JP2000095586A - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求め
られる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合した特性
を得る。 【解決手段】直径１０μｍ前後の炭素繊維が例えば数百
本〜数万本ほど束ねられてなる炭素繊維の束と炭素繊維
以外の炭素成分とを含有するヤーン２Ａ、２Ｂを複数本
ほどほぼ平行に二次元的に配列してヤーン配列体１Ａ〜
１Ｆを作製し、複数のヤーン配列体１Ａ〜１Ｆを積層し
てヤーン集合体２０８を作製する。そして、このヤーン
集合体２０８に形成された管状の開孔２０２内に少なく
とも銅を含む金属からなるマトリクス２０６Ａ及び２０
６Ｂを含浸させて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機物質に金属が
含浸された複合材料及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置にとって熱は大敵で
あり、内部温度が最大許容接合温度を越えないようにし
なければならない。また、パワートランジスタや半導体
整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電
力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）や
リードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出し
きれず、装置の内部温度が上昇して熱破壊を引き起こす
おそれがある。

【０００３】この現象は、ＣＰＵを搭載した半導体装置
においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って
動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重
要な事項となってきている。

【０００４】前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計にお
いては、半導体装置のケース（パッケージ）に放熱面積
の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設
計や実装設計が行われている。

【０００５】前記ヒートシンク用の材料としては、一般
に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が
使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近時、ＣＰＵやメモリ
等の半導体装置においては、低消費電力を目的とした低
電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面
積の拡大化に伴って半導体装置自体が大型化する傾向に
ある。半導体装置が大型化すると、半導体基体（シリコ
ン基板やＧａＡｓ基板）とヒートシンクとの熱膨張の差
によって生じる応力が大きくなり、半導体装置の剥離現
象や機械的破壊が生じるおそれがある。

【０００７】これを防止するためには、半導体装置の低
電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。
半導体装置の低電力駆動は、現在、電源電圧として、従
来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、
３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。

【０００８】一方、ヒートシンクの構成材料としては、
単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシ
リコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱
伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。

【０００９】ヒートシンク材の改善に関しては、多種多
様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を
使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用い
た例などがある。ＡｌＮは、熱伝導性と熱膨張性のバラ
ンスに優れており、特にＳｉの熱膨張率とほぼ一致する
ことから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導
体装置のヒートシンク材として好適である。

【００１０】また、Ｃｕ−Ｗは、Ｗの低熱膨張性とＣｕ
の高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機
械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒー
トシンクの構成材料として好適である。

【００１１】また、他の例としては、ＳｉＣを主成分と
するセラミック基材に金属Ｃｕを２０〜４０体積％の割
合で含有させたものや（従来例１：特開平８−２７９５
６９号公報参照）、無機物質からなる粉末焼結多孔質体
にＣｕを５〜３０ｗｔ％含浸させたもの（従来例２：特
開昭５９−２２８７４２号公報参照）などが提案されて
いる。

【００１２】前記従来例１に係るヒートシンク材は、Ｓ
ｉＣと金属Ｃｕの圧粉体を成形してヒートシンクを作製
するという粉体成形であるため、熱膨張率と熱伝導率は
あくまでも理論的な値であり、実際の電子部品等で求め
られる熱膨張率と熱伝導率のバランスを得ることができ
ないという問題がある。

【００１３】従来例２に係るヒートシンク材は、無機物
質からなる粉末焼結多孔質体に含浸されるＣｕの比率が
低く、熱伝導度を高める上で限界が生じるおそれがあ
る。

【００１４】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、実際の電子部品（半導体装置を含む）等
で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合し
た特性を得ることができる複合材料及びその製造方法を
提供することを目的とする。

【００１５】また、本発明の他の目的は、潤滑性の向上
を図ることができ、摺動材や軸受材等としても活用する
ことができる複合材料及びその製造方法を提供すること
にある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、切削性の向上
を図ることができ、ヒートシンクや摺動材料及び軸受材
の精密加工を実現させることができる複合材料及びその
製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】まず、ヒートシンク材と
して最適な特性について説明すると、必要な熱膨張率と
しては、ＡｌＮ等のセラミック基板やＳｉ及びＧａＡｓ
等の半導体基板の熱膨張率と合わせる必要から、室温か
ら２００℃までの平均熱膨張率として４．０×１０^-6／
℃〜９．０×１０^-6／℃の範囲が好適であり、必要な熱
伝導率としては、現有のＣｕ−Ｗ材と同等以上の要求を
満たす必要から、１８０Ｗ／ｍＫ（室温）以上が好適で
ある。

【００１８】本発明に係る複合材料は、管状の連続した
開孔が多数形成された無機物質と、該無機物質の前記開
孔に含浸された少なくとも銅を含む金属からなるマトリ
クスとを有して構成されている。

【００１９】即ち、管状に連続した開孔に銅を含む金属
が含浸されて構成されることから、発生した熱を効率よ
く、開孔の銅を通じて外部に逃がすことができる。その
結果、セラミック基板や半導体基板（シリコン、ＧａＡ
ｓ）等と熱膨張率がほぼ一致し、熱伝導性のよいヒート
シンク材を得ることができる。

【００２０】具体的には、室温から２００℃までの平均
熱膨張率が４．０×１０^-6／℃〜９．０×１０^-6／℃
で、かつ熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ（室温）以上である
ヒートシンク材を得ることができる。

【００２１】また、複合材料は、無機物質に含浸された
銅を含む金属の存在と、該金属が管状に形成された開孔
に含浸されていることから、高い潤滑性を示すことにな
り、しかも、比抵抗も低くなることから、摺動材や軸受
材等に適用することができる。

【００２２】また、この複合材料は、銅を含む金属が管
状の開孔に形成されていることから、無機物質のみより
も切削性が向上し、ヒートシンクや摺動材料及び軸受材
の精密加工を実現させることができる。

【００２３】前記ヒートシンク、摺動材及び軸受材等に
適用させる場合においては、前記金属を含浸させる前の
前記無機物質の開気孔率を１０％〜３５％とすることが
好ましい。

【００２４】そして、前記構成において、前記無機物質
を、少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分
とを含有するヤーンが三次元的に組み合わされ、これら
ヤーンが互いに分離しない程度に一体化されたヤーン集
合体で構成し、前記開孔を前記ヤーン集合体において互
いに隣接するヤーンの間に形成される隙間として構成し
てもよい。

【００２５】ヤーン集合体において互いに隣接するヤー
ンの間に形成される隙間が管状の開孔を構成することに
なり、この開孔に銅を含む金属が含浸されることから、
実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求められる熱
膨張率と熱伝導率とのバランスに適合した特性を得るこ
とができ、しかも、潤滑性の向上を図ることができ、摺
動材や軸受材等としても活用することができる。また、
切削性の向上を図ることができ、ヒートシンクや摺動材
料及び軸受材の精密加工を実現させることができる。

【００２６】また、前記構成において、それぞれ複数の
前記ヤーンをほぼ平行に二次元的に配列してヤーン配列
体を構成し、複数のヤーン配列体を積層してヤーン集合
体を構成するようにしてもよい。

【００２７】また、前記構成において、隣接する前記ヤ
ーン配列体における各ヤーンの長手方向を互いに交差さ
せるようにしてもよい。この交差角度としては、０°よ
りも大きい角度であって、例えば１５°、３０°、９０
°、あるいはこれらの複合交差等があり、最も好ましく
は９０°である。

【００２８】前記構成において、前記マトリクスが前記
無機物質の中で互いに連続することで三次元網目構造を
形成するようにしてもよい。この構成により、１つのヤ
ーン配列体でみれば、それぞれ平行に配列された多数の
管状の開孔に銅を含む金属が含浸され、これら含浸され
た金属がヤーン配列体の積層方向にもつながった形態を
とることになる。つまり、前記マトリクスが前記各ヤー
ン配列体に沿ってほぼ平行に二次元的に配列され、か
つ、隣接する前記各ヤーン配列体中に含浸された前記マ
トリクスが互いに連続された形態となる。

【００２９】その結果、熱がその三次元網目構造を伝わ
って外部に放出されることから、実際の電子部品（半導
体装置を含む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率との
バランスに適合した特性を得ることができる。また、潤
滑性の向上を図ることができ、摺動材や軸受材等として
も活用することができる。更に、切削性の向上を図るこ
とができ、ヒートシンクや摺動材料及び軸受材の精密加
工を実現させることができる。

【００３０】次に、本発明に係る複合材料の製造方法
は、多数本の炭素繊維と炭素粉体と有機バインダにて炭
素繊維束を作製し、該炭素繊維束の周囲に樹脂製の被膜
を形成してヤーン構成体を作製する第１の工程と、前記
ヤーン構成体を多数配列させて配列体を作製する第２の
工程と、前記配列体を積層させて積層体を作製する第３
の工程と、前記積層体を加圧焼成して管状の連続した開
孔が多数形成された焼結体を作製する第４の工程と、前
記焼結体の前記開孔に少なくとも銅を含む金属を含浸さ
せる第５の工程とを有することを特徴とする。

【００３１】これにより、：実際の電子部品（半導体
装置を含む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバ
ランスに適合した特性を得ることができる複合材料、
：潤滑性の向上を図ることができ、摺動材や軸受材等
としても活用することができる複合材料、：切削性の
向上を図ることができ、ヒートシンクや摺動材料及び軸
受材の精密加工を実現させることができる複合材料を容
易に作製することが可能となる。

【００３２】前記第４の工程において、前記積層体をホ
ットプレスで３００〜２０００℃、常圧〜５００ｋｇｆ
／ｃｍ² の条件下で成形して成形体を作製し、該成形体
を大気中で６００〜１２００℃で焼成して前記焼結体を
作製するようにしてもよい。

【００３３】また、前記成形体を６００〜１２００℃で
炭化させ、１５００〜３０００℃で黒鉛化して前記焼結
体を作製するようにしてもよい。前記炭素繊維として
は、ピッチ系炭素繊維及びＰＡＮ系炭素繊維のいずれ
か、あるいは双方を用いてもよい。

