JP2005255503A - Low thermal expansion composite material - Google Patents

Low thermal expansion composite material Download PDF

Info

Publication number
JP2005255503A
JP2005255503A JP2004072547A JP2004072547A JP2005255503A JP 2005255503 A JP2005255503 A JP 2005255503A JP 2004072547 A JP2004072547 A JP 2004072547A JP 2004072547 A JP2004072547 A JP 2004072547A JP 2005255503 A JP2005255503 A JP 2005255503A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
oxide
valence
low thermal
expansion coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004072547A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Suzuki
正明 鈴木
Atsushi Omote
篤志 表
Tomoko Suzuki
友子 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2004072547A priority Critical patent/JP2005255503A/en
Publication of JP2005255503A publication Critical patent/JP2005255503A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new composite material having a low thermal expansion coefficient and a thermal conductivity. <P>SOLUTION: The composite material having a low thermal expansion coefficient and an improved thermal conductivity is formed by mixing at least a tungstic acid compound or a molybdic acid compound having a negative thermal expansion coefficient with a carbon material having a high thermal conductivity and firing the resultant mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、低熱膨張であり、かつ伝熱性に優れた低熱膨張複合体に関する。   The present invention relates to a low thermal expansion composite having low thermal expansion and excellent heat conductivity.

耐熱性の必要な環境で使用される材料においては、一般的に熱ストレスによって機械ストレスが生じる。例えば、電子機器や触媒担持体などの高温領域で用いる用途では、寸法精度ずれ、機械的な劣化や破壊などが問題となる。   In a material used in an environment that requires heat resistance, mechanical stress is generally generated by thermal stress. For example, in an application used in a high temperature region such as an electronic device or a catalyst carrier, a dimensional accuracy shift, mechanical deterioration or destruction becomes a problem.

材料によって機械的ストレスを低減する方法として、熱膨張係数の低いセラミック材の適用が考えられている。例えば、コージエライト系の低熱膨張セラミックなどによる構造体の開発が進められている(例えば、特許文献1および2)。また、熱膨張係数の小さな材料自体の開発も行われており、低熱膨張ガラスやコージエライト系を改良した複合酸化物などの材料開発が進められている(例えば、特許文献3)。   As a method of reducing mechanical stress depending on the material, it is considered to apply a ceramic material having a low thermal expansion coefficient. For example, development of a structure using a cordierite-based low thermal expansion ceramic or the like is underway (for example, Patent Documents 1 and 2). In addition, materials themselves having a small thermal expansion coefficient have been developed, and materials such as low thermal expansion glass and composite oxides improved from cordierite are being developed (for example, Patent Document 3).

さらに、新しい材料の可能性も示唆されている。通常、ガラスや酸化物、金属、樹脂などの一般的な材料は正の熱膨張係数を有している。それに対して、近年、さまざまな負の熱膨張係数を示す複合酸化物が報告され始めている。例えば、特許文献4から8には、負の熱膨張係数を有するタングステン酸化合物やモリブデン酸化合物などの酸化物(以下「タングステン酸系化合物」ということがある。)が開示されている。これらの負の熱膨張係数を有する材料(以下「負の熱膨張材料」ということがある。)を用いて、他の材料と組み合わせることによって、新規な低熱膨張材料が得られる可能性が示唆されている。例えば、タングステン酸系化合物等からなる負の熱膨張材料に金属酸化物を添加して、焼成状態の向上や熱膨張係数の調整が検討されている(例えば、特許文献9および10)。   In addition, the possibility of new materials has been suggested. Generally, common materials such as glass, oxide, metal, and resin have a positive coefficient of thermal expansion. On the other hand, in recent years, complex oxides exhibiting various negative thermal expansion coefficients have begun to be reported. For example, Patent Documents 4 to 8 disclose oxides (hereinafter sometimes referred to as “tungstic acid compounds”) such as tungstic acid compounds and molybdic acid compounds having a negative thermal expansion coefficient. Using these materials having a negative thermal expansion coefficient (hereinafter sometimes referred to as “negative thermal expansion materials”) in combination with other materials suggests the possibility of obtaining new low thermal expansion materials. ing. For example, a metal oxide is added to a negative thermal expansion material made of a tungstic acid compound or the like to improve the firing state and adjust the thermal expansion coefficient (for example, Patent Documents 9 and 10).

さらに、本願出願人は、特許文献11に、同じ酸化物系の正の熱膨張酸化物と負の熱膨張酸化物を混合することによって、広い温度範囲に亘って熱膨張係数がほとんど零の材料が得られることを開示している。
特開平7−157377号公報 特表2003−502261号公報 特開2000−290064号公報 米国特許5322559号明細書 米国特許5433778号明細書 米国特許5514360号明細書 米国特許5919720号明細書 米国特許6183716号明細書 特開平10−96827号公報 特表2002−517377号公報 特開2003−89572号公報 特開2001−79977号公報(特に段落番号0002) 特開平3−146472号公報
Further, the applicant of the present application described in Patent Document 11 is a material having a coefficient of thermal expansion almost zero over a wide temperature range by mixing a positive thermal expansion oxide and a negative thermal expansion oxide of the same oxide system. Is disclosed.
JP-A-7-157377 Special table 2003-502261 gazette JP 2000-290064 A US Pat. No. 5,322,559 US Pat. No. 5,433,778 US Pat. No. 5,514,360 US Pat. No. 5,919,720 US Pat. No. 6,183,716 Japanese Patent Laid-Open No. 10-96827 JP-T-2002-517377 JP 2003-89572 A JP 2001-79977 A (particularly paragraph number 0002) JP-A-3-146472

しかし、上述したように、新しい低熱膨張材料の開発は端緒についたばかりであり、様々な応用展開に対して、まだ十分な特性を得るに至っていない。発熱体の近傍など放熱、伝熱等が必要となる用途においては、タングステン酸系化合物など複合酸化物の低熱膨張材料は、熱伝導率が小さいために使いにくいという課題がある。   However, as described above, the development of a new low thermal expansion material has just started, and sufficient characteristics have not yet been obtained for various applications. In applications that require heat dissipation, heat transfer, etc., such as in the vicinity of a heating element, a low thermal expansion material of a composite oxide such as a tungstic acid compound has a problem that it is difficult to use because of its low thermal conductivity.

これを解決するために熱伝導の特性を向上する検討が必要である。材料の開発として、アルミニウムや銅などの金属や酸化マグネシウムなどの伝熱性を有する酸化物などをタングステン酸系低熱膨張化合物に添加混合して複合体を作製することが技術的に考えられる。しかしながら、タングステン酸系の化合物は金属や酸化物と反応しやすいために、反応によって他の組成の化合物が形成されてしまい、良好な特性を有する混合焼結体を得るのが難しい。   In order to solve this problem, it is necessary to improve the heat conduction characteristics. As a material development, it is technically conceivable to prepare a composite by adding and mixing a metal such as aluminum or copper or an oxide having thermal conductivity such as magnesium oxide to a tungstic acid-based low thermal expansion compound. However, since tungstic acid compounds easily react with metals and oxides, compounds of other compositions are formed by the reaction, and it is difficult to obtain a mixed sintered body having good characteristics.

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、低い熱膨張係数を有し、かつ熱伝導性を有する新規な複合体材料を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and a main object thereof is to provide a novel composite material having a low thermal expansion coefficient and thermal conductivity.

前記従来の課題を解決するために、本発明の低熱膨張複合体は、少なくとも、組成式I:Al+ n(M6+4m(Aは価数lの金属元素または平均価数がlとなる複数の金属元素であり、Mは価数6の金属元素または平均価数が6となる複数の金属元素であり、組成を表すmおよびnは1以上の整数であり、l×n=2×mの関係式を満たす。)で表される酸化物(1)と、カーボン材料(2)とを含んで構成する。 In order to solve the conventional problems, the low thermal expansion composite of the present invention has at least a composition formula I: A l + n (M 6+ O 4 ) m (A is a metal element having a valence of 1 or an average valence of a plurality of metal elements to be l, M is a metal element having a valence of 6 or a plurality of metal elements having an average valence of 6, m and n representing the composition are integers of 1 or more, and l × n = 2 × m is satisfied)) and the carbon material (2).

本構成によって、低い熱膨張係数を有し、かつ熱伝導性を有する新規な複合体材料を提供することができる。   With this configuration, a novel composite material having a low thermal expansion coefficient and thermal conductivity can be provided.

