfähigkeit und die Dehnung verringern.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts solcher Probleme der konventionellen Techniken gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bereitzustellen: ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, welches eine Verbesserung in zumindest einem von der Festigkeit und der Dehnung bereitstellt, während die elektrische Leitfähigkeit beibehalten wird; und ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials.
Ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von groben Kristallkörnern aus reinem Aluminium. Das auf Aluminium basierende Kompositmaterial umfasst ferner eine Vielzahl von feinen Kristallkörnern, die jeweils eine Aluminiummatrix aufweisen, und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und gebildet ist durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix. Die feinen Kristallkörner liegen neben den groben Kristallkörnern vor, und die feinen Kristallkörner besitzen Kristallkorndurchmesser, die kleiner sind als die Kristallkorndurchmesser der groben Kristallkörner.
Das Additiv kann zumindest eines sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Ruß, Borcarbiden und Bornitriden.
Das Verhältnis einer langen Achse zu einer kurzen Achse (lange Achse/kurze Achse) des Dispersionsmaterials kann von 1 bis 30 betragen, die lange Achse kann im Bereich von 0,01 nm bis 500 nm lang sein und die kurze Achse kann im Bereich von 0,01 nm bis 200 nm lang sein.
Ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von groben kristallinen Körnern, die jeweils eine Aluminiummatrix aufweisen, und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist. Das auf Aluminium basierende Kompositmaterial umfasst ferner eine Vielzahl von feinen kristallinen Körnern, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen. Mindestens eines von der Reinheit des Aluminiums, das die Aluminiummatrix aufbaut, und dem Gehalt des Additivs in den feinen kristallinen Körnern unterscheidet sich von der- bzw. demjenigen in den groben kristallinen Körnern. Die feinen kristallinen Körner liegen neben den groben kristallinen Körnern vor, und die feinen kristallinen Körner weisen kristalline Korndurchmesser auf, die kleiner sind als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner.
Das Additiv kann zumindest eines sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden und Bornitriden.
Das Verhältnis von einer langen Achse zu einer kurzen Achse (lange Achse/kurze Achse) des Dispersionsmaterials kann von 1 bis 30 betragen, die lange Achse kann eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 500 nm aufweisen, und die kurze Achse kann eine Länge im Beriech von 0,01 nm bis 200 nm aufweisen.
Ein Verfahren gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Verfahren umfasst das Mischen eines Aluminiumpulvers mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher mit zumindest einem Additiv, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden und Bornitriden, um ein Vorläufermaterial für feine kristalline Körner zu erhalten. Das Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner wird mit einem Vorläufermaterial für grobe kristalline Körner, das aus reinem Aluminium hergestellt ist, vermischt und wird komprimiert, um einen Pressling zu erhalten. Der Pressling wird bei einer Temperatur von 600 bis 660°C erwärmt.
In den auf Aluminium basierenden Kompositmaterialien entsprechend den Aspekten der vorliegenden Erfindung liegt das Dispersionsmaterial hochgradig dispergiert innerhalb der Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner vor. Dies ermöglicht es, fein kristalline Aluminiumkörner zu bilden und die Festigkeit des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu erhöhen. Weil die auf Aluminium basierenden Kompositmaterialien die groben kristallinen Körner enthalten, ist es zusätzlich möglich, zumindest eines von der Dehnung und der elektrischen Leitfähigkeit des resultierenden, auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Zugfestigkeit eines auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
1B ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der elektrischen Leitfähigkeit des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2A ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2B ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
3A ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der elektrischen Leitfähigkeit von Aluminium und der Menge des in dem Aluminium enthaltenen Sauerstoffs veranschaulicht;
3B ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der in dem Aluminium enthaltenen Sauerstoffmenge und der spezifischen Oberfläche eines Aluminiumpulvers veranschaulicht;
4 ist eine Rasterelektronen-Mikrofotografie, die einen Querschnitt eines Kompositmaterials (gezogener Draht) des Beispiels 1 zeigt; und
5 ist eine Fotografie, die das Untersuchungsergebnis eines Querschnitts des Kompositmaterials (gezogener Draht) des Beispiels 1 durch Elektronenrückstreu-Beugung (electron backscatter diffraction, EBSD) zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden auf Aluminium basierende Kompositmaterialien und Verfahren zur Herstellung der auf Aluminium basierenden Kompositmaterialien gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
(Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial)
Ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst: mehrere grobe kristalline Körner aus reinem Aluminium; und mehrere feine kristalline Körner, die neben den groben kristallinen Körnern vorliegen und kristalline Korndurchmesser aufweisen, die kleiner sind als diejenigen der groben kristallinen Körner.
Die groben kristallinen Körner sind Partikel, die aus reinem Aluminium hergestellt sind. Spezifisch sind die groben kristallinen Körner bevorzugt aus Aluminium mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher hergestellt. Es ist auch bevorzugt, grobe kristalline Körner mit einer Reinheit zu verwenden, die gleich oder höher ist als die von Klasse-1 eines Aluminium-Ingots unter den reinen Aluminium-Ingots, die in dem japanischen Industriestandard JIS H2102 (Aluminium-Ingots) spezifiziert sind. Spezifische Beispiele hiervon umfassen eine Klasse-1-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,7 Masse-% oder mehr, einen speziellen Klasse-2-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,85 Masse-% oder mehr, und einen spezielle Klasse-1-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,90 Masse-% oder mehr. Anders ausgedrückt ist es nicht nur möglich, als grobe kristalline Körner der vorliegenden Ausführungsform teure, hochreine Aluminium-Ingots, wie der speziellen Klasse-1 und der speziellen Klasse-2, zu verwenden, sondern auch Aluminium-Ingots mit einer Reinheit von 99,7 Masse-% oder mehr, die zu vernünftigen Preisen verfügbar sind. Die Verwendung von solchem Aluminium als grobe kristalline Körner ermöglicht es, die elektrische Leitfähigkeit des resultierenden, auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu verbessern.
Darüber hinaus können die groben kristallinen Körner das Ausgangsmaterial und unvermeidbare Verunreinigungen, die während des Herstellungsprozesses eingemischt werden, enthalten. Beispiele von unvermeidbaren Verunreinigungen, die möglicherweise in die groben kristallinen Körner eingearbeitet sein können, umfassen Zink (Zn), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Rubidium (Rb), Chrom (Cr), Titan (Ti), Zinn (Sn), Vanadium (V), Gallium (Ga), Bor (B), Natrium (Na) und dergleichen. Diese werden unweigerlich in solch einer Menge eingearbeitet, dass die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform nicht beeinträchtigt werden, und auch so, dass die Eigenschaften des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials der vorliegenden Ausführungsform nicht besonders beeinträchtigt werden. Man beachte, dass das Element, das bereits in dem zu verwendenden Aluminium-Ingot enthalten ist, hierin auch in den unvermeidbaren Verunreinigungen umfasst ist. Die Gesamtmenge der unvermeidbaren Verunreinigungen in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial beträgt bevorzugt 0,07 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 0,05 Masse-% oder weniger.
Ferner umfasst das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform die feinen kristallinen Körner, die neben den groben kristallinen Körnern vorliegen. Darüber hinaus weisen die feinen kristallinen Körner jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit dem Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, auf.
Hierin besitzt ein reines Aluminiummaterial, das durch ein konventionelles Schmelzverfahren hergestellt ist, eine Zugfestigkeit von nur um 70 MPa auf. Sogar wenn Kohlenstoff zugegeben wird, um die Festigkeit zu erhöhen, erschwert es ferner die schlechte Benetzbarkeit von Kohlenstoff mit Aluminium es, den Kohlenstoff in dem Aluminium gleichmäßig zu dispergieren. Im Gegensatz hierzu umfasst das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen groben kristallinen Körnern die feinen kristallinen Körner, die feine kristalline Aluminiumkörner sind und worin das Dispersionsmaterial hochgradig innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist. Die Gegenwart der feinen kristallinen Körner mit feinen und gleichmäßigen, verfestigten Aluminiumstrukturen auf diese Weise ermöglicht es, die Festigkeit und die Härte des resultierenden auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu erhöhen.
