JP2002192301A - Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法 - Google Patents
Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉを１３ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下含有す
るＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャストによる鋳造法にて製
造するに際し、材料の熱伝導率が変動したりあるいは大
きく低下することなく、特性が一定で安定的に量産でき
る製造方法の提供。 【解決手段】 高Ｓｉ含有であるため鋳込み温度が８０
０℃以上と高く、鋳込みの際、金型及び湯口スリーブや
チップへの所謂噛みこみや食われが発生するのを、高温
の溶湯の通る箇所の表面に、遷移金属元素を溶出し難い
耐熱材料を表面層とする膜材又は複合材料を用いて防止
することにより、Ａｌ−５０Ｓｉの高Ｓｉの組成でも鋳
込み温度１２００℃で１００００ショット以上の連続成
形が可能となり、製品内部へのＦｅ等の遷移金属元素の
不純物としての混入も０．３ｗｔ％以下に抑えられ、熱
伝導率の低下も極力抑えることができる。
るＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャストによる鋳造法にて製
造するに際し、材料の熱伝導率が変動したりあるいは大
きく低下することなく、特性が一定で安定的に量産でき
る製造方法の提供。 【解決手段】 高Ｓｉ含有であるため鋳込み温度が８０
０℃以上と高く、鋳込みの際、金型及び湯口スリーブや
チップへの所謂噛みこみや食われが発生するのを、高温
の溶湯の通る箇所の表面に、遷移金属元素を溶出し難い
耐熱材料を表面層とする膜材又は複合材料を用いて防止
することにより、Ａｌ−５０Ｓｉの高Ｓｉの組成でも鋳
込み温度１２００℃で１００００ショット以上の連続成
形が可能となり、製品内部へのＦｅ等の遷移金属元素の
不純物としての混入も０．３ｗｔ％以下に抑えられ、熱
伝導率の低下も極力抑えることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、通信用、自動車
用、半導体デバイス、電子機器、機械部品、電動工具な
どの各種用途に用いられる基板に対する放熱材料、特に
Ｓｉチップ等の半導体やセラミックス系の材料と接合す
る部分に使用可能な、熱的整合性がよくかつ放熱性が良
好であるＡｌ−Ｓｉ合金放熱材料の製造方法に関する。
用、半導体デバイス、電子機器、機械部品、電動工具な
どの各種用途に用いられる基板に対する放熱材料、特に
Ｓｉチップ等の半導体やセラミックス系の材料と接合す
る部分に使用可能な、熱的整合性がよくかつ放熱性が良
好であるＡｌ−Ｓｉ合金放熱材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の情報通信産業の発展により、特に
半導体基板を用いたＬＳＩなどのデバイスが開発され、
今日ではより高速化、高密度化されてきた。また、レー
ザーや光を用いた通信機器も開発され、多くの分野で利
用されている。さらに自動車や機械機器の高速化、高効
率化による小型軽量化が進められている。そしてこれら
のデバイスや機器では、大容量化や高速化に伴い使用す
る半導体や半導体基板、電子機器からの放熱対策が不可
欠となってきた。
半導体基板を用いたＬＳＩなどのデバイスが開発され、
今日ではより高速化、高密度化されてきた。また、レー
ザーや光を用いた通信機器も開発され、多くの分野で利
用されている。さらに自動車や機械機器の高速化、高効
率化による小型軽量化が進められている。そしてこれら
のデバイスや機器では、大容量化や高速化に伴い使用す
る半導体や半導体基板、電子機器からの放熱対策が不可
欠となってきた。
【０００３】半導体基板用の放熱材料には、熱伝導率が
高い（１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上）ことはもちろん、用いる
半導体やセラミックスとの整合性がよい、つまり半導体
やセラミックスの熱膨張係数は３〜８×１０-6／Ｋ程度
であるため、それに近い小さな熱膨張係数を有すること
が必要となる。
高い（１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上）ことはもちろん、用いる
半導体やセラミックスとの整合性がよい、つまり半導体
やセラミックスの熱膨張係数は３〜８×１０-6／Ｋ程度
であるため、それに近い小さな熱膨張係数を有すること
が必要となる。
【０００４】放熱性に優れた高熱伝導な金属材料として
は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等があり、これらの熱伝導率は室
温でそれぞれ２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、３９７Ｗ／ｍ・Ｋ、４
１８Ｗ／ｍ・Ｋである。しかし、これら金属の熱膨張係
数は室温付近でそれぞれ２４×１０-6／Ｋ、１７×１０
-6／Ｋ、１８×１０-6／Ｋと大きく、熱膨張の整合性が
悪いという問題がある。
は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等があり、これらの熱伝導率は室
温でそれぞれ２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、３９７Ｗ／ｍ・Ｋ、４
１８Ｗ／ｍ・Ｋである。しかし、これら金属の熱膨張係
数は室温付近でそれぞれ２４×１０-6／Ｋ、１７×１０
-6／Ｋ、１８×１０-6／Ｋと大きく、熱膨張の整合性が
悪いという問題がある。
【０００５】一方、熱膨張係数の小さい金属材料（合
