JP2017145431A - Manufacturing method of composite of metal and carbon fiber - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a composite of a metal and a carbon fiber capable of uniformizing physical properties in a plane direction of the composite.SOLUTION: A manufacturing method of a composite of a metal and a carbon fiber has a process for obtaining a coating foil having a carbon fiber layer 11 formed on a surface 10a of a metal foil 10 by coating the surface 10a of the metal foil 10 with a coating liquid 5 containing the carbon fiber, a binder and a solvent for binder with a mixed state by a gravure printing method and drying, a process for forming a laminate with a state that a plurality of coating foils are laminated and a process for conjugation uniformizing the coating foils by heating the laminate with pressuring in a lamination direction of the coating foil. In the process for obtaining the coating foil, the coating liquid 5 is coated by the gravure printing method so that the carbon fiber layer 11 becomes a void state and dried.SELECTED DRAWING: Figure 3A

Description

本発明は、 金属と炭素繊維との複合材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a composite material of metal and carbon fiber.

なお本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に明示する場合を除き純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、また同じく「銅」の語は、特に明示する場合を除き純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。   In the present specification and claims, the term “aluminum” is used to include both pure aluminum and aluminum alloys, unless otherwise specified, and the term “copper” is also specifically indicated. Except in some cases, it is meant to include both pure copper and copper alloys.

金属として例えばアルミニウムの放熱性を向上させるとともに線膨張率をコントロールした材料として、アルミニウムと炭素材との複合材が検討されている。   As a metal, for example, a composite material of aluminum and a carbon material has been studied as a material that improves the heat dissipation of aluminum and controls the linear expansion coefficient.

この複合材の製造方法として、溶融したアルミニウムに炭素材としての炭素繊維を入れて撹拌混合する方法(溶湯撹拌法)、空隙を有する炭素成形体内に溶融したアルミニウムを押し込む方法(溶湯鍛造法)、アルミニウム粉末と炭素粉末を混合して加圧加熱焼成する方法(粉末冶金法)、アルミニウム粉末と炭素粉末を混合して押出加工する方法(粉末押出法)などが知られている。   As a method for producing this composite material, a method of mixing carbon fiber as a carbon material into molten aluminum and stirring and mixing (a molten metal stirring method), a method of pushing molten aluminum into a carbon molded body having voids (a molten metal forging method), Known are a method of mixing aluminum powder and carbon powder and baking under pressure (powder metallurgy method), a method of mixing aluminum powder and carbon powder and extruding (powder extrusion method), and the like.

しかしながら、これらの方法では、溶融したアルミニウム又はアルミニウム粉末を用いるので、製造作業が煩雑であるし、製造設備が大型化していた。   However, in these methods, since molten aluminum or aluminum powder is used, the manufacturing operation is complicated and the manufacturing equipment is large.

また、特開昭59−76840号公報(特許文献1)は、無機ウィスカーを有機結合剤により金属薄板の金属面に結合又は接着させることで前駆成型物(プリプレグ)を製作し、次いで前駆成型物を複数積層して加熱加圧することで強化金属材を製造する方法を開示している。   Japanese Patent Laid-Open No. 59-76840 (Patent Document 1) discloses that a precursor molded product (prepreg) is manufactured by bonding or bonding inorganic whiskers to a metal surface of a metal thin plate with an organic binder. A method of manufacturing a reinforced metal material by laminating a plurality of layers and heating and pressing them is disclosed.

また、特許第5150905号公報(特許文献2)は、炭素繊維を有機バインダー及び溶剤と混合して塗布混合物を準備し、次いで塗布混合物をシート状又はフォイル状の金属支持体上に付着させることでプリフォーム箔(塗工箔)を形成し、その後、プリフォーム箔を複数積み重ねて積層体を形成し、そして積層体を加熱圧接してプリフォーム箔同士を一体化させることにより、金属と炭素繊維との複合材としての金属基炭素繊維複合材を製造する方法を開示している。   Japanese Patent No. 5150905 (Patent Document 2) prepares a coating mixture by mixing carbon fiber with an organic binder and a solvent, and then deposits the coating mixture on a sheet-like or foil-like metal support. Forming a preform foil (coating foil), then stacking multiple preform foils to form a laminate, and then heat-pressing the laminate to integrate the preform foils together with the metal and carbon fiber Discloses a method for producing a metal-based carbon fiber composite material as a composite material.

また、金属と炭素繊維との複合材の製造方法を開示したその他の文献としては、特許第5145591号公報(特許文献3)及び特開2015−25158号公報(特許文献4)がある。   Other documents disclosing a method for producing a composite material of metal and carbon fiber include Japanese Patent No. 5145591 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-25158 (Patent Document 4).

上記の特許文献2〜4に開示された製造方法では、金属層と炭素繊維層が交互に複数積層された状態で接合一体化されてなる金属と炭素繊維との複合材が得られる。   In the manufacturing methods disclosed in Patent Documents 2 to 4, a composite material of metal and carbon fiber is obtained, which is integrally joined in a state where a plurality of metal layers and carbon fiber layers are alternately laminated.

特開昭59−76840号公報JP 59-76840 A 特許第5150905号公報Japanese Patent No. 5150905 特許第5145591号公報Japanese Patent No. 5145591 特開2015−25158号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-25158

而して、上記の特許文献1に開示された複合材の製造方法では、金属薄板の金属面に結合又は接着した無機ウィスカー層が厚すぎると、無機ウィスカー層内に金属薄板の金属が十分に浸透することができず、無機ウィスカー層内に空隙ができてしまうこと、及び、無機ウィスカー層を挟んだ両側に配置された金属薄板同士があまり接合されないことが原因で、複合材の強度は低かった。   Thus, in the method for manufacturing a composite material disclosed in Patent Document 1, if the inorganic whisker layer bonded or adhered to the metal surface of the metal thin plate is too thick, the metal of the metal thin plate is sufficiently contained in the inorganic whisker layer. The strength of the composite material is low because it cannot penetrate and voids are formed in the inorganic whisker layer, and the metal thin plates placed on both sides of the inorganic whisker layer are not joined to each other. It was.

上記の特許文献2〜4に開示された複合材には次のような欠点があった。   The composite materials disclosed in Patent Documents 2 to 4 have the following drawbacks.

ここで本明細書では、複合材において、金属層と炭素繊維層との積層方向に対して垂直な面を「複合材の平面」といい、金属層と炭素繊維層との積層方向に対して垂直な面方向を「複合材の平面方向」という。   Here, in the present specification, in the composite material, a plane perpendicular to the stacking direction of the metal layer and the carbon fiber layer is referred to as a “plane of the composite material”, and the stacking direction of the metal layer and the carbon fiber layer. The vertical plane direction is referred to as “the plane direction of the composite material”.

複合材において、炭素繊維層中の炭素繊維の繊維方向が複合材の平面内で一方向に揃っている場合、即ち炭素繊維が一方向に配向している場合には、線膨張係数、熱伝導率等の複合材の物性が複合材の平面内における炭素繊維の繊維方向(即ち炭素繊維の配向方向)とその直角方向とで大きく相異する。そのため、複合材が加熱されたときに複合材が歪み易いという欠点があった。   In the composite material, when the fiber directions of the carbon fibers in the carbon fiber layer are aligned in one direction within the plane of the composite material, that is, when the carbon fibers are oriented in one direction, the linear expansion coefficient, heat conduction The physical properties of the composite material, such as the rate, greatly differ between the fiber direction of the carbon fiber (that is, the orientation direction of the carbon fiber) in the plane of the composite material and the direction perpendicular thereto. Therefore, there has been a drawback that the composite material is easily distorted when the composite material is heated.

そこで、プリフォーム箔を炭素繊維の繊維方向が交互に直角になるように複数積層して積層体を形成することが考えられる。   Therefore, it is conceivable to form a laminate by stacking a plurality of preform foils so that the fiber directions of the carbon fibers are alternately perpendicular.

しかしこの方法では、炭素繊維の繊維方向を考慮しながらプリフォーム箔を積層しなければならないので、プリフォーム箔の積層作業が面倒である。しかも、複合材の平面内における炭素繊維の繊維方向に対して斜め方向(例:45°の方向)の物性(例:線膨張係数)を炭素繊維の繊維方向及びその直角方向の物性と同じにすることが困難であった。   However, in this method, the preform foil has to be laminated while taking into account the fiber direction of the carbon fiber, so the lamination work of the preform foil is troublesome. Moreover, the physical properties (eg, linear expansion coefficient) in the oblique direction (eg, 45 ° direction) with respect to the fiber direction of the carbon fiber in the plane of the composite material are the same as the physical properties of the carbon fiber and the direction perpendicular thereto. It was difficult to do.

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、複合材の平面方向の物性の均一化を図ることができる金属と炭素繊維との複合材の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object of the present invention is to provide a method for producing a composite material of metal and carbon fiber that can achieve uniform physical properties in the planar direction of the composite material. It is in.

本発明は以下の手段を提供する。   The present invention provides the following means.

[1] 炭素繊維とバインダーと前記バインダー用溶剤とを混合状態に含有する塗工液をグラビア印刷法により金属箔の表面に塗工し、乾燥させることにより、前記金属箔の表面上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る工程と、
前記塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱することにより前記積層体から前記バインダーを除去し、そして前記積層体を前記塗工箔の積層方向に加圧しながら加熱することにより前記塗工箔を接合一体化する工程と、を具備し、
前記塗工箔を得る工程では、前記炭素繊維層が白抜け状態になるように前記塗工液をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる、金属と炭素繊維との複合材の製造方法。
[1] A coating liquid containing carbon fiber, a binder, and the binder solvent in a mixed state is applied to the surface of the metal foil by a gravure printing method and dried, so that the carbon fiber is formed on the surface of the metal foil. Obtaining a coated foil with a layer formed;
Forming a laminate in which a plurality of the coating foils are laminated;
Removing the binder from the laminate by heating the laminate, and joining and integrating the coating foil by heating while pressing the laminate in the laminating direction of the coating foil; Comprising
In the step of obtaining the coating foil, a method for producing a composite material of metal and carbon fiber, in which the coating liquid is applied by a gravure printing method so that the carbon fiber layer is in a white state, and is dried.

本発明は以下の効果を奏する。   The present invention has the following effects.

前項[1]では、金属箔の表面に塗工液を塗工すること、塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成すること、及び、積層体を加圧加熱することで塗工箔を接合一体化することを採用することにより、金属と炭素繊維との複合材を安価に且つ大量に製造することができる。   In the preceding item [1], coating is performed by applying a coating liquid on the surface of the metal foil, forming a laminate in which a plurality of coating foils are laminated, and pressurizing and heating the laminate. By adopting that the foils are joined and integrated, a composite material of metal and carbon fiber can be manufactured at low cost and in large quantities.

さらに、塗工箔を接合一体化する工程では、積層体からバインダーを除去することにより、得られる複合材の熱伝導率を確実に高めることができる。   Furthermore, in the step of joining and integrating the coating foil, the thermal conductivity of the resulting composite material can be reliably increased by removing the binder from the laminate.

