JP2017061714A - 高熱伝導性複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】金属材料マトリックス中に炭素材料が分散した高熱伝導性複合材料であり、且つ厚み方向（ｚ方向）に直角なｘｙ面を主面とする板型でありながら、熱伝導率がｘｙｚの３方向にバランスよく分散した高熱伝導性複合材料を提供する。【解決手段】金属材料と、炭素材料からなるフィラーとの混合物であるプリフォームが、前記ｘｙ面に平行なｙ方向に積層されて焼結された積層構造を有する。各層の熱伝導率が前記プリフォームの積層方向と直交するｘｚ面内、及び前記積層方向に平行なｘｙ面内で配向する。【選択図】 図３

Description

本発明は、金属材料からなるマトリックス中に、熱伝導性に優れた炭素材料からなるフィラーが分散し、且つ厚み方向に直角な面を主面とする板型の高熱伝導性複合材料に関する。

熱伝導性に優れた材料として、アルミニウム等の金属材料からなるマトリックス中に、グラファイト粉末（ＧＲ）又はカーボンファイバー（炭素繊維；ＣＦ）などの炭素材料からなるフィラーを分散して混合させた炭素分散型複合材料がある。この複合材料は、一般に金属材料粉末とフィラーとを混合して焼結することにより製造される。このような炭素分散型複合材料の代表例を図１に示す。

図１に示された複合材料２０は、厚み方向であるｚ方向に直角なｘｙ面を主面とする板型であり、金属材料中のフィラーが前記ｘｙ面に平行な方向に強く配向した特徴を有する。すなわち、この板型の複合材料２０は、金属材料粉末とフィラーの混合物からなるプリフォームシート１０をｚ方向に加圧しつつ焼結することにより製造されるために、その焼結過程で金属材料中のフィラーがｘｙ面内で配向することに加え、プリフォームシート１０の成形段階でもフィラーがｘｙ面内で配向するのである。

そして、複合材料２０中のフィラーがｘｙ面内で強く配向することにより、その熱伝導率も同面内で強く配向する（すなわち熱伝導率がｘｙ面に沿って方向性を示す）ことになる。熱伝導率の配向例を挙げると、ｚ方向の熱伝導率が５０Ｗ／ｍｋとなり、ｘｙ面に平行なｘｙ方向の熱伝導率がそれぞれ４５０Ｗ／ｍｋとなる。すなわち、主面に平行なｘｙ方向の熱伝導率は飛躍的に向上するが、これに直角な厚み方向（ｚ方向）の熱電導率は極端に低下するのである。

しかしながら、このような板型の複合材料２０は高熱伝導性ではあるが、非常に使いづらい。なぜなら、この種の複合材料２０は、半導体冷却装置における熱拡散板として利用されることが多く、その際、一方の主面側に半導体素子が取付けられ、他方の主面側に放熱器が取付けられるのが通例であるが、厚み方向であるｚ方向の熱伝導率が低いと、半導体素子から放熱器への熱拡散が促進されないからである。

この問題を解決するのが、例えば特許文献１に記載された積層型の複合材料であり、これを図２により説明する。図２に示すように、この複合材料３０は、前述した板型の複合材料２０から切り出された複数枚の短冊状複合材料２０Ａを、向きを変えて一方向に積層することにより作製される。具体的には、板型の複合材料２０の主面が複合材料３０の各層の層間面（ｘｚ面）となるように、短冊状複合材料２０Ａが複合材料３０のｙ方向に積層されて複合材料３０とされる。こうすることにより、複合材料３０の各層では、金属材料中のフィラーがｘｚ面内で配向し、熱伝導率も同じくｘｚ面内で配向する。

その結果、複合材料３０の熱伝導率は前の例に照らせば次のようになる。厚み方向であるｚ方向の熱伝導率は５０Ｗ／ｍｋから４５０Ｗ／ｍｋに激増する。また、ｘ方向の熱伝導率は４５０Ｗ／ｍｋのままとなる。一方、ｙ方向の熱伝導率は４５０Ｗ／ｍｋから５０Ｗ／ｍｋに激減する。