金）として、４２合金（４２Ｎｉ−Ｆｅ）やコバール
（２９Ｎｉ−８Ｃｏ−Ｆｅ）等があり、熱膨張係数は６
〜９×１０-6／Ｋとセラミックスとの整合性はよいが、
熱伝導率が２０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋと非常に小さいという
問題があった。
金）として、４２合金（４２Ｎｉ−Ｆｅ）やコバール
（２９Ｎｉ−８Ｃｏ−Ｆｅ）等があり、熱膨張係数は６
〜９×１０-6／Ｋとセラミックスとの整合性はよいが、
熱伝導率が２０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋと非常に小さいという
問題があった。
【０００６】低熱膨張、高熱伝導材料には、金属（複
合）材料としてはＣｕ−Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｍｏ等があ
る。しかし、いずれも成形・加工性が困難であり、また
密度が大きいために重いこと、難加工性であること、さ
らにコストが高いという問題がある。
合）材料としてはＣｕ−Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｍｏ等があ
る。しかし、いずれも成形・加工性が困難であり、また
密度が大きいために重いこと、難加工性であること、さ
らにコストが高いという問題がある。
【０００７】また、低熱膨張金属材料として、コバール
（２９Ｎｉ−８Ｃｏ−Ｆｅ）や４２合金（４２Ｎｉ−Ｆ
ｅ）等がある。しかし、これら合金は熱伝導率が３０〜
５０Ｗ／ｍ・Ｋと小さい。また、これらの合金とＣｕを
複合した材料も開発されているが、製造方法が煩雑で高
コストなため、汎用に至っていない。
（２９Ｎｉ−８Ｃｏ−Ｆｅ）や４２合金（４２Ｎｉ−Ｆ
ｅ）等がある。しかし、これら合金は熱伝導率が３０〜
５０Ｗ／ｍ・Ｋと小さい。また、これらの合金とＣｕを
複合した材料も開発されているが、製造方法が煩雑で高
コストなため、汎用に至っていない。
【０００８】また、ＢｅＯ、ＡｌＮ、ＳｉＣといったセ
ラミックス系の材料も高熱伝導で低熱膨張であることが
知られている。ＢｅＯはＢｅの環境汚染の観点から使用
が制限されており、またこれらセラミックス系の材料
は、いずれも粉末冶金法で製造され、高温での焼結が必
要なため、高コストであること、複雑な形状が成形困難
であることなどの理由で、特殊用途以外は使用されてい
ないのが実状である。
ラミックス系の材料も高熱伝導で低熱膨張であることが
知られている。ＢｅＯはＢｅの環境汚染の観点から使用
が制限されており、またこれらセラミックス系の材料
は、いずれも粉末冶金法で製造され、高温での焼結が必
要なため、高コストであること、複雑な形状が成形困難
であることなどの理由で、特殊用途以外は使用されてい
ないのが実状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ＡｌにＳｉを添加した
Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉの含有量の増加とともに熱膨張係
数が低下することが知られている。しかし、Ａｌ−Ｓｉ
合金はＳｉの含有量の増加に伴い融点が上昇し、１２ｗ
ｔ％以上のＳｉではＡｌ−１２Ｓｉの共晶相とＳｉの相
が生成し、Ｓｉ含有量の増加とともに硬くて脆いＳｉ相
が増加し、材料も脆くなるために溶解して鋳造した後に
塑性加工が不可であるばかりか外部の応力で割れてしま
うという問題があった。
Ａｌ−Ｓｉ合金はＳｉの含有量の増加とともに熱膨張係
数が低下することが知られている。しかし、Ａｌ−Ｓｉ
合金はＳｉの含有量の増加に伴い融点が上昇し、１２ｗ
ｔ％以上のＳｉではＡｌ−１２Ｓｉの共晶相とＳｉの相
が生成し、Ｓｉ含有量の増加とともに硬くて脆いＳｉ相
が増加し、材料も脆くなるために溶解して鋳造した後に
塑性加工が不可であるばかりか外部の応力で割れてしま
うという問題があった。
【００１０】そこで、高ＳｉのＡｌ−Ｓｉ系材料を粉末
冶金法で作製する方法、つまりガスアトマイズで得られ
た粉末を焼結する方法が提案（特開平１−２０５０５
５、特開平９−０５５４６０）されている。しかし、こ
の粉末冶金方法は、高コストであるとともに、得られた
材料の熱伝導率が酸化や不純物の影響によって、高純度
溶製材に対して１０〜２０％低下する問題があった。
冶金法で作製する方法、つまりガスアトマイズで得られ
た粉末を焼結する方法が提案（特開平１−２０５０５
５、特開平９−０５５４６０）されている。しかし、こ
の粉末冶金方法は、高コストであるとともに、得られた
材料の熱伝導率が酸化や不純物の影響によって、高純度
溶製材に対して１０〜２０％低下する問題があった。
【００１１】出願人の一人は、先にＳｉを１３ｗｔ％以
上８０ｗｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料の製造方法
としてダイキャストによる鋳造法を検討し、３００Ｋ／
ｓｅｃ〜８００Ｋ／ｓｅｃの冷却速度で急冷することに
より、Ｓｉ相の結晶粒径も小さく、硬くて耐磨耗性が良
く、また脆いＳｉの結晶粒径を微細にすることにより抗
折強度も大きい材料を成形することができることを知見
した。
上８０ｗｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料の製造方法
としてダイキャストによる鋳造法を検討し、３００Ｋ／
ｓｅｃ〜８００Ｋ／ｓｅｃの冷却速度で急冷することに
より、Ｓｉ相の結晶粒径も小さく、硬くて耐磨耗性が良
く、また脆いＳｉの結晶粒径を微細にすることにより抗
折強度も大きい材料を成形することができることを知見
した。
【００１２】発明者らは量産規模でのダイキャスト鋳造
法を検討したところ、得られたＡｌ−Ｓｉ系材料の熱伝
導率が変動したりあるいは大きく低下するなどの問題が
