JP2020175439A

JP2020175439A - 複合材料の製造のための焼成加工用ビレットの製造方法及びこれにより製造されたビレット

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Publication number: JP2020175439A
Application number: JP2019102894A
Authority: JP
Inventors: ハンサンクォン; Hansang Kwon
Original assignee: lndustry University Cooperation Foundation of Pukyong National University
Current assignee: lndustry University Cooperation Foundation of Pukyong National University
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-10-29
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Abstract

【課題】押出などの塑性加工工程を介してクラッド材などの複合材料を製造するのに使用できる塑性加工用ビレットの製造方法及びこれにより製造されたビレットを提供する。【解決手段】本発明の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法は、（Ａ）２種以上の異種材料粉末をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階と、（Ｂ）前記複合粉末を含む多層ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階とを含み、前記多層ビレットは、コア層、及び前記コア層を取り囲む２層以上のシェル層を含んでなり、前記コア層、及び最外郭シェル層を除くシェル層は、前記複合粉末からなり、前記最外郭シェル層は、純金属または合金からなり、前記コア層及びシェル層それぞれに含まれる複合粉末は、組成が互いに異なることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、塑性加工用ビレットの製造方法及びこれにより製造されたビレットに関する。

塑性加工は、機械加工などの切断を含まないながらも、様々な産業用素材を大量に生産することができる工法である。特に、所望の形状を持つ金型または型を用いて、最終製品に近接した形状を溶融なしに固相で簡単に製造することができる。

しかし、従来の塑性加工に提供されるビレット（ｂｉｌｌｅｔ）をなす素材は、単一素材に限定されており、塑性加工を用いた複合材料の製造に適したビレット製造技術に対する開発が求められる。

韓国登録特許第１０−１５９０１８１号（登録日：２０１６年１月２５日）韓国公開特許第１０−２０１０−００６６０８９号（公開日：２０１０年６月１７日）

本発明は、押出などの塑性加工工程を介してクラッド材などの複合材料を製造するのに使用できる、塑性加工用ビレットの製造方法及びこれにより製造されたビレットを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、（Ａ）２種以上の異種材料粉末をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階と、（Ｂ）前記複合粉末を含む多層ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階とを含み、前記多層ビレットは、コア層、及び前記コア層を取り囲む２層以上のシェル層を含んでなり、前記コア層、及び最外郭シェル層を除くシェル層は、前記複合粉末からなり、前記最外郭シェル層は、純金属または合金からなり、前記コア層及びシェル層それぞれに含まれる複合粉末は、組成が互いに異なることを特徴とする、複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法を提供する。

また、前記異種材料は、金属、ポリマー、セラミック及び炭素系ナノ材料よりなる群から選択される２種以上であることを特徴とする。

また、前記金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｗ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ及びＰｂよりなる群から選択される１種の金属または２種以上の金属の合金であることを特徴とする。

また、前記ポリマーは、（ｉ）アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、フッ素系樹脂及び繊維素系樹脂から選択される熱可塑性樹脂、または（ｉｉ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂から選択される熱硬化性樹脂であることを特徴とする。

また、前記セラミックは、（ｉ）酸化物系セラミック、または（ｉｉ）窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物から選択される非酸化物系セラミックであることを特徴とする。

また、前記炭素系ナノ材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノ粒子、メソ多孔性炭素、カーボンナノシート、カーボンナノロッド及びカーボンナノベルトよりなる群から選択された１種以上であることを特徴とする。

また、前記多層ビレットは、コア層、前記コア層を取り囲む第１シェル層、及び前記第１シェル層を取り囲む第２シェル層からなることを特徴とする。

また、前記多層ビレットは、前記第２シェル層としての缶状の第１ビレット、前記第１シェル層として前記第１ビレットの内部に配置された第２ビレット、及び前記コア層として前記第２ビレットの内部に配置された第３ビレットからなることを特徴とする。

また、前記段階（Ｂ）のビレット製造段階は、前記複合粉末を１０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの高圧で圧着させる工程を含むことを特徴とする。

また、前記段階（Ｂ）のビレット製造段階は、前記複合粉末を３０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの圧力下、２８０℃乃至６００℃の温度で１秒乃至３０分間、放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）させる工程を含むことを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、前記製造方法によって製造された複合材料の製造のための塑性加工用ビレットを提供する。