さらに、塗工箔を得る工程では、炭素繊維層が白抜け状態になるように塗工液をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させることにより、金属箔の表面上において、炭素繊維層を構成する各網点中の多数の炭素繊維は、網点の中心部に形成された気泡はじけ部の周囲に該気泡はじけ部を包囲する方向に略円環状(略年輪状)に配列する。このような炭素繊維の略円環状配列が金属箔の表面上に存在する多数の網点それぞれに生じ、その結果、金属箔の表面全体では炭素繊維の配向度が低下する。これにより、複合材の平面方向の物性の均一化を図ることができる。   Furthermore, in the process of obtaining the coating foil, the carbon fiber layer is formed on the surface of the metal foil by applying the coating liquid by a gravure printing method so that the carbon fiber layer is in a whitened state and drying it. A large number of carbon fibers in each halftone dot are arranged in a substantially annular shape (substantially annual ring shape) around the bubble bleed part formed at the center of the halftone dot in a direction surrounding the bleed part. Such a substantially annular arrangement of carbon fibers is generated in each of a large number of halftone dots present on the surface of the metal foil, and as a result, the degree of orientation of the carbon fibers is reduced over the entire surface of the metal foil. Thereby, the physical properties in the planar direction of the composite material can be made uniform.

しかも、積層体を形成する際に炭素繊維の繊維方向を考慮する必要がなく、これにより複合材の平面方向の物性の均一化を容易に図ることができる。   In addition, it is not necessary to consider the fiber direction of the carbon fibers when forming the laminate, and this makes it possible to easily achieve uniform physical properties in the plane direction of the composite material.

図1は、本発明の一実施形態に係る金属と炭素繊維との複合材の製造方法を示す流れ図である。FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a composite material of metal and carbon fiber according to an embodiment of the present invention. 図2は、塗工箔を得る工程を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of obtaining a coating foil. 図3Aは、金属箔の条材の表面上に形成される炭素繊維層の状態を時系列に示す、本実施形態の場合の概略断面図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view in the case of this embodiment showing the state of the carbon fiber layer formed on the surface of the strip of metal foil in time series. 図3Bは、金属箔の条材の表面上に形成される炭素繊維層の状態を時系列に示す、参考形態の場合の概略断面図である。FIG. 3B is a schematic cross-sectional view in the case of the reference form showing the state of the carbon fiber layer formed on the surface of the strip of metal foil in time series. 図4は、本実施形態の場合において炭素繊維層を構成する網点中の炭素繊維の配列状態を示す概略平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing an arrangement state of the carbon fibers in the halftone dots constituting the carbon fiber layer in the present embodiment. 図5は、塗工箔の条材を切断するときの概略図である。FIG. 5 is a schematic view when the strip of the coating foil is cut. 図6は、塗工箔が複数積層されて形成された積層体の概略側面図である。FIG. 6 is a schematic side view of a laminate formed by laminating a plurality of coating foils. 図7は、塗工箔を焼結一体化する工程を説明する概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a step of sintering and integrating the coating foil. 図8は、塗工箔が焼結一体化されて得られた本実施形態の複合材の概略側面図である。FIG. 8 is a schematic side view of the composite material of the present embodiment obtained by sintering and integrating the coating foil. 図9は、本実施形態(実施例)の複合材で定義された様々な方向を示す複合材の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the composite material showing various directions defined by the composite material of the present embodiment (example). 図10は、実施例の塗工箔の条材の表面の顕微鏡写真である。FIG. 10 is a photomicrograph of the surface of the strip of coated foil of the example.

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の一実施形態に係る金属と炭素繊維との複合材(複合体)の製造方法は、図1に示すように、塗工箔を得る工程S1と、積層体を形成する工程S2と、塗工箔を焼結一体化する工程S3とを含んでおり、この記載の順にこれらの工程が行われる。   The manufacturing method of the composite material (composite body) of the metal and carbon fiber which concerns on one Embodiment of this invention, as shown in FIG. 1, process S1 which obtains coating foil, process S2 which forms a laminated body, Step S3 for integrating the coating foil by sintering, and these steps are performed in the order of this description.

塗工箔を得る工程S1は、図2に示すように詳述すると、塗工液5を金属箔10の帯状条材10Aの表面10aにグラビア印刷法により塗工し、乾燥させることにより、金属箔10の条材10Aの表面10a上に炭素繊維層11が形成されてなる塗工箔14の帯状条材14Aを得る工程である。塗工液5は、炭素繊維1とバインダー2とバインダー2用溶剤3とを混合状態に含有したものである。   The step S1 of obtaining the coating foil will be described in detail as shown in FIG. 2. When the coating liquid 5 is applied to the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 by a gravure printing method and dried, a metal is obtained. This is a step of obtaining a strip-shaped strip 14A of the coating foil 14 in which the carbon fiber layer 11 is formed on the surface 10a of the strip 10A of the foil 10. The coating liquid 5 contains the carbon fiber 1, the binder 2, and the binder 2 solvent 3 in a mixed state.

積層体15を形成する工程S2は、図6に示すように、塗工箔14が複数積層された状態の積層体15を形成する工程である。   Step S2 of forming the laminate 15 is a step of forming the laminate 15 in a state where a plurality of coating foils 14 are laminated as shown in FIG.

塗工箔14を焼結一体化する工程S3は、図7に示すように、積層体15を塗工箔14の積層方向(即ち積層体15の厚さ方向)に加圧しながら加熱することにより塗工箔14を焼結一体化する工程である。この工程S3は、積層体15を加熱することにより積層体15からバインダー2を除去する工程S3aを含んでいる(図1参照)。   As shown in FIG. 7, the step S3 of sintering and integrating the coating foil 14 is performed by heating the laminated body 15 while pressing it in the laminating direction of the coating foil 14 (that is, the thickness direction of the laminated body 15). This is a step of integrating the coating foil 14 by sintering. This process S3 includes process S3a which removes the binder 2 from the laminated body 15 by heating the laminated body 15 (refer FIG. 1).

なお、塗工箔14を焼結一体化する工程S3は、特許請求の範囲に記載された、塗工箔14を接合一体化する工程についての望ましい一例に相当している。   In addition, process S3 which sinter-integrates the coating foil 14 is equivalent to the desirable example about the process of joining and integrating the coating foil 14 described in the claim.

本実施形態で得られる複合材17は、図8に示すように、金属箔10で形成された金属層と多数の炭素繊維1を主体とする炭素繊維層(ドットハッチングで示す)11とが交互に複数積層された状態で焼結一体化されたものである。炭素繊維層11内には金属箔10の金属の一部が浸透している。   In the composite material 17 obtained in this embodiment, as shown in FIG. 8, the metal layers formed of the metal foil 10 and the carbon fiber layers (shown by dot hatching) 11 mainly composed of a large number of carbon fibers 1 are alternately arranged. In the state where a plurality of layers are laminated, they are sintered and integrated. A part of the metal of the metal foil 10 penetrates into the carbon fiber layer 11.

複合材17は炭素繊維1を含んでいることから、複合材17の平面方向の線膨張係数は金属とセラミックとの中間程度になる。したがって、複合材17は、パワーモジュール用基板等の電子モジュール用絶縁基板における絶縁セラミック層と金属配線層との間に配置される緩衝層(この層を説明の便宜上「第1緩衝層」という)の材料として及び/又は絶縁セラミック層と金属冷却層(金属放熱層を含む)との間に配置される緩衝層(この層を説明の便宜上「第2緩衝層」という)の材料として好適に利用可能である。   Since the composite material 17 contains the carbon fiber 1, the linear expansion coefficient in the planar direction of the composite material 17 is about the middle between metal and ceramic. Therefore, the composite material 17 includes a buffer layer disposed between the insulating ceramic layer and the metal wiring layer in the electronic module insulating substrate such as the power module substrate (this layer is referred to as a “first buffer layer” for convenience of description). And / or preferably used as a material for a buffer layer (this layer is referred to as a “second buffer layer” for convenience of description) disposed between the insulating ceramic layer and the metal cooling layer (including the metal heat dissipation layer). Is possible.

さらに、複合材17は、炭素繊維1で強化された金属基複合材料として捉えることができ、高い放熱性を有しておりまた高いヤング率も有している。したがって、複合材17は、高い機械的強度(例:曲げ強度)を要求される部材の材料としても好適に使用可能である。   Furthermore, the composite material 17 can be regarded as a metal matrix composite material reinforced with the carbon fiber 1 and has high heat dissipation and high Young's modulus. Therefore, the composite material 17 can be suitably used as a material for a member that requires high mechanical strength (eg, bending strength).

次に、各工程について以下に詳細に説明する。   Next, each step will be described in detail below.

<塗工箔14を得る工程S1>
本工程S1で使用される塗工液5は例えば次のようにして得られる。図2に示すように、多数の炭素繊維1とバインダー2とバインダー2用溶剤3とを混合容器41内に入れてこれらを撹拌混合装置42により撹拌混合する。これにより、炭素繊維1とバインダー2と溶剤3とを混合状態に含有した塗工液5が調製される。このとき、分散剤、消泡剤、表面調整剤、粘度調整剤なども必要に応じて混合容器41内に入れて炭素繊維1、バインダー2及び溶剤3と一緒に撹拌混合し、塗工液5に含有させても良い。
<Step S1 for obtaining coating foil 14>
The coating liquid 5 used in this step S1 is obtained as follows, for example. As shown in FIG. 2, a large number of carbon fibers 1, a binder 2, and a binder 2 solvent 3 are placed in a mixing container 41, and these are stirred and mixed by a stirring and mixing device 42. Thereby, the coating liquid 5 which contains the carbon fiber 1, the binder 2, and the solvent 3 in the mixed state is prepared. At this time, a dispersing agent, an antifoaming agent, a surface adjusting agent, a viscosity adjusting agent, etc. are also put in the mixing container 41 as needed, and are stirred and mixed together with the carbon fiber 1, the binder 2 and the solvent 3, and the coating solution 5 You may make it contain.

炭素繊維1、バインダー2及び溶剤3についての具体的な説明は後述する。   Specific descriptions of the carbon fiber 1, the binder 2, and the solvent 3 will be described later.

塗工液5をグラビア印刷法により塗工するために用いられるグラビア塗工装置20(例:グラビアコーター)は、詳述するとダイレクトグラビア塗工装置(例:ダイレクトグラビアコーター)であり、グラビアロール21、バックアップロール24、塗工液5を収容した塗工液パン26などを備えている。   The gravure coating apparatus 20 (for example, gravure coater) used for coating the coating liquid 5 by the gravure printing method is a direct gravure coating apparatus (for example: direct gravure coater) in detail, and a gravure roll 21 A backup roll 24, a coating liquid pan 26 containing the coating liquid 5, and the like.