あることを知見した。
法を検討したところ、得られたＡｌ−Ｓｉ系材料の熱伝
導率が変動したりあるいは大きく低下するなどの問題が
あることを知見した。
【００１３】この発明は、Ｓｉを１３ｗｔ％以上８０ｗ
ｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャストによ
る鋳造法にて製造するに際し、材料の熱伝導率が変動し
たりあるいは大きく低下することなく、特性が一定で安
定的に量産できる製造方法の提供を目的としている。
ｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャストによ
る鋳造法にて製造するに際し、材料の熱伝導率が変動し
たりあるいは大きく低下することなく、特性が一定で安
定的に量産できる製造方法の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】発明者らは、高Ｓｉ含有
Ａｌ−Ｓｉ系合金の量産規模でのダイキャスト鋳造法に
ついて、種々検討した結果、高Ｓｉ含有であるため鋳込
み温度が８００℃以上と高く、鋳込みの際、金型及び湯
口スリーブやチップへの所謂噛みこみや食われが発生し
ていること、すなわち連続的にダイキャスト鋳造を実施
すると、ダイキャスト機の金型やスリーブなどを構成す
る遷移金属元素（Ｃｒ，ＭｎＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ
等）がＡｌ−Ｓｉ合金に混入して熱伝導率が急激に低下
していることを知見した。
Ａｌ−Ｓｉ系合金の量産規模でのダイキャスト鋳造法に
ついて、種々検討した結果、高Ｓｉ含有であるため鋳込
み温度が８００℃以上と高く、鋳込みの際、金型及び湯
口スリーブやチップへの所謂噛みこみや食われが発生し
ていること、すなわち連続的にダイキャスト鋳造を実施
すると、ダイキャスト機の金型やスリーブなどを構成す
る遷移金属元素（Ｃｒ，ＭｎＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ
等）がＡｌ−Ｓｉ合金に混入して熱伝導率が急激に低下
していることを知見した。
【００１５】そこで発明者らは、金型や湯口スリーブの
浸食を解消し、連続成型可能にするため種々検討した結
果、金型および湯口スリーブ等の高温の溶湯の通る箇所
の表面に、遷移金属元素を溶出し難い耐熱材料を表面層
とする膜材又は複合材料を用いることにより、かかる浸
食の問題は解決し、Ａｌ−５０Ｓｉの高Ｓｉの組成でも
鋳込み温度１２００℃で１００００ショット以上の連続
成形が可能となり、製品内部へのＦｅ等の遷移金属元素
の不純物としての混入も０．３ｗｔ％以下に抑えられ、
熱伝導率の低下も極力抑えることができることを知見
し、この発明を完成した。
浸食を解消し、連続成型可能にするため種々検討した結
果、金型および湯口スリーブ等の高温の溶湯の通る箇所
の表面に、遷移金属元素を溶出し難い耐熱材料を表面層
とする膜材又は複合材料を用いることにより、かかる浸
食の問題は解決し、Ａｌ−５０Ｓｉの高Ｓｉの組成でも
鋳込み温度１２００℃で１００００ショット以上の連続
成形が可能となり、製品内部へのＦｅ等の遷移金属元素
の不純物としての混入も０．３ｗｔ％以下に抑えられ、
熱伝導率の低下も極力抑えることができることを知見
し、この発明を完成した。
【００１６】すなわち、この発明は、Ａｌ−Ｓｉ合金溶
湯をダイキャストにて急冷成形する方法であり、ダイキ
ャストの金型及び湯口スリーブ表面に遷移金属元素を溶
出し難い耐熱材料を表面層とする膜又は複合材料を用い
て急冷成形し、遷移金属元素の含有量が０．３ｗｔ％以
下の合金を得ることを特徴とするＡｌ−Ｓｉ合金の製造
方法である。
湯をダイキャストにて急冷成形する方法であり、ダイキ
ャストの金型及び湯口スリーブ表面に遷移金属元素を溶
出し難い耐熱材料を表面層とする膜又は複合材料を用い
て急冷成形し、遷移金属元素の含有量が０．３ｗｔ％以
下の合金を得ることを特徴とするＡｌ−Ｓｉ合金の製造
方法である。
【００１７】また、この発明は、上記構成の製造方法に
おいて、 ・Ａｌ−Ｓｉ合金は、Ｓｉを１３ｗｔ％以上８０ｗｔ％
以下含有する製造方法、 ・急冷速度が、３００Ｋ／ｓｅｃ〜８００Ｋ／ｓｅｃで
ある製造方法、 ・耐熱材料膜が、１μｍ〜１００μｍ厚みでＷＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、ＴｉＮ、Ｆｅ3Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍ
ｏのうちいずれかの材料である製造方法、 ・耐熱材料膜がスパッタリング、電解めっき、無電解め
っき、真空蒸着、蒸着重合、塗装、窒化処理、炭化処理
のいずれかの方法で成膜された製造方法、 ・複合材料が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、Ｔｉ
Ｎ、Ｆｅ３Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれかの材料を
０．０５ｍｍ〜２ｍｍ厚みで異種材に接合した材料であ
る製造方法、を併せて提案する。
おいて、 ・Ａｌ−Ｓｉ合金は、Ｓｉを１３ｗｔ％以上８０ｗｔ％
以下含有する製造方法、 ・急冷速度が、３００Ｋ／ｓｅｃ〜８００Ｋ／ｓｅｃで
ある製造方法、 ・耐熱材料膜が、１μｍ〜１００μｍ厚みでＷＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、ＴｉＮ、Ｆｅ3Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍ
ｏのうちいずれかの材料である製造方法、 ・耐熱材料膜がスパッタリング、電解めっき、無電解め
っき、真空蒸着、蒸着重合、塗装、窒化処理、炭化処理