本発明における酸化物(1)が有するMは、タングステンまたはモリブデンのいずれかであるのが好ましい。さらに、本発明における酸化物(1)が負の熱膨張係数を有するのが好ましい。また、本発明における酸化物(1)が有するAは、正の2価の金属元素と正の4価の金属元素とを含むのが好ましい。   M contained in the oxide (1) in the present invention is preferably either tungsten or molybdenum. Furthermore, it is preferable that the oxide (1) in the present invention has a negative coefficient of thermal expansion. Moreover, it is preferable that A which the oxide (1) in this invention has contains a positive bivalent metal element and a positive tetravalent metal element.

ある実施形態において、本発明におけるカーボン材料(2)がグラファイトである。   In an embodiment, the carbon material (2) in the present invention is graphite.

前記従来の課題を解決するために、本発明の低熱膨張複合体の製造方法は、少なくとも、組成式I:Al+ n(M6+4m(Aは価数lの金属元素または平均価数がlとなる複数の金属元素であり、Mは価数6の金属元素または平均価数が6となる複数の金属元素であり、組成を表すmおよびnは1以上の整数であり、l×n=2×mの関係式を満たす。)で表される酸化物(1)と、カーボン材料(2)とを混合焼成してなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the method for producing a low thermal expansion composite according to the present invention includes at least a composition formula I: A l + n (M 6+ O 4 ) m (A is a metal element having an valence of 1 or an average A plurality of metal elements having a valence of l, M is a metal element having a valence of 6 or a plurality of metal elements having an average valence of 6, m and n representing the composition are integers of 1 or more, 1 × n = 2 × m is satisfied)) and the carbon material (2) are mixed and fired.

本発明の低熱膨張複合体によれば、低熱膨張であり、かつ熱伝導性を備える複合体を提供することができる。本発明によって、耐熱性、耐熱衝撃性などが要求される環境で好適に使用され得るとともに、発熱を生じる環境においてもその熱を放熱、伝熱させることができるようになる。   According to the low thermal expansion composite of the present invention, a composite having low thermal expansion and thermal conductivity can be provided. The present invention can be suitably used in an environment where heat resistance, thermal shock resistance, etc. are required, and can also dissipate and transfer heat even in an environment where heat is generated.

本発明の低熱膨張複合体によれば、組成式Iで表される酸化物(1)とカーボン材料(2)とが混合されて構成されるために、その組合せによって熱膨張係数を調整、制御することが可能になり、熱膨張による熱ストレスを調整する材料設計が行いやすいという特徴を有する。特に、負の熱膨張材料である酸化物(1)と高熱伝導性を有するカーボン材料(2)の組合せによると熱膨張が極めて小さく、かつ熱伝導性を有する材料を提供できるという効果を有している。   According to the low thermal expansion composite of the present invention, since the oxide (1) represented by the composition formula I and the carbon material (2) are mixed, the thermal expansion coefficient is adjusted and controlled by the combination thereof. This makes it easy to design a material that adjusts thermal stress due to thermal expansion. In particular, the combination of oxide (1), which is a negative thermal expansion material, and carbon material (2), which has high thermal conductivity, has the effect of providing a material having extremely low thermal expansion and thermal conductivity. ing.

従来、銅、アルミニウムなどの金属や酸化マグネシウムなどの熱伝導性の酸化物を用いて、このような材料開発を行おうとすると、タングステン酸系化合物からなる酸化物(1)と組み合わせて複合体を作ろうとすると、タングステン酸系化合物が金属や他の酸化物と反応して他の化合物を形成しやすいために、材料設計を良好に行うことができなかった。それに対して、カーボン材料(2)は酸化物(1)と反応しにくいために良好に複合体の製造が可能になるという効果を有している。   Conventionally, when trying to develop such a material using a metal such as copper or aluminum or a thermally conductive oxide such as magnesium oxide, the composite is combined with the oxide (1) made of a tungstic acid compound. When trying to make it, since the tungstic acid compound easily reacts with a metal or another oxide to form another compound, the material design could not be performed well. On the other hand, since the carbon material (2) hardly reacts with the oxide (1), it has an effect that a composite can be manufactured satisfactorily.

以下に、本発明による実施形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、本発明における低熱膨張とは、その熱の変化による寸法の変化である熱膨張係数が10-6/℃オーダーのことであり、その絶対値がおおよそ5×10-6/℃以下と定義する。本発明の低熱膨張複合体としては、熱膨張がゼロに近い状態として、熱膨張係数の絶対値がおおよそ1×10-6/℃以下である複合体を作製して用いることができる。 The low thermal expansion in the present invention means a coefficient of thermal expansion, which is a change in dimension due to a change in heat, on the order of 10 −6 / ° C., and its absolute value is defined as approximately 5 × 10 −6 / ° C. or less. To do. As the low thermal expansion composite of the present invention, a composite having an absolute value of a thermal expansion coefficient of approximately 1 × 10 −6 / ° C. or less can be prepared and used with thermal expansion close to zero.

(実施形態1)
図1は本発明による実施形態1の低熱膨張複合体10の構成を模式的に示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a low thermal expansion composite 10 of Embodiment 1 according to the present invention.

低熱膨張複合体10は、少なくとも、組成式I:Al+ n(M6+4m(Aは価数lの金属元素または平均価数がlとなる複数の金属元素であり、Mは価数6の金属元素または平均価数が6となる複数の金属元素であり、組成を表すmおよびnは1以上の整数であり、l×n=2×mの関係式を満たす。)で表される酸化物(1)101と、カーボン材料(2)102とを含んで構成される。本構成によって、低い熱膨張係数を有する上に、かつ熱伝導性を有することができる。 The low thermal expansion composite 10 includes at least a composition formula I: A l + n (M 6+ O 4 ) m (A is a metal element having a valence of 1 or a plurality of metal elements having an average valence of 1; A metal element having a valence of 6 or a plurality of metal elements having an average valence of 6, m and n representing the composition are integers of 1 or more, and satisfy the relational expression of l × n = 2 × m. An oxide (1) 101 represented and a carbon material (2) 102 are included. According to this configuration, it has a low thermal expansion coefficient and can have thermal conductivity.

この際に、カーボン材料(2)102を用いずに、酸化マグネシウムや酸化アルミニウムなどの熱伝導率の大きい酸化物を用いた場合には、図2のように、酸化物(1)201と組み合わせた酸化物202が成形する焼結時に反応してしまい、他の酸化物203を形成する。主には組成式Iにおける金属元素が複数混在したタングステン酸系の化合物などになってしまい、熱伝導率の高い酸化物202の割合が減ってしまい、効果が出ないことになってしまう。本発明はこのような課題を解決できることがもっとも大きな効果である。   At this time, when an oxide having high thermal conductivity such as magnesium oxide or aluminum oxide is used without using the carbon material (2) 102, it is combined with the oxide (1) 201 as shown in FIG. The oxide 202 reacts during the sintering to form another oxide 203. Mainly, it becomes a tungstic acid compound in which a plurality of metal elements in the composition formula I are mixed, and the ratio of the oxide 202 having a high thermal conductivity is reduced, so that the effect is not obtained. The greatest effect of the present invention is that such problems can be solved.

まず、本発明における組成式Iで表される酸化物(1)101としては、タングステン酸系化合物の正の熱膨張材料や、負の熱膨張材料があり、カーボン材料(2)102との組合せによって、熱膨張係数を設計して選択される。   First, as the oxide (1) 101 represented by the composition formula I in the present invention, there are a positive thermal expansion material of a tungstic acid compound and a negative thermal expansion material, which are combined with the carbon material (2) 102. By design, the coefficient of thermal expansion is selected.

