DE112016006013T5

DE112016006013T5 - Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials

Info

Publication number: DE112016006013T5
Application number: DE112016006013.0T
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiro Mizo
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN108291290B; CN108291290A; JPWO2017110140A1; US20190001652A1; WO2017110140A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials umfasst die folgenden Schritte: Erhalten einer beschichteten Folie (12), bei der eine Kohlenstofffaserschicht (11) auf einer Oberfläche (10a) einer Metallfolie (10) durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit (5), die Kohlenstofffasern (1), etc. enthält, auf der Oberfläche (10a) der Metallfolie (10) mit einer Tiefdruckvorrichtung (20) gebildet wird; Bilden eines Laminats, bei dem eine Vielzahl von beschichteten Folien (12) laminiert wird; und einstückiges Fügen der beschichteten Folien (12) durch Erhitzen, während das Laminat in einer Laminierungsrichtung der beschichteten Folien (12) mit Druck beaufschlagt wird. Die Form einer Zelle (22) einer Umfangsfläche (21a) einer Tiefdruckwalze (21) der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung (20) ist eine Becherform und ein Durchmesser eines Kreises, der in einer Mündungsform der Zelle (22) einbeschrieben ist, ist auf das 1,2-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge eingestellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und ein Verfahren zur Herstellung eines Isolierungssubstrats.
In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird der Begriff „Aluminium“ verwendet, um sowohl reines Aluminium als auch eine Aluminiumlegierung zu bezeichnen, falls nichts Gegenteiliges angegeben ist, und analog wird der Begriff „Kupfer“ verwendet, um sowohl reines Kupfer als auch eine Kupferlegierung zu bezeichnen, falls nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Eine Vertikalrichtung eines Isolierungssubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt. In der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird jedoch zum Zwecke des leichteren Verständnisses der Ausgestaltung des Isolationssubstrats die Montageflächenseite des Isolierungssubstrats, auf dem ein Wärmeerzeugungselement montiert ist, als die obere Seite des Isolierungssubstrats bezeichnet, und die gegenüberliegende Seite des Substrats wird als die untere Seite des Isolierungssubstrats bezeichnet.
Technischer Hintergrund
Als Material mit verbesserter Wärmeableitung aus Metall wie beispielsweise Aluminium und gesteuertem linearen Ausdehnungskoeffizient wird ein Aluminium-Kohlenstoffmaterial-Verbundmaterial untersucht.
Bekannt sind als Verfahren zur Herstellung dieses Verbundmaterials ein Verfahren, bei dem Kohlenstofffasern als Kohlenstoffmaterial in geschmolzenes Aluminium verbracht und verrührt und gemischt wird (Metallschmelze-Rührverfahren), ein Verfahren zur Drücken von geschmolzenem Aluminium in einen Kohlenstoffformkörper mit Hohlräumen (Metallschmelze-Schmiedeverfahren), ein Verfahren, bei dem Aluminiumpulver und Kohlenstoffpulver vermischt und unter Druck erhitzt werden (Pulvermetallurgisches Verfahren), und ein Verfahren, bei dem Aluminiumpulver und Kohlenstoffpulver gemischt und extrudiert werden (Pulver-Extrusionsverfahren).
Jedoch war mit diesen Verfahren, da geschmolzenes Aluminium oder Aluminiumpulver verwendet wird, die Herstellungsarbeit kompliziert und die Herstellungsausrüstung war groß.
Die japanische, ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-76840 (Patentdokument 1) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Metallmaterials durch Herstellen eines Vor-Formerzeugnis (Prepreg) durch Bonden und Kleben eines anorganischen Whiskers an eine Metallfläche aus einem dünnen Metallblech mit einem organischen Bindemittel, und dann Erwärmen und mit Druck beaufschlagen einer Vielzahl von Vor-Formerzeugnisses in laminierter Form.
Ferner offenbart das japanische Patent Nr. 5150905 (Patentdokument 2) ein Verfahren zur Herstellung eines metallbasierten Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffs als Metall-Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff. In dem Verfahren werden Kohlenstofffasern mit einem organischen Bindemittel und einem Lösungsmittel gemischt, um ein Beschichtungsgemisch herzustellen. Anschließend wird das Beschichtungsgemisch auf einen bahnförmigen ooderfolienförmigen Metallträger angeheftet, um eine Vorform-Folie (beschichtete Folie) zu bilden. Danach wird eine Vielzahl von vorgeformten Folien gestapelt, um ein Laminat bzw. einen Schichtkörper zu bilden. Das wird das Laminat erhitzt und mit Druck beaufschlagt, um die vorgeformten Folien ineinander zu integrieren.
Abgesehen von den obigen Dokumenten sind das japanische Patent Nr. 5145591 (Patentdokument 3) und die japanische, ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-25158 (Patentdokument 4) als weitere Dokumente bekannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials offenbaren.
Bei dem in den Patentdokumenten 2 bis 4 offenbarten Herstellungsverfahren wird ein Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial durch einstückiges Fügen einer Vielzahl von Metallschichten und Kohlenstofffaserschichten in einem abwechselnd geschichteten Zustand erhalten.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-76840
Patentdokument 2: japanisches Patent Nr. 5150905
Patentdokument 3: japanisches Patent Nr. 5145591
Patentdokument 4: ungeprüfte japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-25158.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung
Somit kann bei dem Verfahren zu Herstellung eines Verbundwerkstoffs in dem oben genannten Patentdokument 1, wenn die anorganische Whisker-Schicht, die an eine Metallfläche einer dünnen Metallplatte gebondet oder geklebt wird, zu dick ist, das Metall der dünnen Metallplatte nicht ausreichend in die anorganische Whisker-Schicht eindringen, es bilden sich Hohlräume in der anorganischen Whsiker-Schicht, und die dünnen Metallplatten, die auf beiden Seiten der anorganischen Metallschicht angeordnet sind, werden nicht fest aneinander gefügt. Aus diesen Gründen war die Festigkeit des Verbundmaterials gering.
Die in den Patentdokumenten 2 bis 4 offenbarten Verbundmaterialien hatten die folgenden Nachteile.
Es wird angemerkt, dass in dieser Beschreibung bei einem Verbundwerkstoff eine Ebene senkrecht zu einer Laminierungsrichtung einer Metallschicht und einer Kohlenstofffaserschicht als „Ebene eines Verbundmaterials“ bezeichnet wird, und eine Ebenen-Richtung senkrecht zu der Laminierungsrichtung der Metallschicht und der Kohlenstofffaserschicht als „Ebenen-Richtung eines Verbundmaterials“ bezeichnet wird.
Bei einem Verbundmaterial sind physikalische Eigenschaften des Verbundmaterials, z.B. ein linearer Ausdehnungskoeffizient und eine Wärmeleitfähigkeit, in der Faserrichtung (also der Ausrichtungsrichtung der Kohlenstofffaser) in der Ebene des Verbundmaterials und in einer Richtung senkrecht hierzu deutlich voneinander verschieden, falls Faserrichtungen der Kohlenstofffasern in einer Kohlenstofffaserschicht in einer Richtung innerhalb einer Ebene des Verbundmaterials ausgerichtet sind, als in Fällen, wo die Kohlenstofffasern in einer Richtung ausgerichtet sind. Deshalb gab es einen Nachteil dahingehend, dass das Verbundmaterial auf einfache Weise verzerrt wurde, wenn das Verbundmaterial erwärmt wurde.
Unter diesen Umständen ist es denkbar, ein Laminat zu bilden, indem eine Vielzahl von Preform-Folien derart laminiert werden, dass Faserrichtungen von Kohlenstofffasern abwechselnd senkrecht werden.
Jedoch müssen in diesem Verfahren die Vorformfolien laminiert werden, während die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern berücksichtig werden, weshalb der Laminierungsvorgang erschwert ist. Darüber hinaus war es schwierig, die physikalischen Eigenschaften (z.B. den linearen Ausdehnungskoeffizienten) in der schrägen Richtung (z.B. 45 Grad-Richtung) bezüglich der Faserrichtung der Kohlenstofffaser in der Ebene des Verbundmaterials gleich den physikalischen Eigenschaften der Kohlenstofffaser in der Faserrichtung und einer dazu senkrechten Richtung auszulegen.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts des oben genannten technischen Hintergrunds und es ist eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials, das physikalische Eigenschaften des Verbundmaterials in einer Ebenen-Richtung ausgleichen kann, und ein Verfahren zur Herstellung eines Isolationsmaterials anzugeben.
Die anderen Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Erfindung stellt die folgenden Mittel bereit.

[1] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Erhalten einer beschichteten Folie, bei der eine Kohlenstofffaserschicht auf einer Oberfläche einer Metallfolie durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit gebildet wird, die Kohlenstofffasern, ein Bindemittel, und ein Lösungsmittel für das Bindemittel in einem gemischten Zustand enthält, auf die Oberfläche der Metallfolie mit einer Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung, die mit einer Tiefdruckwalze versehen ist, bei der eine Reihe von Zellen auf einer Umfangsfläche davon gebildet sind;
- Bilden eines Laminats in einem Zustand, bei dem eine Vielzahl von beschichteten Folien laminiert ist; und
- einstückiges Fügen der beschichteten Folien durch Erhitzen des Laminats, um das Bindemittel aus dem Laminat zu entfernen, und Erhitzen des Laminats, während das Laminat in einer Laminierungsrichtung der beschichteten Folien mit Druck beaufschlagt wird,
- wobei eine Form der Zelle der Tiefdruckwalze eine Becherform ist und ein Durchmesser eines Kreises, der einer Mündungsform der Zelle einbeschrieben ist, auf das 1,2-fache oder mehr einer durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffasern eingestellt wird.
[2] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach dem oben genannten Punkt 1, wobei der Schritt des Erhaltens der beschichteten Folie einen Schritt des Entfernens des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht umfasst, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet wird.
[3] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach dem oben genannten Punkt 1, wobei der Schritt des Erhaltens der beschichteten Folie einen Schritt des Entfernens des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist, umfasst, ohne die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht einer Streichnivellierungsverarbeitung zu unterziehen.
[4] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der oben genannten Punkte 1 bis 3, wobei in dem Schritt des einstückigen Fügens der beschichteten Folien das Bindemittel von dem Laminat während des Erhitzens des Laminats entfernt wird, so dass eine Temperatur des Laminats auf eine Temperatur ansteigt, bei der die beschichteten Folien einstückig gefügt werden.
[5] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der oben genannten Punkte 1 bis 4, wobei die Form der Zelle zumindest eine Form ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Gitterform, einer Pyramidenform, einer sechseckigen Form, und einer kreisrunden Form ist.
[6] Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der oben genannten Punkte 1 bis 5, wobei die Metallfolie eine Aluminiumfolie und/oder eine Kupferfolie ist.
[7] Verfahren zur Herstellung eines Isolierungssubstrats mit einer Vielzahl von Isolierungssubstrat-Bestandteilschichten, die in einem laminierten Zustand zu integrieren sind, wobei zumindest eine Bestandteilschicht der Vielzahl von Bestandteilschichten aus einer Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial hergestellt ist, und das Verbundmaterial durch ein Verfahren zur Herstellung des Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der oben genannten Punkte 1 bis 6 hergestellt wird.

Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung entfaltet die folgenden Wirkungen.
Bei dem oben genannten Punkt [1] kann mittels Durchführung der Schritte des Aufbringens einer Beschichtungsflüssigkeit auf eine Oberfläche einer Metallfolie, Bilden eines Laminats in einem Zustand, in dem eine Vielzahl von beschichteten Folien laminiert ist, und einstückiges Fügen der beschichteten Folien durch Druckbeaufschlagen und Erhitzen des Laminats ein Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial auf kostengünstige Weise massenproduziert werden.
Ferner kann durch Entfernen des Bindemittels von dem Laminat die Wärmeleitfähigkeit des erhaltenen Verbundmaterials zuverlässig erhöht werden.
Ferner kann durch eine Konfiguration derart, dass die Beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche der Metallfolie die Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung ist, die Zellform der Tiefdruckwalze der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung eine Becherform ist, und der Durchmesser des in dem Mündungsbereich der Zeile einbeschriebenen Kreises auf das 1,2-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser eingestellt ist, eine Kohlenstofffaserschicht auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet werden, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern in der Oberfläche der Metallfolie statistisch bzw. zufällig werden. Aus diesem Grund können die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials in der Ebenenrichtung ausgeglichen werden. Zudem ist es nicht nötig, die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern bei der Bildung des Laminats zu berücksichtigen, so dass die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials in der Ebenen-Richtung auf einfache Weise ausgeglichen werden können.
Bei dem vorgenannten Punkt [2] ist es durch Entfernen des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht möglich, die beschichteten Folien in dem Schritt des einstückigen Fügen der beschichteten Folien zufriedenstellend einstückig zu fügen.
Bei dem oben genannten Punkt [3] können die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern in der Kohlenstofffaserschicht in einem statistischen Zustand gehalten bzw. beibehalten werden, indem die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht nicht einer Streichnivellierungsverarbeitung unterzogen wird. Im Ergebnis kann die Einheitlichkeit der physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials in der Ebenenrichtung zuverlässig erhalten werden.
Bei dem oben genannten Punkt [4] kann die Herstellung des Verbundmaterials auf einfache Weise durch Entfernen des Bindemittels von dem Laminat während des Erhitzens des Laminats durchgeführt werden, so dass die Temperatur des Laminats auf eine Temperatur ansteigt, bei der die beschichteten Folien einstückig gefügt werden.
Bei dem oben genannten Punkt [5] ist die Form der Zelle zumindest eine Form ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Gitterform, einer Pyramidenform, einer sechseckigen Form, und einer kreisrunden Form. Aus diesem Grund kann die Kohlenstofffaserschicht auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet werden, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern in der Oberfläche der Metallfolie zuverlässig statistisch werden. Im Ergebnis kann die Einheitlichkeit der physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials in der Ebenen-Richtung zuverlässig erhalten werden.
Bei dem oben genannten Punkt [6], da die Metallfolie eine Aluminiumfolie und/oder eine Kupferfolie ist, kann ein Verbundmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit zuverlässig erhalten werden.
Bei dem oben genannten Punkt [7] kann ein Isolierungssubstrat mit einer hohen Zuverlässigkeit gegen Temperaturveränderungen wie z.B. einem Kalt/Warm-Zyklus hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmamterials gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das Schritte zum Erhalten einer beschichteten Folie darstellt.
3A ist eine Draufsicht, die einen Anordnungszustand von Gitterformzellen auf einer Umfangsfläche einer Tiefdruckwalze 21 darstellt;
3B ist eine perspektivische Ansicht, die die Form der Gitterformzelle aus 3A darstellt;
4A ist eine Draufsicht, die einen Anordnungszustand von pyramidenfömigen Zellen auf einer Umfangsfläche der Tiefdruckwalze darstellt;
4B ist eine perspektivische Ansicht, die die Form der pyramidenförmigen Zelle aus 4A darstellt;
5A ist eine Draufsicht, die einen Anordnungszustand von sechseckig geformten Zellen in einer Umfangsfläche einer Tiefdruckwalze darstellt;
5B ist eine perspektivische Ansicht, die die Form der sechseckig geformten Zelle aus 5A veranschaulicht;
6A ist eine Draufsicht, die einen Anordungszustand von kreisfrömigen Zellen auf einer Umfangsfläche einer Tiefdruckwalze darstellt;
6B ist eine perspektivische Ansicht, die die Form der kreisförmigen Zelle aus 6A darstellt;
7A ist eine Seitenansicht einer Zelle in einem Fall, bei dem die Bodenfläche der Zelle eine flache Form hat;
7B ist eine Seitenansicht der Zelle in einem Fall, bei dem die Bodenfläche der Zelle eine konkave Kegelform hat;
7C ist eine Seitenansicht der Zelle in einem Fall, bei dem Kommunikationsanschlüsse an der Innenumfangseitenoberfläche der Zelle vorgesehen sind;
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Zelle in einem Fall, bei dem Kommunikationsanschlüsse an der Innenumfangsseite der Zelle vorgesehen sind;
9 ist eine perspektivische Ansicht, wenn ein Streifenelement der beschichteten Folie abgelängt wurde;
10 ist eine schematische Seitenansicht eines Laminats, der durch Laminieren einer Vielzahl von beschichteten Folien gebildet wird;
11 ist eine schematische Ansicht zum Erlätern eines Schritts des ganzheitlichen Sinterns von beschichteten Folien;
12 ist ein Diagramm (Schaubild), das ein Beispiel einer Temperaturkurve zum Zeitpunkt des Erhitzens eines Laminats in dem Schritt des ganzheitlichen Sinterns von beschichteten Folien zeigt;
13 ist eine schematische Seitenansicht eines Verbundmaterials dieser Ausführungsform, das durch ganzheitlichen Sintern von beschichteten Folien ehalten wurde;
14 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbundmaterials, das verschiedene Richtungen zeigt, die durch ein Verbundmaterial dieser Ausführungsform definiert werden;
15 ist eine Seitansicht eines Isolierungssubstrats.

AUSFÜHRUNGSFORM ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 dargestellt umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials (Verbund) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Schritt S1 des Erhaltens einer beschichteten Folie, einen Schritt S2 des Bildens eines Laminats, und einen Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien. Diese Schritte werden in dieser Reihenfolge durchgeführt.
Schritt S1 des Erhaltens einer beschichteten Folie ist ein Schritt zum Erhalten eines bandartigen Streifenelements 12A der beschichteten Folie 12 (also eine bandartige, lange beschichtete Folie 12), wie ausführlich in 2 beschrieben. Mit anderen Worten ist dieser Schritt S1 ein Schritt des Erhaltens eines Streifenelements 12A der beschichteten Folie 12, bei der eine Kohlenstofffaserschicht 11, die aus einer Beschichtungsflüssigkeit 5 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10a der Metallfolie 10 gebildet wird durch Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10. Die Beschichtungsflüssigkeit 5 ist ein Gemisch, das eine Kohlenstofffaser 1, ein Bindemittel 2, und ein Lösungsmittel 3 für das Bindemittel 2 in einem gemischten Zustand enthält.
Ferner umfasst Schritt S1 des Erhaltens der beschichteten Folie 12 einen Schritt S1a des Entfernens des Lösungsmittels 3 aus der Kohlenstofffaserschicht 11, die auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 gebildet ist (siehe 1).
Wie in 10 dargestellt ist Schritt S2 des Bildens eines Laminats bzw. Schichtkörpers 15 ein Schritt der Bildung eines Laminats 15 in einem Zustand, in dem eine Vielzahl von beschichteten Folien 12 laminiert werden.
Wie in 11 dargestellt, ist Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 ein Schritt des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 durch Erhitzen, während das Laminat 15 in der Laminierungsrichtung der beschichteten Folien 12 (also in der Dickenrichtung des Laminats 15) mit Druck beaufschlagt wird. Dieser Schritt SS3a umfasst einen Schritt des Entfernens des Bindemittels 2 von dem Laminat 15 durch Erhitzen des Laminats 15 (siehe 1).
Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 entspricht einem bevorzugten Beispiel des Schritts des einstückigen Fügens der beschichteten Folien 12, wie in den Ansprüchen angegeben.
Das Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial 17 gemäß dieser Ausführungsform meint ein Verbundmaterial, das ein als Matrix verwendetes Metall und Kohlenstofffasern 1 als Material enthält, das mit dem Metall (Matrix) verbunden werden soll. Mit anderen Worten kann dieses Verbundmaterial 17 als Metallmatrix-Verbundmaterial betrachtet werden, das Kohlenstofffasern 1 enthält.
Wie in 13 dargestellt ist das Verbundmaterial 17, das in dieser Ausführungsform erhalten wird, ein Verbundmaterial, bei dem eine Metallschicht aus einer Metallfolie 10 und eine Kohlenstofffaserschicht 11, die vorwiegend aus Kohlenstofffasern 1 gebildet wird, ganzheitlich in einer abwechselnd laminierten Weise gesintert werden. Ein Teil des Metalls der Metallfolie 10 wird in die Kohlenstofffaserschicht 11 eingebracht. Bei diesem Verbundmaterial 17 entspricht das Metall der Matrix, und die Kohlenstofffaser 1 entspricht dem Material, das mit dem Metall (Matrix) verbunden werden soll.
Dieses Verbundmaterial 17 kann geeigneterweise als Material von zumindest einer Bestandteilschicht unter der Vielzahl von Isolierungssubstrat-Bestandteilschichten 51 bis 55 verwendet werden, die das in 15 gezeigte Isolierungssubstrat 50 darstellen.
Das Isolierungssubstrat 50 wird als Substrat eines elektronischen Bauteils wie beispielsweise ein Substrat eines Leistungsmoduls verwendet. Das Isolierungssubstrat 50 ist durch eine Verdrahtungsschicht 51, eine erste Belastungspufferschicht 52, eine Keramikschicht (Isolierungsschicht) 53, eine zweite Belastungspufferschicht 54, und eine Metallkühlschicht 55, als Vielzahl von Bestandteilschichten, gebildet. Diese Bestandteilschichten 51 bis 55 werden durch eine vorgegebene Fügeeinrichtung, wie beispielsweise Löten in einem Zustand einstückig gefügt, in dem die Verdrahtungsschicht 51, die erste Belastungspufferschicht 52, die Keramikschicht 53, die zweite Belastungspufferschicht 54, und die Kühlschicht 55 der Reihe nach von oben nach unten laminiert werden.
Die Montagefläche 50a des Isolierungssubstrats 50 ist eingerichtet, ein wärmeerzeugendes Element 56 (durch eine 2-Punkt-Strichlinie angedeutet) zu montieren, z.B. ein elektronisches Element, in einem Zustand, in dem es durch Löten oder dergleichen gefügt ist. Die Montagefläche 50a wird durch die obere Fläche der Verdrahtungsschicht 51 gebildet.