Als Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner wird bevorzugt Aluminium mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder mehr verwendet, wie im Fall der groben kristallinen Körner. Bevorzugt wird auch eine Aluminiummatrix mit einer Reinheit verwendet, die gleich ist oder höher ist als die eines Klasse-1-Aluminium-Ingots, unter den reinen Aluminium-Ingots, die in JIS H2102 spezifiziert sind. Spezifische Beispiele hiervon umfassen einen Klasse-1-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,7 Masse-% oder mehr, einen speziellen Klasse-2-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,85 Masse-% oder mehr und einen speziellen Klasse-1-Aluminium-Ingot mit einer Reinheit von 99,90 Masse-% oder mehr. Die Verwendung solch eines Aluminiums als Aluminiummatrix ermöglicht es, die elektrische Leitfähigkeit des resultierenden, auf Aluminium basierenden Kompositmaterials wie im Fall der groben kristallinen Körner zu verbessern.
Man beachte, dass, wie im Fall der groben kristallinen Körner, die Aluminiummatrix das Rohmaterial und unvermeidbare Verunreinigungen, die hierin während des Herstellungsprozesses eingemischt werden, enthalten kann. Die Gesamtmenge der unvermeidbaren Verunreinigungen in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial beträgt bevorzugt 0,07 Masse-% oder weniger, stärker bevorzugt 0,05 Masse-% oder weniger.
In den feinen kristallinen Körnern der vorliegenden Ausführungsform ist das Dispersionsmaterial, das durch Reagieren des Aluminiums mit dem Additiv gebildet wird, hochgradig innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert. Spezifisch wird das Dispersionsmaterial durch Sintern gebildet, so dass das Additiv an Aluminium in der Aluminiummatrix gebunden ist. Solch ein Additiv ist bevorzugt zumindest eines, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden (B₄C) und Bornitriden (BN). Solch ein Additiv reagiert leicht mit Aluminium, was es ermöglicht, die feinen kristallinen Aluminiumkörner zu bilden.
Die Form des Dispersionsmaterials, das in der Aluminiummatrix dispergiert ist, ist nicht besonders beschränkt, jedoch weist das Dispersionsmaterial bevorzugt eine Stabform oder eine Nadelform auf. Ein stabförmiges oder nadelförmiges Dispersionsmaterial ermöglicht es, die Dispergierbarkeit innerhalb der Aluminiummatrix und die kristalline Kornfeinheit der feinen kristallinen Körner zu verbessern. Man beachte, dass, wenn das Dispersionsmaterial eine Stabform oder eine Nadelform aufweist, das Verhältnis einer langen Achse (L) zu einer kurzen Achse (D) hiervon bevorzugt so ist, dass das Verhältnis lange Achse (L)/kurze Achse (D) = 1 bis 30 ist. Zusätzlich weist die lange Achse (L) bevorzugt eine Länge von 0,01 nm bis 500 nm auf, und die kurze Achse (D) weist bevorzugt eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 200 nm auf. Man beachte, dass die lange Achse und die kurze Achse des Dispersionsmaterials durch Beobachten eines Querschnitts des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops gemessen werden können.
Stärker bevorzugt ist in den feinen kristallinen Körner der vorliegenden Ausführungsform ein stabförmiges oder nadelförmiges Dispersionsmaterial aus Aluminiumcarbid (Al₄C₃) hochgradig innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert. Man beachte, dass dieses Aluminiumcarbid durch Sintern gebildet wird, so dass das stabförmige oder nadelförmige Carbonmaterial mit Aluminium in der Aluminiummatrix reagiert. Als solch ein Carbonmaterial kann mindestens eines verwendet werden, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern und Kohlenstoff-Nanofasern. Unter diesen sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen besonders bevorzugt.
Als Kohlenstoff-Nanoröhrchen können bekannte Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen weisen kurze Achsen mit Längen von z.B. im Bereich von 0,4 nm bis 50 nm auf, und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen weisen eine mittlere lange Achse im Bereich von z.B. 1 µm oder mehr auf. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können vorher mit einer Säure gewaschen werden, um amorphen Kohlenstoff und einen Metallkatalysator, wie Platin, zu entfernen, oder sie können zwecks der Graphitisierung bei hoher Temperatur vorher behandelt werden. Das Unterziehen der Kohlenstoff-Nanoröhrchen unter solch Vorbehandlung(en) ermöglicht es, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine große Reinheit oder einen hohen Kristallisationsgrad aufweisen.
Das stabförmige oder nadelförmige Aluminiumcarbid, das in der Aluminiummatrix dispergiert ist, wird durch Reagieren des vorstehend beschriebenen Kohlenstoffmaterials mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet. Hier reagiert ein Teil oder alles von dem Kohlenstoffmaterial, wie z.B. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, mit dem Aluminium in der Aluminiummatrix. Spezifisch ist es in der vorliegenden Ausführungsform am stärksten bevorzugt, dass die Gesamtheit der Additive, die als Kohlenstoffmaterial dienen, mit dem Aluminium in der Aluminiummatrix reagiert, so dass die Zusammensetzung zu Aluminiumcarbid wird. Wenn jedoch beispielsweise ein Teil der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die zu einer sphärischen Form aggregieren, innerhalb der Aluminiummatrix verbleibt, steht ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen innerhalb des Aggregats nicht in Kontakt mit der Aluminiummatrix, und kann entsprechend in der Form von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Aluminiummatrix verbleiben. Im Hinblick auf die Verbesserung der Festigkeit des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials reagieren nichtsdestotrotz bevorzugt 95 Masse-% oder mehr der Additive, die als Kohlenstoffmaterial dienen, stärker bevorzugt 98 Masse-% oder mehr der Kohlenstoffmaterialien, mit Aluminium in der Aluminiummatrix. Darüber hinaus reagiert besonders bevorzugt die Gesamtheit des Additivs, das als Kohlenstoffmaterial dient, mit dem Aluminium in der Aluminiummatrix.
Ferner beträgt in der Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner der Abstand zwischen solchen Dispersionsmaterialen, die angrenzend zueinander vorliegen, bevorzugt 1 µm oder weniger. Wenn der Abstand zwischen den Dispersionsmaterialien 1 µm oder weniger beträgt, wird es möglich, die Dispergierbarkeit des Dispersionsmaterials innerhalb der Aluminiummatrix zu verbessern und kristalline feine Aluminiumkörner zu bilden. Man beachte, dass der Abstand zwischen den Dispersionsmaterialien, die angrenzend zueinander vorliegen, durch Beobachten eines Querschnitts des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops gemessen werden kann.
In dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Mengenanteil des Dispersionsmaterials bevorzugt 0,1 bis 2,0 Masse-%, ausgedrückt als Kohlenstoffmenge. Anders ausgedrückt beträgt in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial, das die groben kristallinen Körner und die feinen kristallinen Körner enthält, der Mengenanteil des Dispersionsmaterials in den feinen kristallinen Körnern bevorzugt 0,1 bis 2,0 Masse-%, ausgedrückt als Kohlenstoffmenge. Durch Einstellen des Mengenanteils des Dispersionsmaterials innerhalb dieses Bereichs wird es möglich, die gewünschte Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu erhalten, wenn das auf Aluminium basierende Kompositmaterial als elektrischer Draht verwendet wird. Diesbezüglich zeigt 1A eine Beziehung zwischen der Menge des in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterials der vorliegenden Ausführungsform enthaltenen Kohlenstoffs und der Zugfestigkeit des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials. Zusätzlich zeigt 1B die Beziehung zwischen der Menge des in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterials enthaltenen Kohlenstoffs und der elektrischen Leitfähigkeit des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials. Wie in den 1A und 1B gezeigt ist, weist das Dispersionsmaterial eine Korrelation ähnlich zu einer linearen Funktion mit der Zugfestigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit auf. Anders ausgedrückt führt eine Erhöhung der Kohlenstoffmenge in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit, verringert jedoch die elektrische Leitfähigkeit. Wenn das auf Aluminium basierende Kompositmaterial als Material für einen elektrischen Draht verwendet wird, weist das auf Aluminium basierende Kompositmaterial bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit von 30 % IACS oder mehr auf. Basierend auf der 1B beträgt somit der Mengenanteil des Dispersionsmaterials in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial bevorzugt 2,0 Masse-% oder weniger, ausgedrückt als Kohlenstoffmenge.
In dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial müssen die groben kristallinen Körner kristalline Korndurchmesser aufweisen, die größer sind als die kristallinen Korndurchmesser der feinen kristallinen Körner. Spezifisch weisen die groben kristallinen Körner bevorzugt kristalline Korndurchmesser von 1 µm bis 5 µm auf. Durch Einstellen der kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner innerhalb dieses Bereichs wird es möglich, eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit und eine Ausdehnung des resultierenden auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu unterdrücken. Man beachte, dass die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner durch ein Intercept-Verfahren bestimmt werden können.
Ferner müssen in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial die feinen kristallinen Körner kristalline Korndurchmesser aufweisen, die kleiner sind als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner. Spezifisch weisen die feinen kristallinen Körner bevorzugt kristalline Korndurchmesser von kleiner als 1 µm auf. Das Formen der feinen kristallinen Körner mit kristallinen Korndurchmessern, die so klein sind wie kleiner als 1 µm, ermöglicht es, die Festigkeit und die Härte des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu verbessern. Man beachte, dass die kristallinen Korndurchmesser der feinen kristallinen Körner auch durch ein Intercept-Verfahren bestimmt werden können.
In dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial ist das Verhältnis zwischen den groben kristallinen Körnern und den feinen kristallinen Körnern nicht besonders beschränkt. Z.B. beträgt das Masseverhältnis bevorzugt 1:2 bis 1:1 (grobe kristalline Körner:feine kristalline Körner). Durch Einstellen des Verhältnisses zwischen den groben kristallinen Körnern und den feinen kristallinen Körnern innerhalb dieses Bereichs wird es möglich, sowohl eine Unterdrückung der Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit und der Ausdehnung aufgrund der groben kristallinen Körner zu unterdrücken, sowie Verbesserungen in der Festigkeit und der Härte, die durch die feinen kristallinen Körner verursacht werden, zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Form der feinen kristallinen Körner nicht beschränkt, solange die feinen kristallinen Körner neben den benachbarten groben kristallinen Körnern vorliegen. Anders ausgedrückt können die feinen kristallinen Körner in einer Aggregatform an die äußeren Umfangsflächen der groben kristallinen Körner anhaften. Ferner können die feinen kristallinen Körner auf solche eine Weise anhaften, dass sie die Oberflächen der groben kristallinen Körner bedecken.
Hier kann das Bilden eines auf Aluminium basierenden Kompositmaterials aus nur feinen kristallinen Körnern die Zugfestigkeit im Vergleich mit reinem Aluminium stark verbessern, jedoch besteht das Problem, dass die Ausdehnung und die elektrische Leitfähigkeit verringert werden. Anders ausgedrückt weist ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, worin lediglich ein Dispersionsmaterial in einer Aluminiummatrix dispergiert ist, das Problem auf, dass es schwierig ist, die Zugfestigkeit, die Ausdehnung und die elektrische Leitfähigkeit bei jeweils guten Werten auszubalancieren.
Im Gegensatz hierzu weist das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform eine bimodale Struktur auf, die zwei Bereiche umfasst: einen Bereich der feinen kristallinen Körner, wo Nanopartikel als Dispersionsmaterial dispergiert sind; und einen Bereich der groben kristallinen Körner aus reinem Aluminium. Dies ermöglicht es, die elektrische Leitfähigkeit und die Ausdehnung im Vergleich mit einem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial zu verbessern, worin lediglich ein Dispersionsmaterial in einer Aluminiummatrix dispergiert ist. Spezifisch ist die elektrische Leitfähigkeit im Bereich der feinen kristallinen Körner niedrig, wo das Dispersionsmaterial dispergiert ist; weil der Mengenanteil der Verunreinigungen in dem Bereich der groben kristallinen Körner aus reinem Aluminium gering ist, erhöht dies nichtsdestotrotz die elektrische Leitfähigkeit. Entsprechend weist das Kompositmaterial als Gesamtheit einen großen Grad an elektrischer Leitfähigkeit dank der groben kristallinen Körner auf. Hingegen weist ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, worin lediglich ein Dispersionsmaterial in einer Aluminiummatrix dispergiert ist, eine niedrige Ausdehnung auf. Im Gegensatz hierzu enthält das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform mit der bimodalen Struktur nicht nur den Bereich der feinen kristallinen Körner, sondern auch den Bereich der groben kristallinen Körner aus reinem Aluminium. Entsprechend ermöglicht die große Ausdehnung der groben kristallinen Körner es, die Ausdehnung des Kompositmaterials als Gesamtheit zu verbessern.
Das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt eine Zugfestigkeit von 200 MPa oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 30% IACS oder mehr auf. Solch ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial kann geeigneterweise als elektrischer Draht, insbesondere mit einem Leiter mit einem Querschnitt von 0,35 mm², verwendet werden. Das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform weist stärker bevorzugt eine Zugfestigkeit von 140 MPa oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 53 % IACS oder mehr auf. Solch ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial kann geeigneterweise als elektrischer Draht, insbesondere mit einem Leiter mit einem Querschnitt von 0,5 mm², verwendet werden. Das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform weist ferner bevorzugt eine Zugfestigkeit von 94 MPa oder mehr und eine elektrische Leitfähigkeit von 58 % IACS oder mehr auf. Solch ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial kann geeigneterweise als elektrischer Draht, insbesondere mit einem Leiter mit einem Querschnitt von 0,75 mm², verwendet werden. Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung ein Wert der Zugfestigkeit in Übereinstimmung mit JIS Z2241 (Verfahren zum Zugtesten von metallischen Materialien) gemessen werden kann. Darüber hinaus kann in der vorliegenden Beschreibung ein Wert der elektrischen Leitfähigkeit gemäß JIS H0505 (Messerverfahren für den elektrischen Widerstand und die Leitfähigkeit von Nicht-Eisenmaterialien) gemessen werden.
Weil das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform sowohl eine hohe elektrische Leitfähigkeit als auch Festigkeit aufweist, wie vorstehend beschrieben ist, kann es zur Verwendung als Leiter eines elektrischen Drahts drahtgezogen werden. Entsprechend sollte ein elektrischer Draht bzw. ein elektrisches Kabel gemäß der vorliegende Ausführungsform zumindest einen Leiter (z.B. einen mehrsträngigen Draht), der einen Draht enthält, der aus dem vorstehend beschriebenen auf Aluminium basierenden Kompositmaterial hergestellt ist, und eine Beschichtungsschicht, die auf einem äußeren Umfang des Leiters vorgesehen ist, umfassen. Somit sind andere spezifische Konfigurationen und die Form sowie das Herstellungsverfahren vollständig unbeschränkt.