本発明に係る塑性加工用ビレットの製造方法によれば、従来の単一素材ビレットが持つ限界を克服し、クラッド材など、特性に合わせた複合素材の製作を可能にする塑性加工用ビレットを作製することができる。

本発明に係る複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法を示す工程フローチャートである。ビレット製造過程を模式的に示す図である。本発明によって製造される多層ビレットの一例を模式的に示す斜視図である。実施例４でアルミニウム系ビレットを押し出して製造した複合材料の写真である。比較例２でアルミニウム系ビレットを押し出して製造した複合材料の写真である。

本発明を説明するにあたり、関連した公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にするおそれがあると判断された場合は、その詳細な説明を省略する。

本発明の概念による実施例は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができる。よって、特定の実施例を図面に例示し、本明細書または出願に詳細に説明しようとする。ところが、これは本発明の概念による実施例を特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないと理解されるべきである。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例に係る複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法を示す工程フローチャートである。

まず、図１を参照して、前記複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法を説明する。

図１を参照すると、前記複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法は、２種以上の異種材料粉末をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階（Ｓ１０）と、前記複合粉末を含む多層ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階（Ｓ２０）とを含む。

まず、２種以上の異種材料粉末をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する（Ｓ１０）。

この時、前記２種以上の異種材料は、金属、ポリマー、セラミック及び炭素系ナノ材料よりなる群から選択できる。

前記金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｗ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ及びＰｂよりなる群から選択される１種の金属、またはこれらの金属の合金から選択される少なくとも一つであり得るが、これらに限定されるものではない。

また、前記ポリマーは、（ｉ）アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、フッ素系樹脂及び繊維素系樹脂から選択される熱可塑性樹脂、または（ｉｉ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂から選択される熱硬化性樹脂を例として挙げることができるが、ポリマーも前述したポリマーであって、その種類が限定されるものではない。

前記セラミックは、（ｉ）酸化物系セラミック、または（ｉｉ）窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物から選択される非酸化物系セラミックを例として挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

前記炭素系ナノ材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノ粒子、メソ多孔性炭素、カーボンナノシート、カーボンナノロッド及びカーボンナノベルトよりなる群から選択された１種以上であり得るが、これらに限定されるものではない。

一方、前記２種以上の異種材料粉末としてリサイクル粉末（ｒｅｃｙｃｌｅｄｐｏｗｄｅｒ）を使用することができる。

一例として、本段階でアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造することができる。

前記アルミニウム合金粉末は、１０００番台系、２０００番台系、３０００番台系、４０００番台系、５０００番台系、６０００番台系、７０００番台系及び８０００番台系よりなる群から選択されるいずれか一つであり得る。

前記複合粉末は前記カーボンナノチューブを含むことにより、これを用いて製造されるビレットを用いて押出、圧延、鍛造などの塑性加工を介してクラッド材などの複合材料を製造する場合、該当複合材料は、高熱伝導性、高強度、軽量化特性を持つので、様々な電子部品及び照明器具などの放熱用素材などとして非常に有用に活用できる。

一方、マイクロサイズの前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粒子は、ナノサイズの前記カーボンナノチューブとのサイズ差が大きくて分散が難しく、前記カーボンナノチューブは、強いファンデルワールス力によって凝集しやすく、前記カーボンナノチューブを前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末と均一に分散させるために分散誘導剤がさらに添加できる。

前記分散誘導剤としては、ナノＳｉＣ、ナノＳｉＯ２、ナノＡｌ２Ｏ３、ナノＴｉＯ２、ナノＦｅ３Ｏ４、ナノＭｇＯ、ナノＺｒＯ２、及びこれらの混合物よりなる群から選択されるいずれか一つのナノサイズのセラミックを使用することができる。

前記ナノサイズのセラミックは、前記カーボンナノチューブを前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粒子の間に均一に分散させる作用をし、特に、前記ナノＳｉＣ（ナノシリコンカーバイド、ｎａｎｏＳｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ）は、引張強度が高く、鋭く、一定の電気伝導性及び熱伝導性を持っており、高硬度及び高耐火性を有し、熱衝撃に強く、高温性質及び化学的安定性に優れて研磨材、耐火材として使用される。また、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粒子の表面に存在する前記ナノＳｉＣ粒子は、前記カーボンナノチューブと前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粒子との直接接触を抑制して、一般に知られている前記カーボンナノチューブと前記アルミニウムまたはアルミニウム合金との反応によって生成できる不健全相のアルミニウムカーバイドの生成を抑制する役割も果たす。