Die Kühlschicht 55 ist eine Schicht zur Kühlung des wärmeerzeugenden Elements 56 und umfasst zum Beispiel eine Vielzahl von wärmeableitenden Finnen 55a, die Kühlelemente sind (einschließlich wärmestrahlenden Elementen). Allgemein ist die Kühlschicht 55 aus Aluminium oder Kupfer gefertigt.
Bei dem Verbundmaterial 17 dieser Ausführungsform kann der lineare Ausdehnungskoeffizient in der Ebenen-Richtung auf einen Zwischenwert zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und den linearen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik eingestellt sein. Deshalb ist es bei dem Isolierungssubstrat 50 bevorzugt, dass insbesondere die erste und/oder die zweite Belastungspufferschicht 52 und 54 unter diesen Bestandteilschichten 51 bis 55 durch das Verbundmaterial 17 dieser Ausführungsform gebildet wird.
Das Verbundmaterial 17 dieser Ausführungsform kann als Metallmatrix-Verbundmaterial betrachtet werden, das mit Kohlenstofffasern 1 verstärkt ist und einen hohen Elastizitätsmodul hat. Aus diesem Grund kann es zweckmäßig als Material für ein Element verwendet werden, das eine hohe mechanische Festigkeit haben soll.
Als nächstes wird jeder Schritt ausführlich beschrieben.
<Schritt S1 des Erhaltens der beschichteten Folie 12>
Die Beschichtungsflüssigkeit 5, die in diesem Schritt S1 verwendet wird, wird zum Beispiel wie folgt erhalten. Wie in 2 dargestellt werden eine große Menge an Kohlenstofffasern 1, ein Bindemittel 2, und ein Lösungsmittel 3 für das Bindemittel 2 in einen Mischbehälter 41 verbracht, und sie werden mit einer Rühr- und Mischvorrichtung 42 gerührt und vermischt. Dadurch wird eine Beschichtungsflüssigkeit 5 erhalten, die die Kohlenstofffasern 1, das Bindemittel 2 und das Lösungsmittel 3 in einem gemischten Zustand enthält. Zu diesem Zeitpunkt kann dem Mischbehälter bei Bedarf ein Dispergiermittel, ein Entschäumer, ein Oberflächen-Konditionierer, ein Viskositätsmodifizierungsmittel, etc. hinzugefügt werden und darin gerührt und gemischt werden.
Die Rühr- und Mischvorrichtung 42 ist nicht spezifisch beschränkt, und eine Rührvorrichtung mit Rührklingen, ein Planetenmischer, ein Homodisersor, eine Kugelmühle, etc. können verwendet werden.
Die spezifische Erläuterung der Karbonfasern 1, des Bindemittels 2, und des Lösungsmittels 3 werden später beschrieben.
Als Beschichtungsvorrichtung zur Aufbringung der Beschichtungsflüssigkeit 5 wird eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung (z.B. ein Tiefdruckbeschichter) 20 verwendet.
Die Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 ist insbesondere eine Direkttiefdruckbeschichtungsvorrichtung (z.B. ein Direkttiefdruckbeschichter) und ist mit einer Tiefdruckwalze 21, einer Stützwalze 23, einem Beschichtungsflüssigkeit-Aufbringmittel 25, um die Beschichtungsflüssigkeit 5 an der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 etc. anhaften zu lassen, etc. ausgestattet. Auf der gesamten Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 ist eine große Anzahl von Zellen (Ausnehmungen) 22 in einer geordneten Weise vorgesehen(siehe 3A, 4A, 5A und 6A). Eine Trennwand 21b ist zwischen benachbarten Zellen 22 gebildet, und jede Zelle 22 wird durch diese Trennwand 21b getrennt. Die Stützwalze 23 ist angeordnet, so dass sie der Tiefdruckwalze 21 zugewandt ist.
Die Beschichtungsflüssigkeit-Aufbringungseinrichtung 25 ist mit einer Beschichtungsflüssigkeitswanne 26 versehen, die die Beschichtungsflüssigkeit 5 in dieser Ausführungsform enthält, und eingerichtet ist, die Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 aufzubringen, indem die Tiefdruckwalze 21 um ihre Zentralachse in einem Zustand gedreht wird, in dem ein Teil der Umfangsrichtung der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 in der Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 26 eingetaucht wird. Die Kohlenstofffasern 1 in der Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 26 werden in der Beschichtungsflüssigkeit 5 dispergiert, so dass ihre Faserrichtungen statistisch verteilt sind.
Bei der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20, die in 2 dargestellt ist, wird das von der Abwickelrolle 27a abgewickelte Streifenelement 10A der Metallfolie 10 durch die Wickelrolle 27b aufgewickelt, nachdem sie nachfolgend die Tiefdruckwalze 21 und die Stützwalze 23 und das Innere des Trocknungsofens 28 als Trockenvorrichtung mit einer vorgegebenen Zufuhrrate ungefähr in der horizontalen Richtung durchlaufen hat.
Die Zufuhrrichtung F des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 ist auf die Längsrichtung des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 eingestellt. Eine Richtung parallel zu der Zufuhrrichtung F ist die Beschichtungsrichtung der Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 durch die Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 (insbesondere die Tiefdruckwalze 21 der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20).
In dieser Ausführungsform ist die Tiefdruckwalze 21 auf der unteren Seite des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 derart angeordnet, dass sie das Streifenelement 10A der Metallfolie 10 vollständig in der Breitenrichtung quert, und die Stützwalze 23 ist auf der oberen Seite des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 derart angeordnet, so dass sie das Streifenelement 10A der Metallfolie 10 vollständig in der Breitenrichtung quert. Deshalb ist die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10, auf die die Beschichtungsflüssigkeit 5 aufgebracht wird, die untere Oberfläche des Streifenelements 10A der Metallfolie 10.
In der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10, die durch die Beschichtungsflüssigkeit 5 beschichtet werden soll, nicht auf die untere Oberfläche des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 beschränkt. Zum Beispiel kann sie die obere Oberfläche bzw. Oberseite des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 oder die obere und untere Oberfläche des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 sein.
Die Beschichtung der Beschichtungsflüssigkeit 5 erfolgt, wenn das Streifenelement 10A der Metallfolie 10 zwischen der Tiefdruckwalze 21 und der Stützwalze 23 hindurchtritt. Mit anderen Worten, haftet die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 26 bei sich drehender Tiefdruckwalze 21 an der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 an und die Beschichtungsflüssigkeit 5 gelangt in jede Zelle 22. Dann wird die überschüssige Beschichtungsflüssigkeit 5, die an der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 anhaftet, mit der Rakel (Abstreifer) 24 abgestreift. Danach gelangt die Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 mit der Oberfläche 10a der Streifenelements 10A der Metallfolie in Kontakt, und die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Zelle 22 wird auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 verbracht. Im Ergebnis wird die Kohlenstofffaserschicht 11, die aus verbrachten Beschichtungsflüssigkeit 5 gebildet wird, über der gesamten Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 gebildet. Somit wird ein Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12, bei der die Kohlenstofffaserschicht 11 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie gebildet wird, erhalten.
Die Drehrichtung der Tiefdruckwalze 21 ist normalerweise in der gleichen Richtung wie die Zufuhrrichtung F des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 eingestellt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Tiefdruckwalze 21 ist üblicherweise derart eingestellt, dass sie gleich der Zufuhrrate bzw. Zufuhrgeschwindigkeit des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 ist.
Der Trocknungsofen 28 ist eingerichtet, die Kohlenstofffaserschicht 11, die auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie gebildet ist (also die Kohlenstofffaserschicht 11 des Streifenelements 12A der beschichteten Folie 12), zu erhitzen und zu trocken, um ein Verdampfen des Lösungsmittels 3, das in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthalten ist, aus der Kohlenstofffaserschicht 11 zu bewirken, um es zu entfernen.
Bei der Tiefdruckwalze 21 der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 ist die Form der Zelle 22 eine Becherform, und es ist besonders bevorzugt, dass die Form der Zelle 22 eine Form ist, die um den gesamten Umfang der Zelle 22 im Wesentlichen geschlossen ist.
Insbesondere ist die Form der Zelle 22 bevorzugt zumindest eine Form ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Gitterform 22A (siehe 3A und 3B), einer Pyramidenform 22B (siehe 4A und 4B), einer sechseckigen Form 22C (siehe 5A und 5B), und einer kreisrunden Form 22D (siehe 6A und 6B).
Die Gitterformzelle 22A ist ausgebildet, um in der kegelstumpf-förmigen, viereckigen Pyramidenform eingelassen zu sein, wie in den 3A und 3B dargestellt.
Die Pyramidenformzelle 22B ist ausgebildet, um in der viereckigen Pyramidenform eingelassen zu sein, wie in den 4A und 4B dargestellt.
Die sechseckige Formzelle 22C ist gebildet, um in der kegelstumpfförmigen, sechseckigen Pyramidenform eingelassen zu sein, wie in den 5A und 5B dargestellt.
Die kreisrunde Formzelle 22D ist gebildet, um in der Kegelstumpfform eingelassen zu sein, wie in den 6A und 6B dargestellt.
Ferner ist die Form der Bodenfläche 22b der Zelle 22 (z.B. eine Gitterform, eine Pyramidenform, eine sechseckige Form, eine kreisrunde Form) nicht beschränkt. Zum Beispiel kann sie eine flache Form wie in 7A gezeigt sein, eine konkav-gekrümmte Form (z.B. eine konkave sphärische Form) sein, wie in Figure 7B dargestellt, eine konkave konische Form (z.B. eine konkave Pyramidenform, eine konkave Kegelform) sein, wie in 7C dargestellt, oder eine Form, bei der zumindest zwei dieser Formen kombiniert werden.
Ferner ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die Zelle 22 eine Form hat, bei der der Umfang der Zelle 22 über den gesamten Umfang vollständig geschlossen ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Wie in 8 dargestellt kann die Form derart ausgebildet bzw. geformt sein, dass die kleinen Kommunikationsanschlüsse 22c, die es einem Teil der Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Zelle 22 ermöglichen, in die benachbarten Zellen 22 zu fließen, in Teilen der Innenumfangsseitenflächen 22a der Zelle 22 gebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Größe der Zelle 22 groß genug ist, so dass die Kohlenstofffaser 1 mit durchschnittlicher Faserlänge in die Zelle 22 in einem Zustand im Wesentlichen parallel zu der Öffnungsfläche der Zelle 22 gelangen kann und dass die Kohlenstofffaser 1 mit durchschnittlicher Faserlänge, die in der Zelle 22 enthalten ist, um 360 Grad in der Zelle 22 in der Innenumfangsrichtung der Zelle 22 gedreht werden kann. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Durchmesser W des Kreises N (insbesondere Kreis N, der in der Öffnungsumfangskante 22d der Zelle 22 einbeschrieben ist), der in der Mündungsform der Zelle 22 einbeschrieben ist, auf das 1,2-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 eingestellt wird.
In den 3A, 4A und 5A ist der Kreis N, der in der Mündungsform der Zelle 22 einbeschrieben ist, durch die Zwei-Punkt-Strichlinie angedeutet. In 6A passt der Kreis N, der in der Mündungsform der Zelle 22 einbeschrieben ist, zu der Öffnungsumfangskante 22d der Zelle 22.