のいずれかの方法で成膜された製造方法、 ・複合材料が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、Ｔｉ
Ｎ、Ｆｅ３Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれかの材料を
０．０５ｍｍ〜２ｍｍ厚みで異種材に接合した材料であ
る製造方法、を併せて提案する。
【００１８】
【発明の実施の形態】この発明において、Ａｌ−Ｓｉ合
金組成は、Ｓｉを１３ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以下含有
する。Ｓｉが１３ｗｔ％未満では熱膨張係数が大きく、
ダイキャスト法による急冷の効果が得られ難い。また８
０ｗｔ％を超えると、Ｓｉ相が体積の７０％以上を占
め、成形が困難となる。さらに好ましくは、Ｓｉが３０
ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下の範囲である。
金組成は、Ｓｉを１３ｗｔ％以上、８０ｗｔ％以下含有
する。Ｓｉが１３ｗｔ％未満では熱膨張係数が大きく、
ダイキャスト法による急冷の効果が得られ難い。また８
０ｗｔ％を超えると、Ｓｉ相が体積の７０％以上を占
め、成形が困難となる。さらに好ましくは、Ｓｉが３０
ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下の範囲である。
【００１９】また、不純物としては、Ｃｒ，ＭｎＦｅ，
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素が０．３ｗｔ％以
下、Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇなどのアルカリ金属元素、アルカ
リ土類金属元素が０．５ｗｔ％以下、Ｃ，Ｐ，Ｂなどの
軽元素が０．３ｗｔ％以下を許容できる。いずれの元素
も上記の値を超えると、熱伝導率が低下するため好まし
くない。
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕなどの遷移金属元素が０．３ｗｔ％以
下、Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇなどのアルカリ金属元素、アルカ
リ土類金属元素が０．５ｗｔ％以下、Ｃ，Ｐ，Ｂなどの
軽元素が０．３ｗｔ％以下を許容できる。いずれの元素
も上記の値を超えると、熱伝導率が低下するため好まし
くない。
【００２０】この発明において、上記組成のＡｌ−Ｓｉ
合金における、Ｓｉ相の平均結晶粒径は５０μｍ以下で
あることが好ましい。Ｓｉ相の平均結晶粒径が５０μｍ
を超えると、外部からの応力や熱応力でＳｉ相にクラッ
クが入り、熱伝導率が低下するとともに材料が脆くな
る。
合金における、Ｓｉ相の平均結晶粒径は５０μｍ以下で
あることが好ましい。Ｓｉ相の平均結晶粒径が５０μｍ
を超えると、外部からの応力や熱応力でＳｉ相にクラッ
クが入り、熱伝導率が低下するとともに材料が脆くな
る。
【００２１】すなわち、この発明による放熱材料は、上
述した所要の組成とＳｉ相の平均結晶粒径を最適化する
ことにより、熱膨張係数が１６×１０-6／Ｋ以下、熱伝
導率が１００／ｍ・Ｋ以上の特性を有する高熱伝導・低
熱膨張でかつ硬いが靭性の向上した材料となる。
述した所要の組成とＳｉ相の平均結晶粒径を最適化する
ことにより、熱膨張係数が１６×１０-6／Ｋ以下、熱伝
導率が１００／ｍ・Ｋ以上の特性を有する高熱伝導・低
熱膨張でかつ硬いが靭性の向上した材料となる。
【００２２】この発明による放熱材料は、ビッカース硬
さ平均が１５０〜４００、耐摩耗性が摩擦速度５ｍ／ｓ
ｅｃ、接触圧力０．５ＭＰにおいて、２ｍｇ／１０００
ｍ以下という特性を有し、耐摩耗性がすぐれるととも
に、硬くても脆くない、すなわち靭性にすぐれるという
特徴を有する。但し、抗張力、引張り強度、伸びなど
は、Ｓｉ量の増加とともに低下する。
さ平均が１５０〜４００、耐摩耗性が摩擦速度５ｍ／ｓ
ｅｃ、接触圧力０．５ＭＰにおいて、２ｍｇ／１０００
ｍ以下という特性を有し、耐摩耗性がすぐれるととも
に、硬くても脆くない、すなわち靭性にすぐれるという
特徴を有する。但し、抗張力、引張り強度、伸びなど
は、Ｓｉ量の増加とともに低下する。
【００２３】この発明による放熱材料は、所要組成のＡ
ｌ−Ｓｉ合金をダイキャスト法にて、３００〜８００Ｋ
／ｓｅｃの冷却速度で急冷、成形することにより得られ
る。冷却速度が３００Ｋ／ｓｅｃ未満では、Ｓｉ相の平
均結晶粒径が５０μｍを越え、靭性が低下するため好ま
しくない。また、８００Ｋ／ｓｅｃを超えると、Ｓｉ相
の平均結晶粒径が微細になりすぎて合金溶湯が微小に凝
集して成形が困難になるため好ましくない。
ｌ−Ｓｉ合金をダイキャスト法にて、３００〜８００Ｋ
／ｓｅｃの冷却速度で急冷、成形することにより得られ
る。冷却速度が３００Ｋ／ｓｅｃ未満では、Ｓｉ相の平
均結晶粒径が５０μｍを越え、靭性が低下するため好ま
しくない。また、８００Ｋ／ｓｅｃを超えると、Ｓｉ相
の平均結晶粒径が微細になりすぎて合金溶湯が微小に凝
集して成形が困難になるため好ましくない。
【００２４】この発明におけるダイキャスト法は、上記
の所定の急冷が可能であれば、公知のいずれの方法や装
置であっても採用できる。例えば、この発明のＡｌ−Ｓ
ｉ合金は高融点材料であり、当該高融点温度より３００
〜８００Ｋ／ｓｅｃで急冷できるよう、金型へ供給され
る冷却液量を適宜選定すればよい。
の所定の急冷が可能であれば、公知のいずれの方法や装
置であっても採用できる。例えば、この発明のＡｌ−Ｓ
ｉ合金は高融点材料であり、当該高融点温度より３００
〜８００Ｋ／ｓｅｃで急冷できるよう、金型へ供給され
る冷却液量を適宜選定すればよい。
【００２５】この発明の特徴である金型及び湯口スリー
ブ表面に設ける耐熱材料としては、遷移金属元素を溶出