しかしながら、このような積層型の複合材料３０も又、半導体冷却装置における熱拡散板としては問題がある。なぜなら、半導体冷却装置における熱拡散板では、一方の主面側に取付けられる半導体素子は局所的に配置されるが、他方の主面側に取付けられる放熱器は全面的に配置されるので、半導体素子での発熱を放熱器に効率よく伝えためには、熱拡散板の厚み方向であるｚ方向だけでなく、主面に平行なｘｙ方向にもバランスよく熱を伝えることが必要となるところ、ｙ方向の熱伝導率が極端に小さくなるからである。

これから分かるように、半導体冷却装置における熱拡散板として好適な板型の複合材料とは、ｘｙｚの３方向に熱伝導率が分散したものであるが、従来の複合材料２０及び３０では、ｘｙｚの３方向において熱伝導率を広範囲に制御することが困難なため、ｘｙｚの３方向にバランスよく熱伝導率を分散させることができない。

なお、前述した複合材料２０は、金属マトリックス中にフィラーを含むことにより、金属マトリックス単体と比べて機械的強度が低下する問題があるため、通常は金属マトリックスと同じ金属材料中にプリフォームシート１０を埋没させて一体的に焼結したシェル構造とされる。

特開２０１１−２５８７５５公報

本発明の目的は、厚み方向（ｚ方向）に直角なｘｙ面を主面とする板型でありながら、熱伝導率がｘｙｚの３方向にバランスよく分散した高熱伝導性複合材料を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者らはアルミニウム等の金属材料からなるマトリックス中に、グラファイト粉末又は炭素繊維などの炭素材料からなるフィラーを分散させた炭素分散型複合材料において、熱伝導率をｘｙｚ方向に分散させることを企画し、鋭意研究した。その結果、次の事実が判明した。

図２に示すとおり、従来の板型の複合材料２０は、金属材料とフィラーの混合物からなるプリフォームシート１０を焼結することにより製造され、焼結過程では厚み方向であるｚ方向に加圧される。加えて、焼結前のプリフォームシート１０は、その成形過程でｚ方向に加圧加工されることは多いが、他の方向、すなわちｘｙ方向に加圧されることは殆どない。ここでもしプリフォームシート１０がｘ方向やｙ方向にも加圧されるならば、ｚ方向の加圧と加えて、フィラーの配向範囲が広がる。

この考えに立って、本発明者らは板型の複合材料２０に代えて、その焼結前の材料である板状のプリフォームシート１０を、その向きを変えて一方向に積層することを企画した。具体的には、図３に示すように、板状のプリフォームシート１０から複数枚の短冊状プリフォーム１０Ａを切り出す。切り出された短冊状プリフォーム１０Ａでは、プリフォームシート成形段階の様々な操作によりフィラーが、厚み方向に直角な主面内で配向している。そこで、複数枚の短冊状プリフォーム１０Ａを、当初の主面が各層の層間面（ｘｚ面）となるように向きを変えてｙ方向に積層して、新たな板型のプリフォーム積層体１０Ｂとする。新たな板型のプリフォーム積層体１０Ｂではフィラーがｘｚ面内で配向する。

このような板型のプリフォーム積層体１０Ｂを焼結材料として焼結すると、ｘｚ面が各層の層間面となる積層構造の複合材料４０が製造される。その際、焼結過程では、同様の積層構造である板型のプリフォーム積層体１０Ｂが厚み方向であるｚ方向に加圧されることにより、複合材料４０中のフィラーがｘｙ面内で配向する。また、プリフォームシート１０の成形段階での各種操作により、プリフォーム積層体１０Ｂ中のフィラーがｘｚ面内で配向し、複合材料４０中のフィラーもｘｚ面内で配向する。

すなわち、新たな板型の複合材料４０では、金属材料中のフィラーがｘｚ面内及びｘｙ面内で配向し、熱伝導率もｘｚ面内及びｘｙ面内で配向することにより、ｘｙ面内だけで配向する場合と比べて、熱伝導率がｘｙｚの３方向に分散するのである。ちなみに、複合材料４０のｘｚ面は、その積層構造における積層方向（ｙ方向）と交差する面であり、より正確には積層方向（ｙ方向）と直交する面である。