【００３４】そして、前記第５の工程において、前記焼
結体と少なくとも銅を含む金属とを互いに接触させない
状態で加熱し、所定温度に達した段階で両者を接触させ
て直ちに高圧力を付与して、前記金属を前記焼結体中に
含浸させる含浸工程と、少なくとも前記金属が含浸され
た前記焼結体を冷却する冷却工程とを有するようにして
もよい。

【００３５】ここで、含浸させようとする少なくとも銅
を含む金属と、基材となる焼結体とを接触させないまま
加熱するのは、前記金属中の銅以外の成分が、基材の炭
素成分と加熱中に反応して、基材表面に金属の濡れ性に
とって悪影響となる被膜を形成するのを阻止又は極力少
なくする、あるいは反応物の生成による銅のもつ良好な
熱伝導性の低下を阻止又は極力少なくするためである。

【００３６】銅は、基材の炭素成分とは元々反応性が極
めて低いため、前記含浸させようとする金属が純銅であ
る場合は、銅と基材とを接触させたまま加熱し、銅を溶
融させても問題はない。

【００３７】このように、含浸させようとする少なくと
も銅を含む金属を、基材となる焼結体と接触させないま
ま加熱し、溶融後直ちに接触加圧し、含浸後は速やかに
冷却させることにより、一般に困難とされる焼結体への
前記金属の含浸処理を容易に行うことができ、しかも、
焼結体への前記金属の含浸率を向上させることができ、
その結果、実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求
められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合した特
性を有するヒートシンクの生産性を向上させることがで
きる。

【００３８】ここで、実際の電子部品（半導体装置を含
む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに
適合した特性とは、室温から２００℃までの平均熱膨張
率が２．０×１０^-6／℃〜９．０×１０^-6／℃で、かつ
熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ（室温）以上である。

【００３９】また、前記製造方法によれば、潤滑性の向
上を図ることができ、摺動材や軸受材等としても活用す
ることができる複合材料や、切削性の向上を図ることが
でき、ヒートシンクや摺動材料及び軸受材の精密加工を
実現させることができる複合材料を得ることができる。

【００４０】前記含浸工程としては、前記焼結体と前記
金属を同一の容器に入れ、前記金属を前記容器内の下方
に配置した後、前記容器内を負圧又は常圧状態にする工
程と、前記金属を加熱溶解して前記金属を溶融金属にす
る工程と、前記溶融金属が所定温度に到達した段階で、
前記容器を転回して該容器内において前記溶融金属中に
前記焼結体を浸漬させる工程と、前記容器内に含浸用ガ
スを導入して前記容器内を加圧することにより、前記溶
融金属を焼結体中に含浸させる工程とを有するようにし
てもよい。

【００４１】即ち、焼結体と該焼結体に含浸される前記
金属を容器内に入れて密封し、真空引きした後、銅又は
銅合金側を下方にして加熱する。前記金属が溶解して所
定の温度に到達した段階で、容器を１８０°転回して上
下を逆にすることにより、前記金属を多孔質焼結体に接
触させる。そして、容器内を高圧に加圧することによ
り、前記金属は焼結体中に含浸されることになる。

【００４２】また、前記含浸工程としては、予め溶融さ
れた前記金属と前記焼結体を同一の容器に入れ、前記溶
融金属を前記容器内の下方に配置した後、該容器内を負
圧又は常圧状態にする工程と、前記溶融金属が所定温度
に到達した段階で、前記容器を転回して該容器内におい
て前記溶融金属中に前記焼結体を浸漬させる工程と、前
記容器内に含浸用ガスを導入して前記容器内を加圧する
ことにより、前記溶融金属を焼結体中に含浸させる工程
とを有するようにしてもよい。

【００４３】即ち、予め溶融させた前記金属を焼結体が
設置された容器内に入れ、所定の温度に達した段階で、
容器を１８０°転回して上下を逆にすることにより、前
記金属を焼結体に接触させる。そして、容器内を高圧に
加圧することにより、前記金属は焼結体中に含浸される
ことになる。

【００４４】また、付与する圧力としては、１０ｋｇｆ
／ｃｍ² 以上、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であり、好
ましくは５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、２００ｋｇｆ／ｃｍ
² 以下であり、更に好ましくは１００ｋｇｆ／ｃｍ² 以
上、１５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下である。

【００４５】この場合、前記圧力の付与時間は１０秒以
上、３０分以下であり、望ましくは２分以上、１０分以
下である。

【００４６】また、前記所定温度は、含浸させようとす
る前記金属の融点より１０℃〜２５０℃高い温度であ
り、好ましくは前記融点より５０℃〜２００℃高い温度
である。この場合、焼結体に含浸させるべき前記金属の
加熱は、１Ｔｏｒｒ以下の真空中で行うことが好まし
い。

【００４７】なお、前記金属を含浸させる前の前記焼結
体の開気孔率としては、１０％〜３５％であることが好
ましい。

【００４８】また、前記焼結体には、予め１〜１０ｖｏ
ｌ％のＮｉめっきを施すようにしてもよい。この場合、
焼結体と前記金属との濡れ性が向上し、低圧力での含浸
を実現させることができる。前記Ｎｉめっきの量は１〜
５ｖｏｌ％が望ましい。ここでいう、Ｎｉめっきとして
は、例えばＮｉ−ＰのめっきやＮｉ−Ｂのめっきが含ま
れる。

【００４９】そして、前記冷却工程としては、前記容器
を転回して含浸後の前記焼結体と非含浸の残存溶融金属
とを分離する工程と、前記容器内の前記含浸用ガスを抜
き、速やかに冷却用ガスを導入して容器内を冷却する工
程とを有するようにしてもよく、前記容器を転回して含
浸後の前記焼結体と非含浸の残存溶融金属とを分離する
工程と、前記容器を冷やし金に接触させることにより、
前記容器内を冷却する工程とを有するようにしてもよ
い。

【００５０】前記冷却工程における冷却速度は、含浸時
の温度から８００℃まで、−４００℃／時間以上とする
ことが好ましく、より好ましくは−８００℃／時間以上
である。

【００５１】また、前記含浸工程として、前記焼結体と
前記金属とを互いに非接触状態で負圧又は常圧状態にす
る工程と、前記焼結体と前記金属とを負圧又は常圧下で
所定温度まで加熱し、前記金属を溶融する工程と、前記
溶融金属を加圧状態におく工程と、前記加圧下の溶融金
属と前記負圧又は常圧下の焼結体とを、速やかに接触さ
せかつ加圧状態におき、加圧下で前記焼結体中に前記溶
融金属を含浸させる工程とを有するようにし、冷却工程
において、前記溶融金属が含浸された前記焼結体を前記
加圧下で冷却するようにしてもよい。

【００５２】この場合、前記焼結体と前記金属とを十分
に脱気しつつ加熱し、金属を溶融した後、速やかに接触
しかつ加圧状態とし、更に加圧状態を冷却操作完了時ま
で保持することにより、前記焼結体に前記溶融金属を効
率的に含浸することができる。

【００５３】前記製造方法において、負圧又は常圧下
に、非接触状態で加熱処理した焼結体と溶融金属とを、
ともに加圧状態におき、その後速やかに接触させて前記
焼結体中に前記金属を含浸させると好適である。

【００５４】これにより、前記溶融金属とともに前記焼
結体についても加圧状態下においた後に、接触、含浸操
作を行うことにより、両者を接触させる際の圧力低下を
最小限にすることができ、含浸操作時の加圧状態を良好
に保持できる。

【００５５】また、前記含浸工程において、前記焼結体
と前記金属とを、多孔質フィルターによって２室に仕切
られた同一の容器の上下の室にそれぞれ配置し、前記容
器を密封し、各室を負圧又は常圧状態とする工程と、上
下両室を負圧又は常圧下で所定温度まで加熱し、前記金
属を溶融する工程と、前記上室のみを加圧状態におく工
程と、前記加圧下の上室の溶融金属を前記多孔質フィル
ターを通して下室へ浸透させて、負圧又は常圧下の前記
焼結体と速やかに接触させた後、下室を加圧状態とし
て、加圧下の前記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる
工程とを有するようにし、前記冷却工程において、前記
下室の前記溶融金属が含浸された前記焼結体を、前記加
圧状態下で冷却するようにしてもよい。

【００５６】この場合、多孔質フィルターを用いること
により、前記金属を配置した上室と前記焼結体を配置し
た下室とをそれぞれ独立して圧力制御できるため、所定
の圧力制御機構を用いて迅速に減圧、加圧することがで
きる。

【００５７】前記下室の前記焼結体については、前記溶
融金属を含浸する直前まで、負圧又は常圧状態に保持
し、脱気することができる。更に前記溶融金属と前記焼
結体との接触、含浸操作を多孔質フィルターを通して圧
力制御によって簡単に行うことができる。また、この
際、両室は予め圧力差を設けているため前記溶融金属を
迅速にフィルター処理することができる。

【００５８】ここで、多孔質フィルターについては、溶
融金属が常圧下では浸透せずに加圧下で浸透する程度の
多孔質を有するものであれば特に材料を限定するもので
はなく、好適にはカーボン布、ステンレス系のパンチン
グメタル又はアルミナ布等を用いることができる。

【００５９】なお、含浸工程として、多孔質フィルター
によって２室に仕切られた同一の容器の上下の室の圧力
に関し、前記金属を配置した上室の圧力を前記焼結体を
配置した下室より負圧にすることにより、溶融金属が多
孔質フィルターを通過できないようにすれば、フィルタ
ーを用いる場合に、上記のように溶融金属と多孔質フィ
ルタとの濡れ性を考慮する必要がなくなり、材料選定の
自由度を向上させることができる。