グラビアロール21の周面21aにはその全体に亘って多数のグラビアセル(以下「セル」という)が整然と配列して設けられている。バックアップロール24は、グラビアロール21に対向して配置されている。   A large number of gravure cells (hereinafter referred to as “cells”) are arranged on the peripheral surface 21 a of the gravure roll 21 in an orderly manner. The backup roll 24 is disposed to face the gravure roll 21.

パン26内の塗工液5中の炭素繊維1は、その繊維方向がランダムになるように塗工液5中に分散している。グラビアロール21の周面21aの周方向の一部はパン26内の塗工液5に漬けられている。   The carbon fibers 1 in the coating liquid 5 in the pan 26 are dispersed in the coating liquid 5 so that the fiber directions are random. A part of the circumferential surface 21 a of the gravure roll 21 in the circumferential direction is immersed in the coating liquid 5 in the pan 26.

図2に示したグラビア塗工装置20では、巻出しロール27aから巻き出された金属箔10の条材10Aは、グラビアロール21とバックアップロール24との間と、加熱乾燥装置としての乾燥炉28内とを所定の送り速度で略水平方向に順次通過したのち巻取りロール27bに巻き取られる。   In the gravure coating apparatus 20 shown in FIG. 2, the strip 10A of the metal foil 10 unwound from the unwinding roll 27a is between the gravure roll 21 and the backup roll 24, and a drying furnace 28 as a heating and drying apparatus. After passing through the inside at a predetermined feed rate in a substantially horizontal direction, the paper is taken up by a take-up roll 27b.

金属箔10の条材10Aの送り方向Fは金属箔10の条材10Aの長手方向に設定されており、この送り方向Fに平行な方向がグラビア塗工装置20(詳述するとグラビア塗工装置20のグラビアロール21)による金属箔10の条材10Aの表面10aへの塗工液5の塗工方向(印刷方向)となる。   The feed direction F of the strip 10A of the metal foil 10 is set to the longitudinal direction of the strip 10A of the metal foil 10, and the direction parallel to the feed direction F is the gravure coating device 20 (more specifically, the gravure coating device). 20 is a coating direction (printing direction) of the coating liquid 5 on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 by the gravure roll 21).

本実施形態では、グラビアロール21は金属箔10の条材10Aの下側に金属箔10の条材10Aをその幅方向の全体に亘って横断する態様にして配置されており、バックアップロール24は金属箔10の条材10Aの上側に金属箔10の条材10Aをその幅方向の全体に亘って横断する態様にして配置されている。したがって、塗工液5が塗工される金属箔10の条材10Aの表面10aとは、詳述すると金属箔10の条材10Aの下表面である。   In the present embodiment, the gravure roll 21 is disposed below the strip 10A of the metal foil 10 so as to traverse the strip 10A of the metal foil 10 over the entire width direction, and the backup roll 24 is The strip 10A of the metal foil 10 is arranged on the upper side of the strip 10A of the metal foil 10 so as to traverse the entire width direction. Therefore, the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 to which the coating solution 5 is applied is the lower surface of the strip 10A of the metal foil 10 in detail.

なお本発明では、塗工液5が塗工される金属箔10の条材10Aの表面10aは、金属箔10の条材10Aの下表面であることに限定されるものではなく、その他に例えば金属箔10の条材10Aの上表面であっても良い。   In the present invention, the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 to which the coating solution 5 is applied is not limited to the lower surface of the strip 10A of the metal foil 10, and other examples include The upper surface of the strip 10A of the metal foil 10 may be used.

塗工液5の塗工は、金属箔10の条材10Aがグラビアロール21とバックアップロール24との間を通過する際に行われる。すなわち、グラビアロール21が回転することにより、グラビアロール21の周面21aにパン26内の塗工液5が付着して各セル22内に塗工液5が充填される。そして、グラビアロール21の周面21aに付着した余分な塗工液5がドクターブレード(スクレーパ)25により掻き取られ、その後、グラビアロール21の周面21aが金属箔10の条材10Aの表面10aに当接することにより、セル22内の塗工液5が金属箔10の条材10Aの表面10aに転移される。その結果、金属箔10の条材10Aの表面10a上にその全体に亘って、多数の網点12から構成された炭素繊維層11が形成される。これにより、金属箔10の条材10Aの表面10a上に炭素繊維層11が形成されてなる塗工箔14の条材14Aが得られる。なお網点12は、転移したセル22内の塗工液5からなる。   The coating liquid 5 is applied when the strip 10 </ b> A of the metal foil 10 passes between the gravure roll 21 and the backup roll 24. That is, by rotating the gravure roll 21, the coating liquid 5 in the pan 26 adheres to the peripheral surface 21 a of the gravure roll 21 and the coating liquid 5 is filled in each cell 22. And the excess coating liquid 5 adhering to the peripheral surface 21a of the gravure roll 21 is scraped off by a doctor blade (scraper) 25, and then the peripheral surface 21a of the gravure roll 21 is the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10. , The coating liquid 5 in the cell 22 is transferred to the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10. As a result, a carbon fiber layer 11 composed of a large number of halftone dots 12 is formed on the entire surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 over the entire surface 10a. Thereby, the strip 14A of the coating foil 14 in which the carbon fiber layer 11 is formed on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is obtained. The halftone dot 12 is made of the coating liquid 5 in the transferred cell 22.

グラビアロール21の回転方向は、通常、金属箔10の条材10Aの送り方向Fと同じ方向に設定される。グラビアロール21の周速度は、通常、金属箔10の条材10Aの送り速度と等しく設定される。   The rotation direction of the gravure roll 21 is normally set in the same direction as the feed direction F of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10. The peripheral speed of the gravure roll 21 is normally set equal to the feed speed of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10.

乾燥炉28は、金属箔10の条材10Aの表面10a上に形成された炭素繊維層11(即ち塗工箔14の条材14Aの炭素繊維層11)を加熱乾燥することにより炭素繊維層11に含まれている溶剤3を炭素繊維層11から蒸発させて除去するためのものである。   The drying furnace 28 heats and drys the carbon fiber layer 11 formed on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 (that is, the carbon fiber layer 11 of the strip 14A of the coating foil 14), thereby heating the carbon fiber layer 11. Is for evaporating and removing the solvent 3 contained in the carbon fiber layer 11.

グラビア塗工装置20のグラビアロール21において、セル22の形状はカップ状であり、特に、セル22の周囲が全周に亘って略閉鎖された形状であることが望ましい。具体的にはセル22の形状は、格子型、ピラミッド型、亀甲型又は円型であることが望ましい。   In the gravure roll 21 of the gravure coating apparatus 20, the shape of the cell 22 is cup-shaped, and in particular, it is desirable that the periphery of the cell 22 is substantially closed over the entire circumference. Specifically, the shape of the cell 22 is desirably a lattice type, a pyramid type, a turtle shell type, or a circular type.

さらに、セル22の底面の形状は限定されるものではなく、平坦状であっても良いし凹曲面状(例:凹球面状)であっても良いし凹錐面状(例:凹角錐面状、凹円錐面状)であっても良い。   Further, the shape of the bottom surface of the cell 22 is not limited, and may be flat, concave curved surface (eg, concave spherical shape), or concave conical surface (eg, concave pyramid surface). Or a concave conical surface shape).

セル22の大きさについては、セル22の口形状に内接する円(詳述するとセル22の開口周縁に内接する円)の直径が炭素繊維1の平均繊維長よりも大きく設定されている。   Regarding the size of the cell 22, the diameter of a circle inscribed in the mouth shape of the cell 22 (specifically, a circle inscribed in the opening periphery of the cell 22) is set larger than the average fiber length of the carbon fibers 1.

炭素繊維1は繊維状の炭素粒子であれば使用可能であり、具体的には例えば、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維及びカーボンナノファイバー(例:気相成長カーボンファイバー、カーボンナノチューブ)からなる群より選択される1種の炭素繊維か又は2種以上の混合炭素繊維が用いられる。   The carbon fiber 1 can be used as long as it is a fibrous carbon particle, and specifically includes, for example, a PAN-based carbon fiber, a pitch-based carbon fiber, and a carbon nanofiber (eg, vapor-grown carbon fiber, carbon nanotube). One kind of carbon fiber selected from the group or two or more kinds of mixed carbon fibers are used.

炭素繊維1の長さは限定されるものではなく、特に炭素繊維1の平均繊維長が1mm以下であることが望ましい。   The length of the carbon fiber 1 is not limited, and it is particularly desirable that the average fiber length of the carbon fiber 1 is 1 mm or less.

バインダー2は、炭素繊維1に金属箔10の条材10Aの表面10aへの付着力を付与し、これにより炭素繊維層11中の炭素繊維1が金属箔10の条材10Aの表面10aから脱落するのを抑制するためのものである。本実施形態ではバインダー2は樹脂からなる。   The binder 2 gives the carbon fiber 1 adhesion to the surface 10 a of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10, whereby the carbon fiber 1 in the carbon fiber layer 11 falls off from the surface 10 a of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10. This is to suppress the operation. In the present embodiment, the binder 2 is made of resin.

さらに、バインダー2は、加熱すると有機物の焼結残渣又はアモルファス炭化物になり易く、これらはバインダー2の残渣として複合材17の熱伝導率を低下させる要因になる。したがって、バインダー2は、非酸化雰囲気中にて300℃〜550℃の温度で炭化せずに分解又は昇華などにより消失するものを用いることが望ましい。そのようなバインダー2として、アクリル系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、ブチレンゴム樹脂、フェノール樹脂、セルロース系樹脂などが好適に使用される。これらのバインダー2は一般に常温で固形である。   Furthermore, when the binder 2 is heated, it easily becomes an organic sintered residue or an amorphous carbide, which becomes a factor of lowering the thermal conductivity of the composite material 17 as a residue of the binder 2. Therefore, it is desirable to use a binder 2 that disappears by decomposition or sublimation without carbonizing at a temperature of 300 ° C. to 550 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. As such a binder 2, an acrylic resin, a polyethylene glycol resin, a butylene rubber resin, a phenol resin, a cellulose resin, or the like is preferably used. These binders 2 are generally solid at room temperature.

溶剤3は、バインダー2を常温で溶解するものであることが望ましく、水、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤などが好適に使用される。   The solvent 3 is desirably one that dissolves the binder 2 at room temperature, and water, alcohol solvents, hydrocarbon solvents, ester solvents, ether solvents, and the like are preferably used.

塗工液5は、炭素繊維1とバインダー2を質量比で75:25〜99.5:0.5の割合で含有していることが望ましい。この場合には、塗工箔14を得る工程S1において炭素繊維1を金属箔10の条材10Aの表面10aに確実に付着させることができるし、バインダー2を除去する工程S3aにおいてバインダー2を確実に消失除去することができる。特に望ましくは、塗工液5は炭素繊維1とバインダー2を質量比で80:20〜99:1の割合で含有していることが良い。   The coating liquid 5 preferably contains the carbon fiber 1 and the binder 2 in a mass ratio of 75:25 to 99.5: 0.5. In this case, the carbon fiber 1 can be reliably attached to the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 in the step S1 of obtaining the coating foil 14, and the binder 2 is surely attached in the step S3a of removing the binder 2. Can be eliminated. It is particularly desirable that the coating liquid 5 contains the carbon fiber 1 and the binder 2 in a mass ratio of 80:20 to 99: 1.