本発明の高熱伝導性複合材料は、かかる知見を基礎として開発されたものであり、金属材料からなるマトリックス中に炭素材料からなるフィラーが分散し、且つ厚み方向であるｚ方向に直角なｘｙ面を主面とする板型の高熱伝導性複合材料において、前記金属材料と前記フィラーの混合物であるプリフォームが前記ｘｙ面に沿った方向に積層されて焼結された積層構造を有しており、且つ各層の熱伝導率が、前記プリフォームの積層方向と交差する面内で配向され、好ましくは更に、各層の熱伝導率がｘｙ面に沿った方向に配向されてなることを技術的な特徴点としている。

本発明の高熱伝導性複合材料において、各層の熱伝導率がプリフォームの積層方向と交差する面内で配向する構造は、各層中のフィラーがプリフォームの積層方向と交差する面内で配向する構造と同義である。この構造は、ｘｚ面を主面とする焼結前プリフォームを、ｘｚ面に交差する面が切断面となるように切断すると共に、当該切断により切り出された焼結前プリフォームをｘｚ面が各層の層間面となるようにｙ方向に沿った方向に積層することにより可能である。

ここで焼結前プリフォームは、積層される前の段階において、ｘｚ面を加圧面としてｙ方向に沿った方向に加圧成形することができる。これにより、ｘｚ面に沿った面内での配向を促進することができる。焼結前プリフォームは又、積層された後、焼結されるまでの間に、ｘｙ面を加圧面としてｚ方向に加圧成形することができる。これにより、ｘｙ面に沿った面内での配向を促進することができる。

本発明の高熱伝導性複合材料において、熱伝導率がプリフォームの積層方向と交差する面内で配向するとは、具体的には、ｙ方向の熱伝導率に比して、ｘｚ方向の少なくとも１方向の熱伝導率が大となることである。同様に、熱伝導率がｘｙ面に沿った面内で配向するとは、ｚ方向の熱伝導率に比して、ｘｙ方向の少なくとも１方向の熱伝導率が大となることである。

本発明の高熱伝導性複合材料は、単体で使用することも可能であるが、通常は機械的強度を確保するために、金属マトリックスと同質の金属材料中に、積層されたプリフォームを埋没させた状態で一体的に焼結されてなるシェル構造にて使用される。

本発明の高熱伝導性複合材料における物性値としては、焼結前プリフォームの充填率が重要である。この充填率は、焼結前プリフォームの緻密度であり、当該焼結前プリフォームの焼結による圧縮率（焼結前の厚さに対する焼結後の厚さの比率）に対応する。焼結前プリフォームの充填率が低いと、焼結前プリフォームが焼結でｚ方向に大きく縮み、ｘｙ面内での配向の支配的となる。反対に、焼結前プリフォームの充填率が高いと，焼結前プリフォームの成形工程での圧縮が進んでいるため、焼結での圧縮が進まず、その結果として、ｘｚ面内での配向が支配的となる。焼結前プリフォームの充填率は通常３０〜７０％であり、この範囲内で配向制御が可能である。

焼結前プリフォームの成形段階では、当該プリフォームを複数枚重ねることができる。その際、プリフォームのｘ方向及びｙ方向の向きをｘｙ面内で変えることによっても、熱伝導率のｘｙ面に沿った面内での配向制御が可能となる。

複数種類の配向制御を組み合わせることにより、ｘｙｚの３方向において熱伝導性が広範囲に制御可能となる。

本発明の高熱伝導性複合材料は、厚み方向であるｚ方向に直角なｘｙ面を主面とする板型であって、金属材料と炭素材料の混合物であるプリフォームがｘｙ面に沿った方向に積層されて焼結された積層構造を有し、且つ各層の熱伝導率が、プリフォームの積層方向と交差する面内で配向しているので、これに本来のｘｙ面に沿った面内での配向を加えた２面内での配向により、ｘｙｚの３方向にバランスよく熱伝導率を配分することができる。