【００６０】また、前記含浸工程として、前記焼結体と
前記金属とを、多孔質フィルターによって２室に仕切ら
れた同一の容器の上下の室にそれぞれ配置し、前記容器
を密封し、各室を負圧又は常圧状態とする工程と、上下
両室を負圧又は常圧下で所定温度まで加熱し、前記金属
を溶融する工程と、前記上下両室を加圧状態におく工程
と、前記加圧下の上室の圧力を下室の圧力よりも更に高
くし、溶融金属を前記多孔質フィルターを通して下室へ
浸透させて前記焼結体と速やかに接触させた後、加圧下
の前記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる工程とを有
するようにし、前記冷却工程において、下室の前記溶融
金属が含浸された前記焼結体を、前記加圧下で冷却する
ようにしてもよい。

【００６１】この場合、前記溶融金属とともに前記焼結
体についても加圧状態下においた後に、接触、含浸操作
を行うことにより、両者を接触させる際の圧力低下を最
小限にすることができ、含浸操作時の加圧状態を良好に
保持できる。

【００６２】本発明において、基材となる焼結体に少な
くとも銅を含む金属を含浸処理するに際し、加圧状態と
する工程を上下双方からのプレス処理により行うととも
に、冷却工程を下室周辺からの間接冷却処理により行う
ようにすることができる。

【００６３】この発明に係る製造方法により、圧力制御
をより迅速に行うことができるとともに、含浸操作時の
加圧状態を良好に保持することができる。

【００６４】また、本発明に係る製造方法は、前記第５
の工程において、基材となる焼結体と少なくとも銅を含
む金属を負圧又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記
金属を溶融し、その後、加圧状態において速やかに前記
焼結体中に前記金属を含浸させる含浸工程と、少なくと
も前記金属が含浸された前記焼結体を冷却する冷却工程
とを有する。

【００６５】これにより、一般に困難とされる焼結体へ
の前記金属の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、焼結体への前記金属の含浸率を向上させることがで
きる。その結果、：実際の電子部品（半導体装置を含
む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに
適合した特性を得ることができる複合材料、：潤滑性
の向上を図ることができ、摺動材や軸受材等としても活
用することができる複合材料、：切削性の向上を図る
ことができ、ヒートシンクや摺動材料及び軸受材の精密
加工を実現させることができる複合材料を容易に作製す
ることが可能となる。

【００６６】そして、前記含浸工程として、前記焼結体
と前記金属とを互いに接触させた状態で負圧又は常圧状
態におく工程と、前記焼結体と前記金属とを負圧又は常
圧下で所定温度まで加熱し、前記金属を溶融する工程
と、前記溶融金属を加圧状態におく工程と、前記加圧下
の溶融金属と前記負圧又は常圧下の焼結体とを、速やか
に接触させ、かつ、加圧状態におき、加圧下で前記焼結
体中に前記溶融金属を含浸させる工程とを有するように
し、前記冷却工程において、前記溶融金属が含浸された
前記焼結体を前記加圧下で冷却するようにしてもよい。

【００６７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る複合材料及び
その製造方法の実施の形態例を図１〜図２１を参照しな
がら説明する。

【００６８】本実施の形態に係る複合材料２００は、図
１に示すように、管状の連続した開孔２０２（図９参
照）が多数形成された無機物質２０と、該無機物質２０
の開孔２０２に含浸された少なくとも銅を含む金属から
なるマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂとを有して構成さ
れている。

【００６９】この無機物質２０は、いわゆるＣ／Ｃコン
ポジットを基本とし、その基本的な構成に改善を加えた
新しい概念の材料である。

【００７０】Ｃ／Ｃコンポジットとしては、直径が１０
μｍ前後の炭素繊維を、通常、数百本〜数万本束ねて繊
維束を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向に
配列して一方向シート（ＵＤシート）や各種クロスとし
たり、また前記シートやクロスを積層することにより、
所定形状の予備成形体（繊維プリフォーム）を形成し、
この予備成形体の内部に、ＣＶＩ法（Chemical Vapor I
nfiltration ：化学的気相含浸法）や無機ポリマー含浸
焼結法等により、炭素からなるマトリックスを形成して
構成されたものが知られている。

【００７１】本実施の形態は、無機物質２０として特定
の新規繊維複合材料を使用したものであり、この繊維複
合材料は、母材としてＣ／Ｃコンポジットを用いてお
り、その炭素繊維の構造が、破壊されることなく保持さ
れているという大きな特徴を有している。

【００７２】即ち、この実施の形態に係る複合材料２０
０の無機物質２０は、ヤーン集合体２０８を有して構成
され、このヤーン集合体２０８は、複数のヤーン配列体
１Ａ〜１Ｆが積層されて構成され、１つのヤーン配列体
（例えば１Ａ）は、直径１０μｍ前後の炭素繊維が例え
ば数百本〜数万本ほど束ねられてなる炭素繊維の束と炭
素繊維以外の炭素成分とを含有するヤーン２Ａが複数本
ほどほぼ平行に二次元的に配列されて構成されている。

【００７３】つまり、本実施の形態に係る複合材料２０
０の無機物質２０は、複数のヤーン配列体１Ａ〜１Ｆが
一方向へと向かって積層された積層構造を有することに
なる。

【００７４】この場合において、特に好ましくは、隣接
するヤーン配列体（例えば１Ａ及び１Ｂ）における各ヤ
ーン２Ａ及び２Ｂの長手方向が互いに交差していること
である。この交差角度としては、０°よりも大きい角度
であって、例えば１５°、３０°、９０°、あるいはこ
れらの複合交差等があり、最も好ましくは９０°であ
る。

【００７５】図２及び図３に基づいて説明すると、無機
物質（繊維複合材料）２０の骨格は、ヤーン集合体２０
８によって構成されており、該ヤーン集合体２０８は、
複数のヤーン配列体１Ａ〜１Ｆを上下方向に積層して構
成されている。各ヤーン配列体１Ａ〜１Ｆにおいては、
各ヤーン２Ａ及び２Ｂがそれぞれ二次元的に配列されて
おり、各ヤーン２Ａ及び２Ｂの長手方向はそれぞれほぼ
平行とされている。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体
１Ａ〜１Ｆにおける各ヤーン２Ａ及び２Ｂの長手方向は
直交している。

【００７６】即ち、各ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅの
各ヤーン２Ａの長手方向は、互いに平行であり、かつ各
ヤーン配列体１Ｂ、１Ｄ、１Ｆの各ヤーン２Ｂの長手方
向に対して直交している。

【００７７】そして、前記複数のヤーン配列体１Ａ〜１
Ｆが一方向に積層されることによって、三次元格子形状
のヤーン集合体２０８が構成される。各ヤーン２Ａ及び
２Ｂは、後述するような加圧成形工程において押しつぶ
され、略楕円形になっている。

【００７８】このような構成により、本実施の形態に係
る複合材料２００の無機物質２０は、該無機物質２０を
構成するヤーン集合体２０８において互いに隣接するヤ
ーン（２Ａ、２Ａ）及び（２Ｂ、２Ｂ）の間に隙間が形
成されることになる。この隙間は、ヤーン２Ａ及び２Ｂ
に沿って形成され、その始端から終端まで連続したいわ
ゆる管状の開孔２０２（図９参照）を構成することにな
る。１つのヤーン配列体（例えば１Ａ）に関する多数本
の管状の開孔２０２は、更に、該ヤーン配列体（例えば
２Ａ）に隣接する別のヤーン配列体（例えば１Ｂ）に形
成された多数の管状の開孔２０２にそれぞれ連通した状
態となるため、開孔２０２は、無機物質２０の中で互い
に連続する三次元網目構造を形成することになる。

【００７９】そして、この実施の形態に係る複合材料２
００は、前記無機物質２０を構成するヤーン集合体２０
８に形成された無数の管状の開孔２０２内に少なくとも
銅を含む金属からなるマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂ
が含浸されて構成されることになる。上述のように、開
孔２０２自体が無機物質２０の中で互いに連続する三次
元網目構造を形成することになるため、含浸された少な
くとも銅を含むマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂも無機
物質２０中で三次元網目構造を有することになる。特
に、隣接するヤーン配列体１Ａ〜１Ｆにおける各ヤーン
２Ａ及び２Ｂの交差角度が約９０°である場合は、前記
マトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂが三次元格子を形成す
ることになる。

【００８０】即ち、各ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅに
おいては、隣り合う各ヤーン２Ａの間隙にはマトリック
ス２０６Ａが充填されており、各マトリックス２０６Ａ
はヤーン２Ａの表面に沿ってそれと平行に延びている。
各ヤーン配列体１Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおいては、隣り合う
各ヤーン２Ｂの間隙にはマトリックス２０６Ｂが充填さ
れており、各マトリックス２０６Ｂはヤーン２Ｂの表面
に沿ってそれと平行に延びている。

【００８１】各マトリックス２０６Ａ及び２０６Ｂは、
それぞれヤーン２Ａ及び２Ｂの表面に沿って細長く、好
ましくは直線状に延びており、各マトリックス２０６Ａ
及び２０６Ｂは隣接するヤーン配列体１Ａ〜１Ｆ間にお
いて互いに直交している。そして、ヤーン配列体１Ａ、
１Ｃ、１Ｅにおけるマトリックス２０６Ａと、これに直
交するヤーン配列体１Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおけるマトリッ
クス２０６Ｂとは、それぞれヤーン２Ａと２Ｂとの間隙
部分で連続している。この結果、マトリックス２０６Ａ
及び２０６Ｂは、全体として、三次元格子を形成するこ
とになる。

【００８２】ここで、隣り合う各ヤーン２Ａ及び２Ｂの
間隙には、マトリックス２０６Ａ及び２０６Ｂが１００
％充填されていてもよいが、各ヤーン２Ａ及び２Ｂの間
隙のうち一部をマトリックス２０６Ａ及び２０６Ｂが充
填している場合も含む。また、ヤーン２Ａ及び２Ｂ中の
炭素繊維以外の炭素成分は、好ましくは炭素粉末であ
り、特に好ましくは黒鉛化した炭素粉末である。