塗工箔14を得る工程S1において、金属箔10の条材10Aの表面10aへの塗工液5の塗工量は限定されるものではなく、例えば、炭素繊維層11に含まれる炭素繊維1の塗工量が40g/m以下(望ましくは30g/m以下)になるように設定される。 In the step S1 of obtaining the coating foil 14, the coating amount of the coating liquid 5 on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is not limited. For example, the carbon fiber 1 included in the carbon fiber layer 11 is not limited. The coating amount is set to 40 g / m 2 or less (preferably 30 g / m 2 or less).

また、得られる複合材17において炭素繊維1の体積が複合材17全体の体積に対して50%以下になるように、塗工液5を金属箔10の条材10Aの表面10aに塗工することが望ましく、これにより、塗工箔14を焼結一体化する工程S3において金属箔10の金属を炭素繊維層11内に確実に浸透させることができて、塗工箔14を確実に強固に焼結一体化することができる。   Further, the coating liquid 5 is applied to the surface 10 a of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10 so that the volume of the carbon fiber 1 in the obtained composite 17 is 50% or less with respect to the total volume of the composite 17. In this way, the metal of the metal foil 10 can be reliably infiltrated into the carbon fiber layer 11 in the step S3 of sintering and integrating the coating foil 14, and the coating foil 14 can be securely and firmly Sintering can be integrated.

さらに、金属箔10がアルミニウム箔である場合、炭素繊維1の体積は複合材17全体の体積に対して10%以上であることが望ましく、これにより、複合材17の熱伝導率を250W/(m・K)以上にすることができ、アルミニウムの熱伝導率(約225W/(m・K))に対して確実に差別化を図り得る。   Furthermore, when the metal foil 10 is an aluminum foil, the volume of the carbon fiber 1 is desirably 10% or more with respect to the total volume of the composite material 17, and thereby the thermal conductivity of the composite material 17 is 250 W / ( m · K) or more, and can be reliably differentiated from the thermal conductivity of aluminum (about 225 W / (m · K)).

ここで、複合材17が上述した絶縁基板の第1緩衝層の材料として用いられる場合には、複合材17の平面方向の線膨張係数が絶縁セラミック層の線膨張係数と金属配線層(例:アルミニウム配線層、銅配線層)の線膨張係数との中間値になるように金属箔10の体積と炭素繊維1の体積との比率を設定することが望ましい。また、複合材17が上述した絶縁基板の第2緩衝層の材料として用いられる場合には、複合材17の平面方向の線膨張係数が絶縁セラミック層の線膨張係数と金属冷却層(例:アルミニウム冷却層、銅冷却層)の線膨張係数との中間値になるように金属箔10の体積と炭素繊維1の体積との比率を設定することが望ましい。   Here, when the composite material 17 is used as the material of the first buffer layer of the insulating substrate described above, the linear expansion coefficient in the planar direction of the composite material 17 is equal to the linear expansion coefficient of the insulating ceramic layer and the metal wiring layer (example: It is desirable to set the ratio of the volume of the metal foil 10 and the volume of the carbon fiber 1 so as to be an intermediate value between the linear expansion coefficient of the aluminum wiring layer and the copper wiring layer. When the composite material 17 is used as the material of the second buffer layer of the insulating substrate described above, the linear expansion coefficient in the planar direction of the composite material 17 is equal to the linear expansion coefficient of the insulating ceramic layer and the metal cooling layer (eg, aluminum). It is desirable to set the ratio of the volume of the metal foil 10 and the volume of the carbon fiber 1 so as to be an intermediate value between the linear expansion coefficient of the cooling layer and the copper cooling layer.

金属箔10が例えばアルミニウム箔である場合においては、特に、複合材17の平面方向の線膨張係数を、絶縁セラミック層の材料としてよく使用されるセラミック(窒化アルミ、アルミナ、炭化ケイ素等)の線膨張係数(例:約3×10-6/K〜約5×10-6/K)と金属冷却層の材料としてよく使用されるアルミニウムの線膨張係数(約23×10-6/K)との中間値(約10×10-6/K〜約16×10-6/K)にするために、炭素繊維1の体積を複合材17全体の体積に対して30%〜60%の範囲に設定することが望ましい。 In the case where the metal foil 10 is an aluminum foil, for example, the linear expansion coefficient in the planar direction of the composite material 17 is used as a ceramic (aluminum nitride, alumina, silicon carbide, etc.) wire often used as a material for the insulating ceramic layer. An expansion coefficient (eg, about 3 × 10 −6 / K to about 5 × 10 −6 / K) and a linear expansion coefficient (about 23 × 10 −6 / K) of aluminum often used as a material for the metal cooling layer; In order to obtain an intermediate value (approximately 10 × 10 −6 / K to approximately 16 × 10 −6 / K), the volume of the carbon fiber 1 is set in a range of 30% to 60% with respect to the total volume of the composite material 17. It is desirable to set.

金属箔10(金属箔10の条材10A)は、塗工に耐えうるものであればその材料に限定されるものではない。特に、金属箔10はアルミニウム箔及び銅箔のうち少なくとも一方であることが望ましい。その理由は、高い熱伝導率を有する複合材17を確実に得られるからである。   The metal foil 10 (the strip 10A of the metal foil 10) is not limited to that material as long as it can withstand coating. In particular, the metal foil 10 is desirably at least one of an aluminum foil and a copper foil. The reason is that the composite material 17 having a high thermal conductivity can be obtained with certainty.

金属箔10がアルミニウム箔である場合において、アルミニウム箔の材料は限定されるものではなく、A1000系、A3000系、A6000系等が用いられる。一般に、アルミニウム箔の材料は、得られる複合材17の物性(熱伝導率、線膨張係数、強度など)が所望する設定値になるように複数種のアルミニウム材料の中から適宜選択される。   When the metal foil 10 is an aluminum foil, the material of the aluminum foil is not limited, and A1000 series, A3000 series, A6000 series, and the like are used. In general, the material of the aluminum foil is appropriately selected from a plurality of types of aluminum materials so that the physical properties (thermal conductivity, linear expansion coefficient, strength, etc.) of the obtained composite material 17 are set to desired values.

金属箔10が銅箔である場合において、銅箔の種類及び材料は限定されるものではなく、電解銅箔、圧延銅箔などが用いられる。一般に、銅箔の材料は、得られる複合材17の物性が所望する設定値になるように複数種の銅材料の中から適宜選択される。   When the metal foil 10 is a copper foil, the type and material of the copper foil are not limited, and an electrolytic copper foil, a rolled copper foil, and the like are used. In general, the material of the copper foil is appropriately selected from a plurality of types of copper materials so that the physical properties of the obtained composite material 17 are set to desired values.

金属箔10の厚さは限定されるものではなく、得られる複合材17の物性が所望する設定値になるように金属箔10の厚さを選択可能である。   The thickness of the metal foil 10 is not limited, and the thickness of the metal foil 10 can be selected so that the physical properties of the obtained composite material 17 become a desired set value.

ここで、市販されている金属箔10(例:アルミニウム箔、銅箔)の最薄の厚さは6μmであることから、金属箔10の厚さの下限は6μmであることが金属箔10を容易に入手可能である点で特に望ましい。金属箔10の厚さの上限は通常100μmであり、概ね50μmであることが望ましい。   Here, since the thinnest thickness of the commercially available metal foil 10 (eg, aluminum foil, copper foil) is 6 μm, the lower limit of the thickness of the metal foil 10 is 6 μm. It is particularly desirable in that it is readily available. The upper limit of the thickness of the metal foil 10 is usually 100 μm, and is preferably about 50 μm.

炭素繊維層11の乾燥は、図2に示すように、塗工箔14の条材14Aが乾燥炉28を通過する際に行われる。すなわち、塗工箔14の条材14Aが乾燥炉28を通過した時に炭素繊維層11が乾燥炉28により加熱されて乾燥され、これにより炭素繊維層11に含まれている溶剤3が炭素繊維層11から蒸発除去されるとともに炭素繊維層11に含まれているバインダー2が硬化する。その後、塗工箔14の条材14Aは巻取りロール27bに巻き取られる。   The carbon fiber layer 11 is dried when the strip 14A of the coating foil 14 passes through the drying furnace 28 as shown in FIG. That is, when the strip 14A of the coating foil 14 passes through the drying furnace 28, the carbon fiber layer 11 is heated and dried by the drying furnace 28, whereby the solvent 3 contained in the carbon fiber layer 11 is changed to the carbon fiber layer. 11 and the binder 2 contained in the carbon fiber layer 11 is cured. Thereafter, the strip material 14A of the coating foil 14 is wound around the winding roll 27b.

乾燥条件は、炭素繊維層11に含まれている溶剤3を炭素繊維層11から蒸発除去可能な条件であれば限定されるものではなく、通常、乾燥温度60℃〜250℃及び乾燥時間1min〜120minの乾燥条件を適用可能である。   The drying conditions are not limited as long as the solvent 3 contained in the carbon fiber layer 11 can be removed from the carbon fiber layer 11 by evaporation. Usually, the drying temperature is 60 ° C. to 250 ° C. and the drying time is 1 min to A drying condition of 120 min is applicable.

ここで本実施形態では、塗工箔14を得る工程S1において、炭素繊維層11が白抜け状態になるように塗工液5をグラビア塗工装置20を用いたグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる必要がある。この工程S1を図3A及び図3Bを参照して以下に説明する。   Here, in this embodiment, in the process S1 of obtaining the coating foil 14, the coating liquid 5 is applied by a gravure printing method using the gravure coating apparatus 20 so that the carbon fiber layer 11 is in a white-out state, It needs to be dried. This step S1 will be described below with reference to FIGS. 3A and 3B.

図3Aは、金属箔10の条材10Aの表面10a上に形成される炭素繊維層11の状態を時系列に示す、本実施形態の場合の概略断面図である。   FIG. 3A is a schematic cross-sectional view in the case of this embodiment showing the state of the carbon fiber layer 11 formed on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 in time series.

図3Bは、金属箔110の条材110Aの表面110a上に形成される炭素繊維層111の状態を時系列に示す、参考形態の場合の概略断面図である。なお参考形態の場合とは、炭素繊維層111が白抜け状態にならないように塗工液5をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる場合を意味する。   FIG. 3B is a schematic cross-sectional view in the case of the reference form showing the state of the carbon fiber layer 111 formed on the surface 110a of the strip 110A of the metal foil 110 in time series. The case of the reference form means a case where the coating liquid 5 is applied by a gravure printing method and dried so that the carbon fiber layer 111 is not whitened.