Wie oben beschrieben ist die Form der Zelle 22 eine Becherform und der Durchmesser W des Kreises N, der in der Mündungsöffnung der Zelle 22 einbeschrieben ist, ist auf das 1,2-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 eingestellt. Aus diesem Grund gelangt, wenn die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 26 an der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 anhaftet (also wenn die Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 in die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 26 getaucht wird), die Beschichtungsflüssigkeit 5 in die Zelle 22, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Innenumfangsrichtung der Zelle 22 statistisch bzw. zufällig verteilt sind. Die Kohlenstofffaser 1 in der Beschichtungsflüssigkeit 5, die in der Zelle 22 enthalten ist, kann sich in der Innenumfangsrichtung der Zelle 22 drehen. In diesem Zustand wird bei sich drehender Tiefdruckwalze 21 die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Zelle 22 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 verbracht bzw. übertragen. Im Ergebnis wird die Kohlenstofffaserschicht 11 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 gebildet, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 statistisch bzw. zufällig verteilt werden.
Hingegen wird in Fällen, in denen die Form der Zelle 22 keine Becherform ist, sondern vom schrägen Linien Typ (nicht dargestellt), der als Form der Zelle 22 wohlbekannt ist, die Beschichtungsflüssigkeit 5, wenn die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Wanne 25 an der Umfangsfläche 21a der Tiefdruckwalze 21 anhaftet, vermutlich in die Zelle 22 gelangen, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Beschichtungsflüssigkeit 5 in einer Richtung entlang der Richtung der schrägen Linie der Zelle 22 ausgerichtet sind. In diesem Zustand wird die Beschichtungsflüssigkeit 5 in der Zelle 22 bei sich drehender Tiefdruckwalze 21 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 verbracht bzw. übertragen. Im Ergebnis werden die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 nicht statistisch verteilt sein, sondern wahrscheinlich in einer Richtung ausgerichtet sein. Deshalb muss die Form der Zelle 22 eine Becherform und nicht eine Form einer schrägen Linie sein.
Die obere Grenze des Durchmessers W des Kreises N, der in der Mündungsform der Zelle 22 einbeschrieben ist, ist nicht beschränkt, sondern ist zum Beispiel 2500 µm.
In Fällen, bei denen die Form der Öffnungsumfangskante 22d der Zelle 22 eine quadratische Form ist (z.B. eine Gitterform 22A, eine Pyramidenform 22B), ist es bevorzugt, dass der Durchmesser W des der Mündungsform der Zelle 22 einbeschriebenen Kreises größer ist als jener, wenn die Form der Zelle 22 eine sechseckige Form 22C oder eine kreisrunde Form 22D ist. Insbesondere ist es besonders bevorzugt, dass er das 1,5-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 beträgt.
In einem Zustand, nachdem die Kohlenstofffaserschicht 11 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 durch die Tiefdruckwalze 21 gebildet wurde und bevor das Streifenelement 10A der Metallfolie 10 (das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12) in den Trocknungsofen 28 gelangt (also vor Schritt S1a des Entfernens des Lösungsmittels 3 aus der Kohlenstofffaserschicht 11), ist es bevorzugt, dass die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 keiner Streichnivellierungsverarbeitung zur Glättung der Oberfläche unterzogen wird.
Die Streichnivellierungsverarbeitung bezeichnet eine Verarbeitung zur Glättung der Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 durch Gleiten der Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 mit dem Endkantenumfangsabschnitt eines Streichnivellierungselements durch Zuführen des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 in der Zufuhrrichtung F gegenüber dem Streifnivellierungselement in einem Zustand, in dem der Endkantenumfangsabschnitt des Streifnivellierungselements (z.B. Streifnievllierungsplatte) die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 in der Richtung berührt, die die Zufuhrrichtung F des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 kreuzt (z.B. senkrechte Richtung).
Wenn diese Streichnivellierungsverarbeitung auf die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 angewendet wird, neigen die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Kohlenstofffaserschicht 11 dazu, in der Richtung entlang des Endkantenumfangsabschnitts des Streifnivellierungselements ausgerichtet zu werden. Deshalb ist es bevorzugt, die Streifnivellierungsverarbeitung wenn eben möglich nicht auf die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 anzuwenden. In Fällen, in denen die Streifnivellierungsverarbeitung nicht auf die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht 11 angewendet wird, ist es möglich, die Faserrichtung der Kohlenstofffaser 1 in der Kohlenstofffaserschicht 11 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 zuverlässig statistisch verteilt beizubehalten. Hiermit ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung des Verbundmaterials zuverlässig auszugleichen.
Die Kohlenstofffaser 1 kann verwendet werden, sofern es sich um ein faserartiges Kohlenstoffpartikel handelt. Insbesondere kann zum Beispiel eine oder zwei oder mehr vermischte Kohlenstofffasern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus PAN (Polyacrylnitril)-basierter Kohlenstofffaser, pechbasierter Kohlenstofffaser, und Kohlenstoffnanofaser (z.B. Dampfphasenwachstums-Kohlenstofffaser, oder Kohlenstoffnanoröhrchen) verwendet werden.
Unter einer PAN-basierten Kohlenstofffaser und einer pechbasierten Kohlenstofffaser ist es insbesondere bevorzugt, eine pechbasierte Kohlenstofffaser zu verwenden. Der Grund besteht darin, dass die Wärmeleitfähigkeit der pechbasierten Kohlenstofffaser in der Faserrichtung größer ist als jene der PAN-basierten Kohlenstofffaser, so dass ein Verbundmaterial 17 mit höherer Wärmeleitfähigkeit erhalten werden kann.
Die Länge der Kohlenstofffaser 1 ist nicht beschränkt, und besonders bevorzugt ist es, dass die durchschnittliche Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 1 mm oder weniger beträgt. Der Grund hierfür ist, dass die Kohlenstofffaserschicht 11 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 gebildet werden kann, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 zuverlässig zufällig verteilt sein werden. Hiermit ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung zuverlässiger auszugleichen.
Die untere Grenze der Länge der Kohlenstofffaser 1 ist nicht beschränkt. Üblicherweise beträgt die untere Grenze der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 10 µm.
Der Faserdurchmesser der Kohlenstofffaser 1 ist nicht beschränkt. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der Kohlenstofffaser 1 beträgt zum Beispiel 0,1 nm bis 20 µm. In Fällen, in denen die Kohlenstofffaser 1 eine PAN-basierte Kohlenstofffaser oder eine pechbasierte Kohlenstofffaser ist, ist die Kohlenstofffaser 1 zum Beispiel eine Kurzfaser oder eine gemahlene Faser und ihr durchschnittlicher Faserdurchmesser beträgt zum Beispiel 5 µm bis 15 µm. In Fällen, in denen die Kohlenstofffaser 1 eine Dampfphasenwachstums-Nano- Kohlenstofffaser ist, beträgt der durchschnittliche Faserdurchmesser der Kohlenstofffaser 1 zum Beispiel 0,1 nm bis 20 µm.
Das Bindemittel 2 wird verwendet, um eine Haftkraft auf die Kohlenstofffaser 1 an die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 auszuüben, um hierdurch die Kohlenstofffaser 1 in der Kohlenstofffaserschicht 11 daran zu hindern, von der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 abzufallen, und ist üblicherweise aus einem Harz gebildet.
Ferner wird das Bindemittel 2 bei Erhitzung vermutlich ein gesinterter Rückstand oder ein amorphes Carbid eines anorganischen Stoffs, und sie werden ein Faktor zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials 17 als Rückstand des Bindemittels 2. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, ein Bindemittel 2 zu verwenden, dass bei einer Temperatur von 200 °C bis 450 °C in einer nicht-oxidierenden Gashülle nicht karbonisiert, sondern durch Sublimation oder Zersetzung verschwindet. Als ein derartiges Bindemittel wird zweckmäßig ein Acryl-basiertes Harz, Polyethlenglykolbasiertes Harz, ein Butyl-Gummi-Harz, ein Phenolharz, ein Cellulose-basiertes Harz oder dergleichen verwendet. Diese Bindemittel 2 sind bei Umgebungstemperatur allgemein in fester Form.
Das Lösungsmittel 3 ist bevorzugt ein Lösungsmittel, welches das Bindemittel 2 bei Raumtemperatur löst. Als Lösungsmittel 2 kann bevorzugt Wasser, ein Alkohol-basiertes Lösungsmittel, ein Kohlenwasserstoff-basiertes Lösungsmittel, ein Ester-basiertes Lösungsmittel, ein Ether-basiertes Lösungsmittel, etc. verwendet werden.
Die Beschichtungsflüssigkeit 5 enthält bevorzugt die Kohlenstofffaser 1 und das Bindemittel 2 in einem Massenverhältnis von 75:25 bis 99,5:0,5. In diesem Fall kann die Kohlenstofffaser 1 zuverlässig an der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie in Schritt S1 des Erhaltens der beschichteten Folie 12 befestigt werden, und in Schritt S31 des Entfernens des Bindemittels 2 kann das Bindemittel 2 zuverlässig beseitigt und entfernt werden. Es ist besonders bevorzugt, dass die Beschichtungsflüssigkeit 5 die Kohlenstofffaser 1 und das Bindemittel 2 in einem Massenverhältnis von 80:20 bis 99:1 enthält.
In Schritt S1 des Erhaltens der beschichteten Folie 12 ist es bevorzugt, die Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 aufzubringen, so dass die Beschichtungsmenge der Kohlenstofffaser 1, die in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthalten ist, 40 g/m² oder weniger beträgt. Der Grund hierfür ist wie folgt.
Mit anderen Worten, wenn die Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 aufgebracht wird, so dass die Beschichtungsmenge der Kohlenstofffaser 1, die in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthalten ist, 40 g/m² oder weniger beträgt, in Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 das Metall der Metallfolie 10 ausreichend in fast alle der Hohlräume in der Kohlenstofffaserschicht 11 eindringt und beide Metallfolien 10 und 10, die auf beiden Seiten der Kohlenstofffaserschicht 11 angeordnet sind, ausreichend gesintert werden. Hiermit kann die Festigkeit (mechanische Festigkeit, etc.) des Verbundmaterials 17 zuverlässig verbessert werden. Ferner, um die Herstellungszeit des Verbundmaterials 17 zu verkürzen, ist es besonders bevorzugt, dass die Beschichtungsmenge der Kohlenstofffaser 1, die in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthalten ist, 30 g/m² oder weniger beträgt.
Es ist bevorzugt, die Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie aufzubringen, so dass das Volumen der Kohlenstofffaser 1 in dem erhaltenen Verbundmaterial 17 weniger als 50 % des Gesamtvolumens des Verbundmaterials 17 beträgt. Hiermit kann in Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 das Metall der Metallfolie 10 zuverlässig in die Kohlenstofffaserschicht 11 imprägniert werden, was die beschichteten Folien zuverlässig ganzheitlich sintern kann.
Hierbei ist es in Fällen, in denen das Verbundmaterial 17 als das Material der ersten Belastungspufferschicht 52 des Isolierungssubstrats 50, dargestellt in 15, verwendet wird, bevorzugt, das Verhältnis zwischen dem Volumen der Metallfolie 10 und dem Volumen der Kohlenstofffaser 1 derart einzustellen, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung zu einem Zwischenwert zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikschicht 53 des Isolierungssubstrats 50 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Verdrahtungsschicht 51 wird.