し難い耐熱材料であれば公知のいずれの材料も採用可能
である。特に、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、Ｔｉ
Ｎ、Ｆｅ3Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれかの材料が
好ましい。
ブ表面に設ける耐熱材料としては、遷移金属元素を溶出
し難い耐熱材料であれば公知のいずれの材料も採用可能
である。特に、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、Ｔｉ
Ｎ、Ｆｅ3Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれかの材料が
好ましい。
【００２６】当該耐熱材料を表面層とする膜材は、公知
のスパッタリング、電解めっき、無電解めっき、真空蒸
着、蒸着重合、塗装、窒化処理、炭化処理のいずれかの
方法で１μｍ〜１００μｍ厚みで成膜することが好まし
い。１μｍ未満の厚みでは膜の剥離又は下地材側から遷
移金属元素を溶出しやすくなるため好ましくなく、ま
た、１００μｍを超えると成膜に時間とコストを要する
ため好ましくない。
のスパッタリング、電解めっき、無電解めっき、真空蒸
着、蒸着重合、塗装、窒化処理、炭化処理のいずれかの
方法で１μｍ〜１００μｍ厚みで成膜することが好まし
い。１μｍ未満の厚みでは膜の剥離又は下地材側から遷
移金属元素を溶出しやすくなるため好ましくなく、ま
た、１００μｍを超えると成膜に時間とコストを要する
ため好ましくない。
【００２７】複合材料としては、金型や湯口スリーブを
構成する材料に前記耐熱材料を０．０５ｍｍ〜２ｍｍ厚
みに、圧延クラッド、拡散接合など公知の接合方法で一
体化して形成した複合材料を用いることができる。接合
材厚みが０．０５ｍｍ未満では剥離又は下地材側から遷
移金属元素を溶出しやすくなるため好ましくなく、ま
た、２ｍｍを超えると接合が困難かつコストを要するた
め好ましくない。
構成する材料に前記耐熱材料を０．０５ｍｍ〜２ｍｍ厚
みに、圧延クラッド、拡散接合など公知の接合方法で一
体化して形成した複合材料を用いることができる。接合
材厚みが０．０５ｍｍ未満では剥離又は下地材側から遷
移金属元素を溶出しやすくなるため好ましくなく、ま
た、２ｍｍを超えると接合が困難かつコストを要するた
め好ましくない。
【００２８】
【実施例】実施例１ Ａｌ（ＪＩＳ Ａ１０５０相当）とＳｉ（４Ｎ）を重量
比でＡｌ：Ｓｉ＝５０：５０になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶解したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は１１００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量
ダイキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。
ダイキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
比でＡｌ：Ｓｉ＝５０：５０になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶解したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は１１００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量
ダイキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。
ダイキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
【００２９】ダイキャストの金型及び湯口部のスリーブ
には、焼入れした炭素鋼を用い、高温の溶湯の通過する
金型、スリーブおよびチップの表面には放電プラズマ処
理してＷＣを約１０μｍ厚みにコーティングした。
には、焼入れした炭素鋼を用い、高温の溶湯の通過する
金型、スリーブおよびチップの表面には放電プラズマ処
理してＷＣを約１０μｍ厚みにコーティングした。
【００３０】ダイキャストの金型は水冷して２００℃に
保持した。ダイキャスト成型時の圧力は５５０ｋｇｆ／
ｃｍ2で鋳込速度は初速０．６ｍ／ｓｅｃ、最終１．０
ｍ／ｓｅｃであった。
保持した。ダイキャスト成型時の圧力は５５０ｋｇｆ／
ｃｍ2で鋳込速度は初速０．６ｍ／ｓｅｃ、最終１．０
ｍ／ｓｅｃであった。
【００３１】得られたダイキャスト成形材のＳｉ相の結
晶粒径は約３０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０５ｗｔ％、Ｏ＜０．０２ｗｔ％であった。
材料の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温で１５
０Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１０×１０-6／Ｋであ
った。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平均３
５０、ヤング率１０ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率１．０ｍｇ
／１０００ｍであった。
晶粒径は約３０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０５ｗｔ％、Ｏ＜０．０２ｗｔ％であった。
材料の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温で１５
０Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１０×１０-6／Ｋであ