図3A(a)及び図3B(a)は、それぞれ、グラビア塗工装置のグラビアロール21、121の周面のセル22、122の部分の概略断面図である。   3A (a) and FIG. 3B (a) are schematic cross-sectional views of portions of cells 22 and 122 on the peripheral surfaces of gravure rolls 21 and 121 of the gravure coating apparatus, respectively.

図3A(b)及び図3B(b)は、それぞれ、セル22、122内に塗工液5が充填された状態の概略断面図である。   FIGS. 3A (b) and 3B (b) are schematic cross-sectional views showing a state in which the coating liquid 5 is filled in the cells 22 and 122, respectively.

図3A(c)及び図3B(c)は、それぞれ、グラビアロール21、121の周面が金属箔10、110の条材10A、110Aの表面10a、110aに当接した状態の概略断面図である。   3A (c) and FIG. 3B (c) are schematic cross-sectional views in a state where the peripheral surfaces of the gravure rolls 21 and 121 are in contact with the surfaces 10a and 110a of the strips 10A and 110A of the metal foils 10 and 110, respectively. is there.

図3A(d)及び図3B(d)は、それぞれ、セル22、122内の塗工液5が金属箔10、110の条材10A、110Aの表面10a、110aに転移されることで炭素繊維層11、111が形成された状態の概略断面図である。なお、これらの図では、金属箔10、110の条材10A、110Aは上下反転して示されている。   3A (d) and FIG. 3B (d) show carbon fibers by transferring the coating liquid 5 in the cells 22 and 122 to the surfaces 10a and 110a of the strips 10A and 110A of the metal foils 10 and 110, respectively. It is a schematic sectional drawing in the state where layers 11 and 111 were formed. In these drawings, the strips 10A and 110A of the metal foils 10 and 110 are shown upside down.

図3A(e1)〜(e3)は、それぞれ、実施形態の場合において、金属箔10の条材10Aの表面10a上の炭素繊維層11を加熱乾燥した初期状態、中期状態及び後期状態の概略断面図である。図3B(e)は、参考形態の場合において、金属箔110の条材110Aの表面110a上の炭素繊維層111を加熱乾燥した状態の概略断面図である。   3A (e1) to (e3) are schematic cross sections of an initial state, a middle state, and a late state, respectively, in which the carbon fiber layer 11 on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is heated and dried in the case of the embodiment. FIG. FIG. 3B (e) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the carbon fiber layer 111 on the surface 110a of the strip 110A of the metal foil 110 is heated and dried in the case of the reference embodiment.

まず、図3Bに示した参考形態の場合(すなわち、炭素繊維層110が白抜け状態にならないように塗工液5をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる場合)について以下に説明する。   First, the case of the reference form shown in FIG. 3B (that is, the case where the coating liquid 5 is applied by a gravure printing method and dried so that the carbon fiber layer 110 is not whitened) will be described below.

図3B(a)及び(b)に示すように、グラビアロール121のセル122内に塗工液5が充填された状態では、セル122内の塗工液5の表面は平坦状であり且つセル隔壁123の表面123aと略面一に連なっている。この状態で図3B(c)に示すようにグラビアロール121の周面(詳述するとセル隔壁123の表面123a)が金属箔110の条材110Aの表面110aに当接して各セル122内の塗工液5が転移されると、図3B(d)に示すように金属箔110の条材110Aの表面110a上に多数の網点112から構成された炭素繊維層111が形成される。網点112は、上述したように転移したセル122内の塗工液5からなり多数の炭素繊維(図示せず)、バインダー及び溶剤を含んでいる。そして、炭素繊維層111が乾燥炉によって加熱乾燥されることにより、炭素繊維層111から溶剤が蒸発除去されるとともに炭素繊維層111中のバインダーが硬化する。この乾燥の工程では、図3B(e)に示すように、炭素繊維層111を構成する各網点112の形状は殆ど変化せず、炭素繊維層111は白抜け状態になっていない。   3B (a) and (b), in the state where the coating liquid 5 is filled in the cell 122 of the gravure roll 121, the surface of the coating liquid 5 in the cell 122 is flat and the cell The surface of the partition wall 123a is substantially flush with the surface 123a. In this state, as shown in FIG. 3B (c), the peripheral surface of the gravure roll 121 (more specifically, the surface 123a of the cell partition wall 123) abuts on the surface 110a of the strip 110A of the metal foil 110 to apply the coating in each cell 122. When the working liquid 5 is transferred, a carbon fiber layer 111 composed of a large number of halftone dots 112 is formed on the surface 110a of the strip 110A of the metal foil 110 as shown in FIG. 3B (d). The halftone dot 112 is made of the coating liquid 5 in the transferred cell 122 as described above, and contains a large number of carbon fibers (not shown), a binder, and a solvent. Then, the carbon fiber layer 111 is heated and dried in a drying furnace, whereby the solvent is removed by evaporation from the carbon fiber layer 111 and the binder in the carbon fiber layer 111 is cured. In this drying step, as shown in FIG. 3B (e), the shape of each halftone dot 112 constituting the carbon fiber layer 111 is hardly changed, and the carbon fiber layer 111 is not in a blank state.

次に、図3Aに示した本実施形態の場合(すなわち、炭素繊維層11が白抜け状態になるように塗工液5をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる場合)について以下に説明する。   Next, the case of the present embodiment shown in FIG. 3A (that is, the case where the coating liquid 5 is applied by the gravure printing method so that the carbon fiber layer 11 is in a white state and dried) will be described below. .

炭素繊維層11が確実に白抜け状態になるようにするためには、グラビアロール21のセル22を大きく設定すること、及び/又は、塗工液5の粘度を小さく設定することが望ましい。   In order to ensure that the carbon fiber layer 11 is in a blank state, it is desirable to set the cell 22 of the gravure roll 21 to be large and / or to set the viscosity of the coating solution 5 to be small.

そこで、図3A(a)に示すように、グラビアロールとして、各セル22の開口径(詳述すると各セル22の開口周縁に内接する円の直径)が大きなグラビアロール21が用いられている。そして、図3A(b)に示すように、粘度の小さな塗工液5がグラビアロール21の各セル22内に充填されており、そのため、各セル22内の塗工液5の表面はその中央部が凹んだ状態になっている。   Therefore, as shown in FIG. 3A (a), a gravure roll 21 having a large opening diameter of each cell 22 (more specifically, a diameter of a circle inscribed in the opening periphery of each cell 22) is used as the gravure roll. Then, as shown in FIG. 3A (b), the coating liquid 5 having a small viscosity is filled in each cell 22 of the gravure roll 21, so that the surface of the coating liquid 5 in each cell 22 is the center thereof. The part is in a recessed state.

この状態でグラビアロール21の周面(詳述するとセル隔壁23の表面23a)が金属箔10の条材10Aの表面10aに当接すると、図3A(c)に示すように各セル22内の塗工液5の表面の中央部と金属箔10の条材10Aの表面10aとの間に気泡13が生じる。そして、各セル22内の塗工液5が金属箔10の条材10Aの表面10aに転移すると、図3A(d)に示すように金属箔10の条材10Aの表面10a上の各網点12は、金属箔10の条材10Aの表面10aとの接触部の中央部に気泡13を巻き込んだ状態になる。   In this state, when the peripheral surface of the gravure roll 21 (more specifically, the surface 23a of the cell partition wall 23) abuts on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, as shown in FIG. Bubbles 13 are generated between the center of the surface of the coating liquid 5 and the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10. Then, when the coating liquid 5 in each cell 22 is transferred to the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, each halftone dot on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is shown in FIG. 12 is a state in which the bubble 13 is involved in the central portion of the contact portion between the metal foil 10 and the surface 10a of the strip 10A.

この状態で炭素繊維層11が加熱乾燥されると、図3A(e1)に示すように炭素繊維層11から溶剤が蒸発除去されるとともに各網点12内の気泡13がはじけて各網点12の表面の中心部に凹状の気泡はじけ部13aが形成される。そして、炭素繊維層11の加熱乾燥が進むにつれて図3A(e2)に示すように各網点12の気泡はじけ部13aは網点12の中心部から網点12中の多数の炭素繊維(図示せず)を外側へ押し出しながら広がり、最終的に図3A(e3)に示すように各網点12の中心部に略円形の気泡はじけ部13aが形成される。その結果、図4に示すように、各網点12中の多数の炭素繊維1は、気泡はじけ部13aの周囲(即ち網点12の外周部)に該気泡はじけ部13aを包囲する方向(即ち網点12の周方向)に略円環状(略年輪状)に配列する。そしてこの配列状態で各網点12中のバインダーが硬化する。   When the carbon fiber layer 11 is heated and dried in this state, as shown in FIG. 3A (e1), the solvent is evaporated and removed from the carbon fiber layer 11, and the bubbles 13 in each halftone dot 12 are repelled to cause each halftone dot 12 to appear. A concave bubble-repelling portion 13a is formed at the center of the surface. As the carbon fiber layer 11 is heated and dried, as shown in FIG. 3A (e2), the bubble-repelling portion 13a of each halftone dot 12 has a large number of carbon fibers (not shown) in the halftone dot 12 from the center of the halftone dot 12. 3) (e3) is pushed outward and finally spreads, and as shown in FIG. 3A (e3), finally, a substantially circular bubble splashing portion 13a is formed at the center of each halftone dot 12. As a result, as shown in FIG. 4, a large number of carbon fibers 1 in each halftone dot 12 are surrounded by the bubble splashing portion 13a (that is, the outer peripheral portion of the halftone dot 12) in a direction surrounding the bubble splashing portion 13a (that is, They are arranged in a substantially annular shape (substantially annual ring shape) in the circumferential direction of the halftone dots 12. And the binder in each halftone dot 12 hardens | cures in this arrangement | sequence state.

同図に示すように、各網点12において、網点12の中心部には気泡はじけ部13aが形成されることで炭素繊維1は殆ど存在しておらず、また多数の炭素繊維1は気泡はじけ部13aの周囲に該気泡はじけ部13aを包囲する方向に略円環状に配列していることから、網点12を顕微鏡で拡大観察すると網点12は恰もバームクーヘンのように見える。   As shown in the figure, in each halftone dot 12, a carbon bubble 1 is formed at the center of the halftone dot 12, so that almost no carbon fiber 1 is present, and a large number of carbon fibers 1 are air bubbles. Since the bubbles are arranged in a substantially annular shape in the direction surrounding the repelling part 13a around the repelling part 13a, when the halftone dot 12 is magnified and observed with a microscope, the halftone dot 12 looks like Baumkuchen.