【００８３】このように、本実施の形態に係る複合材料
２００は、管状に連続した開孔２０２に少なくとも銅を
含む金属からなるマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂが含
浸されて構成されることから、発生した熱を効率よく、
開孔２０２のマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂを通じて
外部に逃がすことができる。その結果、セラミック基板
や半導体基板（シリコン、ＧａＡｓ）等と熱膨張率がほ
ぼ一致し、熱伝導性のよいヒートシンク材を得ることが
できる。

【００８４】具体的には、室温から２００℃までの平均
熱膨張率が２．０×１０^-6／℃〜９．０×１０^-6／℃
で、かつ熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ（室温）以上である
ヒートシンク材を得ることができる。

【００８５】また、前記複合材料２００は、無機物質２
０に含浸された少なくとも銅を含む金属からなるマトリ
クス２０６Ａ及び２０６Ｂの存在と、該マトリクス２０
６Ａ及び２０６Ｂが管状に形成された開孔２０２に含浸
されていることから、高い潤滑性を示すことになり、し
かも、比抵抗も低くなることから、摺動材や軸受材等に
適用させることができる。

【００８６】また、この複合材料２００は、少なくとも
銅を含む金属からなるマトリクス２０６Ａ及び２０６Ｂ
が管状の開孔２０２に形成されていることから、無機物
質２０のみよりも切削性が向上し、ヒートシンクや摺動
材料及び軸受材の精密加工を実現させることができる。

【００８７】前記ヒートシンク、摺動材及び軸受材等に
適用させる場合においては、前記マトリクス２０６Ａ及
び２０６Ｂを含浸させる前の前記無機物質２０の開気孔
率を１０％〜３５％とすることが好ましい。開気孔率の
測定方法は以下のとおりである。（開気孔率の測定方
法） 開気孔率（％）＝［（Ｗ３−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ２）］
×１００ （アルキメデス法による） 乾燥重量（Ｗ１）：１００℃のオーブンで１ｈｒ乾燥さ
せ、その後秤量 水中重量（Ｗ２）：試料を煮沸し、開気孔中に完全に水
を侵入させて水中にて秤量 飲水重量（Ｗ３）：開気孔中に完全に水を侵入させた試
料を大気中にて秤量 また、本実施の形態に係る複合材料２００においては、
図４の模式的断面図に示すように、各ヤーン（例えば２
Ｂ）を構成する炭素繊維の部分にマトリクス２０６Ｂが
ほとんど存在せず、該炭素繊維の構造が、破壊されるこ
となく保持されていることがわかる。これにより、無機
物質の耐衝撃性、強度、高潤滑性、耐摩耗性を維持させ
ることができる。

【００８８】一般に、前記銅として、市販の純銅を用い
た場合、熱伝導率が高く良好であるが、無機物質２０
（Ｃ／Ｃコンポジット）との濡れ性が悪く銅の含浸しな
い開孔２０２が残りやすいため、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍ
ｇ、Ｔｉ、Ｎｉ等の添加により含浸率を向上させること
が望ましい。この場合、銅の成分が１％までの範囲で、
Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｉを１種類以上含
み、かつ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇ
ａ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ａ
ｓ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｐ、Ｐｂ等の不可避の不
純物、ガス成分を含んでいてもよい。但し、前記添加物
の量が１％以上になると、熱伝導率の低下が大きくな
り、添加による効果を得ることができなくなる。

【００８９】ここでは、含浸させようとする銅に対する
添加物を規定したが、被含浸物としての基材の炭素成分
に種々の表面処理を施して濡れ性を高めてもよい。例え
ば、基材の炭素成分の表面にシリコン被膜を形成し、次
いで、銅を含浸することにより、低圧では銅はシリコン
に誘引（誘導）されて基材深くまで浸透する。このと
き、シリコンが基材の炭素成分を不完全に被覆していて
も、銅を十分に基材深くまで誘引（誘導）するため、シ
リコンが存在しない場合に比してより低圧で、かつ、確
実に銅を基材に含浸することができる。

【００９０】次に、本実施の形態に係る複合材料２００
の製造方法について図５〜図２１を参照しながら説明す
る。

【００９１】まず、図５に示すように、炭素繊維の束に
対して、最終的にマトリクスとなる粉末状のバインダー
ピッチ、コークス類を包含させ、さらに必要に応じてフ
ェノール樹脂粉末等を含有させることによって、炭素繊
維の束３００を作製する。その後、炭素繊維の束３００
の周囲に、熱可塑性樹脂からなる柔軟な皮膜を形成して
ヤーンを構成するための柔軟性中間材料（ヤーン構成
体）３０２を得る。

【００９２】その後、図６に示すように、複数本のヤー
ン構成体３０２をプラスチック製のひも３０４で結びな
がら二次元的に配列してヤーン配列体３０６を作製する
（特願昭６３−２３１７９１号明細書参照）。

【００９３】その後、図７に示すように、複数のヤーン
配列体３０６をそれぞれ交差させながら必要量を積層し
て１つの積層体３０８を作製する。

【００９４】その後、図８に示すように、前記積層体３
０８をホットプレス装置３１０内に投入する。このホッ
トプレス装置３１０は、投入された積層体３０８を上下
方向から加圧するための上型３１２及び下型３１４と、
加圧過程にある積層体３０８に対して熱を与えるための
ヒータ３１６を有して構成されている。

【００９５】この実施の形態では、前記積層体３０８を
ホットプレス装置３１０内で温度３００〜２０００℃
（本例では６００℃）、常圧〜５００ｋｇ／ｃｍ² （本
例では３００ｋｇ／ｃｍ² ）の条件下で成形することに
よって図９に示す成形体２０（無機物質）を得る。即
ち、この段階で管状の開孔２０２が三次元網目状に形成
された成形体２０が作製されることになる。

【００９６】その後の含浸処理工程に投入するワークと
しては、前記成形体２０としてもよいし、この成形体２
０を、必要に応じて７００〜１２００℃で炭化させた焼
結体でもよい。また、成形体２０を１５００〜３０００
℃で黒鉛化させた焼結体、あるいは前記炭化された焼結
体を１５００〜３０００℃で黒鉛化させた焼結体でもよ
い。従って、以下の説明では、図９に示す無機物質２０
を成形体又は焼結体２０と記す。

【００９７】ここで、前記炭素繊維は、石油ピッチもし
くはコールタールピッチを原料とし、紡糸用ピッチの調
整、溶融紡糸、不融化および炭素化して得られるピッチ
系炭素繊維、並びにアクリロニトリル（共）重合体繊維
を耐炎化および炭素化して得られるＰＡＮ系炭素繊維の
いずれのものでもよい。

【００９８】ヤーン構成体３０２のマトリクスの形成に
必要な炭素前駆体としては、フェノール樹脂やエポキシ
樹脂等の熱硬化性樹脂およびタール、ピッチ等が用いら
れるが、これらはコークス類、金属、金属化合物、無機
および有機化合物を含んでいてもよい。

【００９９】その後、後述する含浸処理工程を経て成形
体又は焼結体２０における管状の開孔２０２内に銅又は
銅合金を含浸させて本実施の形態に係る複合材料２００
が作製される。

【０１００】次に、含浸処理工程のいくつかの具体例に
ついて図１０Ａ〜図２１を参照しながら説明する。

【０１０１】まず、第１及び第２の具体例に係る含浸処
理工程は共に、大きく分けて含浸工程と冷却工程とから
なる。含浸工程は、基材となる成形体又は焼結体２０と
銅又は銅合金とを、互いに接触させない状態で加熱し、
所定温度に達した段階で両者を接触させて直ちに高圧力
を付与して、前記銅又は銅合金を前記成形体又は焼結体
２０中に含浸させる工程であり、冷却工程は、前記銅又
は銅合金が含浸された前記成形体又は焼結体２０を冷却
する工程である。

【０１０２】まず、第１の具体例に係る含浸処理工程
は、図１０Ａ及び図１０Ｂにその一例を示すように、高
圧容器３０を使用することによって行われる。この高圧
容器３０は、角筒状の筐体３２における両側板３４及び
３６のほぼ中央部分にそれぞれ回転軸３８が設けられ
て、該回転軸３８を中心として筐体３２自体が回転でき
るようになっている。

【０１０３】筐体３２内には、耐火容器４０と該耐火容
器４０を加熱するためのヒータ４２が設けられている。
耐火容器４０は、中空部４４を有する角筒状の形状を有
し、１つの側面における高さ方向中央部分に中空部４４
に連通する開口４６が設けられている。中空部４４のう
ち、開口４６を中心として一方の中空部（以下、第１室
４４ａと記す）には、含浸材料である銅又は銅合金２２
の塊、あるいは銅又は銅合金２２の溶融金属が収容され
るようになっている。他方の中空部（以下、第２室４４
ｂと記す）は、被含浸試料である成形体又は焼結体２０
が複数取り付けられるようになっており、第２室４４ｂ
が上方に位置しても、成形体又は焼結体２０が落下しな
いように成形体又は焼結体２０の支持機構が設けられて
いる。なお、ヒータ４２は、１００ｋｇｆ／ｃｍ² の高
圧力下でも破壊されない構造とされている。

【０１０４】また、前記高圧容器３０には、真空引きの
ための吸気管４８と、高圧力付与のためのガス及び冷却
用ガスの導入管５０及び導出管５２が設けられている。

【０１０５】次に、前記高圧容器３０を用いた含浸工程
と冷却工程について図１１を参照しながら説明する。含
浸工程は、以下の工程を踏むことにより行われる。

【０１０６】まず、高圧容器３０を初期状態にして、高
圧容器３０内に設けられている耐火容器４０の第１室４
４ａを下方に位置させる（ステップＳ１）。

【０１０７】その後、成形体又は焼結体２０と銅又は銅
合金２２の塊を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、
銅又は銅合金２２の塊を耐火容器４０の第１室４４ａ内
に配置し、成形体又は焼結体２０を第２室４４ｂにセッ
トする（ステップＳ２）。その後、高圧容器３０（及び
耐火容器４０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧
容器３０内の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧
状態にする（ステップＳ３）。