った。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平均３
５０、ヤング率１０ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率１．０ｍｇ
／１０００ｍであった。
【００３２】金型、スリーブおよびチップの表面をＷＣ
コーティングしたことにより、４×１００×１５０ｍｍ
の平板２枚取りを、１００００ショットまで問題なく成
型することができた。
コーティングしたことにより、４×１００×１５０ｍｍ
の平板２枚取りを、１００００ショットまで問題なく成
型することができた。
【００３３】比較例として同組成、同成形条件でこの発
明の表面コーティングを施していない金型及びスリーブ
にて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉに
浸食され、成形ショット数は１００以下であった。
明の表面コーティングを施していない金型及びスリーブ
にて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉに
浸食され、成形ショット数は１００以下であった。
【００３４】また、成形材の不純物Ｆｅの含有量が０．
３５ｗｔ％となり、熱伝導率が９６Ｗ／ｍ・Ｋと大幅に
低下した。さらに、金型を浸食するために成形圧力が溶
湯に十分にかからず、いわゆる巣やボイドを多く発生し
て成形材の機械強度の低下が見られた。
３５ｗｔ％となり、熱伝導率が９６Ｗ／ｍ・Ｋと大幅に
低下した。さらに、金型を浸食するために成形圧力が溶
湯に十分にかからず、いわゆる巣やボイドを多く発生し
て成形材の機械強度の低下が見られた。
【００３５】実施例２ Ａｌ（ＪＩＳ Ａ１０５０相当）とＳｉ（４Ｎ）を重量
比でＡｌ：Ｓｉ＝６３：３７になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶解したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は９００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量ダ
イキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。ダ
イキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
比でＡｌ：Ｓｉ＝６３：３７になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶解したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は９００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量ダ
イキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。ダ
イキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
【００３６】ダイキャストの金型及び湯口部のスリーブ
には、焼入れした炭素鋼を用い、高温の溶湯の通過する
金型、スリーブおよびチップの表面には２０μｍのＣｒ
めっきを施し、さらにそれを窒化処理してＣｒＮ層を表
面に約２０μｍ厚みでコーティングした。
には、焼入れした炭素鋼を用い、高温の溶湯の通過する
金型、スリーブおよびチップの表面には２０μｍのＣｒ
めっきを施し、さらにそれを窒化処理してＣｒＮ層を表
面に約２０μｍ厚みでコーティングした。
【００３７】ダイキャストの金型は水冷して２００℃に
保持した。成型時の圧力は１０００ｋｇｆ／ｃｍ2で鋳
込温度は初速０．３ｍ／ｓｅｃ、最終１．５ｍ／ｓｅｃ
であった。
保持した。成型時の圧力は１０００ｋｇｆ／ｃｍ2で鋳
込温度は初速０．３ｍ／ｓｅｃ、最終１．５ｍ／ｓｅｃ
であった。
【００３８】得られたダイキャスト成形材のＳｉ相の結
晶粒径は約３０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０３ｗｔ％、Ｏ＜０．０１５ｗｔ％であっ
た。成形材の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温
で１６５Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１３ｐｐｍ／Ｋ
であった。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平
均２７５、ヤング率１５ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率１．５
ｍｇ／１０００ｍであった。
晶粒径は約３０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０３ｗｔ％、Ｏ＜０．０１５ｗｔ％であっ
た。成形材の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温
で１６５Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１３ｐｐｍ／Ｋ
であった。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平
均２７５、ヤング率１５ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率１．５
ｍｇ／１０００ｍであった。
【００３９】金型、スリーブおよびチップの表面をＣｒ
Ｎコーティングした金型を用いることにより、４０×３
０×１３の樽型異形状の６個取りの製品を２００００シ