各セル22の開口径は数ミリ程度であり、網点12の気泡はじけ部13aの直径はセル22の開口径よりも若干小さいか又は同程度である。そして、金属箔10の条材10Aの表面10a上において、網点12中の多数の炭素繊維1は、多数の網点12ごとに上述したように気泡はじけ部13aの周囲に略円環状に配列していることから、金属箔10の条材10Aの表面10a全体では炭素繊維1は多数の小さな水玉模様を形成するように配列する(後述する実施例及び図10参照)。その結果、金属箔10の条材10Aの表面10a全体では炭素繊維1の配向度が低下する。   The opening diameter of each cell 22 is about several millimeters, and the diameter of the bubble-repelling portion 13a of the halftone dot 12 is slightly smaller than or equal to the opening diameter of the cell 22. Then, on the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, a large number of carbon fibers 1 in the halftone dots 12 are arranged in a substantially annular shape around the bubble repellency portion 13a for each of the large number of halftone dots 12. Therefore, the carbon fibers 1 are arranged so as to form a large number of small polka dots on the entire surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 (see an example described later and FIG. 10). As a result, the degree of orientation of the carbon fibers 1 is reduced over the entire surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10.

そして、このような炭素繊維1の配向状態で塗工箔14の条材14Aが乾燥炉28から出てきて巻取りロール27bに巻き取られる。   Then, the strip 14A of the coating foil 14 comes out of the drying furnace 28 in such an orientation state of the carbon fibers 1 and is wound around the winding roll 27b.

<積層体15を形成する工程S2>
積層体15を形成する工程S2では、図5に示すように、巻取りロール27bから巻き解かれた塗工箔14の条材14Aを切断機29により所定形状に切断する。これにより、塗工箔14の条材14Aから所定形状(例:略四角形状)の塗工箔14を複数切り出す。そして、図6に示すように、塗工箔14を複数積層することにより、塗工箔14が複数積層された状態の積層体15を形成する。あるいは、図示していないが巻取りロール27bから巻き解かれた塗工箔14の条材14Aをロール状に巻くことにより、塗工箔14が複数積層された状態の積層体を形成しても良い。
<Step S2 of Forming Laminate 15>
In step S <b> 2 for forming the laminated body 15, as shown in FIG. 5, the strip material 14 </ b> A of the coating foil 14 unwound from the winding roll 27 b is cut into a predetermined shape by a cutting machine 29. As a result, a plurality of coating foils 14 having a predetermined shape (eg, substantially rectangular shape) are cut out from the strip 14A of the coating foil 14. And as shown in FIG. 6, the laminated body 15 of the state by which the coating foil 14 was laminated | stacked by forming a plurality of coating foils 14 is formed. Alternatively, although not shown, even when a strip 14A of the coating foil 14 unwound from the winding roll 27b is wound into a roll shape, a laminate in which a plurality of coating foils 14 are stacked is formed. good.

塗工箔14の条材14Aの切断方法は限定されるものではないが、塗工箔14の条材14Aの塗工面を傷つけることなく切断できる方法であることが望ましい。   Although the cutting method of the strip 14A of the coating foil 14 is not limited, it is desirable that the strip can be cut without damaging the coated surface of the strip 14A of the coating foil 14.

こうして形成された積層体15はプリフォーム(焼結素材)として用いられる。   The laminated body 15 thus formed is used as a preform (sintered material).

塗工箔14の積層枚数は限定されるものではなく、所望する複合材17の厚さなどに応じて設定され、例えば5〜1000枚に設定される。   The number of coating foils 14 to be stacked is not limited, and is set according to the desired thickness of the composite material 17, for example, 5 to 1000 sheets.

<塗工箔14を焼結一体化する工程S3>
塗工箔14を焼結一体化する工程S3では、図7に示すように、加圧加熱焼結装置などの焼結装置(接合装置)30の焼結室31内に積層体15を配置し、そして焼結装置30によって所定の焼結雰囲気中にて積層体15を塗工箔14の積層方向(即ち積層体15の厚さ方向)に加圧しながら所定の焼結温度で加熱することにより積層体15を焼結し即ち塗工箔14を焼結一体化する。これにより、図8に示すように本実施形態の複合材17が得られる。
<Step S3 of sintering and integrating the coating foil 14>
In step S3 for integrating the coating foil 14 by sintering, as shown in FIG. 7, the laminate 15 is disposed in a sintering chamber 31 of a sintering apparatus (joining apparatus) 30 such as a pressure heating sintering apparatus. The laminate 15 is heated at a predetermined sintering temperature while being pressed in the lamination direction of the coating foil 14 (that is, the thickness direction of the laminate 15) in a predetermined sintering atmosphere by the sintering device 30. The laminated body 15 is sintered, that is, the coating foil 14 is sintered and integrated. Thereby, as shown in FIG. 8, the composite material 17 of this embodiment is obtained.

この工程S3では、積層体15が加圧加熱されることにより、炭素繊維層11がその厚さ方向に圧縮されるとともに金属箔10の金属の一部が炭素繊維層11内に浸透して炭素繊維層11内に存在する微細な空隙(例:炭素繊維層11中の炭素繊維1間の隙間)に充填されて、当該空隙が略消滅する。これにより、得られる複合材17の密度を複合材17の理論密度の95%以上にすることができる。   In this step S3, the laminate 15 is pressurized and heated, so that the carbon fiber layer 11 is compressed in the thickness direction, and a part of the metal of the metal foil 10 penetrates into the carbon fiber layer 11 to form carbon. The fine voids (for example, the gaps between the carbon fibers 1 in the carbon fiber layer 11) existing in the fiber layer 11 are filled, and the voids substantially disappear. Thereby, the density of the composite material 17 obtained can be 95% or more of the theoretical density of the composite material 17.

なお、複合材17の理論密度とは、複合材17が金属箔10の金属と炭素繊維1とだけで形成されており且つ複合材17の内部に空隙が全く存在しない場合における複合材17の密度を意味する。   The theoretical density of the composite material 17 is the density of the composite material 17 when the composite material 17 is formed only of the metal of the metal foil 10 and the carbon fiber 1 and there is no void inside the composite material 17. Means.

焼結装置30としては、ホットプレス装置、放電プラズマ焼結装置などが好適に用いられる。ホットプレス装置を用いる場合は、真空ホットプレスや窒素置換を行ったホットプレスにより焼結が行われる。   As the sintering apparatus 30, a hot press apparatus, a discharge plasma sintering apparatus, etc. are used suitably. When using a hot press apparatus, sintering is performed by vacuum hot press or hot press with nitrogen replacement.

積層体15への加圧は、例えば、焼結装置30に備えられた一対のパンチ32、32で積層体15を挟んで加圧することにより行われる。   The pressurization to the laminated body 15 is performed by, for example, pressing the laminated body 15 with a pair of punches 32 and 32 provided in the sintering apparatus 30.

焼結雰囲気は非酸化雰囲気であることが望ましい。非酸化雰囲気は、不活性ガス雰囲気(例:窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気)、真空雰囲気などを含む。   The sintering atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere includes an inert gas atmosphere (eg, nitrogen gas atmosphere, argon gas atmosphere), a vacuum atmosphere, and the like.

焼結温度とは、塗工箔14を焼結一体化(接合一体化)する温度を意味する。具体的には焼結温度は、金属箔10の金属の融点以下の温度に設定され、特に、金属箔10の金属の融点と当該融点よりも50℃程度低い温度との間の温度に設定されることが塗工箔14を確実に良好に焼結一体化できる点で望ましい。金属箔10が例えばアルミニウム箔である場合、焼結温度は550℃〜620℃の範囲に設定されることが望ましい。   The sintering temperature means a temperature at which the coating foil 14 is sintered and integrated (joined and integrated). Specifically, the sintering temperature is set to a temperature equal to or lower than the melting point of the metal of the metal foil 10, and in particular, set to a temperature between the melting point of the metal of the metal foil 10 and a temperature about 50 ° C. lower than the melting point. It is desirable that the coating foil 14 can be sintered and integrated reliably and reliably. When the metal foil 10 is, for example, an aluminum foil, the sintering temperature is desirably set in the range of 550 ° C to 620 ° C.

積層体15への加圧力は限定されるものではなく、積層体15を軽く押圧する程度の加圧力でも良い。さらに、積層体15への加熱時に積層体15を加圧すると金属箔10の金属の流動性が向上することがあるので、積層体15への加圧により金属箔10の金属が積層体15から流れ出ない程度の加圧力で加圧するか、あるいは金属箔10の金属が積層体15から流れ出ないように金型(図示せず)内で積層体15を加圧することが特に望ましい。   The pressure applied to the stacked body 15 is not limited, and may be a pressure that lightly presses the stacked body 15. Furthermore, since the fluidity of the metal of the metal foil 10 may be improved when the laminate 15 is pressurized when heated to the laminate 15, the metal of the metal foil 10 is removed from the laminate 15 by the pressurization to the laminate 15. It is particularly desirable to pressurize with a pressing force that does not flow out, or pressurize the laminated body 15 in a mold (not shown) so that the metal of the metal foil 10 does not flow out of the laminated body 15.

もし塗工箔14間に空隙が残った状態で塗工箔14が焼結一体化されると、当該空隙の部分が複合材17の内部欠陥になる。そこで、この欠陥の発生を抑制するため、積層体15を焼結雰囲気として真空雰囲気中にて加圧すること又は/及び積層体15を金型内にて加圧することが望ましい。   If the coating foil 14 is sintered and integrated with a gap remaining between the coating foils 14, the gap portion becomes an internal defect of the composite material 17. Therefore, in order to suppress the occurrence of this defect, it is desirable to pressurize the laminate 15 as a sintering atmosphere in a vacuum atmosphere and / or pressurize the laminate 15 in the mold.

本実施形態では、バインダー2の分解温度は焼結温度よりも低く、バインダー2を除去する工程S3aは、焼結装置30により塗工箔14を焼結一体化する工程S3における積層体15を初期温度としての約室温から焼結温度まで加熱する途中で焼結装置30により行われる。   In this embodiment, the decomposition temperature of the binder 2 is lower than the sintering temperature, and the step S3a for removing the binder 2 is the initial stage of the laminate 15 in the step S3 for sintering and integrating the coating foil 14 by the sintering device 30. This is performed by the sintering apparatus 30 while heating from about room temperature as the temperature to the sintering temperature.

すなわち、塗工箔14を焼結一体化する工程S3では、積層体15の温度が約室温から焼結温度まで上昇するように焼結装置30により積層体15を加熱する途中における積層体15の温度がバインダー2の分解温度である時に、バインダー2が分解して積層体15(詳述すると積層体15の各塗工箔14の炭素繊維層11)から除去される。   That is, in the step S3 of integrating the coating foil 14 by sintering, the laminate 15 in the middle of heating the laminate 15 by the sintering device 30 so that the temperature of the laminate 15 rises from about room temperature to the sintering temperature. When the temperature is the decomposition temperature of the binder 2, the binder 2 is decomposed and removed from the laminate 15 (specifically, the carbon fiber layer 11 of each coating foil 14 of the laminate 15).

このバインダー除去方法について具体的に説明すると次のとおりである。   The binder removal method will be specifically described as follows.