Ferner ist es in Fällen, in den das Verbundmaterial 18 als das Material der zweiten Belastungspufferschicht 54 des Isolierungssubstrats 50 verwendet wird, bevorzugt, das Verhältnis zwischen dem Volumen der Metallfolie 10 und dem Volumen der Kohlenstofffasern 1 derart einzustellen, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung zu einem Zwischenwert zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikschicht 53 des Isolierungssubstrats 50 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Kühlschicht 55 wird.
In Fällen, in den die Metallfolie 10 zum Beispiel eine Aluminiumfolie ist, insbesondere um den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung auf einen Zwischenwert (etwa 10 × 10^-6/K bis 16 × 10^-6/K) zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten (z.B. etwa 3 × 10^-6/K bis 5 × 10^-6/K) einer Keramik (Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, etc.), die oft als das Material der Keramikschicht verwendet wird, und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten (etwa 23 * 10^-6/K) von Aluminium, das oft als das Material der Kühlschicht 55 verwendet wird, einzustellen, ist es bevorzugt, das Volumen der Kohlenstofffasern 1 auf 10 % oder mehr und weniger als 50 % gemessen am Gesamtvolumen des Verbundmaterials 17 einzustellen.
Die Metallfolie 10 (das Streifenelement 10A der Metallfolie 10) ist nicht auf das Material beschränkt, sofern es die Beschichtung überstehen kann. Insbesondere ist die Metallfolie 10 bevorzugt eine Aluminiumfolie und/oder eine Kupferfolie. Der Grund hierfür besteht darin, dass ein Verbundmaterial 17 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zuverlässig erhalten werden kann.
In dem Fall, bei dem die Metallfolie 10 eine Aluminiumfolie ist, ist das Material der Aluminiumfolie nicht beschränkt, und eine Aluminiumlegierung der A1000-Serie, Alumiumlegierung der A3000-Serie, eine Alumiumlegierung der A6000-Serie, und dergleichen werden verwendet. Allgemein wird das Material der Aluminiumfolie zweckmäßig aus einer Vielzahl von Arten von Aluminiumwerkstoffen ausgewählt, so dass die physikalischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, linearer Ausdehnungskoeffizient, etc.) des zu erhaltenen Verbundmaterials 17 zu gewünschten Vorgabewerten werden.
In dem Fall, bei dem die Metallfolie 10 eine Kupferfolie ist, ist die Art und das Material der Kupferfolie nicht beschränkt, und eine elektrolytische Kupferfolie, eine gewalzte Kupferfolie und dergleichen werden verwendet. Allgemein ist das Material der Kupferfolie zweckmäßig aus einer Vielzahl von Arten von Kupfermaterialien ausgewählt, so dass die physikalischen Eigenschaften des zu erhaltenden Verbundmaterials 17 zu gewünschten Vorgabewerten werden.
Die Dicke der Metallfolie 10 ist nicht beschränkt, und die Dicke der Metallfolie 10 kann derart gewählt werden, dass die physikalischen Eigenschaften des zu erhaltenden Verbundmaterials 17 zu den gewünschten Vorgabewerten werden.
Hierbei beträgt die dünnste Dicke einer handelsüblichen Metallfolie (Aluminiumfolie, Kupferfolie) 10 bis 6 µm. Aus diesem Grund ist die untere Grenze der Dicke der Metallfolie 10 besonders bevorzugt vor dem Hintergrund, dass die Metallfolie 10 leicht verfügbar ist, weil die untere Grenze davon 6 µm beträgt. Die obere Grenze der Dicke der Metallfolie 10 beträgt üblicherweise 100 µm, und es ist besonders bevorzugt, dass die obere Grenze etwa 50 µm beträgt.
Die Breite der Metallfolie 10 ist nicht beschränkt und wird entsprechend der Verwendung des Verbundmaterials 17 eingestellt. Zum Beispiel ist sie auf 10 mm bis 1200 mm eingestellt.
Wie in 2 dargestellt erfolgt Schritt S1a des Entfernens des Lösungsmittels 3 dadurch, dass das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12 durch den Trocknungsofen 28, wie in 2 dargestellt, geführt wird. Mit anderen Worten, wenn das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12 durch den Trocknungsofen 28 gelangt, wird die Kohlenstofffaserschicht 11 durch den Trocknungsofen 28 erhitzt und getrocknet. Im Ergebnis verdampft das in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthaltene Lösungsmittel 3 und wird aus der Kohlenstofffaserschicht 11 entfernt. Danach wird das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12 auf die Wicklungsrolle 27b aufgewickelt.
Die Bedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels 3 durch den Trocknungsofen 28 sind nicht beschränkt, sofern das in der Kohlenstofffaserschicht 11 enthaltene Lösungsmittel 3 verdampft und aus der Kohlenstofffaserschicht 11 entfernt werden kann. Normalerweise können Trocknungsbedingungen einer Trocknungstemperatur von 60 °C bis 250 °C und eine Trocknungszeit von 1 Minute bis 120 Minuten als die Bedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels 3 eingesetzt werden.
Ferner, nach dem Entfernen des Lösungsmittels 3, können gelegentlich große Hohlräume bzw. Kavitäten in der Kohlenstofffaserschicht 11 gebildet werden. Deshalb ist es möglich, die Bulkdichte der Kohlenstofffaserschicht 11 durch Druckbeaufschlagen der Kohlenstofffaserschicht 11 in der Dickenrichtung mit Druckwalzen (nicht dargestellt) zu erhöhen.
<Schritt S2 der Bildung des Laminats 15>
In der Schritt der Bildung des Laminats 15, wie in 9 dargestellt, wird das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12, das von der Wickelrolle 27b abgewickelt ist, mit einer Schneidmaschine 29 in eine vorgegebene Form geschnitten. Hiermit wird eine Vielzahl von beschichteten Folien 12, die jeweils eine vorgegebene Form haben (z.B. eine etwa rechteckige Form) aus dem Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12 ausgeschnitten. Dann, wie in 10 dargestellt, durch Laminieren einer Vielzahl von beschichteten Folien 12, wird ein Laminat 15 gebildet, bei dem die Vielzahl von beschichteten Folien 12 laminiert wird. Alternativ, obgleich nicht dargestellt, kann das Streifenelement 12A der beschichteten Folie 12, das von der Wickelrolle 27b abgerollt ist, gerollt bzw. gewalzt werden, um ein Laminat 15 zu bilden, in dem eine Vielzahl von beschichteten Folien 12 laminiert wird.
Das somit gebildete Laminat 15 wird als Preform (Sintermaterial) verwendet.
Die Laminierungsanzahl der beschichteten Folien 12 ist nicht beschränkt, und wird in entsprechend der Dicke des gewünschten Verbundmaterials 17 eingestellt. Zum Beispiel ist sie auf 5 bis 1000 Lagen eingestellt.
<Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12>
In Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12, wie in 11 dargestellt, wird das Laminat 15 in einem Sinterelement 31 einer Sintervorrichtung (Verbindungsvorrichtung) 30 angeordnet, zum Beispiel einer Druckerhitzungs-Sintermaschine. Dann erhitzt die Sintervorrichtung 30 das Laminat 15 auf eine vorgegebene Sintertemperatur, während das Laminat 15 in der Laminierungsrichtung der beschichteten Folien 12 mit Druck beaufschlagt wird (also die Dickenrichtung des Laminats 15) in einer vorgegebenen Sinteratmosphäre, um dadurch das Laminat 15 zu sintern, also die beschichteten Folien 12 ganzheitlich zu sintern. Im Ergebnis wird ein Verbundmaterial 17 dieser Ausführungsform erhalten, wie in 13 dargestellt.
In diesem Schritt S3 wird das Laminat 15 mit Druck beaufschlagt, so dass die Kohlenstofffaserschicht 11 in ihrer Dickenrichtung komprimiert wird. Hiermit tritt ein Teil des Metalls der Metallfolie 10 in die Kohlenstofffaserschicht 11 ein und fließt in feine Hohlräume, die in der Kohlenstofffaserschicht 11 existieren (z.B. eine Lücke zwischen den Kohlenstofffasern 1 in der Kohlenstofffaserschicht 11). Im Ergebnis werden die Hohlräume im Wesentlichen verschwinden. Im Ergebnis kann die Dichte des zu erhaltenden Verbundmaterials 17 auf 95 % oder mehr der theoretischen Dichte des Verbundmaterials 17 gebracht werden.
Es wird angemerkt, dass die theoretische Dichte des Verbundmaterials 17 die Dichte des Verbundmaterials 17 in dem Fall bezeichnet, bei dem das Verbundmaterial 17 nur aus dem Metall der Metallfolie 10 und den Kohlenstofffasern 1 hergestellt ist, und die Hohlräume innerhalb des Verbundmaterials 17 überhaupt nicht existieren.
Als Sintervorrichtung 30 wird bevorzugt eine Heißpressmaschine (z.B. eine Vakuum-Heißpressmaschine), eine Funkenplasmasintermaschine oder dergleichen verwendet.
Die Verpressung des Laminats 15 erfolgt zum Beispiel durch Verpressen des Laminats 15 mit einem Paar Stempeln 32 und 32, die in der Sintervorrichtung 30 bereitgestellt sind.
Bei der Sintergashülle handelt es sich bevorzugt im eine nicht-oxidierende Hülle. Die nicht-oxidierende Hülle umfasst eine Inertgashülle (zum Beispiel eine Stickstoffgashülle, eine Argongas-Hülle), eine Vakuum-Hülle, etc.
Die Sintertemperatur bezeichnet eine Temperatur, bei der die beschichteten Folien 12 ganheitlich gesintert werden (einstückig gefügt). Insbesondere ist die Sintertemperatur auf eine Temperatur, die gleich dem oder niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls der Metallfolie 10 ist. Insbesondere ist die Sintertemperatur bevorzugt auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Metalls der Metallfolie 10 und einer Temperatur eingestellt, die um etwa 50 °C niedriger als der Schmelzpunkt ist, vor dem Hintergrund, dass die beschichteten Folien 12 zuverlässig ganzheitlich gesintert werden können. In Fällen, in denen die Metallfolie 10 zum Beispiel eine Aluminiumfolie ist, wird die Sintertemperatur bevorzugt innerhalb des Bereichs von 550° bis 620° eingestellt.
Der auf das Laminat 15 aufgebrachte Druck ist nicht beschränkt, und kann eine Druckkraft in dem Umfang einer leichten Pressung des Laminats 15 sein. Ferner kann die Fließfähigkeit des Metalls der Metallfolie 10 manchmal verbessert werden, wenn das Laminat 15 zu dem Zeitpunkt der Aufbringung von Hitze auf das Laminat 15 mit Druck beaufschlagt wird. Deshalb ist es besonders bevorzugt, das Laminat 15 mit einer Presskraft in einem Ausmaß zu verpressen, dass das Metall der Metallfolie 10 nicht durch Verpressen des Laminats 15 aus dem Laminat 15 läuft oder das Laminat 15 in einer Pressform bzw. Matrize (nicht dargestellt) zu pressen, so dass das Metall der Metallfolie 10 nicht aus dem Laminat 15 fließt.