ョットまで問題なく成型することができた。
Ｎコーティングした金型を用いることにより、４０×３
０×１３の樽型異形状の６個取りの製品を２００００シ
ョットまで問題なく成型することができた。
【００４０】比較例として同組成、同成形条件でこの発
明の表面コーティングを施していない金型及びスリーブ
にて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉに
浸食され、成形ショット数は２００以下であった。
明の表面コーティングを施していない金型及びスリーブ
にて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉに
浸食され、成形ショット数は２００以下であった。
【００４１】また、成形材の不純物Ｆｅの含有量が０．
３３ｗｔ％となり、熱伝導率が１１０Ｗ／ｍ・Ｋと大幅
に低下した。さらに、金型を浸食するために成形圧力が
溶湯に十分にかからず、いわゆる巣やボイドを多く発生
して成形材の機械強度の低下が見られた。
３３ｗｔ％となり、熱伝導率が１１０Ｗ／ｍ・Ｋと大幅
に低下した。さらに、金型を浸食するために成形圧力が
溶湯に十分にかからず、いわゆる巣やボイドを多く発生
して成形材の機械強度の低下が見られた。
【００４２】実施例３ Ａｌ（ＪＩＳ Ａ１０５０相当）とＳｉ（４Ｎ）を重量
比でＡｌ：Ｓｉ＝８７：１３になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶融したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は７００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量ダ
イキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。ダ
イキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
比でＡｌ：Ｓｉ＝８７：１３になるように配合し、高周
波溶解炉で溶解した。溶融したＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯温
度は７００℃であった。このＡｌ−Ｓｉ溶湯を適当量ダ
イキャスト機に注入し、ダイキャストにて成形した。ダ
イキャスト機は２００Ｔｏｎ油圧式で行った。
【００４３】ダイキャストの金型及び湯口部のスリーブ
は焼入れした炭素鋼を用い、また高温の湯の通過する金
型、スリーブおよびチップの表面には３０μｍのＷのペ
ーストを塗布し、さらに真空中で５００℃×１時間の脱
バインダーして、Ｗを表層に約２０μｍ厚みにコーティ
ングした。
は焼入れした炭素鋼を用い、また高温の湯の通過する金
型、スリーブおよびチップの表面には３０μｍのＷのペ
ーストを塗布し、さらに真空中で５００℃×１時間の脱
バインダーして、Ｗを表層に約２０μｍ厚みにコーティ
ングした。
【００４４】ダイキャストの金型は水冷して２００℃に
保持した。成型時の圧力は１５００ｋｇｆ／ｃｍ2で、
鋳込速度は初速０．５ｍ／ｓｅｃ、最終２．０ｍ／ｓｅ
ｃであった。
保持した。成型時の圧力は１５００ｋｇｆ／ｃｍ2で、
鋳込速度は初速０．５ｍ／ｓｅｃ、最終２．０ｍ／ｓｅ
ｃであった。
【００４５】得られたダイキャスト成形材のＳｉ相の結
晶粒径は約２０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０４ｗｔ％、Ｏ＜０．０２ｗｔ％であった。
成形材の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温で１
９２Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１９ｐｐｍ／Ｋであ
った。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平均１
２５、ヤング率１０ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率２．５ｍｇ
／１０００ｍであった。
晶粒径は約２０μｍ、Ａｌ−Ｓｉ中の不純物の含有量は
Ｆｅ＜０．０４ｗｔ％、Ｏ＜０．０２ｗｔ％であった。
成形材の物理特性を評価した結果、熱伝導率は室温で１
９２Ｗ／ｍ・Ｋ、平均熱膨張係数は１９ｐｐｍ／Ｋであ
った。また、成形材の機械特性はビッカース硬さ平均１
２５、ヤング率１０ｋｇｆ／ｃｍ2、磨耗率２．５ｍｇ
／１０００ｍであった。
【００４６】金型、スリーブおよびチップの表面をＷコ
ーティングした金型を用いることにより、φ６０×φ４
０×３０の樽型異形状のリング４個取りの製品を５００
００ショットまで問題なく成型することができた。
ーティングした金型を用いることにより、φ６０×φ４
０×３０の樽型異形状のリング４個取りの製品を５００
００ショットまで問題なく成型することができた。
【００４７】比較例として、同組成、同成形条件でこの
発明の表面コーティングを施していない金型及びスリー
ブにて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉ
に浸食されて、ショット数は２００００回であったが、
Ｆｅの含有量が０．３８ｗｔ％となり、熱伝導率が１１
５Ｗ／ｍ・Ｋと大幅に低下した。
発明の表面コーティングを施していない金型及びスリー
ブにて成形した場合、金型およびスリーブがＡｌ−Ｓｉ
に浸食されて、ショット数は２００００回であったが、
Ｆｅの含有量が０．３８ｗｔ％となり、熱伝導率が１１
５Ｗ／ｍ・Ｋと大幅に低下した。
【００４８】
【発明の効果】この発明により、Ｓｉを１３ｗｔ％以上
８０ｗｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャス
トによる鋳造法にて製造する際、金型、スリーブおよび