【０１０８】その後、ヒータ４２に通電して第１室４４
ａの銅又は銅合金２２を加熱溶解する（ステップＳ
４）。以下の説明では、加熱溶解された銅又は銅合金２
２を便宜的に「溶融銅」と記す。

【０１０９】その後、第１室４４ａ内の溶融銅が所定温
度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回させる
（ステップＳ５）。この転回動作によって、第１室４４
ａが上方に位置することから、第１室４４ａ内の溶融銅
は、自重によって下方に位置する第２室４４ｂ内に落下
し、この段階で、溶融銅に成形体又は焼結体２０が浸さ
れた状態となる。

【０１１０】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ６）。この加圧処理によって、前記
溶融銅は成形体又は焼結体２０の開気孔部中に含浸する
こととなる。

【０１１１】前記含浸工程が終了した時点で直ちに冷却
工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器
３０を再び１８０°転回させる（ステップＳ７）。この
転回動作によって、第１室４４ａが下方に位置すること
から、第２室４４ｂ内の溶融銅は、再び第１室４４ａ内
に落下することになる。前記ステップＳ６での加圧処理
（含浸処理）によって、溶融銅の一部が成形体又は焼結
体２０の開気孔中に含浸されていることから、下方に位
置する第１室４４ａに落下する溶融銅は成形体又は焼結
体２０に含浸されなかった残存溶融銅である。残存溶融
銅が第１室４４ａ内に落下した段階で、第２室４４ｂに
は溶融銅が含浸された成形体又は焼結体２０が残ること
となる。

【０１１２】その後、ガス導出管５２を通じて高圧容器
３０内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管５
０を通じて冷却用ガスを高圧容器３０内に導入する（ス
テップＳ８）。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導
入によって、冷却用ガスが高圧容器３０内を満遍なく循
環し、高圧容器３０は急速に冷却される。この速やかな
る冷却によって、前記成形体又は焼結体２０に含浸され
た溶融銅が、急速に銅又は銅合金２２の塊に固化して体
積膨張することから、含浸された銅又は銅合金２２は成
形体又は焼結体２０に強固に保持される。

【０１１３】他の冷却工程としては、図１１において一
点鎖線の枠内に示すように、前記ステップＳ７での処理
が終了した段階で、高圧容器３０、あるいは溶融銅が含
浸された成形体又は焼結体２０を冷やし金に接触させる
（ステップＳ９）。この冷やし金への接触によって成形
体又は焼結体２０は急速に冷却されることになる。この
冷却過程においては、冷やし金を水冷しながら行うよう
にしてもよいし、冷やし金を加熱体から離れた場所に設
置して行うようにしてもよい。特に、押湯効果を考えて
冷却した方がよい。

【０１１４】このように、前記含浸工程及び冷却工程を
踏むことにより、一般に困難とされる成形体又は焼結体
２０への銅又は銅合金２２の含浸処理を容易に行うこと
ができ、しかも、成形体又は焼結体２０への銅又は銅合
金２２の含浸率を向上させることができ、実際の電子部
品（半導体装置を含む）等で求められる熱膨張率と熱伝
導率とのバランスに適合した特性、即ち、室温から２０
０℃までの平均熱膨張率が２．０×１０^-6／℃〜９．０
×１０^-6／℃で、かつ熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ（室
温）以上を有するヒートシンク１０の生産性を向上させ
ることができる。

【０１１５】また、動摩擦係数が０．１〜０．０３と低
く、高い潤滑性を示し、比抵抗も低くなることから、摺
動材や軸受材等に適用させることができる。更に、切削
性が向上することから、ヒートシンクや摺動材料及び軸
受材あるいは自動車エンジン内のピストン等の摺動部品
の精密加工を実現させることができる。

【０１１６】前記ステップＳ４において、ヒータ４２に
通電して第１室４４ａの銅又は銅合金２２を加熱溶解す
る場合に、ステップＳ５に移行する所定温度（加熱温
度）は、銅又は銅合金２２の融点より１０℃〜２５０℃
高い温度がよく、好ましくは前記融点より５０℃〜２０
０℃高い温度が望ましい。この場合、高圧容器３０内を
１Ｔｏｒｒ以下の真空にしておくことが好ましい。

【０１１７】また、前記ステップＳ６において、高圧容
器３０内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器
３０に付与する圧力としては、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以
上、１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下とする。この場合、５
０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、２００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下が好
ましく、より好ましくは１００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、１
５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下である。

【０１１８】また、高圧容器３０への圧力の付与時間は
１０秒以上、３０分以下がよく、望ましくは２分以上、
１０分以下が好ましい。

【０１１９】なお、成形体又は焼結体２０の気孔として
は、平均直径が５μｍ〜２００μｍのものが９０％以上
存在し、かつ、気孔率が１０ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％で
あることが望ましい。

【０１２０】そして、成形体又は焼結体２０と銅又は銅
合金２２との濡れ性の向上を図って、成形体又は焼結体
２０に予め１〜１０ｖｏｌ％、望ましくは３〜５ｖｏｌ
％のＮｉめっきを施すことが好ましい。この場合、低圧
力での含浸を実現させることができる。ここでいう、Ｎ
ｉめっきとしては、例えばＮｉ−ＰのめっきやＮｉ−Ｂ
のめっきが含まれる。

【０１２１】そして、前記成形体又は焼結体２０に予め
１〜１０ｖｏｌ％のＮｉめっきを施すことに関連して、
成形体又は焼結体２０に予めパラジウムめっきを施すよ
うにしてもよい。この場合、前記パラジウムめっきに加
えて、ＮｉやＳｉとの複合めっきを施すことも可能であ
る。

【０１２２】一方、冷却工程における冷却速度は、含浸
時の温度から８００℃までの期間において、−４００℃
／時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−８
００℃／時間以上が望ましい。

【０１２３】前記ステップＳ６において、高圧容器３０
に付与する圧力は、成形体又は焼結体２０の開気孔部に
銅又は銅合金２２を完全に含浸させるために必要な圧力
である。この場合、成形体又は焼結体２０に銅又は銅合
金２２が含浸されていない開気孔が残存すると、熱伝導
性を著しく阻害するため、高い圧力を付与することが必
要となる。

【０１２４】この圧力はその概略を Washburn の式によ
って推定できるが、気孔径が小さいほど大きな力を必要
とする。例えば、０．１μｍφのとき４００ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、１．０μｍφのとき４０ｋｇｆ／ｃｍ² 、１０μ
ｍφのとき４ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力をそれぞれ必要とす
る。

【０１２５】このとき、成形体又は焼結体２０と銅又は
銅合金２２とが高温で直接接触する時間を短縮すること
が必要である。第１の処理条件（高圧容器３０に付与す
る圧力＝１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、１０００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以下）、第２の処理条件（加熱温度＝銅又は銅合金
２２の融点より１０℃〜２５０℃高い温度）、又は第３
の処理条件（成形体又は焼結体２０に予め１〜１０ｖｏ
ｌ％のＮｉめっきを施す）を満足させることにより、成
形体又は焼結体２０と銅又は銅合金２２との接触時間を
短くすることができる。

【０１２６】また、成形体又は焼結体２０と銅又は銅合
金２２との濡れ性が悪い場合、銅又は銅合金２２を十分
に含浸させるには高圧力をかけることが必要である。第
３の処理条件（成形体又は焼結体２０に予め１〜１０ｖ
ｏｌ％のＮｉめっきを施す）、又は第４の処理条件（成
形体又は焼結体２０に予めＳｉを１〜１０ｖｏｌ％含浸
させる）を行うことにより成形体又は焼結体２０の気孔
表面が改質され、成形体又は焼結体２０と銅又は銅合金
２２との濡れ性が良好となるため、より低圧力でより細
かい気孔にまで銅又は銅合金２２を含浸させることがで
きる。

【０１２７】次に、第１の具体例に係る含浸処理工程の
含浸工程について、いくつかの変形例を図１２及び図１
３を参照しながら説明する。

【０１２８】第１の変形例に係る含浸工程は、図１２に
示すように、まず、高圧容器３０を初期状態にして、高
圧容器３０内に設けられている耐火容器４０の第１室４
４ａを下方に位置させる（ステップＳ１０１）。

【０１２９】その後、成形体又は焼結体２０を第２室４
４ｂにセットし、予め溶融された銅又は銅合金（溶融
銅）２２を第１室４４ａ内に流し込む（ステップＳ１０
２）。

【０１３０】その後、第１室４４ａ内の溶融銅が所定温
度に達した段階で、高圧容器３０を１８０度転回させる
（ステップＳ１０３）。この転回動作によって、第１室
４４ａ内の溶融銅が下方に位置する第２室４４ｂに落下
し、この段階で、溶融銅に成形体又は焼結体２０が浸さ
れた状態となる。

【０１３１】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ１０４）。この加圧処理によって、
前記溶融銅は成形体又は焼結体の開気孔部中に含浸する
こととなる。

【０１３２】次に、第２の変形例に係る含浸工程につい
て説明すると、この第２の変形例に係る含浸工程は、高
圧容器３０内に設置されている耐火容器４０の内部中央
部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板（図示せ
ず）が設けられた高圧容器３０を用いる。耐火容器４０
内は、前記仕切板によって第１室４４ａと第２室４４ｂ
とに仕切られることになる。

【０１３３】前記仕切板としては、気孔率が４０％〜９
０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである多
孔質セラミック材を用いることが望ましく、より好まし
くは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径が１．０ｍ
ｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を用いること
が望ましい。

【０１３４】そして、この第２の変形例に係る含浸工程
は、図１３に示すように、まず、高圧容器を初期状態に
して、高圧容器内に設けられている耐火容器４０の第１
室４４ａを下方に、第２室４４ｂを上方に位置させる
（ステップＳ２０１）。