Falls die beschichteten Folien 12 in einem Zustand, bei dem Hohlräume zwischen den beschichteten Folien 12 verbleiben, ganzheitlich gesintert werden, wird der Hohlraumabschnitt ein interner Defekt bzw. Fehler des Verbundmaterials 17. Deshalb, um das Auftreten dieses Fehlers zu unterbinden, ist es bevorzugt das Laminat 15 in einer Vakuumatmosphäre als Sinterumgebung zu verpressen und/oder das Laminat 15 in einer Pressform zu verpressen.
In dieser Ausführungsform erfolgt Schritt S3a des Entfernens des Bindemittels 2 durch die Sintervorrichtung 30 während des Erhitzens des Laminats 15 in Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 durch die Sintervorrichtung 30 von etwa Raumtemperatur als Anfangstemperatur auf die Sintertemperatur. Schritt S3a des Entfernen des Bindemittels 2 in diesem Fall wird unten beschrieben.
Bei 12 handelt es sich um eine Figur (Schaubild), das ein Beispiel einer Temperaturkurve bei der Erhitzung des Laminats 15 in Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 darstellt.
Der Temperaturbereich von T1 bis T2 (T1 < T2) in der Figur ist ein Bereich, bei dem das Bindemittel 2, das in den Kohlenstofffaserschichten 11 der beschichteten Folien 12 des Laminats 15 enthalten ist, durch Sublimation oder Zersetzung verschwindet, und ist üblicherweise 200 °C bis 450 °C. T3 ist die Sintertemperatur, die höher als T2 ist (also T3 > T2).
In Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12, wenn die Temperatur des Laminats 15 während des Erhitzens des Laminats 15 durch die Sintervorrichtung 30, so dass die Temperatur des Laminats 15 von etwa Raumtemperatur auf die Sintertemperatur T3 ansteigt, innerhalb des Bereichs von T1 bis T2 liegt, das Bindemittel 2 durch Sublimation oder Zersetzung verschwindet und aus dem Laminat 15 entfernt wird (insbesondere der Kohlenstofffaserschicht 11 der beschichteten Folie 12 des Laminats 15).
Die Zeit Δt, während der die Temperatur des Laminats 15 innerhalb des Temperaturbereichs von T1 bis T2 liegt, ist nicht beschränkt, sofern es sich um eine Zeitspanne handelt, die in der Lage ist, das Bindemittel 2 aus dem Laminat 15 zu entfernen, und wird gemäß der Temperaturanstiegsrate des Laminats 15 durch die Sintervorrichtung 30, der Gesamtmenge des Bindemittels 2, das in dem Laminat 15 enthalten ist, der Dicke des Laminats 15 (z.B. der Laminierungszahl der beschichteten Folien 12), der Sinterumgebung, etc. eingestellt. Üblicherweise wird die Zeit auf 10 Minuten oder mehr eingestellt.
Ferner, wenn die Temperatur des Laminats 15 innerhalb des Temperaturbereichs von T1 bis T2 ist, kann die Zeit Δt durch vorübergehendes Stoppen des Temperaturanstiegs oder Mäßigen der Temperaturanstiegsrate verlängert werden, wodurch das Bindemittel 2 zuverlässig entfernt werden kann.
Wie oben beschrieben kann mittels Durchführung von Schritt S3a des Entfernen des Bindemittels 2 während des Erhitzens des Laminats 15 in Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 bis zu der Sintertemperatur T3 die Anzahl der Herstellungsschritte des Verbundmaterials 17 auf einfache Weise verringert werden, was wiederum eine einfache Herstellung des Verbundmaterials 17 ermöglicht.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht ausschließt, dass Schritt S3a des Entfernens des Bindemittels 2 unabhängig von Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns (einstückiges Fügen) der beschichteten Folien 12 durch die Sintervorrichtung erfolgt.
In diesem Fall erfolgt Schritt S3a des Entfernens des Bindemittels 2 bevorzugt nach Schritt S2 des Bildens des Laminats 15 und vor Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns (einstückiges Fügen) der beschichteten Folien 12. Der Grund hierfür ist, dass die Kohlenstofffasern 1 in der Kohlenstofffaserschicht 11 zuverlässig daran gehindert werden können, von der Oberfläche 10a der Metallfolie 10 zum Zeitpunkt des Bildens des Laminats 15 abzufallen. Ferner ist es in diesem Fall nach Durchführung von Schritt S3a des Entfernens des Bindemittels 2 und vor dem Durchführen von Schritt S3 des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien 12 bevorzugt, das Laminat 15 in einer nicht-oxidierenden Gashülle zu platzieren und/oder die Temperatur des Laminats 15 auf 300 °C oder weniger einzustellen. Der Grund hierfür ist, dass der Oxidierungsverbrauch der Kohlenstofffasern 1 zuverlässig unterbunden werden kann und die Oxidierung der Aluminiumfolie zuverlässig unterbunden werden kann, wenn die Metallfolie 10 eine Aluminiumfolie ist.
In dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, ist die Beschichtungsvorrichtung zur Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit 5 auf die Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20, die Form der Zelle 22 der Tiefdruckwalze 21 der Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 ist eine Becherform, und der Durchmesser W der in der Mündungsform der Zelle 22 einbeschriebenen Kreises N ist auf das 1,2-fache oder mehr der durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffaser 1 eingestellt. Hiermit ist es möglich, die Kohlenstofffaserschicht 11 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 zu bilden, so dass die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 statistisch verteilt werden. Deshalb ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, linearer Ausdehnungskoeffizient, etc.) des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung auszugleichen.
Ferner ist es unnötig, die Faserrichtung der Kohlenstofffasern 1 bei der Bildung des Laminats 15 zu berücksichtigen, so dass der Ausgleich der physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung auf einfache Weise erreicht werden kann.
Hierbei deutet der Pfeil „P“ in 14 die Beschichtungsrichtung der Beschichtungsflüssigkeit 5 auf der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 durch die Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 an. In dieser Ausführungsform meint die Längsrichtung A des Verbundmaterials 17 eine Richtung parallel zu der Beschichtungsrichtung P. Die Breitenrichtung B des Verbundmaterials 17 meint eine Richtung senkrecht zu der Längsrichtung A des Verbundmaterials 17 in der Ebene des Verbundmaterials 17. Die schräge Richtung D des Verbundmaterials 17 meint eine Richtung schräg zu der Längsrichtung A des Verbundmaterials 17 unter 45° in der Ebene des Verbundmaterials 17. Das Bezugszeichen „C“ bezeichnet eine Dickenrichtung des Verbundmaterials 17, und diese Dickenrichtung D stimmt mit der Laminierungsrichtung der beschichteten Folie 12 überein.
Wie in 14 dargestellt sind bei dem Verbundmaterial 17 dieser Ausführungsform die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Längsrichtung A, die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Breitenrichtung B, und die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der schrägen Richtung D im Wesentlichen gleich. Deshalb kann bei dem in 15 dargestellten Isolierungssubstrat 50 durch Bilden von zumindest einer Bestandteilschicht unter der Vielzahl von Bestandteilschichten 51 bis 55, die das Isolierungssubstrat 50 mit dem Verbundmaterial 17 bilden, ein Isolierungssubstrat 50 mit einer hohen Zuverlässigkeit bezüglich den Temperaturveränderungen wie etwa Kälte/Hitze-Zyklus erhalten werden. Deshalb ist es möglich, das Auftreten von Rissen und Abplatzen des Isolierungssubstrats 50 aufgrund von thermischer Beanspruchung zu unterbinden.
In Fällen hingegen, bei denen die Beschichtungsvorrichtung nicht eine Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung 20 ist, sondern eine Walzbeschichtungsvorrichtung (z.B. eine Walzstreicher), eine Düsenbeschichtungsvorrichtung (z.B. ein Düsenbeschichter), oder eine Rakelbeschichtungsvorrichtung (z.B. eine Rakel), werden die Faserrichtungen der Kohlenstofffasern 1 in der Oberfläche 10a des Streifenelements 10A der Metallfolie 10 leicht in einer Richtung ausgerichtet. Aus diesem Grund ist es sehr schwer, die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials 17 in der Ebenen-Richtung auszugleichen.
Obgleich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen können innerhalb des Schutzumfangs vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In der vorliegenden Erfindung ist die Metallfolie, auf die die Beschichtungsflüssigkeit in dem Schritt des Erhaltens der beschichteten Folie aufgebracht wird, nicht auf das Streifenelement der Metallfolie wie in der oben genannten Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel kann es sich um eine Metallfolie handeln (zum Beispiel eine im Wesentlichen rechteckige Metallfolie mit einer vorgegebenen Längsabmessung und Breitenabmessung), die nicht wie ein Streifenelement ist.
Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung eine Direkttiefdruckbeschichtungsvorrichtung ist, wie in der oben genannten Ausführungsform dargestellt. Es kann sich jedoch entgegen der obigen Ausführung zum Beispiel im eine Offset-Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung handeln (z.B. ein Offset-Tiefdruckbeschichter).
BEISPIELE
Nun werden konkrete Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung unten beschrieben. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die unten dargestellten Beispiele beschränkt ist.
<BEISPIEL 1>
In Beispiel 1 wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial durch das folgende Verfahren hergestellt.
Kohlenstofffasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 150 µm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10 µm (XN-100, hergestellt durch Nippon Graphite Fiber Co., Ltd), eine 3-Massenprozent wässrige Lösung von Polyethylenoxid (Alcox (eingetragene Marke) E-45, hergestellt durch Meisei Chemical Industry Co., Ltd.) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 700 000 als Bindemittel, ein Isopropylalkohol als Lösungsmittel, Wasser, ein Dispergiermittel und ein Oberflächen-Konditionierer wurden verrührt und gemischt, wodurch eine Beschichtungsflüssigkeit erhalten wurde. Die Masse des in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Bindemittels war 10% hinsichtlich den Festbestandteilen gemessen an der Masse der Kohlenstofffasern. Die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit betrug 1000 mPa * s bei 25 °C.
Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf die gesamte Unterfläche des bandartigen Streifenelements einer Aluminiumfolie (ihr Material: A1N30) mit einer Dicke von 20 µm und einer Breite von 500 mm durch einen Tiefdruckbeschichter (genauer einen Direkttiefdruckbeschichter) mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 20 m/min aufgebracht. Hiermit wurde ein Streifenelement einer beschichteten Folie mit einer Kohlenstofffaserschicht erhalten, die auf der Unterfläche des Aluminiumfolien-Streifenelements gebildet ist. Dann wurde das Lösungsmittel aus der Kohlenstofffaserschicht entfernt, indem das Streifenelement der beschichteten Folie durch den Trockungsofen geführt wurde. Die Beschichtungsmenge der in der Kohlenstofffaserschicht enthaltenen Kohlenstofffasern nach dem Entfernen des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht betrug 30 g/m².
Die Zusammensetzung des Tiefdruckbeschichters war wie folgt.