従来の高熱伝導性複合材料の構造を示すイメージ図である。 従来の別の高熱伝導性複合材料の構造を示すイメージ図である。 本発明の高熱伝導性複合材料の構造を示すイメージ図である。 複合材料の熱伝導率をｘｙｚ方向について示すグラフである。 プリフォームを厚み方向に加圧（圧縮加工）したときの加圧力と加圧後の厚さとの関係を示すグラフである。 プリフォームを厚み方向に加圧（圧縮加工）したときの加圧力と加圧後の充填率との関係を示すグラフである。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の高熱伝導性複合材料は、金属材料であるアルミニウムをマトリックスとして、そのマトリックス中に炭素材料からなるフィラーが分散した炭素分散型複合材料である。炭素材料はグラファイト粉末（ＧＲ）、炭素繊維（ＣＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などである。グラファイト粉末は粉末粒子が鱗片状であるため、炭素繊維と同様に配向しやすい。カーボンナノチューブは細く短いために配向しにくい。複合材料の全体的な熱伝導率を高めるのに有効である。

この高熱伝導性複合材料は、次のようにして製造される。第１工程として、金属材料粉末とフィラーとの混合物であるプリフォームを作製する。プリフォームは、厚み方向に直角な平面を主面とするシート材である。

第２工程として、そのプリフォームシートから複数のプリフォーム片を切り出す。通常はプリフォームシートを主面に沿った方向（通常は主面に平行な方向）に所定間隔で切断して複数のプリフォーム片とする。切断面は、プリフォームシートの主面に交差する面（通常は主面に直角な面）である。

第３工程として、複数のプリフォーム片を、各主面が各層の層間面となるように向きを変えて各主面に直角な厚み方向に積層する並べ替えにより、プリフォーム積層体とする。プリフォーム積層体は、通常は積層方向に沿った面を主面とし、これに直角な方向を厚み方向とする板材である。

第４工程として、プリフォーム積層体を積層方向と交差する方向に加圧しつつ焼結する。プリフォーム積層体が板材の場合は、その厚み方向に加圧しつつ焼結する。各工程におけるシート材及び板材は、厚みの大きいブロック様のものを含む。

高熱伝導性複合材料の製造方法を、図面を参照して更に具体的に説明する。図３に示すように、まず前記第１工程として、フォームシート１０を作製する。より具体的には、金属材料粉末とフィラーとを溶液中に混合して複合材スラリーとする。その複合材スラリーを塗工して複合材シートとする。その複合材シートを重ね合わせてプリフォームシート１０とする。プリフォームシート１０は所定の厚みを有し、厚み方向に直角な平面を主面とする板型であり、より詳しくは縦方向よりも横方向に長い長方形状の平板である。

プリフォームシート１０が作製されると、そのプリフォームシート１０を必要に応じて厚み方向に加圧（圧縮加工）した後、前記第２工程として、横方向に所定間隔で切断して、プリフォームシート１０から複数枚の短冊状プリフォーム１０Ａを前記プリフォーム片として切り出す。

所定枚数の短冊状プリフォーム１０Ａが切り出されると、前記第３工程として、複数枚の短冊状プリフォーム１０Ａを、向きを変えて一方向に積層する並べ替えにより、厚板状のプリフォーム積層体１０Ｂとする。並べ替えは具体的には次のように行われる。厚板状のプリフォーム積層体１０Ｂの縦方向をｘ方向、横方向をｙ方向、厚み方向をｚ方向とすると、プリフォームシート１０の主面が、プリフォーム積層体１０Ｂではｘｚ面となり、各層の層間面となるように、ｙ方向に積層される。ちなみに、プリフォーム積層体１０Ｂの主面はｘｙ面であり、短冊状プリフォーム１０Ａの切断面が積層方向（ｙ方向）に連続することにより形成される。

厚板状のプリフォーム積層体１０Ｂが作製されると、前記第４工程として、そのプリフォーム積層体１０Ｂを焼結して、板型の複合材料４０とする。プリフォーム積層体１０Ｂの焼結過程では、当該プリフォーム積層体１０Ｂがｚ方向に加圧（圧縮加工）される。板型の複合材料４０の主面はｘｙ面であり、厚み方向はｚ方向である。