Die Form und dergleichen des Drahts, der den Leiter aufbaut, sind auch nicht besonders beschränkt. Wenn z.B. der Draht ein runder Draht ist, der in einem elektrischen Draht eines Automobils verwendet wird, beträgt die kurze Achse (d.h., der letztendliche Drahtdurchmesser) bevorzugt etwa 0,07 mm bis 1,5 mm, stärker bevorzugt etwa 0,14 mm bis 0,5 mm.
Als Art des Harzes, da in der Beschichtungsschicht verwendet wird, ist es möglich, jegliches bekannte insolierende Harz zu verwenden, einschließlich Olefinharze, wie vernetztes Polyethylen und Polypropylen, Vinylchlorid und dergleichen. Die Beschichtungsdicke wird geeignet bestimmt. Der elektrische Draht bzw. das elektrische Kabel kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, wie z.B. in elektrischen oder elektronischen Komponenten, mechanischen Komponenten, Fahrzeugkomponenten und Baumaterialien. Unter diesen wird der elektrische Draht bevorzugt als elektrischer Draht eines Automobils verwendet.
Man beachte, dass der elektrische Draht, bei dem das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform als Leiter verwendet wird, einem Festphasen-Kaltverschweißen mit einem elektrischen Draht, der einen Leiter verwendet, der aus einem anderen Material besteht, unterzogen werden kann. Um die Verbindung mit einer elektronischen Vorrichtung zu erleichtern, kann auch ein Anschlussstück an den Leiter aus dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial gecrimpt werden.
Ferner wird der elektrische Draht bzw. das Kabel, bei dem das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform als Leiter verwendet wird, bevorzugt in einem Kabelbaum verwendet. Weil der elektrische Draht, bei dem das auf Aluminium basierende Kompositmaterial verwendet wird, wie vorstehend beschrieben hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit bei höheren Werten als konventionelle Materialien aufweist, ermöglicht dies eine Verringerung des Durchmessers und einen größeren Anwendungsbereich des elektrischen Aluminiumdrahts. Somit realisiert der Kabelbaum, bei dem solch ein elektrischer Draht verwendet wird, eine größere Gewichtsreduktion als je zuvor und ist auch im Hinblick auf die Festigkeit, die Haltbarkeit und die elektrische Leitfähigkeit überlegen. Somit wird der Kabelbaum bevorzugt als ein Kabelbaum eines Automobils verwendet.
Wie vorstehend beschrieben weist das auf Aluminium basierende Kompositmaterial der ersten Ausführungsform mehrere grobe kristalline Körner aus reinem Aluminium auf. Ferner weist das auf Aluminium basierende Kompositmaterial mehrere feine kristalline Körner auf, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, auf. Darüber hinaus liegen die feinen kristallinen Körner neben den groben kristallinen Körnern vor, und die kristallinen Korndurchmesser der feinen kristallinen Körner sind kleiner als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner. Weil das Dispersionsmaterial innerhalb der Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner hochgradig dispergiert ist, ist es in dieser Konfiguration möglich, feine kristalline Körner zu bilden und die Festigkeit und Härte des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu einem Ausmaß zu verbessern, dass sie denjenigen von Kupfer entsprechen. Darüber hinaus ermöglicht das Vorliegen der groben kristallinen Körner aus reinem Aluminium es, Verringerungen in der Ausdehnung und der elektrischen Leitfähigkeit des resultierenden auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu unterdrücken.
(Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials)
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie ein 2A gezeigt, werden zunächst ein Aluminiumpulver und ein Additiv, welche die Ausgangsmaterialien der feinen kristallinen Körner sind, ausgewogen. Als Aluminiumpulver wird bevorzugt Aluminium mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder mehr verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit wie vorstehend beschrieben zu verbessern. Darüber hinaus wird als Additiv ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ein Kohlenstoff-Nanohörnchen, Ruß, Borcarbid oder Bornitrid bevorzugt verwendet, wie vorstehend beschrieben wurde.
Im Auswiegeschritt werden das Aluminiumpulver und das Kohlenstoffmaterial so ausgewogen, dass der Mengenanteil des Dispersionsmaterials in dem zu erhaltenen, auf Aluminium basierenden Kompositmaterial z.B. 0,1 bis 2,0 Masse-% beträgt, ausgedrückt als Kohlenstoffmenge.
Dann werden die so ausgewogenen Aluminiumpulver und Additiv miteinander vermischt, um eine Pulvermischung als Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner herzustellen. Das Mischverfahren des Aluminiumpulvers mit dem Kohlenstoffmaterial ist nicht besonders beschränkt. Z.B. kann das Mischen mit einem Trocken-Mahl-Verfahren durchgeführt werden.
Als nächstes wird das Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner mit dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner, die aus reinem Aluminium hergestellt sind, gemischt. Als Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner wird bevorzugt reines Aluminium mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder mehr verwendet, um wie vorstehend beschrieben die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen. Zusätzlich wird das Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner bevorzugt in solch einer Menge eingemischt, dass der Mengenanteil des Dispersionsmaterials in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial, das erhalten werden soll, z.B. 0,1 bis 2,0 Masse-% beträgt, ausgedrückt als Kohlenstoffgehalt, wie vorstehend beschrieben. Man beachte, dass das Verfahren zum Mischen des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner mit dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner auch nicht besonders beschränkt ist. Z.B. kann das Mischen mit einem Trockenverfahren durchgeführt werden.
Als nächstes wird die Mischung des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner und des Vorläufermaterials der groben kristallinen Körner einem Pulverpressen unterzogen, um einen Pressling herzustellen. In diesem Formschritt wird die Pulvermischung durch Anwenden eines Drucks komprimiert, um hierdurch einen Pressling herzustellen. In diesem Formschritt wird die Pulvermischung bevorzugt auf solch eine Weise komprimiert, dass die Lücken zwischen dem Aluminiumpulver und dem Kohlenstoffmaterial in der Pulvermischung minimiert werden.
Als Verfahren zum Anwenden eines Drucks auf die Pulvermischung in dem Komprimierungs-Formschritt kann ein bekanntes Verfahren eingesetzt werden. Ein Beispiel hiervon umfasst ein Verfahren, worin, nachdem die Pulvermischung in einen zylindrischen Formbehälter eingefüllt worden ist, die Pulvermischung in dem Behälter unter Druck gesetzt wird. Darüber hinaus ist der auf die Pulvermischung ausgeübte Druck nicht besonders beschränkt, und es ist bevorzugt, den Druck wie geeignet so einzustellen, dass die Lücke zwischen den Vorläufermaterialien der feinen kristallinen Körner und dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner minimiert werden kann. Der auf die Pulvermischung ausgeübte Druck kann z.B. 600 MPa betragen, wobei das Aluminiumpulver vorteilhaft geformt werden kann. Ferner kann die Behandlung zum Ausüben eines Drucks auf die Pulvermischung in dem Formschritt z.B. bei normaler Temperatur durchgeführt werden. Ferner kann die Zeit, während derer ein Druck auf die Pulvermischung in dem Formschritt ausgeübt wird, z.B. 5 bis 60 Sekunden betragen.
Als nächstes wird der erhaltene Pressling gesintert, und das Additiv und Aluminium in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner reagieren miteinander. Hierdurch wird ein Dispersionsmaterial innerhalb der Aluminiummatrix gebildet. In dem Sinterschritt wird die Sintertemperatur für den Pressling auf 600°C oder höher eingestellt, weil das Additiv und das Aluminium miteinander reagieren müssen, um ein Dispersionsmaterial zu bilden. Wenn die Sintertemperatur weniger als 600°C beträgt, schreitet die Reaktion zwischen dem Additiv und dem Aluminium nicht hinreichend voran, so dass das resultierende, auf Aluminium basierende Kompositmaterial eine unzureichende Festigkeit aufweisen kann. Man beachte, dass die Obergrenze der Sintertemperatur nicht besonders beschränkt ist, jedoch bevorzugt nicht mehr als 660°C beträgt, welches die Schmelztemperatur von Aluminium ist, und stärker bevorzugt nicht mehr als 630°C beträgt.