積層体15を例えば真空雰囲気中にて焼結する場合、積層体15を略室温から焼結温度まで加熱する際の昇温速度を50℃/min以下に設定することにより、バインダー2を確実に分解除去することができる。ここで、積層体15に含まれているバインダー2の全量が多かったり、積層体15のサイズが大きかったりする場合などにおいては、積層体15の温度がバインダー2の分解温度である時に昇温を一旦停止したり昇温速度を緩やかにしたりすることにより、バインダー2の除去を確実に行うようにすることも可能である。   When the laminate 15 is sintered in a vacuum atmosphere, for example, the binder 2 can be reliably secured by setting the heating rate when heating the laminate 15 from approximately room temperature to the sintering temperature to 50 ° C./min or less. It can be decomposed and removed. Here, when the total amount of the binder 2 contained in the laminate 15 is large, or when the size of the laminate 15 is large, the temperature is raised when the temperature of the laminate 15 is the decomposition temperature of the binder 2. It is possible to surely remove the binder 2 by once stopping or slowing the heating rate.

このように、バインダー2を除去する工程S3aを、塗工箔14を焼結一体化する工程S3における積層体15を焼結温度まで加熱する途中で行うことにより、複合材17の製造工程数を削減することができて複合材17の製造を容易に行える。   Thus, the number of manufacturing steps of the composite material 17 is reduced by performing the step S3a for removing the binder 2 while heating the laminate 15 in the step S3 for sintering and integrating the coating foil 14 to the sintering temperature. The composite material 17 can be easily manufactured.

なお本発明は、バインダー2を除去する工程S3aが、焼結装置30により塗工箔14を焼結一体化(接合一体化)する工程S3から独立して行われることを排除するものではない。この場合、バインダー2を除去する工程S3aは、積層体15を形成する工程S2の後であって且つ塗工箔14を焼結一体化(接合一体化)する工程S3の前に行われることが望ましい。   In addition, this invention does not exclude that process S3a which removes binder 2 is performed independently from process S3 which sinter-integrates the coating foil 14 with the sintering apparatus 30 (joining integration). In this case, the step S3a for removing the binder 2 may be performed after the step S2 for forming the laminated body 15 and before the step S3 for sintering and integrating (joining integration) the coating foil 14. desirable.

本実施形態の複合材17の製造方法には次の利点ある。   The manufacturing method of the composite material 17 of this embodiment has the following advantages.

塗工箔14を得る工程S1では、炭素繊維層11が白抜け状態になるように塗工液5をグラビア塗工装置20を用いてグラビア印刷法により塗工し、乾燥させるので、乾燥後の金属箔10の条材10Aの表面10a上において、炭素繊維層11を構成する各網点12中の多数の炭素繊維1は、図3A(e3)及び図4に示すように、網点12の中心部に形成された気泡はじけ部13aの周囲に該気泡はじけ部13aを包囲する方向に略円環状(略年輪状)に配列する。このような炭素繊維1の略円環状配列が金属箔10の条材10Aの表面10a上に存在する多数の網点12それぞれに生じている。その結果、金属箔10の条材10Aの表面10a全体では炭素繊維1の繊維方向が乱雑な状態になり炭素繊維1の配向度が低下する。そのため、複合材17の平面方向の物性(熱伝導率、線膨張係数、強度など)の均一化を図ることができる。   In the process S1 of obtaining the coating foil 14, the coating liquid 5 is applied by the gravure printing method using the gravure coating apparatus 20 so that the carbon fiber layer 11 is in a white-out state, and is dried. On the surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, a large number of carbon fibers 1 in each halftone dot 12 constituting the carbon fiber layer 11 have a halftone dot 12 as shown in FIG. 3A (e3) and FIG. The air bubbles formed in the center are arranged in a substantially annular shape (substantially annual ring shape) around the repelling portion 13a in a direction surrounding the repelling portion 13a. Such a substantially annular arrangement of the carbon fibers 1 is generated in each of a large number of halftone dots 12 existing on the surface 10 a of the strip 10 </ b> A of the metal foil 10. As a result, the fiber direction of the carbon fiber 1 becomes messy on the entire surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, and the degree of orientation of the carbon fiber 1 decreases. Therefore, the physical properties (thermal conductivity, linear expansion coefficient, strength, etc.) in the planar direction of the composite material 17 can be made uniform.

しかも、積層体15を形成する際に炭素繊維1の繊維方向を考慮する必要がなく、これにより、複合材17の平面方向の物性の均一化を容易に図ることができる。   In addition, it is not necessary to consider the fiber direction of the carbon fiber 1 when forming the laminate 15, thereby making it possible to easily equalize the physical properties of the composite material 17 in the planar direction.

以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々に変更可能である。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

また本発明では、塗工箔を得る工程において塗工液が塗工される金属箔は、上記実施形態で示したような金属箔の条材であることが望ましいが、これに限定されるものではなく、その他に例えば条材状ではない金属箔(例:予め設定された長さ寸法及び幅寸法を有する略方形状の金属箔)であっても良い。   In the present invention, the metal foil to which the coating solution is applied in the step of obtaining the coating foil is preferably a strip of metal foil as shown in the above embodiment, but is not limited thereto. Instead, for example, it may be a metal foil that is not in the form of a strip (eg, a substantially rectangular metal foil having preset length dimensions and width dimensions).

次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。ただし、本発明は以下に示した実施例に限定されるものではない。   Next, specific examples and comparative examples of the present invention are shown below. However, the present invention is not limited to the examples shown below.

<実施例>
本実施例では、アルミニウムと炭素繊維との複合材を次の手順で製造した。
<Example>
In this example, a composite material of aluminum and carbon fiber was produced by the following procedure.

平均繊維長150μm及び平均繊維直径10μmの炭素繊維(日本グラファイトファイバー(株)製:XN−100)と、バインダーとして平均分子量70万のポリエチレンオキサイド(明成化学工業(株)製:アルコックス(登録商標)E−45)の3質量%水溶液と、溶剤としてメタノールと、水と、分散剤と、表面調整剤とを撹拌混合し、これにより塗工液を調製した。塗工液に含まれるバインダーの質量は炭素繊維の質量に対して固形分で3%であった。また、塗工液の粘度は25℃で300mPa・sであった。   Carbon fiber having an average fiber length of 150 μm and average fiber diameter of 10 μm (Nippon Graphite Fiber Co., Ltd .: XN-100) and polyethylene oxide having an average molecular weight of 700,000 as a binder (manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd .: Alcox (registered trademark)) ) A 3% by mass aqueous solution of E-45), methanol as a solvent, water, a dispersant, and a surface conditioner were mixed with stirring to prepare a coating solution. The mass of the binder contained in the coating liquid was 3% in terms of solid content with respect to the mass of the carbon fiber. The viscosity of the coating solution was 300 mPa · s at 25 ° C.

厚さ20μm及び幅280mmのアルミニウム箔(その材質:A1N30)の帯状条材の表面にその全体に亘って塗工液をグラビアコーターを用いたグラビア印刷法により塗工し、これにより、アルミニウム箔の条材の表面上に炭素繊維層が形成されてなる塗工箔の条材を得た。そして、塗工箔の条材を乾燥炉内に通過させて加熱乾燥させることにより炭素繊維層から溶剤を蒸発除去した。炭素繊維層から溶剤を除去した後の炭素繊維層に含まれる炭素繊維の塗工量は30g/mであった。 The coating solution was applied to the entire surface of the strip of aluminum foil (material: A1N30) having a thickness of 20 μm and a width of 280 mm by a gravure printing method using a gravure coater. A strip of coated foil having a carbon fiber layer formed on the surface of the strip was obtained. The strip of the coating foil was passed through a drying furnace and dried by heating to evaporate and remove the solvent from the carbon fiber layer. The coating amount of the carbon fiber contained in the carbon fiber layer after removing the solvent from the carbon fiber layer was 30 g / m 2 .

塗工に使用したグラビアコーターに備えられたグラビアロールの周面のメッシュは#15、セルの形状は格子型であった。   The mesh on the peripheral surface of the gravure roll provided in the gravure coater used for coating was # 15, and the cell shape was a lattice type.

図10は、こうして得られた塗工箔の条材の表面の顕微鏡写真である。金属箔の条材の表面において、炭素繊維層を構成する各網点中の多数の炭素繊維は、網点の中心部に形成された気泡はじけ部の周囲に該気泡はじき部を包囲する方向に略円環状(略年輪状)に配列しており、このような炭素繊維の略円環状配列が金属箔の条材の表面上に存在する多数の網点それぞれに生じていた。   FIG. 10 is a photomicrograph of the surface of the strip of coated foil thus obtained. On the surface of the strip of metal foil, a large number of carbon fibers in each halftone dot constituting the carbon fiber layer are in a direction surrounding the bubble repellency around the bubble crease formed at the center of the halftone dot. The carbon fibers were arranged in a substantially annular shape (substantially annual ring shape), and such a substantially annular arrangement of carbon fibers occurred in each of a large number of halftone dots existing on the surface of the strip of metal foil.

次いで、塗工箔の条材を正方形状(その寸法:縦50mm×横50mm)に切断し、これにより塗工箔の条材から正方形状の塗工箔を複数切り出した。そして、塗工箔を200枚積層することで積層体を形成した。   Subsequently, the strip of the coating foil was cut into a square shape (its dimensions: 50 mm long × 50 mm wide), whereby a plurality of square coated foils were cut out from the strip of the coating foil. And the laminated body was formed by laminating | stacking 200 coating foil.

次いで、加圧加熱焼結装置としての放電プラズマ焼結装置により真空雰囲気中にて積層体を塗工箔の積層方向に加圧しながら所定の焼結温度で加熱することにより積層体を焼結し即ち塗工箔を焼結一体化し、これによりアルミニウムと炭素繊維との複合材を得た。複合材の厚さは4mmであった。   Next, the laminate is sintered by heating at a predetermined sintering temperature while pressing the laminate in the laminating direction of the coating foil in a vacuum atmosphere by a discharge plasma sintering apparatus as a pressure heating sintering apparatus. That is, the coating foil was sintered and integrated, thereby obtaining a composite material of aluminum and carbon fiber. The thickness of the composite material was 4 mm.

この焼結に適用した焼結条件は、焼結温度550℃、焼結温度の保持時間(焼結時間)3h、真空度5Paであった。   The sintering conditions applied to this sintering were a sintering temperature of 550 ° C., a sintering temperature holding time (sintering time) of 3 h, and a degree of vacuum of 5 Pa.

また、このように塗工箔を焼結一体化した工程において、積層体を室温から焼結温度まで加熱する途中で積層体からバインダーを除去した。   Further, in the step of sintering and integrating the coating foil in this way, the binder was removed from the laminate while heating the laminate from room temperature to the sintering temperature.

得られた複合材は、アルミニウム箔から形成されたアルミニウム層と炭素繊維層とが交互に複数積層された状態になっており、更に、炭素繊維層内にアルミニウムが十分に浸透して炭素繊維層内に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の99%であった。   The obtained composite material is in a state in which a plurality of aluminum layers and carbon fiber layers formed from aluminum foil are alternately laminated, and the aluminum sufficiently penetrates into the carbon fiber layer so that the carbon fiber layer There were almost no voids inside, and the density of the composite material was 99% of the theoretical density of the composite material.