このような複合材料４０の構造上の特徴点、及び特性上の特徴点は以下のとおりである。

第１に、複合材料４０は、ｚ方向を厚み方向とし、これに直角なｘｙ面を主面とする板型（平板）である。

第２に、複合材料４０は積層構造となる。具体的には、短冊状プリフォーム１０Ａがその厚み方向に積層されて形成されたプリフォーム積層体１０Ｂが、積層方向であるｙ方向に直角なｚ方向に加圧を受けつつ焼結されて、ｘｙ面を主面とする板型の複合材料４０とされる。この板型の複合材料４０では、各層の層間面はｘｚ面であり、ｙ方向に層状をなす。

第３に、複合材料４０中のフィラーがｘｚ面内及びｘｙ面内で配向する。すなわち、複合材料４０の製造素材であるプリフォームシート１０は、成形工程でその主面に平行な方向にフィラーが配向する。具体的には複合材シートの成形工程、特に塗工工程でシート表面に平行な方向にフィラーが配向する。また成形後に厚み方向に加圧（圧縮加工）を行う場合は、フィラーのｘｚ面内での配向が更に顕著となる。その一方で、複合材料４０では、プリフォーム積層体１０Ｂの焼結過程でｚ方向に加圧（圧縮加工）される。このため、ｚ方向に直角なｘｙ面内でもフィラーが配向する。

このように、複合材料４０では、フィラーがｘｚ面とｘｙ面内の２つの平面内で配向するのである。その結果、複合材料４０では、熱伝導率がｘｚ面及びｘｙ面内の２つの平面内で配向し（方向性を示し）、ｘｙｚの３方向に分散する。

ここにおけるフィラーのｘｚ面内での配向度と、ｘｙ面内での配向度は、プリフォームシート１０に対する厚み方向への加圧（圧縮加工）の有無及び加圧力を変更することにより、広範囲に制御される。

すなわち、複合材シートを重ねてプリフォームシート１０としたときの充填率は３０％程度である。プリフォームシート１０の充填率が３０％ということは、当該プリフォームシート１０を焼結することにより厚みが３０％程度になるということである。ここでプリフォームシート１０を厚み方向に積極的に加圧（圧縮加工）すると、充填率が最大で７０％程度まで上がる。プリフォームシート１０の充填率が７０％に増大するということは、プリフォームシート１０を厚み方向に事前加圧（圧縮加工）しておくと、焼結では厚みが７０％程度までしか減少しないということである。したがって、この範囲内でフィラーのｘｚ面内の配向度を制御でき、これによって焼結での圧縮率が影響されるから、結果的にｘｙ面での配向度も制御できることになる。

すなわち、焼結後の厚み（複合材料４０の厚み）は、プリフォームシート１０の圧縮加工及びその加工度に関係なく一定であるので、プリフォームシート１０を厚み方向に事前加圧（圧縮加工）すると、その加圧（圧縮加工）の分、焼結での厚み方向の圧縮量が減少するのである。

次に、前記特徴点、特に第３の特徴点を実際に検証した結果を本発明の実施例として説明する。

（検証１）
アルミニウム粉末とフィラーとを溶剤中に混合して複合材スラリーとした。アルミニウム粉末は、Ａｌ粉末とＡｌ−１２Ｓｉ粉末との混合粉末である。フィラーはグラファイト粉末（ＧＲ）、カーボンファイバー（ＣＦ）及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の混合物である。得られた複合材スラリーを、剥離性のある基板の上に均一な厚み（５ｍｍ）に塗工し、これを乾燥させることにより、厚みが３．３ｍｍの複合材シートとした。

得られた複合材シートを４枚重ねて、主面が長方形でその縦（短辺）が６６ｍｍ、横（長辺）が２００ｍｍ、厚みが１３．２ｍｍであるプリフォームシート（シート状の焼結用成形体）とした。

得られたプリフォームシートを横方向（長辺方向）に等間隔で切断することにより、当該プリフォームから縦が６６ｍｍ、横が４０ｍｍ、厚さが１３．２ｍｍの短冊状プリフォームを切り出した。切り出した短冊状プリフォームを厚み方向が横方向となるように向きを変えてその横方向に積層する並べ替えにより、縦が６６ｍｍ、横が６６ｍｍ（１３．２ｍｍ×５枚）、厚さが４０ｍｍである厚板形状のプリフォーム積層体を作製した。