正の熱膨張材料としては、組成式Iにおける金属元素Mとして、タングステンWとモリブデンMoから選択される価数6の金属元素、またはWとMoから任意組成で選択され平均価数6となる複数の金属元素であるものが好ましい。また、金属元素Aとしては、マグネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBaから選択される価数2の金属元素またはMg、Ca、Sr、Baから任意の組成で選択される平均価数2となる複数の金属元素、アルミニウムAlの価数3の金属元素あるいはAlとSc、Y、Luとを組み合わせて選択される平均価数3となる複数の金属元素である。例えば、MgWO4、CaWO4、SrWO4、Al2(WO43、AlSc(WO43、AlY(WO43、MgMoO4、Al2(MoO43などの複合酸化物を例示することができる。これら化合物の熱膨張係数は、正の熱膨張係数であり、かつその線熱膨張係数が室温(25℃程度)から500℃以上、好ましくは800℃以上の温度範囲においておおよそ0から+10×10-6/℃の範囲である小さな値を有する。 As the positive thermal expansion material, as the metal element M in the composition formula I, a metal element having a valence of 6 selected from tungsten W and molybdenum Mo, or a plurality of elements having an average valence of 6 selected from an arbitrary composition from W and Mo. Those which are metal elements are preferred. Further, as the metal element A, a metal element having a valence of 2 selected from magnesium Mg, calcium Ca, strontium Sr, and barium Ba, or an average valence of 2 selected from any composition from Mg, Ca, Sr, and Ba And a plurality of metal elements having an average valence of 3 selected by combining Al and Sc, Y, and Lu. For example, exemplified MgWO 4, CaWO 4, SrWO 4 , Al 2 (WO 4) 3, AlSc (WO 4) 3, AlY (WO 4) 3, MgMoO 4, Al 2 composite oxide such as (MoO 4) 3 can do. The thermal expansion coefficient of these compounds is a positive thermal expansion coefficient, and the linear thermal expansion coefficient is approximately 0 to + 10 × 10 in a temperature range from room temperature (about 25 ° C.) to 500 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. Has a small value in the range of 6 / ° C.

負の熱膨張材料としては、組成式Iにおける金属元素Mとして、タングステンWとモリブデンMoから選択される価数6の金属元素、またはWとMoから任意組成で選択され平均価数6となる複数の金属元素であるものが好ましい。また、金属元素Aとしては、ジルコニウムZr、ハフニウムHfから選択される価数4の金属元素またはZr、Hfから任意の組成で選択される平均価数4となる複数の金属元素であり、スカンジウムSc、イットリウムY、ルテチウムLuから選択される価数3の金属元素またはSc、Y、Luから任意の組成で選択される平均価数4となる複数の金属元素であり、マグネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBaから選択される価数2の金属元素とZr、Hfから選択される価数4の金属元素とから任意に組み合わされてなる価数3の複数の金属元素である。例えば、上述の負熱膨張酸化物に加えて、HfMg(WO43、ZrMg(WO43、HfCa(WO43、ZrCa(WO43、HfMg(MoO43、ZrMg(MoO43、ScY(WO43、ScLu(WO43、ZrxHf1-xMg(WO43(0<x<1)、ZrMgxCa1-x(WO43(0<x<1)、HfMgxCa1-x(WO43(0<x<1)、ZrMg(WyMo1-y43(0<y<1)、HfMg(WyMo1-y43(0<y<1)、Sc2(WyMo1-y43(0<y<1)、Y2(WyMo1-y43(0<y<1)、Zr(WyMo1-y42(0<y<1)、Hf(WyMo1-y42(0<y<1)などである。さらに、これらのなかでも、金属元素の組合せによって熱膨張係数を制御することが可能であるために、金属元素Aが、正の2価の金属元素(好ましくはMg)と正の4価の金属元素(好ましくはZr、Hfまたはこれらの混合物)とを含むことが好ましい。これら化合物の熱膨張係数は、負の熱膨張係数であり、かつその線熱膨張係数が室温(25℃程度)から500℃以上、好ましくは800℃以上の温度範囲においておおよそ0から−10×10-6/℃の範囲である小さな値を有する。なお、これら負の熱膨張係数を有する酸化物は、金属−酸素−金属結合において、温度上昇とともに結合の回転運動が大きくなることによって、化合物内の金属元素の配置された空間距離(例えば、結晶であれば結晶格子定数)が収縮することで全体の熱膨張が負になると考えられている。 As the negative thermal expansion material, as the metal element M in the composition formula I, a metal element having a valence of 6 selected from tungsten W and molybdenum Mo, or a plurality of elements having an average valence of 6 selected from an arbitrary composition from W and Mo Those which are metal elements are preferred. The metal element A is a metal element having a valence of 4 selected from zirconium Zr and hafnium Hf, or a plurality of metal elements having an average valence of 4 selected from Zr and Hf in an arbitrary composition. , Yttrium Y, lutetium Lu, or a metal element having a valence of 3 selected from Sc, Y, Lu, or a plurality of metal elements having an average valence of 4, selected from any composition, magnesium Mg, calcium Ca, strontium A plurality of metal elements having a valence of 3 formed by arbitrarily combining a metal element having a valence of 2 selected from Sr and barium Ba and a metal element having a valence of 4 selected from Zr and Hf. For example, in addition to the negative thermal expansion oxide described above, HfMg (WO 4 ) 3 , ZrMg (WO 4 ) 3 , HfCa (WO 4 ) 3 , ZrCa (WO 4 ) 3 , HfMg (MoO 4 ) 3 , ZrMg ( MoO 4 ) 3 , ScY (WO 4 ) 3 , ScLu (WO 4 ) 3 , Zr x Hf 1-x Mg (WO 4 ) 3 (0 <x <1), ZrMg x Ca 1-x (WO 4 ) 3 (0 <x <1), HfMg x Ca 1-x (WO 4) 3 (0 <x <1), ZrMg (W y Mo 1-y O 4) 3 (0 <y <1), HfMg (W y Mo 1-y O 4 ) 3 (0 <y <1), Sc 2 (W y Mo 1-y O 4 ) 3 (0 <y <1), Y 2 (W y Mo 1-y O 4 ) 3 (0 <y <1) , Zr (W y Mo 1-y O 4) 2 (0 <y <1), Hf (W y Mo 1-y O 4) 2 (0 <y <1) , etc. is there. Further, among these, since the coefficient of thermal expansion can be controlled by a combination of metal elements, the metal element A includes a positive divalent metal element (preferably Mg) and a positive tetravalent metal. And an element (preferably Zr, Hf or a mixture thereof). The thermal expansion coefficient of these compounds is a negative thermal expansion coefficient, and the linear thermal expansion coefficient is approximately 0 to −10 × 10 in the temperature range from room temperature (about 25 ° C.) to 500 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. It has a small value in the range of -6 / ° C. Note that these oxides having a negative coefficient of thermal expansion have a spatial distance (for example, a crystal) in which a metal element in the compound is arranged by increasing the rotational movement of the bond with an increase in temperature in the metal-oxygen-metal bond. If so, it is thought that the overall thermal expansion becomes negative due to shrinkage of the crystal lattice constant).

また、組成式Iにおいて、金属元素Aとして、価数4の元素と価数2の元素と、価数3の元素からなる複数の金属元素からなる複合酸化物でもよい。例えば、(HfMg)1-xAl2x(WO43(0<x<1)で表される化合物であり、この酸化物はxの値によって負の熱膨張係数から正の熱膨張係数まで取りうるという特長を有するために好ましく用いることができる。この化合物はその組成によって熱膨張係数が異なるが、組成によって+2×10-6/℃から−2×10-6/℃の範囲で制御することができる。特に、組成x=0.2〜0.3のときに室温から800℃程度までの温度範囲において、その絶対値が0.5×10-6/℃以内の線熱膨張係数を得ることができる。 In the composition formula I, the metal element A may be a composite oxide including a plurality of metal elements including a valence element, a valence element, and a valence element. For example, it is a compound represented by (HfMg) 1-x Al 2x (WO 4 ) 3 (0 <x <1), and this oxide varies from a negative thermal expansion coefficient to a positive thermal expansion coefficient depending on the value of x. Since it has the feature that it can be taken, it can be preferably used. Although this compound has a different thermal expansion coefficient depending on its composition, it can be controlled in the range of + 2 × 10 −6 / ° C. to −2 × 10 −6 / ° C. depending on the composition. In particular, in the temperature range from room temperature to about 800 ° C. when the composition x = 0.2 to 0.3, a linear thermal expansion coefficient whose absolute value is within 0.5 × 10 −6 / ° C. can be obtained. .