また、複合材17の長さ方向A、幅方向B及び厚さ方向Cにおける熱伝導率と線膨張係数をそれぞれ測定した(図9参照)。その結果、複合材17の長さ方向Aの熱伝導率は280W/(m・K)、線膨張係数は6×10-6/Kであり、複合材17の幅方向Bの熱伝導率は280W/(m・K)、線膨張係数は6×10-6/Kであり、複合材17の厚さ方向Cの熱伝導率は105W/(m・K)、線膨張係数は22×10-6/Kであった。したがって、複合材17の長さ方向Aの熱伝導率と幅方向Bの熱伝導率は互いに等しかった。 Moreover, the thermal conductivity and the linear expansion coefficient in the length direction A, the width direction B, and the thickness direction C of the composite material 17 were measured (see FIG. 9). As a result, the thermal conductivity in the longitudinal direction A of the composite material 17 is 280 W / (m · K), the linear expansion coefficient is 6 × 10 −6 / K, and the thermal conductivity in the width direction B of the composite material 17 is 280 W / (m · K), the linear expansion coefficient is 6 × 10 −6 / K, the thermal conductivity in the thickness direction C of the composite 17 is 105 W / (m · K), and the linear expansion coefficient is 22 × 10. -6 / K. Therefore, the thermal conductivity in the length direction A and the thermal conductivity in the width direction B of the composite material 17 were equal to each other.

ここで、図9に示すように、上述した複合材17の長さ方向Aとは、グラビアコーターによる金属箔の条材の表面への塗工液の塗工方向Pと平行な方向であり、複合材の幅方向Bとは、複合材17の平面内における複合材の長さ方向Aに対して直角方向である。複合材17の厚さ方向Cは塗工箔の積層方向と一致している。   Here, as shown in FIG. 9, the length direction A of the composite material 17 described above is a direction parallel to the coating direction P of the coating liquid on the surface of the strip of metal foil by the gravure coater, The width direction B of the composite material is a direction perpendicular to the length direction A of the composite material in the plane of the composite material 17. The thickness direction C of the composite material 17 coincides with the lamination direction of the coating foil.

<比較例>
本比較例では、アルミニウムと炭素繊維との複合材を次の手順で製造した。
<Comparative example>
In this comparative example, a composite material of aluminum and carbon fiber was manufactured by the following procedure.

平均繊維長150μm及び平均繊維直径10μmの炭素繊維(日本グラファイトファイバー(株)製:XN−100)と、バインダーとして平均分子量70万のポリエチレンオキサイド(明成化学工業(株)製:アルコックス(登録商標)E−45)の3質量%水溶液と、溶剤としてメタノールと、水と、分散剤と、表面調整剤とを撹拌混合し、これにより塗工液を調製た。塗工液に含まれるバインダーの質量は炭素繊維の質量に対して固形分で3%であった。また、塗工液の粘度は25℃で1000mPa・sであった。   Carbon fiber having an average fiber length of 150 μm and an average fiber diameter of 10 μm (Nippon Graphite Fiber Co., Ltd .: XN-100) and polyethylene oxide having an average molecular weight of 700,000 as a binder (manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd .: Alcox) ) A 3 mass% aqueous solution of E-45), methanol as a solvent, water, a dispersant, and a surface conditioner were mixed with stirring, thereby preparing a coating solution. The mass of the binder contained in the coating liquid was 3% in terms of solid content with respect to the mass of the carbon fiber. The viscosity of the coating solution was 1000 mPa · s at 25 ° C.

厚さ20μm及び幅280mmのアルミニウム箔(その材質:A1N30)の帯状条材の表面にその全体に亘って塗工液をグラビアコーターを用いたグラビア印刷法により塗工し、これにより、アルミニウム箔の条材の表面上に炭素繊維層が形成されてなる塗工箔の条材を得た。そして、塗工箔の条材を乾燥炉内に通過させて加熱乾燥させることにより炭素繊維層から溶剤を蒸発除去した。炭素繊維層から溶剤を除去した後の炭素繊維層に含まれる炭素繊維の塗工量は30g/mであった。 The coating solution was applied to the entire surface of the strip of aluminum foil (material: A1N30) having a thickness of 20 μm and a width of 280 mm by a gravure printing method using a gravure coater. A strip of coated foil having a carbon fiber layer formed on the surface of the strip was obtained. The strip of the coating foil was passed through a drying furnace and dried by heating to evaporate and remove the solvent from the carbon fiber layer. The coating amount of the carbon fiber contained in the carbon fiber layer after removing the solvent from the carbon fiber layer was 30 g / m 2 .

塗工に使用したグラビアコーターに備えられたグラビアロールの周面のメッシュは#15、セルの形状は格子型であった。   The mesh on the peripheral surface of the gravure roll provided in the gravure coater used for coating was # 15, and the cell shape was a lattice type.

次いで、塗工箔の条材を正方形状(その寸法:縦50mm×横50mm)に切断し、これにより塗工箔の条材から正方形状の塗工箔を複数切り出した。そして、塗工箔を200枚積層することで積層体を形成した。   Subsequently, the strip of the coating foil was cut into a square shape (its dimensions: 50 mm long × 50 mm wide), whereby a plurality of square coated foils were cut out from the strip of the coating foil. And the laminated body was formed by laminating | stacking 200 coating foil.

次いで、放電プラズマ焼結装置により真空雰囲気中にて積層体を塗工箔の積層方向に加圧しながら所定の焼結温度で加熱することにより積層体を焼結し即ち塗工箔を焼結一体化し、これによりアルミニウムと炭素繊維との複合材を得た。複合材の厚さは4mmであった。   Next, the laminate is sintered at a predetermined sintering temperature while being pressed in the laminating direction of the coating foil in a vacuum atmosphere by a discharge plasma sintering apparatus, that is, the coating foil is sintered integrally. Thus, a composite material of aluminum and carbon fiber was obtained. The thickness of the composite material was 4 mm.

この焼結に適用した焼結条件は、焼結温度550℃、焼結温度の保持時間(焼結時間)3h、真空度5Paであった。   The sintering conditions applied to this sintering were a sintering temperature of 550 ° C., a sintering temperature holding time (sintering time) of 3 h, and a degree of vacuum of 5 Pa.

また、このように塗工箔を焼結一体化した工程において、積層体を室温から焼結温度まで加熱する途中で積層体からバインダーを除去した。   Further, in the step of sintering and integrating the coating foil in this way, the binder was removed from the laminate while heating the laminate from room temperature to the sintering temperature.

得られた複合材は、アルミニウム箔から形成されたアルミニウム層と炭素繊維層とが交互に複数積層された状態になっており、更に、炭素繊維層内にアルミニウムが十分に浸透して炭素繊維層内に空隙が殆ど存在しておらず、複合材の密度は複合材の理論密度の99%であった。   The obtained composite material is in a state in which a plurality of aluminum layers and carbon fiber layers formed from aluminum foil are alternately laminated, and the aluminum sufficiently penetrates into the carbon fiber layer so that the carbon fiber layer There were almost no voids inside, and the density of the composite material was 99% of the theoretical density of the composite material.

また、複合材の長さ方向A、幅方向B及び厚さ方向Cにおける熱伝導率と線膨張係数をそれぞれ測定した(図9参照)。その結果、複合材の長さ方向Aの熱伝導率は280W/(m・K)、線膨張係数は6×10-6/Kであり、複合材の幅方向Bの熱伝導率は275W/(m・K)、線膨張係数は6×10-6/Kであり、複合材の厚さ方向Cの熱伝導率は100W/(m・K)、線膨張係数は22×10-6/Kであった。したがって、複合材の長さ方向Aの熱伝導率と幅方向Bの熱伝導率は僅かに相異していた。 Moreover, the thermal conductivity and the linear expansion coefficient in the length direction A, the width direction B, and the thickness direction C of the composite material were measured (see FIG. 9). As a result, the thermal conductivity in the longitudinal direction A of the composite material is 280 W / (m · K), the linear expansion coefficient is 6 × 10 −6 / K, and the thermal conductivity in the width direction B of the composite material is 275 W / (M · K), the linear expansion coefficient is 6 × 10 −6 / K, the thermal conductivity in the thickness direction C of the composite is 100 W / (m · K), and the linear expansion coefficient is 22 × 10 −6 / K. K. Therefore, the thermal conductivity in the length direction A and the thermal conductivity in the width direction B of the composite material were slightly different.

本発明は、金属と炭素繊維との複合材の製造方法に利用可能である。   The present invention is applicable to a method for producing a composite material of metal and carbon fiber.

1:炭素繊維
2:バインダー
3:溶剤
5:塗工液
10:金属箔
10A:金属箔の条材
11:炭素繊維層
12:網点
13:気泡
13a:気泡はじけ部
14:塗工箔
14A:塗工箔の条材
15:積層体
17:金属と炭素繊維との複合材
20:グラビア塗工装置
21:グラビアロール
22:セル
28:乾燥炉
30:焼結装置
1: Carbon fiber 2: Binder 3: Solvent 5: Coating liquid 10: Metal foil 10A: Metal foil strip 11: Carbon fiber layer 12: Halftone dot 13: Bubble 13a: Bubble repellency 14: Coating foil 14A: Coating foil strip 15: Laminate 17: Composite material of metal and carbon fiber 20: Gravure coating device 21: Gravure roll 22: Cell 28: Drying furnace 30: Sintering device

Claims (1)

炭素繊維とバインダーと前記バインダー用溶剤とを混合状態に含有する塗工液をグラビア印刷法により金属箔の表面に塗工し、乾燥させることにより、前記金属箔の表面上に炭素繊維層が形成された塗工箔を得る工程と、
前記塗工箔が複数積層された状態の積層体を形成する工程と、
前記積層体を加熱することにより前記積層体から前記バインダーを除去し、そして前記積層体を前記塗工箔の積層方向に加圧しながら加熱することにより前記塗工箔を接合一体化する工程と、を具備し、
前記塗工箔を得る工程では、前記炭素繊維層が白抜け状態になるように前記塗工液をグラビア印刷法により塗工し、乾燥させる、金属と炭素繊維との複合材の製造方法。
A carbon fiber layer is formed on the surface of the metal foil by applying a coating liquid containing carbon fiber, a binder and the binder solvent in a mixed state on the surface of the metal foil by a gravure printing method and drying the coating liquid. Obtaining a coated foil,
Forming a laminate in which a plurality of the coating foils are laminated;
Removing the binder from the laminate by heating the laminate, and joining and integrating the coating foil by heating while pressing the laminate in the laminating direction of the coating foil; Comprising
In the step of obtaining the coating foil, a method for producing a composite material of metal and carbon fiber, in which the coating liquid is applied by a gravure printing method so that the carbon fiber layer is in a white state, and is dried.
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