【０１３５】その後、成形体又は焼結体２０と銅又は銅
合金２２の塊を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、
銅又は銅合金２２の塊を上方に位置する第２室４４ｂ内
に配置し、成形体又は焼結体２０を下方に位置する第１
室４４ａにセットする（ステップＳ２０２）。

【０１３６】その後、高圧容器３０（及び耐火容器４
０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ２０３）。

【０１３７】その後、ヒータ４２に通電して第２室４４
ｂの銅又は銅合金２２を加熱溶解する（ステップＳ２０
４）。前記溶融銅が所定温度に達した段階で、ガス導入
管５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入し
て、該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ２０
５）。この加圧処理によって、上方に位置する第２室４
４ｂ内の溶融銅は、仕切板を通過し、下方に位置する第
１室４４ａ内の成形体又は焼結体２０の開気孔部中に含
浸されることになる。

【０１３８】次に、第２の具体例に係る含浸処理工程に
ついて図１４〜図１９を参照しながら説明する。

【０１３９】この第２の具体例に係る含浸処理工程は、
具体的には図１４にその一例を示すように、ホットプレ
ス炉６０を使用することによって行われる。このホット
プレス炉６０は、筒状の筐体６２内に、基台を兼ねる下
パンチ６４と、該下パンチ６４上に固定された上面開口
の耐火容器６６と、該耐火容器６６内に上方から進退自
在とされた上パンチ６８と、前記耐火容器６６を加熱す
るためのヒータ７０が設けられている。なお、このホッ
トプレス炉６０には、真空引きのための吸気管７２が設
けられている。

【０１４０】前記耐火容器６６は、中空部７４を有する
筒状の形状を有する。上パンチ６８は、その側面に、該
上パンチ６８の行程を決定するフランジ部７６が設けら
れ、該フランジ部７６の下面には、前記耐火容器６６の
上周面と接触して耐火容器６６を密閉状態にするための
パッキン７８が取り付けられている。一方、下パンチ６
４の内部には、耐火容器６６内を加熱するための加熱用
流体や耐火容器６６内を冷却するための冷却用流体を流
通させるための通路８０が設けられている。

【０１４１】そして、第２の具体例に係る含浸処理工程
は、図１５に示す工程を踏むことにより行われる。

【０１４２】まず、耐火容器６６の中空部７４内に、下
から成形体又は焼結体２０、多孔質セラミック製のフィ
ルタ５４、銅又は銅合金２２の塊の順で投入する（ステ
ップＳ３０１）。フィルタ５４としては、気孔率が４０
％〜９０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍで
ある多孔質セラミック材を用いることが望ましく、より
好ましくは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径が
１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を用
いることが望ましい。

【０１４３】また、前記フィルタ５４は、成形体又は焼
結体２０と銅又は銅合金２２の塊とを仕切って両者を非
接触状態におく仕切板としての機能を果たし、中空部７
４のうち、フィルタ５４上の銅又は銅合金２２の塊がセ
ットされた部分を上室７４ａ、フィルタ５４下の成形体
又は焼結体２０がセットされた部分を下室７４ｂとして
定義することができる。

【０１４４】次に、吸気管７２を通じて耐火容器６６内
の真空引きを行って該耐火容器６６の両室７４ａ及び７
４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ３０２）。

【０１４５】その後、ヒータ７０に通電して上室７４ａ
内の銅又は銅合金２２を加熱溶解する（ステップＳ３０
３）。このとき、前記ヒータ７０への通電と併せて下パ
ンチ６４の通路８０内に加熱用流体を流して耐火容器６
６の内部を加熱するようにしてもよい。

【０１４６】上室７４ａ内の銅又は銅合金２２の溶解物
（溶融銅）が所定温度に達した段階で、上パンチ６８を
下方に移動させて上室内を所定圧まで加圧する（ステッ
プＳ３０４）。このとき、上パンチ６８のフランジ部７
６に取り付けられたパッキン７８と耐火容器６６の上周
面との接触及び互いの押圧により、耐火容器６６が密封
され、内部の溶融銅が耐火容器６６の外に漏れるという
不都合が有効に防止される。

【０１４７】所定圧になった上室７４ａ内の銅又は銅合
金２２の溶解物（溶融銅）は上室７４ａ内の圧力によっ
てフィルタ５４を通して下室７４ｂ側に押し出されて該
下室７４ｂ内に導入されると同時に、該下室７４ｂ内に
設置された成形体又は焼結体２０に含浸される。

【０１４８】時間管理によって予め設定されている終点
（成形体又は焼結体２０内への溶融銅の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ６４内の通路８０に冷却用流体を流して耐火容器６６
を下方から上方に向かって冷却させることにより（ステ
ップＳ３０５）、成形体又は焼結体２０に含浸された溶
融銅を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ６８と
下パンチ６４による耐火容器６６内の加圧状態は保持さ
れる。

【０１４９】凝固が完了した時点で、銅又は銅合金２２
が含浸された成形体又は焼結体２０を耐火容器６６から
取り出す（ステップＳ３０６）。

【０１５０】この製造方法においては、成形体又は焼結
体２０と銅又は銅合金２２とを十分に脱気しつつ加熱
し、銅又は銅合金２２を溶融した後、速やかに成形体又
は焼結体２０に接触させ、かつ、これらを加圧状態と
し、更にその加圧状態を冷却操作完了時まで保持するよ
うにしたので、成形体又は焼結体２０に銅又は銅合金２
２を効率的に含浸することができる。前記例では含浸処
理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で行ってもよ
い。

【０１５１】このように、溶融銅と成形体又は焼結体２
０を共に加圧状態下においた後に、互いに接触させて、
含浸処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の
圧力低下を最小限にすることができ、含浸処理時におけ
る加圧状態を良好に保持させることができる。

【０１５２】前記例では、溶融銅の漏れを防止するため
に、上パンチ６８におけるフランジ部７６の下面にパッ
キン７８を設けるようにしたが、図１４の二点鎖線で示
すように、耐火容器６６の上周面にパッキン７８を設け
るようにしてもよい。また、図１６Ａ及び図１６Ｂに示
すように、リング状の割型パッキン１００を２枚重ねに
したパッキン部材１０２を、図１７に示すように、上パ
ンチ６８の下部に設けるようにしてもよい。この場合、
パッキン部材１０２の中空部１０４に溶融銅が入り込む
ことにより各割型パッキン１００の直径が拡大し、結果
的に上室７４ａが密封されて溶融銅の漏れが防止される
ことになる。

【０１５３】次に、第２の具体例に係る含浸処理工程の
変形例について図１８及び図１９を参照しながら説明す
る。なお、図１４と対応するものについては同符号を付
してその重複説明を省略する。

【０１５４】この変形例に係る含浸処理工程において
は、ホットプレス炉６０として、図１８に示すように、
耐火容器６６における中空部７４の高さ方向中央部に多
孔質セラミックにて構成されたフィルタ部材１１０が固
着され、下室７４ｂの側面に扉１１２が開閉自在に取り
付けられたものが使用される。従って、耐火容器６６の
中空部７４のうち、フィルタ部材１１０よりも上の部分
が上室７４ａとなり、フィルタ部材１１０よりも下の部
分が下室７４ｂとなる。特に、下室７４ｂに取り付けら
れた扉１１２に関しては、該扉１１２を閉じたときに下
室７４ｂが密封されるような構造が採用される。

【０１５５】そして、この変形例に係る含浸処理工程
は、図１９に示す工程を踏むことにより行われる。

【０１５６】まず、耐火容器６６の上室７４ａ内に銅又
は銅合金２２の塊を投入し、下室７４ｂの扉１１２を開
いて該下室７４ｂ内に成形体又は焼結体２０を投入する
（Ｓ４０１）。

【０１５７】次に、扉１１２を閉じて下室７４ｂを密封
し、更にホットプレス炉６０を密封した後、吸気管７２
を通じて耐火容器６６内の真空引きを行って該耐火容器
６６の両室７４ａ及び７４ｂ内を負圧状態にする（ステ
ップＳ４０２）。

【０１５８】その後、ヒータ７０に通電して上室７４ａ
内の銅又は銅合金２２を加熱溶解する（ステップＳ４０
３）。この場合も前記ヒータ７０への通電と併せて下パ
ンチ６４の通路８０内に加熱用流体を流して耐火容器６
６の内部を加熱するようにしてもよい。

【０１５９】上室７４ａ内の銅又は銅合金２２の溶解物
（溶融銅）が所定温度に達した段階で、上パンチ６８を
下方に移動させて上室７４ａ内を所定圧まで加圧する
（ステップＳ４０４）。

【０１６０】所定圧になった上室７４ａ内の銅又は銅合
金２２の溶解物（溶融銅）は上室７４ａ内の圧力によっ
てフィルタ部材１１０を通して下室７４ｂ側に押し出さ
れて該下室７４ｂ内に導入されると同時に、該下室７４
ｂ内に設置された成形体又は焼結体２０に含浸される。

【０１６１】時間管理によって予め設定されている終点
となった段階において、今度は、下パンチ６４内の通路
８０に冷却用流体を流して耐火容器６６を下方から上方
に向かって冷却させることにより（ステップＳ４０
５）、成形体又は焼結体２０に含浸された溶融銅を凝固
させる。

【０１６２】凝固が完了した時点で、銅又は銅合金２２
が含浸された成形体又は焼結体２０を耐火容器６６から
取り出す（ステップＳ４０６）。

【０１６３】この変形例に係る含浸処理工程において
も、第２の具体例に係る含浸処理工程と同様に、成形体
又は焼結体２０に銅又は銅合金２２を効率的に含浸する
ことができる。また、この場合も、溶融銅と成形体又は
焼結体２０を共に加圧状態下においた後に、互いに接触
させて、含浸処理を行うようにしているため、両者を接
触させる際の圧力低下を最小限にすることができ、含浸
処理時における加圧状態を良好に保持させることができ
る。前記例では、負圧下で含浸処理を行うようにした
が、常圧下で行ってもよい。