また、前記複合粉末は、前記アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末１００体積部、及び前記カーボンナノチューブ０．０１体積部乃至１０体積部を含むことができる。
前記カーボンナノチューブの含有量が前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末１００体積部に対して０．０１体積部未満である場合、前記アルミニウム系クラッド材の強度は純アルミニウムまたはアルミニウム合金と同様に示されるので、強化材として十分な役割を果たすことができないおそれがあり、前記カーボンナノチューブの含有量が１０体積部を超える場合、強度は純アルミニウムまたはアルミニウム合金に比べて増加するものの、延伸率が低下するおそれがある。また、前記カーボンナノチューブの含有量が非常に多くなると、むしろ分散が難しくなり、欠陥として作用して機械的・物理的特性を低下させるおそれもある。

また、前記複合粉末が前記分散誘導剤をさらに含む場合、前記複合粉末は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記分散誘導剤０．１体積部乃至１０体積部をさらに含むことができる。

前記分散誘導剤の含有量が前記アルミニウム粉末１００体積部に対して０．１体積部未満である場合には、分散誘導効果が微々たるものであり、１０体積部を超える場合には、カーボンナノチューブの凝集により分散が難しくてむしろ欠陥として作用するおそれがある。

一方、前記ボールミルは、具体的には大気、不活性雰囲気、例えば窒素またはアルゴン雰囲気中、１５０ｒ／ｍｉｎ乃至３００ｒ／ｍｉｎの低速または３００ｒ／ｍｉｎ以上の高速で１２時間乃至４８時間の間、ボールミル機、例えば水平型またはプラネタリーボールミル機を用いて行われ得る。

このとき、前記ボールミルは、ステンレス容器で、ステンレスボール（直径２０φのボールと直径１０φのボールを１：１で混合）を前記複合粉末１００体積部に対して１００体積部乃至１５００体積部で装入して行われ得る。

また、摩擦係数を減少させるために、工程制御剤として、ヘプタン、ヘキサン及びアルコールよりなる群から選択されるいずれか一つの有機溶剤を前記複合粉末１００体積部に対して１０体積部乃至５０体積部で使用することができる。前記有機溶剤は、ボールミル後の容器をオープンして前記混合粉末の回収の際にフードからすべて蒸発し、回収される混合粉末には、前記アルミニウム粉末と前記カーボンナノチューブのみが残る。

この時、前記ナノサイズのセラミックである分散誘導剤は、前記ボールミル工程時に発生する回転力によって前記ナノサイズのミリングボールのような役割を果たし、物理的に凝集した前記カーボンナノチューブを分離し、流動性を促進させて前記カーボンナノチューブを前記アルミニウム粒子の表面にさらに均一に分散させることができる。

次に、前記得られた複合粉末を含む多層ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造する（Ｓ２０）。

本段階で製造される前記多層ビレットは、コア層、及び前記コア層を取り囲む２層以上のシェル層を含んでなり、前記コア層、及び最外郭シェル層を除くシェル層は、前記複合粉末からなり、前記最外郭シェル層は、純金属または合金からなり、前記コア層及びシェル層それぞれに含まれる複合粉末は、組成（複合粉末に含まれる異種材料の種類及び／または各異種材料の含有量）が互いに異なることを特徴とする。

前記複合粉末に含まれる異種材料がアルミニウム（またはアルミニウム合金）粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である場合を例として挙げると、本段階で製造される多層ビレットは、コア層、及び前記コア層を取り囲む２層以上のシェル層を含んでなり、前記コア層、及び最外郭シェル層を除くシェル層は、前記複合粉末からなり、前記最外郭シェル層は、（ｉ）アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末、または（ｉｉ）前記複合粉末からなり、前記コア層及びシェル層それぞれに含まれる複合粉末は、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末に対するカーボンナノチューブの体積分率が互いに異なることを特徴とする。

前記多層ビレットに含まれるシェル層の数は、特に限定されないが、経済性などを考慮すると、５層以下であることが好ましい。

図２は上述したような多層ビレット製造過程の一例を模式的に示す図である。図２を参照すると、前記ビレットは、前記複合粉末１０をガイダーＧを介して金属缶２０に装入し（Ｓ２０−１）、キャップＣで封入または圧着して粉末が流れないようにして製造することができる（Ｓ２０−４）。