さらに、酸化物(1)としては、擬多元系混合酸化物も用いることができる。ここで、擬多元系混合酸化物とは、複数の酸化物を混合して形成された混合酸化物である。擬多元系混合酸化物を構成する複数の酸化物を特に「単位酸化物」ということがある。また、複数の単位酸化物は、負熱膨張酸化物からなる単位酸化物と正熱膨張酸化物からなる単位酸化物を含むことが好ましい。具体的な化合物としては上述した正の熱膨張材料と負の熱膨張材料を単位酸化物として用いることが好ましい。このことは、負熱膨張酸化物からなる単位酸化物と正熱膨張酸化物からなる単位酸化物が、類似した化学構造を有しているために、作製時の各単位酸化物の親和性が向上することになり、機械的に安定になる傾向が得られることによるものである。このような擬多元系混合酸化物を含む多孔質構造体も、室温から800℃程度までの温度範囲において、その絶対値が1×10-6/℃以内の線熱膨張係数を得ることができる。さらに、擬多元系混合酸化物の正および負の単位酸化物の組合せによって、熱膨張係数の制御を組合せする材料による線熱膨張係数の差をおおよそ+10×10-6/℃から−10×10-6/℃の範囲で制御することができる。 Furthermore, as the oxide (1), a quasi-multicomponent mixed oxide can also be used. Here, the quasi-multielement mixed oxide is a mixed oxide formed by mixing a plurality of oxides. A plurality of oxides constituting the quasi-multielement mixed oxide may be particularly referred to as “unit oxides”. The plurality of unit oxides preferably include a unit oxide composed of a negative thermal expansion oxide and a unit oxide composed of a positive thermal expansion oxide. As specific compounds, it is preferable to use the above-described positive thermal expansion material and negative thermal expansion material as unit oxides. This is because the unit oxides made of negative thermal expansion oxide and the unit oxides made of positive thermal expansion oxide have similar chemical structures, so the affinity of each unit oxide at the time of production is low. This is because the tendency to improve and the tendency to become mechanically stable is obtained. A porous structure containing such a quasi-multicomponent mixed oxide can also obtain a linear thermal expansion coefficient having an absolute value within 1 × 10 −6 / ° C. in the temperature range from room temperature to about 800 ° C. . Furthermore, the combination of the positive and negative unit oxides of the quasi-multi-system mixed oxide, the difference in linear thermal expansion coefficient due to the material combined with the control of the thermal expansion coefficient is approximately + 10 × 10 −6 / ° C. to −10 × 10 -6 / ° C can be controlled.

次に、本発明におけるカーボン材料(2)102としては、熱伝導性が高く、組成式Iで表される酸化物(1)と反応しにくい化合物を選択する。また、できるだけ熱膨張係数が小さい材料を選択する。カーボン材料はタングステン酸系化合物と反応しにくいため、それらのうち、高い熱伝導性を有し、比較的熱膨張係数の小さい化合物を選択するのが好ましい。カーボン材料としては、グラファイトなどの黒鉛化したカーボン、炭素繊維、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、フラーレン、カーボンナノチューブやカーボンナノホーンなどのカーボンチューブ、高伝導性活性炭などを用いることができる。例えば、グラファイト(熱伝導率およそ数100W/mK、線熱膨張係数およそ10×10-6/℃)、ダイヤモンド(熱伝導率およそ1000〜2000W/mK、線熱膨張係数およそ4.2×10-6/℃)、カーボンナノチューブ(熱伝導率およそ数1000W/mK、線熱膨張係数およそ3×10-6/℃)、炭素繊維(熱伝導率およそ数10W/mK、線熱膨張係数およそ−0.5×10-6/℃)などを用いることができる。特に、グラファイトなどの黒鉛化したカーボンは熱伝導率が大きく効果が高い上に、比較的安価に入手できるために好ましく用いることができる。 Next, as the carbon material (2) 102 in the present invention, a compound having high thermal conductivity and hardly reacting with the oxide (1) represented by the composition formula I is selected. In addition, a material having a thermal expansion coefficient as small as possible is selected. Since the carbon material does not easily react with the tungstic acid compound, it is preferable to select a compound having high thermal conductivity and a relatively low coefficient of thermal expansion. Examples of the carbon material include graphitized carbon such as graphite, carbon fiber, diamond, diamond-like carbon, fullerene, carbon tubes such as carbon nanotubes and carbon nanohorns, and highly conductive activated carbon. For example, graphite (thermal conductivity approximately several hundred W / mK, linear thermal expansion coefficient approximately 10 × 10 −6 / ° C.), diamond (thermal conductivity approximately 1000 to 2000 W / mK, linear thermal expansion coefficient approximately 4.2 × 10 − 6 / ° C.), carbon nanotube (thermal conductivity of about several thousand W / mK, linear thermal expansion coefficient of about 3 × 10 −6 / ° C.), carbon fiber (thermal conductivity of about several tens of W / mK, linear thermal expansion coefficient of about −0 .5 × 10 −6 / ° C.) or the like can be used. In particular, graphitized carbon such as graphite is preferably used because it has a high thermal conductivity and high effect, and is available at a relatively low cost.

カーボン材料(2)102の形態としては、様々な形状を用いうるが、酸化物(1)またはその原料との分散性を向上するためには、粉状、粒状が好ましい。また、その両者の混合量としては、複合体として得られる熱伝導率および熱膨張係数、さらに成形性などの観点から適宜設定できる。混合量としては、複合体形成時のカーボン材料(2)の体積比がおおよそ0.3から0.8の範囲で作製することができる。好ましくは、カーボン材料(2)の体積比がおおよそ0.4から0.7の範囲で作製するのが効果的である。   As the form of the carbon material (2) 102, various shapes can be used, but in order to improve dispersibility with the oxide (1) or its raw material, powder form and granular form are preferable. Further, the mixing amount of the two can be appropriately set from the viewpoints of thermal conductivity and thermal expansion coefficient obtained as a composite, and moldability. As the mixing amount, the carbon material (2) at the time of forming the composite can be produced in a volume ratio of approximately 0.3 to 0.8. Preferably, it is effective that the volume ratio of the carbon material (2) is approximately in the range of 0.4 to 0.7.

なお、低熱膨張複合体の熱膨張係数は、以下のように測定する。熱機械分析(以下、TMAと略す。)やレーザー干渉法によって温度変化に対する幾何寸法の変化を計測することで線熱膨張係数を測定できる。また、熱伝導率はレーザフラッシュ法によって測定できる。   The thermal expansion coefficient of the low thermal expansion composite is measured as follows. The linear thermal expansion coefficient can be measured by measuring a change in geometric dimension with respect to a temperature change by thermomechanical analysis (hereinafter abbreviated as TMA) or laser interferometry. The thermal conductivity can be measured by a laser flash method.

(実施形態2)
次に、本発明における低熱膨張複合体の製造方法について説明する。
(Embodiment 2)
Next, the manufacturing method of the low thermal expansion composite in this invention is demonstrated.

本発明にかかわる低熱膨張複合体の作製は、セラミックやガラスの一般的な製造方法を適用することができる。その例としては、(a)(b)が挙げられる。   For the production of the low thermal expansion composite according to the present invention, a general production method of ceramic or glass can be applied. Examples thereof include (a) and (b).

(a)組成式Iで表される酸化物(1)の粉・粒体またはその原料と、カーボン材料(2)の粉・粒体を成型し、その後に酸化物(1)の固相反応温度で焼成を行う方法。   (A) Powder / granule of oxide (1) represented by composition formula I or its raw material and powder / granule of carbon material (2) are molded, and then solid phase reaction of oxide (1) A method of firing at a temperature.

(b)組成式Iで表される酸化物(1)の粉・粒体と、カーボン材料(2)の粉・粒体と、少量のバインダ材混合して成型し、その後にバインダの結合温度にて焼成を行う方法。   (B) Powders / grains of oxide (1) represented by composition formula I, powders / grains of carbon material (2), and a small amount of binder material are molded and then bonded to the binder. A method of firing in