【０１６４】次に、第３の具体例に係る含浸処理工程に
ついて図２０及び図２１を参照しながら説明する。な
お、図１４と対応するものについては同符号を記してそ
の重複説明を省略する。

【０１６５】この第３の具体例に係る含浸処理工程は、
前記第２の具体例に係る含浸処理工程と原理的にはほぼ
同じであるが、含浸工程において、成形体又は焼結体２
０と銅又は銅合金２２とを負圧下又は常圧下で接触さ
せ、加熱処理して前記銅又は銅合金２２を溶融する点で
異なる。

【０１６６】具体的には、図２０に示すように、第２の
具体例に係る含浸処理工程にて使用されるホットプレス
炉６０の耐火容器６６内にフィルタ５４を投入せずに、
下からＳｉＣ２０、銅又は銅合金２２の順で投入する点
で異なる。

【０１６７】そして、第３の具体例に係る含浸処理工程
は、図２１に示す工程を踏むことにより行われる。

【０１６８】まず、耐火容器６６の中空部７４内に、下
から成形体又は焼結体２０、銅又は銅合金２２の塊の順
で投入する（ステップＳ５０１）。

【０１６９】次に、ホットプレス炉６０を密封した後、
吸気管７２を通じて耐火容器６６内の真空引きを行って
該耐火容器６６内を負圧状態にする（ステップＳ５０
２）。

【０１７０】その後、ヒータ７０に通電して耐火容器６
６内の銅又は銅合金２２を加熱溶解する（ステップＳ５
０３）。このとき、前記ヒータ７０への通電と併せて下
パンチ６４の通路８０内に加熱用流体を流して耐火容器
６６の内部を加熱するようにしてもよい。

【０１７１】耐火容器６６内の銅又は銅合金２２の溶解
物（溶融銅）が所定温度に達した段階で、上パンチ６８
を下方に移動させて耐火容器６６内を所定圧まで加圧す
る（ステップＳ５０４）。

【０１７２】所定圧になった銅又は銅合金２２の溶解物
（溶融銅）は耐火容器６６内の圧力によって成形体又は
焼結体２０に含浸される。

【０１７３】時間管理によって予め設定されている終点
（ＳｉＣ２０内への溶融銅の含浸が飽和状態とされた時
点）となった段階において、今度は、下パンチ６４内の
通路８０に冷却用流体を流して耐火容器６６を下方から
上方に向かって冷却させることにより（ステップＳ５０
５）、ＳｉＣ２０に含浸された溶融銅を凝固させる。凝
固が完了するまで上パンチ６８と下パンチ６４による耐
火容器６６内の加圧状態は保持される。

【０１７４】凝固が完了した時点で、銅又は銅合金２２
が含浸された成形体又は焼結体２０を耐火容器６６から
取り出す（ステップＳ５０６）。

【０１７５】この製造方法においても、成形体又は焼結
体２０と銅又は銅合金２２とを十分に脱気しつつ加熱
し、銅又は銅合金２２と成形体又は焼結体２０とを接触
させた状態で銅又は銅合金２２を溶融した後、耐火容器
６６内を加圧状態とし、更にその加圧状態を冷却操作完
了時まで保持するようにしたので、成形体又は焼結体２
０に銅又は銅合金２２を効率的に含浸することができ
る。

【０１７６】前記例では、成形体又は焼結体２０に含浸
させる金属を銅又は銅合金２２としたが、銅には不純物
として、０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％のＣａ、Ａ
ｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｐｔ、Ｃ
ｒ、Ｇｅ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｆ
ｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｐ、Ｐｂ等やガス成分を含んでいても
よい。もちろん純銅でもよい。

【０１７７】また、成形体又は焼結体２０として柔軟性
中間材料であるヤーン構成体３０２を使用し、銅又は銅
合金２２の含浸、溶融と組み合わせると、成形体又は焼
結体２０において、ヤーンの間隙には細長い開気孔が残
る傾向があり、この細長い開気孔に沿って銅又は銅合金
２２が成形体又は焼結体２０の奥まで浸透し易い。

【０１７８】ここで、成形体又は焼結体２０における銅
又は銅合金２２の濃度傾斜の調節は、成形体又は焼結体
２０の開気孔率及びその細孔径により行う。例えば、成
形体又は焼結体２０の表層から０．０１〜１０ｍｍで、
銅又は銅合金２２の濃度を他所よりも高める場合には、
成形体又は焼結体２０の当該所望高濃度部分における開
気孔率を５〜５０％、平均細孔径を１μｍ以上とし、当
該所望高濃度部分以外の部分の開気孔率及び平均細孔径
を該高濃度部分以下とする。

【０１７９】好ましくは、成形体又は焼結体２０の当該
所望高濃度部分における開気孔率は１０〜５０％、平均
細孔径は１０μｍ以上とし、当該所望高濃度部分以外の
部分の開気孔率及び平均細孔径を該高濃度部分以下とす
る。

【０１８０】前記開気孔率を５％未満とすると、成形体
又は焼結体２０中のバインダが除去し難く、５０％より
大きくすると、所望部位以外の銅又は銅合金２２の浸透
が、銅又は銅合金２２の量や、接触時間等の他の製造パ
ラメータの制御範囲を超えて進行してしまうからであ
る。

【０１８１】成形体又は焼結体２０の開気孔率を、表面
から内部に向かって小さくなるようにするには、バイン
ダピッチの異なるプリフォームドヤーンからなる複数の
プリフォームドシートを、内側から表層側に向かってバ
インダピッチが大きくなるように配置して成形すること
により行う。

【０１８２】このように作られた銅又は銅合金２２の濃
度傾斜がある成形体又は焼結体２０は、表面及び表面近
傍で銅又は銅合金２２の濃度が高いため、ヒートシンク
に用いると熱の収集及び熱の放散に適し、かつ、内部は
カーボンファイバ骨格の占める割合が高いため、熱的、
機械的衝撃性に優れる。

【０１８３】なお、この発明に係る複合材料及びその製
造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨
を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもち
ろんである。

【０１８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る複合
材料及びその製造方法によれば、カーボンファイバ骨格
中に銅又は銅合金が均一分散しているため、熱的、機械
的衝撃性に優れた構造材、部品ができるという効果が達
成される。

【０１８５】また、本発明に係る複合材料及びその製造
方法によれば、カーボン繊維と銅が主成分となり均一組
成を構成しているため、摺動特性に優れた構造材、部品
ができるという効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る複合材料の構成を概念的に
示す斜視図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線上の断面図である。

【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図であ
る。

【図４】本実施の形態に係る複合材料の模式的断面図で
ある。

【図５】ヤーンを構成するための柔軟性中間材料（ヤー
ン構成体）を示す斜視図である。

【図６】ヤーン配列体を示す斜視図である。

【図７】積層体を示す側面図である。

【図８】積層体をホットプレス装置内に投入した状態を
示す説明図である。

【図９】作製された成形体（あるいは焼結体）を概念的
に示す斜視図である。

【図１０】図１０Ａは高圧容器の正面を一部破断して示
す図であり、図１０Ｂは高圧容器の側面を一部破断して
示す図である。

【図１１】本実施の形態に係る含浸処理工程を示す工程
ブロック図である。

【図１２】第１の変形例に係る含浸工程を示す工程ブロ
ック図である。

【図１３】第２の変形例に係る含浸工程を示す工程ブロ
ック図である。

【図１４】第２の具体例に係る含浸処理工程に使用され
るホットプレス炉を示す概略構成図である。

【図１５】第２の具体例に係る含浸処理工程を示す工程
ブロック図である。

【図１６】図１６Ａは割型のパッキン部材を示す平面図
であり、図１６Ｂは図１６ＡにおけるＡ−Ａ線上の断面
図である。

【図１７】第２の具体例に係る含浸処理工程に使用され
るホットプレス炉の他の例を示す概略構成図である。

【図１８】第２の具体例に係る含浸処理工程の変形例に
使用されるホットプレス炉を示す構成図である。

【図１９】第２の具体例に係る含浸処理工程の変形例を
示す工程ブロック図である。

【図２０】第３の具体例に係る含浸処理工程に使用され
るホットプレス炉を示す構成図である。

【図２１】第３の具体例に係る含浸処理工程を示す工程
ブロック図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｆ…ヤーン配列体 ２Ａ、２Ｂ…ヤ
ーン ２０…無機物質（成形体又は焼結体） ２００…複合材
料 ２０２…開孔 ２０６Ａ、２０
６Ｂ…マトリクス ２０８…ヤーン集合体 ３０２…ヤーン
構成体 ３０６…ヤーン配列体 ３０８…積層体