Die Sinterdauer des Presslings ist nicht besonders beschränkt, und es ist bevorzugt die Zeit, während derer das Additiv mit dem Aluminium reagiert. Spezifisch beträgt die Sinterdauer des Presslings z.B. 0,5 bis 5 Stunden. Als Sinteratmosphäre für den Pressling muss ferner das Sintern in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, wie z.B. einer Vakuumatmosphäre, um die Oxidationen des Additivs und von Aluminium zu unterdrücken.
Solch ein Sinterschritt ermöglicht es, das Dispersionsmaterial innerhalb der Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner zu dispergieren, und ferner, ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial zu erhalten, worin die feinen kristallinen Körner neben groben kristallinen Körnern vorliegen. Um das erhaltene, auf Aluminium basierende Kompositmaterial leicht zu einem Draht oder dergleichen zu verarbeiten ist es bevorzugt, den Sinterkörper, der in dem Sinterschritt erhalten wurde, zu extrudieren. Durch Extrudieren des Sinterkörpers kann ein Walzdraht, welches ein Vorläufer des Drahtes ist, erhalten werden.
Das Verfahren zum Extrudieren des Sinterkörpers ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein bekanntes Verfahren eingesetzt werden. Ein Beispiel hiervon umfasst ein Verfahren, worin, nachdem der Sinterkörper in einen zylindrischen Extruder eingeführt worden ist, der Sinterkörper erwärmt und dann extrudiert wird. Der Sinterkörper wird bevorzugt auf eine Temperatur von 300°C oder höher erwärmt, bei der Sinterkörper extrudiert werden kann. Ein Material für einen Walzdraht oder dergleichen kann durch Durchführen solch einer Extrusion erhalten werden. Dann kann ein Leiter eines elektrischen Drahts z.B. durch wiederholtes Erwärmen und Drahtziehen an dem Walzdraht erhalten werden.
Man beachte, dass in dem erhaltenen Leiter die feinen kristallinen Körner bevorzugt kristalline Korndurchmesser von kleiner als 1 µm aufweisen, wie vorstehend beschrieben. Das Bilden der feinen kristallinen Körner mit kristallinem Korndurchmesser, die so klein sind wie kleiner als 1 µm, ermöglicht es, die Festigkeit und die Härte des Leiters zu erhöhen.
In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform weist das Aluminiumpulver in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner bevorzugt einen mittleren Pulverdurchmesser (D50) von 0,25 µm oder größer auf. Sogar wenn das Aluminiumpulver einen mittleren Pulverdurchmesser von kleiner als 0,25 µm aufweist, kann die Festigkeit des resultierenden auf Aluminium basierenden Kompositmaterial erhöht werden. Nichtsdestotrotz wird die Menge von Sauerstoff in der Oberfläche des Aluminiumpulvers erhöht und die elektrische Leitfähigkeit in einigen Fällen verringert, wenn der mittlere Pulverdurchmesser weniger als 0,25 µm beträgt. Anders ausgedrückt reagiert das Aluminium mit Sauerstoff in der Luft und bildet einen dichten Oxidfilm auf der Oberfläche, so dass in einigen Fällen die elektrische Leitfähigkeit verringert ist.
3A zeigt die Beziehung zwischen der elektrischen Leitfähigkeit von Aluminium und der Menge an Sauerstoff, die in dem Aluminium enthalten ist. Darüber hinaus zeigt 3B die Beziehung zwischen der Menge von Sauerstoff, die in dem Aluminium enthalten ist, und der spezifischen Oberfläche des Aluminiumpulvers. Wenn das auf Aluminium basierende Kompositmaterial als Material eines elektrischen Drahts verwendet wird, beträgt, wie vorstehend beschrieben, die elektrische Leitfähigkeit bevorzugt 30 % IACS oder mehr. Basierend auf 3A beträgt somit die Menge von Sauerstoff, die in dem Aluminium enthalten ist, bevorzugt 1,57 Masse-% oder weniger. Basierend auf 3B weist das Aluminiumpulver ferner bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 17,45 m²/g oder weniger auf, so dass die Menge von Sauerstoff, die in dem Aluminium enthalten ist, 1,57 Masse-% oder weniger beträgt. Damit somit das Aluminiumpulver eine spezifische Oberfläche von 17,45 m²/g oder weniger aufweist, weist das Aluminiumpulver bevorzugt einen mittleren Pulverdurchmesser (D50) von 0,25 µm oder mehr auf.
Man beachte, dass die Obergrenze des mittleren Pulverdurchmessers des Aluminiumpulvers in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner nicht besonders beschränkt ist. Wenn jedoch die Form des Aluminiumpulvers in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner im Wesentlichen sphärisch ist, weist das Aluminiumpulver bevorzugt einen mittleren Pulverdurchmesser von 5 µm oder kleiner auf. Wenn der mittlere Pulverdurchmesser größer als 5 µm ist, verringert dies die spezifische Oberfläche des Aluminiumpulvers, und somit wird die Dispergierbarkeit des Dispersionsmaterials verringert. Als Ergebnis wird auch die Dispergierbarkeit des resultierenden Dispersionsmaterials verringert, so dass es schwierig sein kann, feine kristalline Körner zu bilden. Man beachte, dass der Ausdruck, dass die Form der Aluminiumpulver im Wesentlichen sphärisch ist, bezeichnet, dass das Seitenverhältnis des Aluminiumpulvers innerhalb des Bereichs von 1 bis 2 ist. Ferner bezieht sich in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck Seitenverhältnis auf einen Wert, der die Partikelform darstellt, definiert durch (längste Achse/Breite orthogonal zu längsten Achse) in einem Mikroskopbild des Partikels.
Wenn die Form des Aluminiumpulvers in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner flach ist, führt das Verringern der Dicke des Aluminiumpulvers nichtsdestotrotz zu einer Erhöhung der spezifischen Oberfläche und ermöglicht es, die Dispergierbarkeit des Dispersionsmaterials auf der Pulveroberfläche zu verbessern. Spezifisch führt das Verarbeiten eines sphärischen Pulvers mit einem Pulverdurchmesser von 20 µm zu einer flachen Form mit einer Dicke von 1 µm und einer langen Achse von 72 µm zu einer spezifischen Oberfläche, die zu derjenigen eines sphärischen Pulvers mit einem Pulverdurchmesser von 3 µm äquivalent ist. Wenn die Form des Aluminiumpulvers einfach flach ist, ist somit die Obergrenze des mittleren Pulverdurchmessers des Aluminiumpulvers nicht besonders beschränkt. Man beachte, dass der Ausdruck, das die Form des Aluminiumpulvers flach ist, bezeichnet, dass das Verhältnis der längsten Achse zur Dicke des Aluminiumpulvers (längste Achse/Dicke) innerhalb des Bereichs von 10 bis 100 ist. Darüber hinaus können der mittlere Pulverdurchmesser, die längste Achse, die Breite senkrecht zur längsten Achse und die Dicke des Aluminiumpulvers durch Beobachtung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) gemessen werden.
Das Verfahren zum Verarbeiten des Aluminiumpulvers zu einer flachen Form ist nicht besonders beschränkt, und die Verarbeitung kann mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden. Z.B. werden Kugeln mit Durchmessern von 5 bis 10 µm, das Aluminiumpulver und das Additiv in das Gefäß einer Planeten-Kugelmühle eingeführt und dann rotiert, so dass das flache Aluminiumpulver erhalten werden kann.