作製した厚板形状のプリフォーム積層体を焼結して板型の高熱伝導性複合材料１とした。焼結条件は３０ＭＰａ加圧、５７０℃、６０分である。その焼結においてプリフォーム積層体が厚み方向に加圧（圧縮加工）された結果、作製された複合材料の厚みは１２ｍｍとなった。この厚みはプリフォーム積層体の厚みの３０％であるので、プリフォーム及びその積層体の充填率は３０％ということである。

複合材料１の組成はアルミニウム４０体積％−グラファイト粉末５０体積％−カーボンファイバー１０体積％−カーボンナノチューブ０．０１重量％である。複合材料１の熱伝導率をｘｙｚ方向について測定した結果を図４に示す。

（検証２）
検証１において、複合材シートを重ねて作製したプリフォームシートを、積層体とする前に厚み方向に２０ＭＰａの圧力で加圧（圧縮加工）した。プリフォームシートの厚みが１３．２ｍｍから６．６ｍｍに減少した。圧縮加工後のプリフォームシートから縦が６６ｍｍ、横が１７ｍｍ、厚さが６．６ｍｍの短冊状プリフォームを切り出した。切り出した短冊状プリフォームを厚み方向が横方向となるように向きを変えて横方向に積層する並べ替えにより、縦が６６ｍｍ、横が６６ｍｍ（６．６ｍｍ×１０枚）、厚さが１７ｍｍである厚板形状のプリフォーム積層体とした。

得られた厚板形状のプリフォーム積層体を焼結して板型の高熱伝導性複合材料２とした。焼結条件は検証１と同じである。その焼結において複合材料２の厚みが、プリフォーム積層体の厚み（１７ｍｍ）の７０％である１２ｍｍとなった。プリフォーム及びその積層体の充填率は７０％である。

複合材料２の熱伝導率をｘｙｚ方向について測定した結果を図５に示す。

（検証３）
厚さが３．５ｍｍのプリフォームを焼結する前に厚み方向に加圧（圧縮加工）を行ったときの加圧力が加圧後の厚さ及び充填率に及ぼす影響度を調査した。また、同プリフォームをその厚み方向に加圧しつつ焼結したとのきの焼結体の厚みを調査した。調査結果を図５Ａ及び図５Ｂに示す。焼結体の厚みは１．０７ｍｍである。また、焼結体の熱伝導率をｘｙｚ方向について測定した結果を図４に示す。

図４から分かるように、プリフォームシートを厚み方向に加圧しつつ焼結して得た焼結体の熱伝導率は、前にも説明したとおり、ｘ方向及びｙ方向で４５０Ｗ／ｍｋ、ｚ方向で５０Ｗ／ｍｋである。これは、プリフォームの作製段階でフィラーが配向する方向と、焼結段階でフィラーが配向する方向とが一致し、共にｘｙ面内となるからである。

これに対し、複合材料１では、プリフォームシートが向きを変えて積層されることにより、積層体でのフィラーの配向方向と、その焼結過程でのフィラーの配向方向とが不一致となる。具体的には、前者の配向方向がｘｚ面内、後者の配向方向がｘｙ面となる。このため、複合材料１の熱伝導率はｘｙｚの３方向に分散することになる。より詳しくは、プリフォーム積層体を構成するプリフォームは加圧（圧縮加工）を受けてないため、前者の配向に比して後者の配向が重きを占める。その結果、複合材料１の熱伝導率は、ｘ方向で３７０Ｗ／ｍｋ、ｙ方向で２３０Ｗ／ｍｋ、ｚ方向で１７０Ｗ／ｍｋとなる。

ここで、ｘｚ方向の熱伝導率の一方（ここではｘ方向の熱伝導率）がｙ方向の熱伝導率より大きいが、これは、その熱伝導率がｘｚ面内で配向していることの証左である。また、ｘ方向及びｙ方向の熱伝導率が共にｚ方向の熱伝導率より大きいが、これは、その熱伝導率がｘｙ面内で配向していることの証左である。