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管状の連続した開孔が多数形成された無機
   物質と、 前記無機物質の前記開孔に含浸された少なくとも銅を含
   む金属からなるマトリクスとを有することを特徴とする
   複合材料。
2. 【請求項２】請求項１記載の複合材料において、 前記金属を含浸させる前の前記無機物質の開気孔率が１
   ０％〜３５％であることを特徴とする複合材料。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の複合材料において、 前記無機物質は、少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維以
   外の炭素成分とを含有するヤーンが三次元的に組み合わ
   され、これらヤーンが互いに分離しない程度に一体化さ
   れたヤーン集合体で構成され、 前記開孔は、前記ヤーン集合体において互いに隣接する
   ヤーンの間に形成される隙間であることを特徴とする複
   合材料。
4. 【請求項４】請求項３記載の複合材料において、 前記ヤーン集合体は複数のヤーン配列体が積層されて構
   成され、 前記ヤーン配列体はそれぞれ複数の前記ヤーンがほぼ平
   行に二次元的に配列されることによって構成されている
   ことを特徴とする複合材料。
5. 【請求項５】請求項４記載の複合材料において、 隣接する前記ヤーン配列体における各ヤーンの長手方向
   が互いに交差していることを特徴とする複合材料。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合
   材料において、 前記マトリクスは、前記無機物質の中で互いに連続する
   ことで三次元網目構造を形成していることを特徴とする
   複合材料。
7. 【請求項７】請求項５又は６記載の複合材料において、 前記マトリクスは前記各ヤーン配列体に沿ってほぼ平行
   に二次元的に配列され、かつ、隣接する前記各ヤーン配
   列体中に含浸された前記マトリクスは互いに連続されて
   いることを特徴とする複合材料。
8. 【請求項８】多数本の炭素繊維と炭素粉体と有機バイン
   ダにて炭素繊維束を作製し、該炭素繊維束の周囲に樹脂
   製の被膜を形成してヤーン構成体を作製する第１の工程
   と、 前記ヤーン構成体を多数配列させて配列体を作製する第
   ２の工程と、 前記配列体を積層させて積層体を作製する第３の工程
   と、 前記積層体を加圧焼成して管状の連続した開孔が多数形
   成された焼結体を作製する第４の工程と、 前記焼結体の前記開孔に少なくとも銅を含む金属を含浸
   させる第５の工程とを有することを特徴とする複合材料
   の製造方法。
9. 【請求項９】請求項８記載の複合材料の製造方法におい
   て、 前記第４の工程は、前記積層体をホットプレスで３００
   〜２０００℃、常圧〜５００ｋｇｆ／ｃｍ² の条件下で
   成形して成形体を作製し、該成形体を大気中で６００〜
   １２００℃で焼成して前記焼結体を作製することを特徴
   とする複合材料の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項９記載の複合材料の製造方法にお
    いて、 前記成形体を６００〜１２００℃で炭化させ、１５００
    〜３０００℃で黒鉛化して前記焼結体を作製することを
    特徴とする複合材料の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項８〜１０のいずれか１項に記載の
    複合材料の製造方法において、 前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維及びＰＡＮ系炭素繊
    維のいずれかであることを特徴とする複合材料の製造方
    法。
12. 【請求項１２】請求項８〜１１のいずれか１項に記載の
    複合材料の製造方法において、 前記第５の工程は、前記焼結体と少なくとも銅を含む金
    属とを互いに接触させない状態で加熱し、所定温度に達
    した段階で両者を接触させて直ちに高圧力を付与して、
    前記金属を前記焼結体中に含浸させる含浸工程と、 少なくとも前記金属が含浸された前記焼結体を冷却する
    冷却工程とを有することを特徴とする複合材料の製造方
    法。
13. 【請求項１３】請求項１２記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、前記焼結体と前記金属を同一の容器に
    入れ、前記金属を前記容器内の下方に配置した後、該容
    器内を負圧又は常圧状態にする工程と、 前記金属を加熱溶解して前記金属を溶融金属にする工程
    と、 前記溶融金属が所定温度に到達した段階で、前記容器を
    転回して該容器内において前記溶融金属中に前記多孔質
    焼結体を浸漬させる工程と、 前記容器内に含浸用ガスを導入して前記容器内を加圧す
    ることにより、前記溶融金属を前記焼結体中に含浸させ
    る工程とを有することを特徴とする複合材料の製造方
    法。
14. 【請求項１４】請求項１２記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、予め溶融された前記金属と前記焼結体
    を同一の容器に入れ、 前記溶融金属を前記容器内の下方に配置した後、該容器
    内を負圧又は常圧状態にする工程と、 前記溶融金属が所定温度に到達した段階で、前記容器を
    転回して該容器内において前記溶融金属中に前記焼結体
    を浸漬させる工程と、 前記容器内に含浸用ガスを導入して前記容器内を加圧す
    ることにより、前記溶融金属を前記焼結体中に含浸させ
    る工程とを有することを特徴とする複合材料の製造方
    法。
15. 【請求項１５】請求項１３又は１４記載の複合材料の製
    造方法において、 前記冷却工程は、前記容器を転回して含浸後の前記焼結
    体と非含浸の残存溶融金属とを分離する工程と、 前記容器内の前記含浸用ガスを抜き、速やかに冷却用ガ
    スを導入して容器内を冷却する工程とを有することを特
    徴とする複合材料の製造方法。
16. 【請求項１６】請求項１３又は１４記載の複合材料の製
    造方法において、 前記冷却工程は、前記容器を転回して含浸後の前記焼結
    体と非含浸の残存溶融金属とを分離する工程と、 前記容器を冷やし金に接触させることにより、前記容器
    内を冷却する工程とを有することを特徴とする複合材料
    の製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 前記付与する圧力は、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、１００
    ０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする複合材料
    の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１２〜１７のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 前記圧力の付与時間は、１０秒以上、３０分以下である
    ことを特徴とする複合材料の製造方法。
19. 【請求項１９】請求項１２〜１８のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 前記所定温度は、前記金属の融点より１０℃〜２５０℃
    高い温度であることを特徴とする複合材料の製造方法。
20. 【請求項２０】請求項１２〜１９のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 前記冷却工程における冷却速度は、含浸時の温度から８
    ００℃まで、−４００℃／時間以上であることを特徴と
    する複合材料の製造方法。
21. 【請求項２１】請求項１２〜２０のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 前記負圧状態は、１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とす
    る複合材料の製造方法。
22. 【請求項２２】請求項８〜２１のいずれか１項に記載の
    複合材料の製造方法において、 前記金属を含浸させる前の前記焼結体の開気孔率が１０
    ％〜３５％であることを特徴とする複合材料の製造方
    法。
23. 【請求項２３】請求項８〜２２のいずれか１項に記載の
    複合材料の製造方法において、 前記焼結体は、予め１〜１０ｖｏｌ％のＮｉめっきが施
    されていることを特徴とする複合材料の製造方法。
24. 【請求項２４】請求項１２記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、前記焼結体と前記金属とを互いに非接
    触状態で負圧又は常圧状態にする工程と、 前記焼結体と前記金属とを負圧又は常圧下で所定温度ま
    で加熱し、前記金属を溶融する工程と、 前記溶融金属を加圧状態におく工程と、 前記加圧下の溶融金属と前記負圧又は常圧下の焼結体と
    を、速やかに接触させかつ加圧状態におき、加圧下で前
    記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる工程とを有し、 前記冷却工程は、前記溶融金属が含浸された前記焼結体
    を前記加圧下で冷却することを特徴とする複合材料の製
    造方法。
25. 【請求項２５】請求項２４記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 負圧又は常圧下に、非接触状態で加熱処理した焼結体と
    溶融金属とを、ともに加圧状態におき、その後速やかに
    接触させて前記焼結体中に前記金属を含浸させることを
    特徴とする複合材料の製造方法。
26. 【請求項２６】請求項１２記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、前記焼結体と前記金属とを、多孔質フ
    ィルターによって２室に仕切られた同一の容器の上下の
    室にそれぞれ配置し、各室を負圧又は常圧状態とする工
    程と、 上下両室を負圧又は常圧下で所定温度まで加熱し、前記
    金属を溶融する工程と、 前記上室を加圧状態におく工程と、 前記加圧下の上室の溶融金属を前記多孔質フィルターを
    通して下室へ浸透させて、負圧又は常圧下の前記焼結体
    と速やかに接触させた後、下室を加圧状態として、加圧
    下の前記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる工程とを
    有し、 前記冷却工程は、前記下室の前記溶融金属が含浸された
    前記焼結体を、前記加圧状態下で冷却することを特徴と
    する複合材料の製造方法。
27. 【請求項２７】請求項１２記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、前記焼結体と前記金属とを、多孔質フ
    ィルターによって２室に仕切られた同一の容器の上下の
    室にそれぞれ配置し、各室を負圧又は常圧状態とする工
    程と、 上下両室を負圧又は常圧下で所定温度まで加熱し、前記
    金属を溶融する工程と、 前記上下両室を加圧状態におく工程と、 前記加圧下の上室の圧力を下室の圧力よりも更に高く
    し、溶融金属を前記多孔質フィルターを通して下室へ浸
    透させて前記焼結体と速やかに接触させた後、加圧下の
    前記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる工程とを有
    し、 前記冷却工程は、下室の前記溶融金属が含浸された前記
    焼結体を、前記加圧下で冷却することを特徴とする複合
    材料の製造方法。
28. 【請求項２８】請求項２４〜２７のいずれか１項に記載
    の複合材料の製造方法において、 基材となる焼結体に少なくとも銅を含む金属を含浸処理
    するに際し、加圧状態におく工程を上下双方からのプレ
    ス処理により行うとともに、冷却工程を下室周辺からの
    間接冷却処理により行うことを特徴とする複合材料の製
    造方法。
29. 【請求項２９】請求項８記載の複合材料の製造方法にお
    いて、 前記第５の工程は、基材となる焼結体と少なくとも銅を
    含む金属を負圧又は常圧下で接触させ、加熱処理して前
    記金属を溶融し、その後、加圧状態において速やかに前
    記焼結体中に前記金属を含浸させる含浸工程と、 少なくとも前記金属が含浸された前記焼結体を冷却する
    冷却工程とを有することを特徴とする複合材料の製造方
    法。
30. 【請求項３０】請求項２９記載の複合材料の製造方法に
    おいて、 前記含浸工程は、前記焼結体と前記金属とを互いに接触
    させた状態で負圧又は常圧状態におく工程と、 前記焼結体と前記金属とを負圧又は常圧下で所定温度ま
    で加熱し、前記金属を溶融する工程と、 前記溶融金属を加圧状態におく工程と、 前記加圧下の溶融金属と前記負圧又は常圧下の多孔質焼
    結体とを、速やかに接触させ、かつ、加圧状態におき、
    加圧下で前記焼結体中に前記溶融金属を含浸させる工程
    とを有し、 前記冷却工程は、前記溶融金属が含浸された前記焼結体
    を前記加圧下で冷却することを特徴とする複合材料の製
    造方法。