Das Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials der vorliegenden Ausführungsform weist einen Schritt zum Mischen eines Aluminiumpulvers mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder mehr mit zumindest einem Additiv, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Ruß, Borcarbiden und Bornitriden, auf, um ein Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner zu erhalten. Ferner weist das Herstellungsverfahren die Schritt auf: Mischen des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner mit einem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner, hergestellt aus reinem Aluminium, gefolgt von Pulverpressen, um einen Pressling zu erhalten; und Erwärmen des Presslings bei einer Temperatur bei 600 bis 660°C.
Wie in einem konventionellen Fall, z.B. wenn die Struktur eines Kohlenstoffmaterials, wie z.B. eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens, unter Verwendung einer Aluminiummatrix beibehalten wird, ist es schwierig, die Temperatur zu kontrollieren. In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch solch ein Additiv, wie ein Kohlenstoffmaterial, mit Aluminium in dem Sinterschritt umgesetzt. Dies macht eine komplizierte Temperaturkontrolle überflüssig. Darüber hinaus verwendet die vorliegende Ausführungsform das Dispersionsmaterial, welches zumindest eines von einem Carbid und einem Nitrid ist, gebildet durch vollständiges Reagieren der Aluminiummatrix mit dem Additiv. Dies macht die Durchführung eines Oberflächenmodifizierungsschritts, wie z.B. das Beschichten der Oberfläche des Dispersionsmaterials, überflüssig. Ferner umfasst die vorliegende Ausführungsform das Mischen des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner mit dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner, das Verarbeiten des Resultierenden zu einer gewünschten Form, und dann das Sintern, um das Dispersionsmaterial zu bilden, das mit einem gewünschten Dispersionsgrad dispergiert ist. Dies ermöglicht es, den Herstellungsprozess zu vereinfachen.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird ein auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß einer zweiten Ausführungsform im Detail beschrieben. Man beachte, dass sich wiederholende Beschreibungen bezüglich der gleichen Konfiguration wie in der ersten Ausführungsform weggelassen werden.
Wie in der ersten Ausführungsform umfasst das auf Aluminium basierende Kompositmaterial gemäß der zweiten Ausführungsform: mehrere grobe kristalline Körner; und mehrere feine kristalline Körner, die neben den groben kristallinen Körnern vorliegen und kristalline Korndurchmesser aufweisen, die kleiner sind als diejenigen der groben kristallinen Körner. Darüber hinaus weisen die feinen kristallinen Körner, wie in der ersten Ausführungsform, jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, auf.
Jedoch sind in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform die groben kristallinen Körner nicht aus reinem Aluminium hergestellt, sondern sind kristalline Körner mit der gleichen Zusammensetzung wie die feinen kristallinen Körner. Spezifisch weisen die groben kristallinen Körner der vorliegenden Ausführungsform jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit des Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, auf. Ferner unterscheidet sich zumindest eines von der Reinheit des Aluminiums, das die Aluminiummatrix aufbaut, und dem Mengenanteil des Additivs in den groben kristallinen Körnern von denjenigen in den feinen kristallinen Körnern.
Wie vorstehend beschrieben enthalten in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform beide der feinen kristallinen Körner und der groben kristallinen Körner die Aluminiummatrizes und die Dispersionsmaterialien. Jedoch ist die Reinheit des Aluminiums in den groben kristallinen Körnern von der Reinheit des Aluminiums in den feinen kristallinen Körnern verschieden, oder der Mengenanteil des Additivs in den groben kristallinen Körnern unterscheidet sich von dem Mengenanteil des Additivs in den feinen kristallinen Körnern. Alternativ unterscheiden sich die groben kristallinen Körner und die feinen kristallinen Körner voneinander in sowohl der Aluminiumreinheit als auch dem Additivgehalt. Auf diese Art ermöglicht das Verändern der Aluminiumreinheit und/oder des Additivgehalts es, die kristallinen Korndurchmesser der resultierenden kristallinen Körner zu variieren.
Durch Erhöhen der Aluminiumreinheit oder Verringern des Additivgehalts werden normalerweise die resultierenden Körner grob gestaltet. Ferner zeigen die groben kristallinen Körner mit einer erhöhten Aluminiumreinheit und einem verringerten Additivgehalt Wirkungen auf, die ähnlich zu denjenigen der groben kristallinen Körner aus reinem Aluminium der ersten Ausführungsform sind. Somit ist es möglich, die Zugfestigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des resultierenden, auf Aluminium basierenden Kompositmaterials wie in der ersten Ausführungsform zu verbessern, sogar wenn kristalline Körner als grobe kristalline Körner verwendet werden, die die Aluminiummatrix und das Dispersionsmaterial enthalten.
Als Aluminiummatrix der groben kristallinen Körner in der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, Aluminium mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder mehr zu verwenden, wie im Fall der feinen kristallinen Körner. Darüber hinaus ist das Additiv bevorzugt zumindest eines, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcabiden (B₄C) und Bornitriden (BN), wie im Fall der feinen kristallinen Körner.
Ferner ist es bei den groben kristallinen Körner der vorliegenden Ausführungsform stärker bevorzugt, dass ein stabförmiges oder nadelförmiges Dispersionsmaterial aus Aluminiumcarbid (Al₄C₃) hochgradig dispergiert innerhalb der Aluminiummatrix vorliegt, wie in der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus beträgt in der Aluminiummatrix der groben kristallinen Körner der Abstand zwischen solchen Dispersionsmaterialen, die angrenzend zueinander vorliegen, bevorzugt 1 µm oder weniger. Zusätzlich beträgt in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform der Mengenanteil des Dispersionsmaterials bevorzugt 0,1 bis 2,0 Masse-%, ausgedrückt als Kohlenstoffmenge.
Man beachte, dass wie in der ersten Ausführungsform in dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform die groben kristallinen Körner kristalline Korndurchmesser aufweisen müssen, die größer sind als die kristallinen Korndurchmesser der feinen kristallinen Körner. Spezifisch weisen die groben kristallinen Körner bevorzugt kristalline Korndurchmesser von 1 µm bis 5 µm auf. Darüber hinaus weisen die feinen kristallinen Körner bevorzugt kristalline Korndurchmesser von kleiner als 1 µm auf.
In dem auf Aluminium basierenden Kompositmaterial der vorliegenden Ausführungsform unterliegt das Verhältnis zwischen den groben kristallinen Körnern und den feinen kristallinen Körnern keinen besonderen Beschränkungen. Nichtsdestotrotz beträgt das Masseverhältnis bevorzugt 1:2 bis 1:1 (grobe kristalline Körner:feine kristalline Körner), wie in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wie in 2B gezeigt, werden zunächst ein Aluminiumpulver und ein Additiv, welche die Ausgangsmaterialien der feinen kristallinen Körner sind, ausgewogen. Es können das gleiche Aluminiumpulver und Additiv wie diejenigen in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Dann werden das Aluminiumpulver und das Additiv, die so ausgewogen wurden, miteinander vermischt, um eine Pulvermischung als Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner herzustellen. Das Verfahren zum Mischen des Aluminiumpulvers mit dem Pulvermaterial ist nicht besonders beschränkt. Z.B. kann das Mischen mit einem Trocken-Mahl-Verfahren durchgeführt werden.
Als nächstes werden ein Aluminiumpulver und ein Additiv, welche die Ausgangsmaterialien für die groben kristallinen Körner sind, ausgewogen. Es können das gleiche Aluminiumpulver und Additiv wie diejenigen der feinen kristallinen Körner verwendet werden. Dann wird wie im Fall der feinen kristallinen Körner das Aluminiumpulver und das Additiv, die so ausgewogen wurden, miteinander vermischt, um eine Pulvermischung als Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner herzustellen.
Anschließend wird das Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner mit dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner gemischt. Man beachte, dass das Verfahren zum Mischen des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner mit dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner auch keinen besonderen Beschränkungen unterliegt. Das Vermischen kann z.B. mit einem trockenen Verfahren durchgeführt werden.