複合材料２は、プリフォーム積層体を構成するプリフォームシートが２０ＭＰａの加圧力で事前加圧（圧縮加工）を受けているため、ｘｚ面内での配向が、ｘｙ面での配向よりも重きを占める。その結果、ｘ方向及びｚ方向の熱伝導率が共に３３０Ｗ／ｍｋで、ｙ方向の熱伝導率（１１０Ｗ／ｍｋ）より大きい。また、ｘｙ方向の熱伝導率の一方（ここではｘ方向の熱伝導率）がｚ方向の熱伝導率と同等である。

プリフォームシートの圧縮加工における加圧力を大きくしていくと、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、加圧力の増大に伴ってプリフォームの厚みが小さくなり、充填率が大きくなる。このため、複合材料におけるｘｙｚ方向の熱伝導率は、図４に破線で示す傾向に沿って変化する。この範囲内でｘｚ方向の熱伝導率の少なくとも一方の熱伝導率がｙ方向の熱伝導率より大きくなり、ｘｙ方向の熱伝導率の少なくとも一方の熱伝導率がｚ方向の熱伝導率より大きくなり、その結果として，熱伝導率がｘｙｚ方向に分散すること及びその分散が広範囲に制御されることになる。

１０ プリフォームシート
１０Ａ 短冊状プリフォーム（プリフォーム片）
１０Ｂ プリフォーム積層体
２０，３０，４０ 高熱伝導性複合材料
２０Ａ 短冊状複合材料

Claims (10)

1. 金属材料からなるマトリックス中に炭素材料からなるフィラーが分散し、且つ厚み方向であるｚ方向に直角なｘｙ面を主面とする板型の高熱伝導性複合材料において、
   前記金属材料と前記フィラーの混合物であるプリフォームが前記ｘｙ面に沿った方向に積層されて焼結された積層構造を有しており、
   且つ各層の熱伝導率が、前記プリフォームの積層方向と交差する面内で配向されてなる高熱伝導性複合材料。
2. 請求項１に記載の高熱伝導性複合材料において、
   ｘｚ方向の少なくとも１方向の熱伝導率が、ｙ方向の熱伝導率より大である高熱伝導性複合材料。
3. 請求項１に記載の高熱伝導性複合材料において、
   各層の熱伝導率がｘｙ面に沿った面内で配向されてなる高熱伝導性複合材料。
4. 請求項３に記載の高熱伝導性複合材料において、
   ｘｙ方向の少なくとも１方向の熱伝導率が、ｚ方向の熱伝導率より大である高熱伝導性複合材料。
5. 請求項１に記載の高熱伝導性複合材料において、
   前記マトリックスと同質の金属材料中に当該複合材料を埋没させた状態で一体的に焼結されてなる高熱伝導性複合材料。
6. 請求項１に記載の高熱伝導性複合材料において、
   前記プリフォームは、積層される前の段階において、ｘｚ面を加圧面としてｙ方向に圧縮加工されてなる高熱伝導性複合材料。
7. 請求項１に記載の高熱伝導性複合材料において、
   前記プリフォームは、積層される前の段階において、ｙ方向を厚み方向としｘｚ面を主面とする焼結前プリフォームから、ｘｚ面に交差する面が切断面となるように切り出されてなる高熱伝導性複合材料。
8. 請求項７に記載の高熱伝導性複合材料において、
   切り出された焼結前プリフォームは、切断面が各層の層間面となるようにｙ方向に沿った方向に積層されてなる高熱伝導性複合材料。
9. 請求項７に記載の高熱伝導性複合材料において、
   前記プリフォームは、積層される前の段階において、ｙ方向を厚み方向としｘｚ面を主面とする焼結前のプリフォームシートから、ｘｚ面に直交するｘｙ面が切断面となるように切り出されてなる短冊状プリフォームである高熱伝導性複合材料。
10. 請求項９に記載の高熱伝導性複合材料において、
    短冊状プリフォームは、切断面であるｘｙ面が各層の層間面となるようにｙ方向に積層されてなる高熱伝導性複合材料。