Die Maschenzahl der Umfangsfläche der Tiefdruckwalze, die in dem Tiefdruckbeschichter bereitgestellt ist, war #25, die Zellform war eine Gitterform, und der Durchmesser des in der Mündungsform der Zelle einbeschriebenen Kreises betrug 1000 pm.
Die Bedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels durch den Trocknungsofen waren eine Trocknungstemperatur von 180 °C und eine Trocknungszeit von 2 Minuten.
Nun wurde das Streifenelement der beschichteten Folie in eine quadratische Form geschnitten (dessen Größe: Länge 50 mm * Breite 50 mm). Hiermit wurde eine Vielzahl von quadratischen beschichteten Folien aus dem Streifenelement der beschichteten Folie geschnitten. Dann wurde ein Laminat durch Laminieren von 200 Lagen der beschichteten Folien gebildet.
Nun wurde das Laminat gesintert, das bedeutet die beschichteten Folien wurden ganzheitlich gesintert durch Aufbringen von Wärme auf das Laminat mit einer vorgegebenen Sintertemperatur, während das Laminat in der Laminierungsrichtung in der Vakuumhülle durch eine Funkenplasmasintervorrichtung als eine Druckerhitzungssintermaschine verpresst wurde. Somit wurden ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial erhalten. Die Dicke des Verbundmaterials betrug 4 mm.
Die Sinterbedingungen, die für dieses Sintern eingesetzt wurden, waren wie folgt.
Die Sintertemperatur betrug 550 °C, die Haltezeit (Sinterzeit) der Sintertemperatur war 3 Stunden, die Temperaturanstiegsrate von Raumtemperatur war 50 °C/min, der aufgebrachte Druck auf das Laminat betrug 15 MPa, und der Grad an Vakuum bzw. Unterdruck war 5 Pa.
Ferner wurde in dem Schritt des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien wie oben beschrieben die Temperatursteigerung vorübergehend während des Erhitzens des Laminats von Raumtemperatur auf die Sintertemperatur von 550 °C gestoppt, und das Bindemittel wurde aus dem Laminat entfernt. Die Entfernungsbedingung des Bindemittels, die zu diesem Zeitpunkt eingesetzt wurde, war wie folgt.
Die Erhitzungstemperatur des Laminats zur Entfernung des Bindemittels betrug 380 °C, und die Erhitzungszeit betrug 30 min.
In dem erhaltenen Verbundmaterial wurden abwechselnd eine Vielzahl von Aluminiumschichten, die aus den Aluminiumfolien gebildet sind, und Kohlenstofffaserschichten laminiert, ferner wurde das Aluminium ausreichend in die Kohlenstofffaserschichten eingebracht, es existieren nahezu keine Hohlräume in den Kohlenstofffaserschichten, und die Dichte der Verbundmaterials betrug 99 % der theoretischen Dichte des Verbundmaterials.
<BEISPIEL 2>
In Beispiel 2 wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial durch das folgende Verfahren hergestellt.
Kohlenstofffasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 200 µm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 10 µm (K223HM, hergestellt durch Mitsubishi Plastics, Inc., ein Acryl-basiertes Harz als Bindemittel, ein Propylen-Glycolethyletheracetat als Lösungsmittel, ein Dispergiermittel, und ein Oberflächen-Konditionierer wurden verrührt und gemischt. Somit wurde eine Beschichtungsflüssigkeit erhalten. Die Masse des in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Bindemittels betrug 20 % hinsichtlich der Festbestandteile gemessen an der Masse der Kohlenstofffasern. Die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit betrug 700 mPa * s bei 25 °C.
Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf die gesamte Unterfläche des bandartigen Streifenelements einer Aluminiumfolie (sein Material: A1N30) mit einer Dicke von 20 µm und einer Breite von 280 mm durch einen Tiefdruckbeschichter mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 30 m/min aufgebracht. Hiermit wurde ein Streifenelement einer beschichteten Folie mit einer Kohlenstofffaserschicht erhalten, die auf der Unterfläche des Aluminiumfolien-Streifenelements gebildet ist. Dann wurde das Lösungsmittel aus der Kohlenstofffaserschicht entfernt, indem das Streifenelement der beschichteten Folie durch den Trockungsofen geführt wurde. Die Beschichtungsmenge der in der Kohlenstofffaserschicht enthaltenen Kohlenstofffasern nach dem Entfernen des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht betrug 20 g/m².
Die Ausgestaltung des Tiefdruckbeschichters war wie folgt.
Die Maschenzahl der Umfangsfläche der Tiefdruckwalze, die in dem Tiefdruckbeschichter bereitgestellt ist, war #30, die Zellform war eine Pyramidenform, und der Durchmesser des in der Mündungsform der Zelle einbeschriebenen Kreises betrug 830 µm.
Die Bedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels durch den Trocknungsofen waren eine Trocknungstemperatur von 170 °C und eine Trocknungszeit von 1 Minute.
Nun wurde das Streifenelement der beschichteten Folie in eine quadratische Form geschnitten (dessen Größe: Länge 50 mm * Breite 50 mm). Hiermit wurde eine Vielzahl von quadratischen beschichteten Folien aus dem Streifenelement der beschichteten Folie geschnitten. Dann wurde ein Laminat durch Laminieren von 200 Lagen der beschichteten Folien gebildet.
Nun wurde das Laminat gesintert, das bedeutet die beschichteten Folien wurden ganzheitlich gesintert durch Aufbringen von Wärme auf das Laminat mit einer vorgegebenen Sintertemperatur, während das Laminat in der Laminierungsrichtung in der Vakuumhülle durch eine Vakuum-Heißpressvorrichtung als eine Druckerhitzungssintermaschine verpresst wurde. Somit wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial erhalten. Die Dicke des Verbundmaterials betrug 4 mm.
Die Sinterbedingungen, die für dieses Sintern eingesetzt wurden, waren wie folgt.
Die Sintertemperatur betrug 600 °C, die Haltezeit (Sinterzeit) der Sintertemperatur war 6 Stunden, die Temperaturanstiegsrate von Raumtemperatur war 20 °C/min, der aufgebrachte Druck auf das Laminat betrug 15 MPa, und der Grad an Vakuum bzw. Unterdruck war 5 * 10^-1 Pa.
Ferner war in dem Schritt des ganzheitlichen Sinterns der beschichteten Folien wie oben beschrieben die Temperatursteigerungsgeschwindigkeit (20 °C/min) langsamer als jene in Beispiel 1 (50 °C/min), und während des Erhitzens des Laminats von Raumtemperatur auf die Sintertemperatur von 600 °C wurde die Temperatursteigerung nicht vorübergehend gestoppt. Dennoch wurde das Bindemittel aus dem Laminat entfernt.
In dem erhaltenen Verbundmaterial wurden abwechselnd eine Vielzahl von Aluminiumschichten, die aus den Aluminiumfolien gebildet sind, und Kohlenstofffaserschichten laminiert, ferner wurde das Aluminium ausreichend in die Kohlenstofffaserschichten eingebracht, es existieren nahezu keine Hohlräume in den Kohlenstofffaserschichten, und die Dichte der Verbundmaterials betrug 99 % der theoretischen Dichte des Verbundmaterials.
<Vergleichsbeispiel 1>
In Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial durch das folgende Verfahren hergestellt.
Die gleiche Beschichtungsflüssigkeit wie jene, die in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde zubereitet. Die Beschichtungsflüssigkeit wurde auf die gesamte Unterfläche des bandartigen Streifenelements der Aluminiumfolie (ihr Material: A1N30) mit einer Dicke von 20 µm und einer Breite von 150 mm, mit einem Testapplikator 20m/min aufgebracht. Hiermit wurde ein Streifenelement einer beschichteten Folie mit einer Kohlenstofffaserschicht erhalten, die auf der Unterfläche des Aluminiumfolien-Streifenelements gebildet ist. Dann wurde das Lösungsmittel aus der Kohlenstofffaserschicht entfernt, indem das Streifenelement der beschichteten Folie durch den Trockungsofen geführt wurde. Die Beschichtungsmenge der in der Kohlenstofffaserschicht enthaltenen Kohlenstofffasern nach dem Entfernen des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht betrug 30 g/m².
Die Bedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels durch den Trocknungsofen waren eine Trocknungstemperatur von 100 °C und eine Trocknungszeit von 30 Minuten.
Nun wurde das Streifenelement der beschichteten Folie in eine quadratische Form geschnitten (deren Größe: Länge 50 mm * Breite 50 mm). Hiermit wurde eine Vielzahl von quadratischen beschichteten Folien aus dem Streifenelement der beschichteten Folie geschnitten. Dann wurde ein Laminat durch Laminieren von 200 Lagen der beschichteten Folien gebildet.
Nun wurde das Laminat gesintert, das bedeutet die beschichteten Folien wurden ganzheitlich gesintert durch Aufbringen von Wärme auf das Laminat mit einer vorgegebenen Sintertemperatur, während das Laminat in der Laminierungsrichtung in einer Vakuumhülle durch eine Funkenplasmasintervorrichtung als eine Druckerhitzungssintermaschine verpresst wurde. Somit wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial erhalten. Die Dicke des Verbundmaterials betrug 4 mm.
Die Sinterbedingungen und die Bindemittel-Entfernungsbedingungen, die für dieses Sintern eingesetzt wurden, waren die gleichen wie jene in dem oben beschriebenen Beispiel 1.
In dem erhaltenen Verbundmaterial wurden abwechselnd eine Vielzahl von Aluminiumschichten, die aus den Aluminiumfolien gebildet sind, und Kohlenstofffaserschichten laminiert, ferner wurde das Aluminium ausreichend in die Kohlenstofffaserschichten eingebracht, es existierten nahezu keine Hohlräume in den Kohlenstofffaserschichten, und die Dichte der Verbundmaterials betrug 99 % der theoretischen Dichte des Verbundmaterials.
<Vergleichsbeispiel 2>
In Beispiel 2 wurde ein Aluminium-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial durch die gleichen Herstellungsschritte und Herstellungsbedingungen wie jenen in Vergleichsbeispiel 1 erhalten, abgesehen davon, dass das Laminat durch Laminieren von 200 Schichten der beschichteten Folien gebildet wurde, so dass die Beschichtungsrichtungen abwechselnd senkrecht zueinander waren.
In dem erhaltenen Verbundmaterial wurden abwechselnd eine Vielzahl von Aluminiumschichten, die aus den Aluminiumfolien gebildet sind, und Kohlenstofffaserschichten laminiert, ferner wurde das Aluminium ausreichend in die Kohlenstofffaserschichten eingebracht, es existierten nahezu keine Hohlräume in den Kohlenstofffaserschichten, und die Dichte der Verbundmaterials betrug 99 % der theoretischen Dichte des Verbundmaterials.