Wie in der ersten Ausführungsform wird ferner die Mischung des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner und des Vorläufermaterials der groben kristallinen Körner einem Pulverpressen unterzogen, um einen Pressling herzustellen. Als nächstes wird der erhaltene Pressling gesintert, und das Additiv und Aluminium in dem Vorläufermaterial der feinen kristallinen Körner reagieren miteinander. Darüber hinaus reagieren das Additiv und Aluminium in dem Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner miteinander. Hierdurch werden Dispersionsmaterialien innerhalb der Aluminiummatrizes gebildet.
Danach kann ein Walzdraht, welches ein Vorläufer eines Drahts ist, durch Extrudieren des Sinterkörpers, der in dem Sinterschritt erhalten wurde, erhalten werden. Ferner kann ein Leiter eines elektrischen Drahts durch z.B. wiederholtes Erwärmen und Drahtziehen an dem Walzdraht erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben weist das auf Aluminium basierende Kompositmaterial gemäß der zweiten Ausführungsform mehrere grobe kristalline Körner auf, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen. Ferner weist das Kompositmaterial mehrere feine kristalline Körner auf, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen. Ferner ist zumindest eines von der Reinheit des Aluminiums, das die Aluminiummatrix aufbaut, und dem Mengenanteil des Additivs in den feinen kristallinen Körnern verschieden von denjenigen in den groben kristallinen Körnern. Zusätzlich liegen die feinen kristallinen Körner neben den groben kristallinen Körnern vor, und die kristallinen Korndurchmesser der feinen kristallinen Körner sind kleiner als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner. Weil in dieser Konfiguration das Dispersionsmaterial hochgradig innerhalb der Aluminiummatrix der feinen kristallinen Körner dispergiert ist, ermöglicht dies, feine kristalline Aluminiumkörner zu bilden und die Festigkeit und Härte des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu einem Ausmaß zu erhöhen, die zu denjenigen von Kupfer äquivalent sind. Ferner ermöglicht das Vorhandensein der groben kristallinen Körner es, eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des resultierenden, auf Aluminium basierenden Kompositmaterials zu unterdrücken.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung genauer unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Zuerst wurde ein Aluminiumpulver und Kohlenstoff-Nanoröhrchen so ausgewogen, dass der Mengenanteil des Aluminiumcarbids, das als Dispersionsmaterial in den gewünschten feinen kristallinen Körnern dient, 4,00 Masse-% beträgt. Man beachte, dass das verwendete Aluminiumpulver von Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. unter dem Handelsnamen ALE16PB hergestellt wurde und einen mittleren Pulverdurchmesser von 20 µm aufwies. Ferner wurden die verwendeten Kohlenstoff-Nanoröhrchen von CNano Technology Limited unter dem Handelsnamen Flotube 9000G2 hergestellt.
Als nächstes wurden die so ausgewogenen Aluminiumpulver und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in ein Gefäß einer Planeten-Kugelmühle gegeben und dann rotiert. Hierdurch wurde ein Vorläufermaterial für die feinen kristallinen Körner zubereitet. Man beachte, dass als Ergebnis der Beobachtung des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner zu diesem Zeitpunkt das Aluminiumpulver eine flache Form aufwies.
Ferner wurde das erhaltene Vorläufermaterial für die feinen kristallinen Körner mit reinem Aluminiumpulver, das als Vorläufermaterial für die groben kristallinen Körner dient, in einem Masseverhältnis von 1:1 gemischt. Hierdurch wurde eine Pulvermischung zubereitet. Man beachte, dass das als Vorläufermaterial der groben kristallinen Körner verwendete reine Aluminiumpulver von Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. unter dem Handelsnamen ALE06PB hergestellt wurde und Pulverdurchmesser von 106 µm bis 180 µm aufwies.
Als nächstes wurde die erhaltene Pulvermischung in eine Form gegeben, und hierauf wurde ein Druck von 600 MPa ausgeübt, bei normaler Temperatur, um einen Pressling herzustellen. Dann wurde der erhaltene Pressling im Vakuum bei 630°C für 300 Minuten unter Verwendung eines elektrischen Ofens erwärmt. Hierdurch wurde ein Sinterkörper dieses Beispiels hergestellt. Ferner wurde der erhaltene Sinterkörper extrudiert, um einen Walzdraht dieses Beispiels mit einem Durchmesser von 0,272 mm zu erhalten.
(Beispiel 2)
Als erstes wurde ein Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99,99 % und Kohlenstoff-Nanoröhrchen so ausgewogen, dass der Mengenanteil des Aluminiumcarbids, das als Dispersionsmaterial in den gewünschten feinen kristallinen Körnern dient, 2,0 Masse-% beträgt. Man beachte, dass das verwendete Aluminiumpulver von Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. hergestellt wurde und einen mittleren Pulverdurchmesser von 20 µm aufwies. Ferner wurden die gleichen Kohlenstoff-Nanoröhrchen wie in Beispiel 1 verwendet.
Als nächstes wurden das Aluminiumpulver und die Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die so ausgewogen worden waren, in ein Gefäß einer Planeten-Kugelmühle eingeführt und dann rotiert. Hierdurch wurde ein Vorläufermaterial für feine kristalline Körner hergestellt. Man beachte, dass als Ergebnis der Beobachtung des Vorläufermaterials der feinen kristallinen Körner zu diesem Zeitpunkt das Aluminiumpulver eine flache Form aufwies.
Ferner wurden ein Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99,99 % und Kohlenstoff-Nanoröhrchen so ausgewogen, dass der Mengenanteil des Aluminiumcarbids, das als Dispersionsmaterial in den gewünschten groben kristallinen Körnern dient, 2,00 Masse-% beträgt. Man beachte, dass das verwendete Aluminiumpulver von Kojundo Chemical Lab. Co., Ltd. Hergestellt worden war und einen mittleren Pulverdurchmesser von 20 µm aufwies. Ferner wurden die gleichen Kohlenstoff-Nanoröhrchen wie in Beispiel 1 verwendet.
Als nächstes wurden die so ausgewogenen Aluminiumpulver und Kohlenstoff-Nanoröhrchen in ein Gefäß einer Planeten-Kugelmühle gegeben und dann rotiert. Hierdurch wurde ein Vorläufermaterial für die groben kristallinen Körner hergestellt. Man beachte, dass als Ergebnis der Beobachtung des Vorläufermaterials der groben kristallinen Körner zu diesem Zeitpunkt das Aluminiumpulver eine flache Form aufwies.
Dann wurde das erhaltene Vorläufermaterial für die feinen kristallinen Körner und das Vorläufermaterial für die groben kristallinen Körner in einem Masseverhältnis von 1:1 vermischt. Hierdurch wurde eine Pulvermischung hergestellt.
Als nächstes wurde die erhaltene Pulvermischung in eine Form eingeführt, und hierauf wurde ein Druck von 600 MPa ausgeübt, bei Normaltemperatur, um einen Pressling herzustellen. Dann wurde der erhaltene Pressling im Vakuum bei 630°C für 300 Minuten unter Verwendung eines elektrischen Ofens erwärmt. Hierdurch wurde ein Sinterkörper dieses Beispiels hergestellt. Ferner wurde der erhaltene Sinterkörper extrudiert, um einen Walzdraht dieses Beispiels mit einem Durchmesser von 0,272 mm zu erhalten.
(Vergleichsbeispiel)
Zunächst wurden ein Aluminiumpulver und ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen so ausgewogen, dass der Mengenanteil des Aluminiumcarbids, das in dem gewünschten, auf Aluminium basierenden Kompositmaterial als Dispersionsmaterial dient, 2,00 Masse-% beträgt. Man beachte, dass dieselben Aluminiumpulver und Kohlenstoff-Nanoröhrchen wie in Beispiel 1 verwendet wurden.