チップ材からの遷移金属元素の混入がなく、材料の熱伝
導率が変動したりあるいは大きく低下することなく、特
性が一定の成形材を安定的に量産できる。
８０ｗｔ％以下含有するＡｌ−Ｓｉ系材料をダイキャス
トによる鋳造法にて製造する際、金型、スリーブおよび
チップ材からの遷移金属元素の混入がなく、材料の熱伝
導率が変動したりあるいは大きく低下することなく、特
性が一定の成形材を安定的に量産できる。
【００４９】また、この発明によると、高Ｓｉ含有Ａｌ
−Ｓｉ材料をダイキャスト法で低コストで量産できだけ
でなく、軽量で異形状の成型も可能であるため、通信
用、自動車用、半導体デバイス用、電動工具、機械部品
用等の各種電子、電機、機械部品に使用される放熱用成
形材として最適である。
−Ｓｉ材料をダイキャスト法で低コストで量産できだけ
でなく、軽量で異形状の成型も可能であるため、通信
用、自動車用、半導体デバイス用、電動工具、機械部品
用等の各種電子、電機、機械部品に使用される放熱用成
形材として最適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２２Ｃ 21/02 Ｃ２２Ｃ 21/02 (72)発明者 西郷 恒和 大阪府吹田市南吹田２丁目19−１ 住友特 殊金属株式会社吹田製作所内 (72)発明者 濱本 直也 兵庫県神崎郡香寺町田野984 株式会社中 山合金鋳造所内 Ｆターム(参考） 4E093 NA01 NB08 NB10
Claims (6)
- 【請求項１】 Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯をダイキャストにて
急冷成形する方法であり、少なくとも金型及び湯口スリ
ーブ表面に耐熱材料膜又は複合材料を有するダイキャス
ト機にて急冷成形し、遷移金属元素含有量が０．３ｗｔ
％以下の合金材を得るＡｌ−Ｓｉ合金の製造方法。 - 【請求項２】 Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯は、Ｓｉを１３ｗｔ
％以上８０ｗｔ％以下含有する請求項１に記載のＡｌ−
Ｓｉ合金の製造方法。 - 【請求項３】 急冷速度が、３００Ｋ／ｓｅｃ〜８００
Ｋ／ｓｅｃである請求項２に記載のＡｌ−Ｓｉ合金の製
造方法。 - 【請求項４】 耐熱材料膜が、１〜１００μｍ厚みでＷ
Ｃ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＣｒＮ、ＴｉＮ、Ｆｅ3Ｎ、Ｂ
Ｎ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれかの材料である請求項１に記
載のＡｌ−Ｓｉ合金の製造方法。 - 【請求項５】 耐熱材料膜がスパッタリング、電解めっ
き、無電解めっき、真空蒸着、蒸着重合、塗装、窒化処
理、炭化処理のいずれかの方法で成膜された請求項４に
記載のＡｌ−Ｓｉ合金の製造方法。 - 【請求項６】 複合材料が、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、Ｃ
ｒＮ、ＴｉＮ、Ｆｅ 3Ｎ、ＢＮ、Ｗ、Ｍｏのうちいずれ
かの材料を０．０５〜２ｍｍ厚みで異種材に接合した材
料である請求項１に記載のＡｌ−Ｓｉ合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394219A JP2002192301A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000394219A JP2002192301A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002192301A true JP2002192301A (ja) | 2002-07-10 |
Family
ID=18859877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000394219A Pending JP2002192301A (ja) | 2000-12-26 | 2000-12-26 | Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002192301A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104404316A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-03-11 | 上海复瀚电气设备有限公司 | 一种铝硅复合材料 |
| JP2019073758A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 日本軽金属株式会社 | アルミニウム溶湯のＰ削減方法及び当該方法を用いたＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物 |
-
2000
- 2000-12-26 JP JP2000394219A patent/JP2002192301A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104404316A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-03-11 | 上海复瀚电气设备有限公司 | 一种铝硅复合材料 |
| JP2019073758A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 日本軽金属株式会社 | アルミニウム溶湯のＰ削減方法及び当該方法を用いたＡｌ−Ｓｉ系合金鋳物 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070608 |