< Messung der physikalischen Eigenschaften >

Hinsichtlich der Verbundmaterialien der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde die Wärmeleitfähigkeit und der lineare Ausdehnungskoeffizient gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

	Wärmeleitfähigkeit (W/(m·K))				Linearer Ausdehnungskoeffizient (× 10^-6/K)				Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Abplatzen
	A*	B*	C*	D*	A*	B*	C*	D*	Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Abplatzen
Bsp. 1	280	275	100	279	6	6	22	6	keines
Bsp. 2	248	252	98	250	8	7	23	8	keines
Vgl.-Bsp. 1	324	146	95	138	4	13	22	18	vorhanden
Vgl.-Bsp. 2	276	279	98	215	6	6	22	10	vorhanden
*: „A“ bezeichnet „A-Richtung“, „B“ bezeichnet „B-Richtung“, „C“ bezeichnet „C-Richtung“, und „D“ bezeichnet „D“-Richtung.

In den Spalten „Wärmeleitfähigkeit“ und „linearer Ausdehnungskoeffizient“ in Tabelle 1 meint „A-Richtung“, „B-Richtung“, „C-Richtung“, und „D-Richtung“, wie in 14 dargestellt, die Längsrichtung A, die Breitenrichtung B, die Dickenrichtung C, und die schräge Richtung D des Verbundmaterials.
Wie in Tabelle 1 dargestellt sind bei den Verbundmaterialien der Beispiele 1 und 2 die Wärmeleitfähigkeiten in der A-Richtung, der B-Richtung und der D-Richtung im Wesentlichen gleich, und die linearen Ausdehnungskoeffizienten in der A-Richtung, der B-Richtung, und der D-Richtung waren ebenfalls etwa gleich. Deshalb wurde bestätigt, dass die physikalischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, linearer Ausdehnungskoeffizient) in der Ebenen-Richtung des Verbundmaterials der Beispiel 1 und 2 im Wesentlichen einheitlich sind.
Bei dem Verbundmaterial des Vergleichsbeispiels 1 hingegen unterschieden sich die Wärmeleitfähigkeiten in der A-Richtung, der B-Richtung und der D-Richtung voneinander, und der lineare Ausdehnungskoeffizient in der A-Richtung, der B-Richtung, und der D-Richtung war ebenfalls verschieden. Bei dem Verbundmaterial des Vergleichsbeispiels 2 waren die Wärmeleitfigkeiten in der A-Richtung und der B-Richtung im Wesentlichen gleich, doch die Wärmeleitfähigkeit in der D-Richtung unterschied sich von den Wärmeleitfähigkeiten in der A-Richtung und der B-Richtung. Die linearen Ausdehnungskoeffizienten in der A-Richtung und der B-Richtung waren gleich, aber der lineare Ausdehnungskoeffizient in der D-Richtung unterschied sich von den linearen Ausdehnungskoeffizienten in der A-Richtung und der B-Richtung. Deshalb wurde bestätigt, dass die physikalischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, linearer Ausdehnungskoeffizient) der Verbundmaterialien der Vergleichsbeispiele 1 und 2 in der Ebenen-Richtung hinsichtlich der Einheitlichkeit schlecht sind.
< Kälte-Hitze-Zyklus-Test >
Die folgenden Kälte/Hitze-Zyklus-Tests wurden an den Verbundmaterialien der oben genannten Beispiele 1 und 2 bzw. Vergleichsbeispielen 1 und 2 durchgeführt.
Die Verbundmaterialien der Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden jeweils in eine quadratzische Form geschnitten (Größe: Länge 30 mm * Breite 30 mm), und eine Silizumcarbinplatte (SiC Platte) quadratischer Form (Größe: Länge 20 mm * Breite 20 mm * Dicke 1,6 mm) wurde an jede Oberfläche durch Löten in einem laminierten Zustand gebondet. Im Ergebnis wurden gefügte Elemente der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 erhalten. Dann wurde ein Kälte/Hitze-Zyklus-Test bei -40 °C und 80 °C mit 3000 Zyklen für jedes gefügte Element durchgeführt.
Als Ergebnis dieses Kälte/Hitze-Zyklus-Tests trat bei den gefügten Elementen der Beispiele 1 und 2 keine Abplatzung an der Verbindungsgrenzfläche auf. Deshalb wurde bestätigt, dass das Verbundmaterial der Beispiele 1 und 2 zweckmäßig als Material einer Bestandteilschicht eines Isolierungssubstrats verwendet werden kann. Hingegen trat bei den gefügten Elementen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 ein Abplatzen teilweise an der Bond-Grenzfläche auf und weitere Verformungen. Diese Ergebnisse sind in der Spalte „Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Abplatzen“ in Tabelle 1 dargestellt.
Die vorliegende Anmeldung beasprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr 2015-152416 , eingereicht am 4. Dezember 2015, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch Bezugsnahme vollumfänglich in die vorliegende Schrift aufgenommen ist.
Es wird angemerkt, dass die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke zur Erläuterung verwendet werden und nicht beabsichtigen, dahingehend verwendet zu werden, eine Beschränkung darzustellen, und beseitigen keine Entsprechungen von Merkmalen, die hier dargestellt und erwähnt werden, und sie erlauben verschiedene Modifizierungen, die innerhalb des beanspruchten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung fallen.
Obgleich die vorliegende Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen ausgebildet sein kann, werden hier eine Reihe von veranschaulichenden Beispielen beschrieben, mit dem Wissen, dass die vorliegende Offenbarung dahingehehend betrachtet werden soll, dass sie Beispiele der Prinzipien der Erfindung angibt und diese Beispiele nicht dazu gedacht sind, die Erfindung auf hier beschriebene und/oder hier dargestellte bevorzugte Ausführungsformen zu beschränken.
Obgleich Ausführungsbeispiele der Erfindung hier beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf verschiedene bevorzugte, hier beschriebene Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsformen mit gleichwertigen Elementen, Modifikationen, Auslassungen, Kombinationen (z.B. von Aspekten über verschiedene Ausführungsformen hinweg), Anpassungen und/oder Abänderungen, wie diese von einem Fachmann verstanden würden. Beschränkungen in den Ansprüchen sind breit auszulegen, basierend auf der Sprache, die in den Ansprüchen verwendet wird, und nicht beschränkt auf in der vorliegenden Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschriebenen Beispielen, wobei diese Beispiele als nicht erschöpfend auszulegen sind. Zum Beispiel ist in der vorliegenden Offenbarung der Ausdruck „bevorzugt“ nicht erschöpfend und meint „bevorzugt, ohne hierauf beschränkt zu sein“. In dieser Offenbarung und während der Verfolgung dieser Anmeldung werden „Means-plus-Function“ oder „Step-plus-Function“ Beschränkungen nur angewendet, wo für eine bestimmte Anspruchsbeschränkungen alle der folgenden Bedingungen in dieser Beschränkung vorhanden sind: a) „Means for“ bzw. Mittel zum oder „Step for“ bzw. Schritt zum wird ausdrücklich genannt; b) eine entsprechende Funktion wird ausdrücklich genannt; und c) Struktur, Material und Handlungen, die diese Struktur unterstützen, werden nicht genannt. In dieser Offenbarung und während der Verfolgung dieser Anmeldung kann die Terminologie „vorliegende Erfindung“ oder „Erfindung“ als Bezugnahme auf einen oder mehr Aspekte der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die Sprache bei der vorliegenden Erfindung oder Erfindung sollte nicht unzweckmäßig als Identifikation oder Kritik ausgelegt werden, sollte nicht unzweckmäßig als zutreffend über alle Aspekte oder Ausführungsformen hinweg ausgelegt werden (d.g. es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung eine Reihe von Aspekten und Ausführungsformen hat), und sollte nicht unzweckmäßig als Beschränkung des Schutzumfangs der Anwendung oder Ansprüche betrachtet werden. In dieser Offenbarung und während der Verfolgung dieser Anmeldung kann die Terminologie „Ausführungsform“ verwendet werden, um einen Aspekt, ein Merkmal, ein Verfahren oder einen Schritt, eine Kombination dieser, und/oder einen Teil dieser zu beschreiben. In manchen Beispielen können verschiedene Ausführungsformen überschneidende Markmale umfassen. In manchen Beispielen können verschiedene Ausführungsformen überschneidende Merkmale umfassen. In dieser Offenbarung und während der Verfolgung dieses Falls können die folgenden Abkürzungen verwendet werden: „z.B.“, was „zum Beispiel“ meint; und „BN“, as „wohlgemerkt“ bedeutet.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials und ein Verfahren zur Herstellung eines Isolierungssubstrats angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kohlenstofffaser
2: Bindemittel
3: Lösungsmittel
5: Beschichtungsflüssigkeit
10: Metallfolie
10A: Streifenelement der Metallfolie
11: Kohlenstofffaserschicht
12: beschichtete Folie
12A: Streifenelement der beschichteten Folie
15: Laminat
17: Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial
20: Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung
21: Tiefdruckwalze
22: Zelle
28: Trocknungsofen
30: Sintervorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5150905 [0008, 0010]
JP 5145591 [0009, 0010]
JP 2015152416 [0171]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erhalten einer beschichteten Folie, bei der eine Kohlenstofffaserschicht auf einer Oberfläche einer Metallfolie durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit, die Kohlenstofffasern, ein Bindemittel, und ein Lösungsmittel für das Bindemittel in einem gemischten Zustand enthält, auf die Oberfläche der Metallfolie mit einer Tiefdruckbeschichtungsvorrichtung, die mit einer Tiefdruckwalze versehen ist, bei der eine Reihe von Zellen auf einer Umfangsfläche davon gebildet sind; Bilden eines Laminats in einem Zustand, bei dem eine Vielzahl von beschichteten Folien laminiert werden; und einstückiges Fügen der beschichteten Folien durch Erhitzen des Laminats, um das Bindemittel aus dem Laminat zu entfernen, und Erhitzen des Laminats, während das Laminat in einer Laminierungsrichtung der beschichteten Folien mit Druck beaufschlagt wird, wobei eine Form der Zelle der Tiefdruckwalze eine Becherform ist und ein Durchmesser eines Kreises, der in einer Mündungsform der Zelle einbeschrieben ist, auf das 1,2-fache oder mehr einer durchschnittlichen Faserlänge der Kohlenstofffasern eingestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erhaltens der beschichteten Folie einen Schritt des Entfernens des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist, umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erhaltens der beschichteten Folie einen Schritt des Entfernens des Lösungsmittels aus der Kohlenstofffaserschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist, umfasst, ohne die Oberfläche der Kohlenstofffaserschicht einer Streichnivellierungsverarbeitung zu unterziehen.
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Schritt des einstückigen Fügens der beschichteten Folien das Bindemittel von dem Laminat während des Erhitzens des Laminats entfernt wird, so dass eine Temperatur des Laminats auf eine Temperatur ansteigt, bei der die beschichteten Folien einstückig gefügt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Form der Zelle zumindest eine Form ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Gitterform, einer Pyramidenform, einer sechseckigen Form, und einer kreisrunden Form ist.
Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallfolie eine Aluminiumfolie und/oder eine Kupferfolie ist.
Verfahren zur Herstellung eines Isolierungssubstrats mit einer Vielzahl von Isolierungssubstrat-Bestandteilschichten, die in einem laminierten Zustand zu integrieren sind, wobei zumindest eine Bestandteilschicht der Vielzahl von Bestandteilschichten aus einem Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial hergestellt ist, und das Verbundmaterial durch ein Verfahren zur Herstellung des Metall-Kohlenstofffaser-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wird.