組成式Iで表される酸化物(1)の原料としては、各構成金属元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩などを用いることができる。例えば、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、酸化バナジウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、また各金属のリン酸塩などである。また、各構成金属元素の有機金属化合物、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトナート、酢酸金属塩、メタクリル酸金属塩、アクリル酸金属塩などであり、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム−sec−ブトキシド、ハフニウム−t−ブトキサイド、ハフニウムエトキサイド、ハフニウム−2,4−ペンタジオネート、ルテチウム−2,4−ペンタジオネート、マグネシウムエトキサイド、マグネシウムメトキサイド、マグネシウムn−プロポキサイド、マグネシウムメチルカルボネート、マグネシウム−2,4−ペンタジオネート、酢酸マグネシウム、メタクリル酸マグネシウム、酢酸カルシウム、モリブデンオキシドビス(2,4−ペンタジオネート)、タングステンヘキサエトキサイド、ジルコニウムイソプロポキサイド、ジルコニウムブトキシド、イットリウムイソプロポキサイド、マグネシウムアルミニウムアルコキサイド、マグネシウムジルコニウムアルコキサイドなどである。さらに原料として、2価のタングステン酸化物であるMgWO4,CaWO4、SrWO4など、4価のタングステン酸化物であるHfW28,ZrW28など、3価のタングステン酸化物であるAl2312,Sc2312などを用いてもよい。 As a raw material of the oxide (1) represented by the composition formula I, oxides, hydroxides, carbonates, and the like of each constituent metal element can be used. For example, tungsten oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, calcium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, scandium oxide, yttrium oxide, lutetium oxide, vanadium oxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, Magnesium carbonate, calcium carbonate, and phosphates of each metal. Also, organometallic compounds of each constituent metal element, such as metal alkoxide, metal acetylacetonate, metal acetate, metal methacrylate, metal acrylate, aluminum isopropoxide, aluminum-sec-butoxide, hafnium -T-butoxide, hafnium ethoxide, hafnium-2,4-pentadionate, lutetium-2,4-pentadionate, magnesium ethoxide, magnesium methoxide, magnesium n-propoxide, magnesium methyl carbonate, magnesium-2 , 4-Pentadionate, Magnesium acetate, Magnesium methacrylate, Calcium acetate, Molybdenum oxide bis (2,4-pentadionate), Tungsten hexaethoxide, Zirconium isopropo Side, zirconium butoxide, yttrium isopropoxide, magnesium aluminum alkoxide is magnesium zirconium alkoxide. Furthermore, as raw materials, trivalent tungsten oxides such as MgWO 4 , CaWO 4 , and SrWO 4 that are divalent tungsten oxides, such as HfW 2 O 8 and ZrW 2 O 8 that are tetravalent tungsten oxides. 2 W 3 O 12 , Sc 2 W 3 O 12 or the like may be used.

一般に複合酸化物は、原料である金属酸化物をボールミルなどの方法を用いて混合粉砕または混錬したのち、仮焼成、粗粉砕、成型、本焼成の順で作製可能である。本発明の材料もこれら一般的な製造方法により作製可能である。また、混合粉砕工程で十分微粒子化を行えば、仮焼成なしで同等の試料を作製することも可能である。本実施の形態の混合粉砕、粗粉砕の方法としては、ライカイ機や湿式ボールミルだけでなく、遊星ミル、媒体ミル(例えば、アトライター、振動ミル)などの混合粉砕方法であれば湿式乾式を問わず均一な混合粉砕が可能であり、本発明の効果を得ることが可能である。   In general, a composite oxide can be produced in the order of preliminary firing, coarse pulverization, molding, and main firing after mixing and kneading or kneading a raw material metal oxide using a method such as a ball mill. The material of the present invention can also be produced by these general production methods. In addition, if the fine pulverization is sufficiently performed in the mixing and pulverizing step, it is possible to produce an equivalent sample without pre-baking. As a method of mixing and coarse pulverization according to the present embodiment, not only a likai machine and a wet ball mill, but also a wet pulverization method can be used as long as it is a mixed pulverization method such as a planetary mill or a medium mill (for example, an attritor or a vibration mill). Therefore, uniform mixing and pulverization is possible, and the effects of the present invention can be obtained.

また、成形は複合酸化物の形態を整えるために実施するものであって、加圧成型だけでなく各種シート塗布装置を用いたグリーンシートを用いた成型など、成型方法によらず同様の効果が得られることはいうまでもない。   In addition, the molding is performed to adjust the form of the complex oxide, and the same effect is obtained regardless of the molding method, such as molding using a green sheet using various sheet coating apparatuses as well as pressure molding. It goes without saying that it can be obtained.

また、焼成条件としては、一般的な条件で作製することができる。焼成条件としては、焼成温度は生成させる複合酸化物の種類、またはバインダ材の種類によって異なるが、おおよそ300℃以上であり、好ましくは1600℃までの範囲で行われる。焼成雰囲気としては、空気中、酸素を含む雰囲気中で行われ、場合によって不活性ガス雰囲気や減圧で行うこともできる。タングステン酸系化合物を固相反応によって形成する際には、焼成温度は、タングステン複合酸化物は900℃〜1200℃が好ましく、モリブデン酸化物は700℃〜1000℃が好ましい。焼成温度がこれより低い場合には酸化物の反応が十分でなく所望の化合物を得ることができない。また、これより高い場合には、化合物が溶融したり、化合物中の酸化タングステンや酸化モリブデンが昇華したりする傾向が見られる。なお、これらの条件は原料の選択などによって、決定すればよい。本発明においては、カーボン材料(2)を用いるために、おおよそ500℃未満で焼成処理する場合には空気中でも良い。但し、空気中では500℃以上になると燃焼してしまうため、そのように温度を高く設定するときには、低濃度酸素雰囲気下で行うのが好ましい。本発明における低濃度酸素雰囲気下とは、雰囲気の酸素濃度が0〜10%であることをいう。このときの焼成は乾留法や、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中での加熱、または真空中での加熱で行うことができる。   Moreover, as firing conditions, it can produce on general conditions. As firing conditions, although the firing temperature varies depending on the type of composite oxide to be generated or the type of binder material, it is about 300 ° C. or higher, preferably in the range up to 1600 ° C. The firing atmosphere is performed in air or in an atmosphere containing oxygen, and may be performed in an inert gas atmosphere or under reduced pressure as the case may be. When the tungstic acid compound is formed by solid phase reaction, the firing temperature is preferably 900 ° C. to 1200 ° C. for the tungsten composite oxide, and 700 ° C. to 1000 ° C. for the molybdenum oxide. If the calcination temperature is lower than this, the reaction of the oxide is not sufficient and the desired compound cannot be obtained. On the other hand, when the temperature is higher than this, the compound tends to melt or the tungsten oxide or molybdenum oxide in the compound tends to sublimate. These conditions may be determined by selection of raw materials. In the present invention, since the carbon material (2) is used, air may be used in the case of firing at less than about 500 ° C. However, since it burns at 500 ° C. or higher in the air, it is preferable to carry out in a low-concentration oxygen atmosphere when setting the temperature so high. The low oxygen concentration atmosphere in the present invention means that the oxygen concentration of the atmosphere is 0 to 10%. Firing at this time can be performed by a dry distillation method, heating in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or heating in a vacuum.

さらに、ち密性の向上や材料物性の再現性向上を目的として、添加剤を用いることも可能である。添加剤としては、アルカリ土類金属、Al、Y、Sc、Lu、Zr、Hf、W、Mo、Fe、Mn、Ni,Siの酸化物または化合物であって、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化鉄、二酸化マンガン、二酸化珪素、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タングステンなどの酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩などを用いることができる。これらの添加剤は、主原料に対して5重量%以下の添加量で効果が得られ、0.1〜2重量%の添加量が特に好ましい。添加量が少ないと効果が十分に得られず、添加量が5%以上になると、融点降下によって融解したり、主原料の一部もしくは主原料そのものと反応して副生成物が生成したりして、主原料本来の特性に影響してしまうので好ましくない。また、これら添加剤は、複数を組み合わせて用いてもよい。   Furthermore, additives can be used for the purpose of improving the density and improving the reproducibility of material properties. Additives include alkaline earth metals, Al, Y, Sc, Lu, Zr, Hf, W, Mo, Fe, Mn, Ni, Si oxides or compounds, such as magnesium oxide, calcium oxide, Aluminum oxide, yttrium oxide, scandium oxide, iron oxide, manganese dioxide, silicon dioxide, nickel oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tungsten oxide and other oxides, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, aluminum hydroxide and other hydroxides Further, carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate, and barium carbonate can be used. These additives are effective at an addition amount of 5% by weight or less based on the main raw material, and an addition amount of 0.1 to 2% by weight is particularly preferable. If the addition amount is small, the effect cannot be sufficiently obtained, and if the addition amount is 5% or more, it melts due to a melting point drop or reacts with a part of the main raw material or the main raw material itself to generate a byproduct. This is not preferable because it affects the original characteristics of the main raw material. These additives may be used in combination.

さらに、上述の添加剤は、組成式Iで表される酸化物(1)の粉・粒体と、カーボン材料(2)の粉・粒体とを結合するバインダ材として働く場合もある。さらに、低融点ガラスや、ケイ酸ソーダなどの水ガラス、シリコーン化合物などの無機バインダを好ましく用いることができる。これらの使用量は、添加剤と同程度の量が好ましい。また、これらバインダ材は、複数を組み合わせて用いてもよい。   Furthermore, the above-mentioned additive may act as a binder material for binding the powder / particles of the oxide (1) represented by the composition formula I and the powder / particles of the carbon material (2). Furthermore, low melting glass, water glass such as sodium silicate, and inorganic binder such as silicone compound can be preferably used. The amount used is preferably the same amount as the additive. These binder materials may be used in combination.