Als nächstes wurden die so ausgewogenen Aluminiumpulver und Kohlenstoff-Nanoröhrchen in ein Gefäß einer Planeten-Kugelmühle gegeben und dann rotiert. Hierdurch wurde eine Pulvermischung hergestellt. Man beachte, dass als Ergebnis der Beobachtung der Pulvermischung zu diesem Zeitpunkt das Aluminiumpulver eine flache Form aufwies.
Dann wurde die erhaltene Pulvermischung in eine Form gegeben, und hierauf wurde ein Druck von 600 MPa ausgeübt, bei Normaltemperatur, um einen Pressling herzustellen. Anschließend wurde der erhaltene Pressling im Vakuum bei 630°C für 300 Minuten unter Verwendung eines elektrischen Ofens erwärmt. Hierdurch wurde ein Sinterkörper dieses Beispiels hergestellt. Danach wurde der erhaltene Sinterkörper extrudiert, um einen Walzdraht dieses Beispiels mit einem Durchmesser von 0,272 mm zu erhalten.
(Auswertung)

Die Walzdrähte, die in den Beispielen 1 und 2 sowie im Vergleichsbeispiel erhalten worden waren, wurden bezüglich der maximalen Zugfestigkeit und der Ausdehnung in Übereinstimmung mit JIS Z2241 vermessen. Darüber hinaus wurde jeder der Walzdrähte im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit gemäß JIS H0505 vermessen. Tabelle 1 zeigt die maximale Zugfestigkeit, die Ausdehnung und die elektrische Leitfähigkeit von jedem Walzdraht der Beispiele 1 und 2 sowie des Vergleichsbeispiels, zusammen mit der Zusammensetzung der Probe. [Tabelle 1]

	Probe (Walzdraht mit ⌀ von 0,272 mm, wärmebehandeltes Material)	Maximale Zugfestigkeit (MPa)	Ausdehnung (%)	elektrische Leitfähigkeit (%IACS)
Beispiel 1	Al (Pulverdurchmesser: 20 µm)/4,0 Gew.% Al₄C₃-Kompositmaterial + reines Aluminiumpulver (Pulverdurchmesser: 106 bis 180 µm)	217	9,0	57,5
Beispiel 2	Al mit 99,9 % Reinheit (Pulverdurchmesser: 20 µm)/2,00 Gew.% Al₄C₃-Kompositmaterial + Al mit 99,99 % Reinheit (Pulverdurchmesser: 20 µm)/2,00 Gew.% Al₄C₃-Kompositmaterial	245	3,9	58,0
Vergl.-beispiel	Al (Pulverdurchmesser: 20 µm)/2,00 Gew.% Al₄C₃-Kompositmaterial	226	5,4	56,7

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezüglich der Zugfestigkeit dem Vergleichsbeispiel geringfügig unterlegen war, es jedoch ermöglichte, die Ausdehnung und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Ferner war Beispiel 2 bezüglich der Ausdehnung dem Vergleichsbeispiel geringfügig unterlegen, ermöglichte es jedoch, die Zugfestigkeit und die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Anders ausgedrückt weisen die Kompositmaterialien der Beispiele 1 und 2 jeweils eine bimodale Struktur auf, die grobe kristalline Körner und feine kristalline Körner enthält, obwohl der Mengenanteil des Aluminiumcarbids, das als Dispersionsmaterial dient, unter den Kompositmaterialien der Beispiele 1 und 2 sowie im Vergleichsbeispiel gleich ist. Im Vergleich mit dem Kompositmaterial des Vergleichsbeispiels, das aus feinen kristallinen Körnern hergestellt ist, ermöglichten somit die Kompositmaterialien der Beispiele 1 und 2 es, zumindest eines der Ausdehnung und der elektrischen Leitfähigkeit zu verbessern.
4 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung eines Querschnitts des Walzdrahts von Beispiel 1 unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops. 4 bestätigt, dass im Fall des Kompositmaterials von Beispiel 1 die Aluminiumcarbidpartikel hochgradig als Dispersionsmaterial 2 innerhalb einer Aluminiummatrix 1 dispergiert sind.
Darüber hinaus zeigt 5 das Ergebnis der Untersuchung der kristallinen Korngrenze in einem Querschnitt des Walzdrahts von Beispiel 1 mittels Elektronenrückstreubeugung (EBSD). 5 bestätigt, dass das Kompositmaterial von Beispiel 1 sowohl den Bereich der groben kristallinen Körnern (3) und den Bereich der feinen kristallinen Körner (4) enthält, und dass die feinen kristallinen Körner (4) neben den groben kristallinen Körnern (3) vorliegen.
Vorstehend ist die vorliegende Erfindung durch Beispiele beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und innerhalb der Idee der vorliegenden Erfindung können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4409872 [0003, 0004]
JP 2011-171291 [0003, 0004]
WO 2013/085003 [0003, 0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS H2102 [0025]
JIS H2102 [0029]
JIS Z2241 [0044]
JIS H0505 [0044]
JIS Z2241 [0099]
JIS H0505 [0099]

Claims

Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, umfassend: eine Vielzahl von groben Kristallkörnern aus reinem Aluminium; und eine Vielzahl von feinen Kristallkörnern, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen, worin die feinen Kristallkörner neben den groben Kristallkörnern vorliegen und die feinen Kristallkörner jeweils Kristallkorndurchmesser aufweisen, die kleiner sind als die Kristallkorndurchmesser der groben Kristallkörner.
Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß Anspruch 1, worin das Additiv zumindest eines ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden und Bornitriden.
Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Verhältnis einer langen Achse zu einer kurzen Achse (lange Achse/kurze Achse) des Disperionsmaterials von 1 bis 30 beträgt, die lange Achse eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 500 nm aufweist und die kurze Achse eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 200 nm aufweist.
Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial, umfassend: eine Vielzahl von groben kristallinen Körnern, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen; und eine Vielzahl von feinen kristallinen Körnern, die jeweils eine Aluminiummatrix und ein Dispersionsmaterial, das innerhalb der Aluminiummatrix dispergiert ist und durch Umsetzen eines Teils oder der Gesamtheit eines Additivs mit Aluminium in der Aluminiummatrix gebildet ist, aufweisen, worin mindestens eines von der Reinheit des Aluminiums, das die Aluminiummatrix aufbaut, und dem Mengenanteil des Additivs in den feinen kristallinen Körnern sich von der- bzw. demjenigen in den groben kristallinen Körnern unterscheidet, worin die feinen kristallinen Körner neben den groben kristallinen Körnern vorliegen und die feinen kristallinen Körner kristalline Korndurchmesser aufweisen, die kleiner sind als die kristallinen Korndurchmesser der groben kristallinen Körner.
Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß Anspruch 4, worin das Additiv zumindest eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden und Bornitriden.
Auf Aluminium basierendes Kompositmaterial gemäß Anspruch 4 oder 5, worin das Verhältnis einer langen Achse zu einer kurzen Achse (lange Achse/kurze Achse) des Disperionsmaterials von 1 bis 30 beträgt, die lange Achse eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 500 nm aufweist und die kurze Achse eine Länge im Bereich von 0,01 nm bis 200 nm aufweist.
Verfahren zur Herstellung des auf Aluminium basierenden Kompositmaterials gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst: Mischen eines Aluminiumpulvers mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher mit zumindest einem Additiv, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörnern, Rußen, Borcarbiden und Bornitriden, um ein Vorläufermaterial für feine kristalline Körner zu erhalten; Mischen des Vorläufermaterials für feine kristalline Körner mit einem Vorläufermaterial für grobe kristalline Körner, hergestellt aus reinem Aluminium, gefolgt von Pulverpressen, um einen Pressling zu erhalten; und Erwärmen des Presslings bei einer Temperatur von 600 bis 660°C.