以下に、本発明に係る低熱膨張複合体の具体的な実施例を示すが、本発明はこれらに限定されない。   Specific examples of the low thermal expansion composite according to the present invention are shown below, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
まず、HfMg(WO43を、次のように作製した。出発原料として、HfO2とMgOとWO3をモル比1:1:3で秤量し、純水を溶媒とした湿式ボールミルにより144時間の混合粉砕を行った。一昼夜乾燥して水分を除いたのち、得られた原料紛を1000℃の温度にて仮焼成を行い、HfMg(WO43の焼成粉体を得た。
(Example 1)
First, HfMg (WO 4 ) 3 was produced as follows. As starting materials, HfO 2 , MgO and WO 3 were weighed at a molar ratio of 1: 1: 3, and mixed and ground for 144 hours by a wet ball mill using pure water as a solvent. After drying for a whole day and night to remove moisture, the obtained raw material powder was temporarily fired at a temperature of 1000 ° C. to obtain a fired powder of HfMg (WO 4 ) 3 .

次に、この仮焼成で得られたHfMg(WO43の焼成粉体とグラファイト粉体(粒径約18μm)を重量比で2.5:0.8(体積比でおおよそ0.5:0.5)となるように混合してから、ライカイ機によって粗粉砕し加圧成型の後に本焼成を窒素流通下で1100℃にて4時間行って低熱膨張複合体を得た。また、比較として、HfMg(WO43の焼成粉体を大気中において1100℃で4時間行って本焼成を行った。なお、ライカイ機によって粉砕した際の平均粒径は約0.8μmであった。 Next, the calcined powder of HfMg (WO 4 ) 3 and graphite powder (particle size of about 18 μm) obtained by this preliminary calcination are 2.5: 0.8 by weight ratio (approximately 0.5: volume ratio). 0.5), and then coarsely pulverized with a lyric machine, followed by pressure molding, followed by firing at 1100 ° C. for 4 hours under nitrogen flow to obtain a low thermal expansion composite. For comparison, the main firing was performed by firing a fired powder of HfMg (WO 4 ) 3 at 1100 ° C. for 4 hours in the air. Note that the average particle size when pulverized by the Reika machine was about 0.8 μm.

作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数が約4×10-6/℃であり、熱伝導率が約5W/mKであった。比較として作製したHfMg(WO43では、線熱膨張係数が約−3×10-6/℃であり、熱伝導率が約0.8W/mKであった。このことから、線熱膨張係数の絶対値が小さくなるとともに、熱伝導率を向上できることがわかった。 As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and measuring the thermal conductivity by the laser flash method for the produced low thermal expansion composite, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. is about 4 × 10 −6. The thermal conductivity was about 5 W / mK. HfMg (WO 4 ) 3 produced as a comparison had a linear thermal expansion coefficient of about −3 × 10 −6 / ° C. and a thermal conductivity of about 0.8 W / mK. This indicates that the absolute value of the linear thermal expansion coefficient is reduced and the thermal conductivity can be improved.

(実施例2)
まず、Hf(WO42の焼成粉体とMgOとWO3をモル比3:1:1で秤量し、さらにタングステン酸系化合物の全原料重量に対してグラファイト粉体(粒径約18μm)を重量比でタングステン酸系化合物原料:グラファイト粉体=3.0:0.6(複合体形成時の体積比でおおよそ0.6:0.4)で混合してから、ライカイ機によって粗粉砕し加圧成型の後に本焼成を減圧下で1150℃にて4時間行って低熱膨張複合体を得た。また、比較として、Hf(WO42の焼成粉体とMgOとWO3をモル比3:1:1で秤量して焼成したタングステン酸化合物を得た。
(Example 2)
First, Hf (WO 4 ) 2 calcined powder, MgO and WO 3 are weighed at a molar ratio of 3: 1: 1, and further, graphite powder (particle size of about 18 μm) with respect to the total raw material weight of the tungstic acid compound. Is mixed at a weight ratio of tungstic acid-based compound raw material: graphite powder = 3.0: 0.6 (volume ratio at the time of forming the composite is approximately 0.6: 0.4), and then coarsely pulverized by a likai machine. After the pressure molding, the main calcination was performed at 1150 ° C. for 4 hours under reduced pressure to obtain a low thermal expansion composite. As a comparison, a calcined tungstic acid compound was obtained by weighing Hf (WO 4 ) 2 fired powder, MgO and WO 3 at a molar ratio of 3: 1: 1.

得られた低熱膨張複合体は、Hf(WO42とHfMg(WO43とグラファイトの複合体であった。作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数が約1.5×10-6/℃であり、熱伝導率が約8W/mKであった。比較として作製したタングステン酸化合物はHf(WO42とHfMg(WO43の混合体であり、線熱膨張係数が約−5×10-6/℃であり、熱伝導率が約1W/mKであった。このことから、本発明の低熱膨張複合体を形成することによって、線熱膨張係数が小さく、高い熱伝導率を得られることがわかった。 The obtained low thermal expansion composite was a composite of Hf (WO 4 ) 2 , HfMg (WO 4 ) 3 and graphite. As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and the thermal conductivity by the laser flash method, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. is about 1.5 × 10. −6 / ° C., and the thermal conductivity was about 8 W / mK. The tungstic acid compound prepared as a comparison is a mixture of Hf (WO 4 ) 2 and HfMg (WO 4 ) 3 , the linear thermal expansion coefficient is about −5 × 10 −6 / ° C., and the thermal conductivity is about 1 W. / MK. From this, it was found that by forming the low thermal expansion composite of the present invention, the coefficient of linear thermal expansion is small and high thermal conductivity can be obtained.

(実施例3)
まず、ZrO2とMoO3をモル比1:2で秤量し、この全原料重量に対してダイヤモンド粉体(粒径数μm以下)を重量比で2.0:2.2(体積比でおおよそ0.4:0.6)で混合してから、ライカイ機によって粗粉砕し加圧成型の後に本焼成を1000℃で4時間行って低熱膨張複合体を得た。また、比較として、ZrO2とMoO3をモル比1:2で秤量して焼成したモリブデン酸化合物を得た。
(Example 3)
First, ZrO 2 and MoO 3 are weighed at a molar ratio of 1: 2, and the diamond powder (particle diameter of several μm or less) is 2.0: 2.2 (roughly volume ratio) with respect to the total raw material weight. 0.4: 0.6), and then coarsely pulverized by a lyric machine, followed by pressure molding, followed by firing at 1000 ° C. for 4 hours to obtain a low thermal expansion composite. For comparison, ZrO 2 and MoO 3 were weighed in a molar ratio of 1: 2 and fired to obtain a molybdate compound.

得られた低熱膨張複合体は、Zr(MoO42とダイヤモンドの複合体であった。作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数がおおよそ−0.5×10-6/℃で有りほぼゼロ熱膨張で、熱伝導率が約10W/mKであった。比較として作製したモリブデン酸化合物はZr(MoO42であり、線熱膨張係数が約−7×10-6/℃で、熱伝導率が約1W/mKであった。 The obtained low thermal expansion composite was a composite of Zr (MoO 4 ) 2 and diamond. As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and the thermal conductivity by the laser flash method, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. is approximately −0.5 ×. The temperature was 10 −6 / ° C., almost zero thermal expansion, and the thermal conductivity was about 10 W / mK. The molybdate compound produced as a comparison was Zr (MoO 4 ) 2 , the linear thermal expansion coefficient was about −7 × 10 −6 / ° C., and the thermal conductivity was about 1 W / mK.

(実施例4)
まず、((HfMg)0.5Al)(WO43を、次のように作製した。出発原料として、実施例1で作製したHfMg(WO43とAl2(WO43とをモル比1:1で秤量し、純水を溶媒とした湿式ボールミルにより144時間の混合粉砕を行った。一昼夜乾燥して水分を除いたのち、得られた原料紛を1000℃の温度にて仮焼成を行い、((HfMg)0.5Al)(WO43の焼成粉体を得た。
Example 4
First, ((HfMg) 0.5 Al) (WO 4 ) 3 was prepared as follows. As a starting material, HfMg (WO 4 ) 3 and Al 2 (WO 4 ) 3 prepared in Example 1 were weighed at a molar ratio of 1: 1, and mixed and ground for 144 hours by a wet ball mill using pure water as a solvent. went. After drying for a whole day and night to remove moisture, the obtained raw material powder was calcined at a temperature of 1000 ° C. to obtain a calcined powder of ((HfMg) 0.5 Al) (WO 4 ) 3 .

次に、この仮焼成で得られた((HfMg)0.5Al)(WO43の焼成粉体と炭素繊維の破砕粉体を重量比で3.8:0.5(体積比でおおよそ0.7:0.3)となるように混合してから、ライカイ機によって粗粉砕し加圧成型の後に本焼成をアルゴン気流下で1100℃にて4時間行って低熱膨張複合体を得た。また、比較として、((HfMg)0.5Al)(WO43の焼成粉体を大気中において1100℃で4時間行って本焼成を行った。 Next, the calcined powder of ((HfMg) 0.5 Al) (WO 4 ) 3 and the pulverized carbon fiber powder obtained by this preliminary calcination were 3.8: 0.5 by weight ratio (approximately 0 by volume ratio). 7: 0.3), and then coarsely pulverized by a reika machine, followed by pressure molding, followed by firing at 1100 ° C. for 4 hours under an argon stream to obtain a low thermal expansion composite. For comparison, the main firing was performed by firing a fired powder of ((HfMg) 0.5 Al) (WO 4 ) 3 in air at 1100 ° C. for 4 hours.

作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数が約0.5×10-6/℃であり、熱伝導率が約5W/mKであった。比較として作製した((HfMg)0.5Al)(WO43では、線熱膨張係数が約1×10-6/℃であり、熱伝導率が約0.8W/mKであった。 As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and the thermal conductivity by the laser flash method for the produced low thermal expansion composite, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. is about 0.5 × 10. −6 / ° C., and the thermal conductivity was about 5 W / mK. The ((HfMg) 0.5 Al) (WO 4 ) 3 produced as a comparison had a linear thermal expansion coefficient of about 1 × 10 −6 / ° C. and a thermal conductivity of about 0.8 W / mK.

(実施例5)
まず、実施例3と同様に作製したZr(WO42とグラファイト粉体を重量比で2.8:0.7(体積比でおおよそ0.5:0.5)、さらに1重量%以下の水ガラス(珪酸ソーダ)を主成分とする無機系バインダ材を混合して、純水を溶媒とした湿式ボールミルにより144時間の混合粉砕を行った。乾燥後に加圧成型してから本焼成を大気中において400℃で4時間行って低熱膨張複合体を得た。
(Example 5)
First, Zr (WO 4 ) 2 and graphite powder produced in the same manner as in Example 3 were 2.8: 0.7 (roughly 0.5: 0.5 by volume) by weight, and further 1% by weight or less. An inorganic binder material mainly composed of water glass (sodium silicate) was mixed, and mixed and ground for 144 hours by a wet ball mill using pure water as a solvent. After drying, pressure molding was performed, and then main firing was performed in the atmosphere at 400 ° C. for 4 hours to obtain a low thermal expansion composite.

作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数が約0.5×10-6/℃であり、熱伝導率が約8W/mKであった。 As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and the thermal conductivity by the laser flash method for the produced low thermal expansion composite, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. is about 0.5 × 10. −6 / ° C., and the thermal conductivity was about 8 W / mK.

(実施例6)
まず、実施例1で作製したHfMg(WO43の焼成粉体とカーボンナノチューブ粉砕体を重量比で1.7:1.0(体積比でおおよそ0.3:0.7)となるように混合してから、さらに1重量%以下の水ガラス(珪酸ソーダ)を主成分とする無機系バインダ材を混合して、純水を溶媒とした湿式ボールミルにより144時間の混合粉砕を行った。乾燥後に加圧成型してから本焼成を大気中において400℃で4時間行って低熱膨張複合体を得た。
(Example 6)
First, the calcined powder of HfMg (WO 4 ) 3 produced in Example 1 and the pulverized carbon nanotubes are 1.7: 1.0 by weight (approximately 0.3: 0.7 by volume). Then, an inorganic binder material mainly composed of 1% by weight or less of water glass (sodium silicate) was mixed, and mixed and ground for 144 hours by a wet ball mill using pure water as a solvent. After drying, pressure molding was performed, and then main firing was performed in the atmosphere at 400 ° C. for 4 hours to obtain a low thermal expansion composite.

作製した低熱膨張複合体をTMAによる線熱膨張係数の測定とレーザフラッシュ法による熱伝導率の測定を行った結果、室温から500℃までの温度範囲における線熱膨張係数が約1×10-6/℃であり、熱伝導率が約15W/mKであった。 As a result of measuring the linear thermal expansion coefficient by TMA and the thermal conductivity by the laser flash method, the linear thermal expansion coefficient in the temperature range from room temperature to 500 ° C. was about 1 × 10 −6. The thermal conductivity was about 15 W / mK.

本発明にかかる低熱膨張複合体は、低熱膨張であり、かつ高い熱伝導性を有し、発熱部材、伝熱・放熱部材、エンジン周りなどの駆動機構部材などとして有用である。特に、高温となる環境や、低温や高温の温度変化の大きい環境などにおいて、熱の蓄熱等が問題になり、熱の放熱が必要な部分に適用する時に好ましい効果が得られる。   The low thermal expansion composite according to the present invention has low thermal expansion and high thermal conductivity, and is useful as a heat generating member, a heat transfer / heat dissipation member, a drive mechanism member around the engine, and the like. In particular, in an environment where the temperature is high, or in an environment where the temperature changes greatly, such as a low temperature or a high temperature, heat storage or the like becomes a problem, and a favorable effect can be obtained when applied to a portion that requires heat dissipation.

また、半導体部品やそのパッケージや基板材料等の用途にも応用できる。   It can also be applied to applications such as semiconductor components, their packages, and substrate materials.

本発明による実施形態の複合体10の一例としての模式的な断面図Schematic sectional view as an example of the composite 10 of the embodiment according to the present invention 従来の複合体20の一例としての模式的な断面図Typical sectional drawing as an example of the conventional composite 20

符号の説明Explanation of symbols

10 低熱膨張複合体
101 組成式Iで表される酸化物(1)
102 カーボン材料(2)
20 従来の複合体
201 組成式Iで表される酸化物(1)
202 金属または金属酸化物
203 酸化物(1)と金属または金属酸化物の反応した組成物


DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Low thermal expansion composite 101 Oxide (1) represented by composition formula I
102 Carbon material (2)
20 Conventional Composite 201 Oxide (1) Represented by Composition Formula I
202 Metal or metal oxide 203 Composition obtained by reacting oxide (1) with metal or metal oxide


Claims (6)

少なくとも、組成式I:Al+ n(M6+4m(Aは価数lの金属元素または平均価数がlとなる複数の金属元素であり、Mは価数6の金属元素または平均価数が6となる複数の金属元素であり、組成を表すmおよびnは1以上の整数であり、l×n=2×mの関係式を満たす。)で表される酸化物(1)と、カーボン材料(2)とが含まれてなることを特徴とする低熱膨張複合体。 At least composition formula I: A l + n (M 6+ O 4 ) m (A is a metal element having a valence of 1 or a plurality of metal elements having an average valence of 1 and M is a metal element having a valence of 6 or A plurality of metal elements having an average valence of 6, m and n representing the composition are integers of 1 or more, and satisfy the relational expression of l × n = 2 × m (1) And a carbon material (2). 前記酸化物(1)が有するMは、タングステンまたはモリブデンのいずれかである請求項1記載の低熱膨張複合体。 The low thermal expansion composite according to claim 1, wherein M of said oxide (1) is either tungsten or molybdenum. 前記酸化物(1)が負の熱膨張係数を有する請求項1または2記載の低熱膨張複合体。 The low thermal expansion composite according to claim 1 or 2, wherein the oxide (1) has a negative coefficient of thermal expansion. 前記酸化物(1)が有するAは、正の2価の金属元素と正の4価の金属元素とを含む請求項1から3いずれかに記載の多孔質構造体。 The porous structure according to any one of claims 1 to 3, wherein A of the oxide (1) includes a positive divalent metal element and a positive tetravalent metal element. 前記カーボン材料(2)がグラファイトである請求項1記載の低熱膨張複合体。 The low thermal expansion composite according to claim 1, wherein the carbon material (2) is graphite. 少なくとも、組成式:Al+ n(M6+4m(Aは価数lの金属元素または平均価数がlとなる複数の金属元素であり、Mは価数6の金属元素または平均価数が6となる複数の金属元素であり、組成を表すmおよびnは1以上の整数であり、l×n=2×mの関係式を満たす。)で表される酸化物(1)と、カーボン材料(2)とを混合焼成してなることを特徴とする低熱膨張複合体の製造方法。


At least the composition formula: A l + n (M 6+ O 4 ) m (A is a metal element having a valence of 1 or a plurality of metal elements having an average valence of 1 and M is a metal element having a valence of 6 or an average A plurality of metal elements having a valence of 6, m and n representing the composition are integers of 1 or more, and satisfy the relational expression of l × n = 2 × m) (1) And a carbon material (2) are mixed and fired, and a method for producing a low thermal expansion composite.


JP2004072547A 2004-03-15 2004-03-15 Low thermal expansion composite material Pending JP2005255503A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004072547A JP2005255503A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Low thermal expansion composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004072547A JP2005255503A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Low thermal expansion composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005255503A true JP2005255503A (en) 2005-09-22

Family

ID=35081597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004072547A Pending JP2005255503A (en) 2004-03-15 2004-03-15 Low thermal expansion composite material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005255503A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007246300A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Tokyo Univ Of Science Zirconium tungstate-magnesium tungstate composite, method for producing the same, and molded product equipped with the same
JP2007290913A (en) * 2006-04-25 2007-11-08 Sharp Corp Electroconductive porous honeycomb structure and its manufacturing method
JP2009043851A (en) * 2007-08-07 2009-02-26 Toshiba Corp Semiconductor package
WO2009044482A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Nittan Valve Co., Ltd. Engine valve
JP2009184881A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Sintered compact and manufacturing process of the same
WO2012052501A3 (en) * 2010-10-22 2012-08-30 Element Six Abrasives S.A Polycrystalline diamond material comprising a metal oxoanion, the oxoanion being selected from the group comprising molybdates, tungstates, vanadates, phosphates and mixtures thereof
JP2012167015A (en) * 2012-06-11 2012-09-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Sintered body, and method for producing the same
JP2013514251A (en) * 2009-12-16 2013-04-25 コンセホ スペリオール デ インベスティガシオネス シエンティフィカス(セエセイセ) Conductive composite with controlled coefficient of thermal expansion
JPWO2013058382A1 (en) * 2011-10-19 2015-04-02 株式会社環境・エネルギーナノ技術研究所 Dense material containing carbon nanohorn and use thereof
JPWO2013058383A1 (en) * 2011-10-19 2015-04-02 株式会社環境・エネルギーナノ技術研究所 Porous material containing carbon nanohorn and use thereof
JP2016055262A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 聡 安斎 Generator for generating ultrafine bubbles containing ozone
JP2016117043A (en) * 2014-12-22 2016-06-30 聡 安斎 Manufacturing apparatus of liquid containing ozone
WO2016117636A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-28 ユニチカ株式会社 Laminate, method for manufacturing same, method for using same, and polyimide precursor solution for glass substrate laminated layer
CN116693293A (en) * 2023-04-01 2023-09-05 西北农林科技大学 ZrW preparation by oxidation exothermic and solid phase reaction diffusion method 2 O 8 Method for coating ZrC composite powder

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007246300A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Tokyo Univ Of Science Zirconium tungstate-magnesium tungstate composite, method for producing the same, and molded product equipped with the same
JP4539871B2 (en) * 2006-04-25 2010-09-08 シャープ株式会社 Porous honeycomb structure having conductivity and method for manufacturing the same
JP2007290913A (en) * 2006-04-25 2007-11-08 Sharp Corp Electroconductive porous honeycomb structure and its manufacturing method
JP2009043851A (en) * 2007-08-07 2009-02-26 Toshiba Corp Semiconductor package
US7868450B2 (en) 2007-08-07 2011-01-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor package
JP4504401B2 (en) * 2007-08-07 2010-07-14 株式会社東芝 Semiconductor package
JP5123947B2 (en) * 2007-10-05 2013-01-23 日鍛バルブ株式会社 Engine valve
WO2009044482A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Nittan Valve Co., Ltd. Engine valve
JP2009184881A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Sintered compact and manufacturing process of the same
EP2514732A4 (en) * 2009-12-16 2015-06-03 Consejo Superior Investigacion Composite material of electroconductor having controlled coefficient of thermal expansion
JP2013514251A (en) * 2009-12-16 2013-04-25 コンセホ スペリオール デ インベスティガシオネス シエンティフィカス(セエセイセ) Conductive composite with controlled coefficient of thermal expansion
CN103237775A (en) * 2010-10-22 2013-08-07 六号元素磨料股份有限公司 Polycrystalline diamond material containing metal oxoanion selected from molybdates, tungstates, vanadates, phosphates and mixtures thereof
JP2013544744A (en) * 2010-10-22 2013-12-19 エレメント シックス アブレイシヴズ ソシエテ アノニム Polycrystalline diamond material
WO2012052501A3 (en) * 2010-10-22 2012-08-30 Element Six Abrasives S.A Polycrystalline diamond material comprising a metal oxoanion, the oxoanion being selected from the group comprising molybdates, tungstates, vanadates, phosphates and mixtures thereof
JPWO2013058382A1 (en) * 2011-10-19 2015-04-02 株式会社環境・エネルギーナノ技術研究所 Dense material containing carbon nanohorn and use thereof
JPWO2013058383A1 (en) * 2011-10-19 2015-04-02 株式会社環境・エネルギーナノ技術研究所 Porous material containing carbon nanohorn and use thereof
JP2012167015A (en) * 2012-06-11 2012-09-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Sintered body, and method for producing the same
JP2016055262A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 聡 安斎 Generator for generating ultrafine bubbles containing ozone
JP2016117043A (en) * 2014-12-22 2016-06-30 聡 安斎 Manufacturing apparatus of liquid containing ozone
WO2016117636A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-28 ユニチカ株式会社 Laminate, method for manufacturing same, method for using same, and polyimide precursor solution for glass substrate laminated layer
JPWO2016117636A1 (en) * 2015-01-22 2017-11-02 ユニチカ株式会社 LAMINATE, MANUFACTURING METHOD AND USE METHOD, AND POLYIMIDE PRECURSOR SOLUTION FOR GLASS SUBSTRATE
CN116693293A (en) * 2023-04-01 2023-09-05 西北农林科技大学 ZrW preparation by oxidation exothermic and solid phase reaction diffusion method 2 O 8 Method for coating ZrC composite powder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005255503A (en) Low thermal expansion composite material
JP5121268B2 (en) Aluminum nitride sintered body and member for semiconductor manufacturing apparatus
JP4424659B2 (en) Aluminum nitride material and member for semiconductor manufacturing equipment
JP2006273584A (en) Aluminum nitride sintered compact, member for manufacturing semiconductor, and method for manufacturing aluminum nitride sintered compact
KR100459296B1 (en) A material of low volume resistivity, an aluminum nitride sintered body and a member used for the production of semiconductors
Yin et al. Two low-permittivity melilite ceramics in the SrO-MO-GeO2 (M= Mg, Zn) system and their temperature stability through compositional modifications
JP6284609B2 (en) Aluminum nitride sintered body
JP2007112693A (en) Spherical silicon carbide particulate, amorphous silicon carbide ceramic, and method for production thereof
JP2004002139A (en) Aluminum nitride material and member for manufacturing semiconductor
JP2009004542A (en) Thermoelectric material and manufacturing method thereof
JP2005213084A (en) Low thermal expansion composite body
JP2008124404A (en) Thermoelectric material and manufacturing method of thermoelectric material
JP4430619B2 (en) Low thermal expansion material
JP6457121B2 (en) Composite oxynitride ceramic converter and light source provided with the converter
JP2006327846A (en) Barium titanate powder, method of preparing the same and barium titanate sintered compact
JP2018184316A (en) Aluminum nitride sintered body and manufacturing method thereof
KR102077536B1 (en) FABRICATION METHOD OF Mo-Si-B ALLOY AND Mo-Si-B ALLOY
JPH07201528A (en) Porcelain composition used for thermistor and its manufacture
JP5873366B2 (en) Manufacturing method of ceramic material, ceramic material and sputtering target member
WO2018123897A1 (en) Composite material
JPWO2005047206A1 (en) Material exhibiting negative or low thermal expansion coefficient and method for producing the same
JP3882070B2 (en) Calcium zirconate / spinel composite porous body and production method thereof
KR102100850B1 (en) Ceramic material and sputtering-target member
JP2005067993A (en) Low thermal expansion material
JP2011195429A (en) β-EUCRYPTITE CERAMIC HAVING ZERO EXPANSION COEFFICIENT, HIGH STRENGTH AND LOW DIELECTRIC CONSTANT