前記金属缶２０は、電気伝導性及び熱伝導性のある金属からなるものであれば、いずれも使用可能であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金缶、銅缶、マグネシウム缶を好ましく使用することができる。前記金属缶２０の厚さは、６インチのビレットを仮定する場合に０．５ｍｍ乃至１５０ｍｍであり得るが、これは、ビレットの大きさに応じて様々な厚さ比率を持つことができる。

図３は本段階で製造できる多層ビレットの一例であって、コア層と、これを取り囲む２層シェル層を含む多層ビレット、すなわち、コア層、前記コア層を取り囲む第１シェル層、及び前記第１シェル層を取り囲む第２シェル層からなる多層ビレットを模式的に示す斜視図である。

図３を参照すると、まず、第２シェル層としての中空円筒状の第１ビレット１１の内部に、第１シェル層として前記第１ビレット１１とは成分が異なる第２ビレット１２を配置し、前記第２ビレット１２の内部にコア層として前記第２ビレット１２とは成分が異なる第３ビレット１３をさらに配置して多層ビレットを製造することができる。

この時、前記第１ビレット１１は、中空円筒状であって、一方の入口が閉じた缶（ｃａｎ）状、または両方の入口が開いた中空円筒状であり得る。前記第１ビレット１１は、アルミニウム、銅、マグネシウムなどからなり得る。前記第１ビレット１１は、前記金属母材を溶融させた後、鋳型に注入して中空円筒状に製造するか、或いは機械加工して製造することができる。

前記第２ビレット１２は、前記製造された複合粉末を含むことができ、前記第２ビレット１２は、塊（ｂｕｌｋ）または粉末であり得る。

前記第２ビレット１２が塊である場合には、前記第２ビレット１２は、具体的には円柱状をすることができる。前記多層ビレットは、前記円柱状の第２ビレット１２を前記第１ビレット１１の内部に配置させて製造することができる。この時、前記第２ビレット１２を前記第１ビレット１１の内部に配置させる方法では、前記第２ビレット１２の複合粉末を溶融させて鋳型に注入して円柱状に製造した後、これを前記第１ビレット１１の内部に嵌合して製造することもでき、或いは、前記複合粉末を前記第１ビレット１１の内部に直接装入して製造することもできる。

前記第３ビレット１３は、金属の塊（ｂｕｌｋ）または粉末であり得る。

一方、前記第２ビレット１２または前記第３ビレット１３などが、前記複合粉末を含む塊である場合、前記複合粉末を高圧で圧着させるか或いは焼結させて塊状に製造することができる。

この時、前記第２ビレット１２と第３ビレット１３が含む複合粉末は、その組成が互いに異なる。前記複合粉末に含まれる異種材料がアルミニウム（またはアルミニウム合金）粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である場合を例として挙げると、前記第２ビレット１２は、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０．０９体積部乃至１０体積部で含み、前記第３ビレット１３は、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０体積部超過０．０８体積部以下で含むことができる。

または、前記第２ビレット１２は、前記複合粉末を含み、前記第３ビレット１３は、前記第１ビレット１１と同様に、アルミニウム、銅、マグネシウム、チタン、ステンレス鋼、タングステン、コバルト、ニッケル、スズ、及びこれらの合金よりなる群から選択されるいずれか一つの金属塊または金属粉末であってもよい。

前記多層ビレットは、前記多層ビレットの全体積に対して、前記第２ビレット１２を０．０１体積％乃至１０体積％、及び前記第３ビレット１３を０．０１体積％乃至１０体積％で含むことができ、前記第１ビレット１１を残りの体積で含むことができる。

一方、前記多層ビレットが、前記複合粉末を含む前記第２ビレット１２又は前記第３ビレット１３を含むことにより、前記多層ビレットは、前記封入する前に、１０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの高圧で圧着させる工程を含むことができる（Ｓ２０−２）。

前記多層ビレットを圧着することにより、以後、前記多層ビレットを押出ダイスを用いて押出するなど、塑性加工を行うことが可能となる。前記複合粉末を圧着する条件が１０ＭＰａ未満である場合には、製造された塑性加工複合材料に気孔が発生することができ、前記複合粉末が流下することができ、前記複合粉末を圧着する条件が１００ＭＰａを超える場合には、高圧力により前記第２ビレット（２番目以上のビレットを意味する）が膨張することができる。

また、前記多層ビレットが、前記複合粉末を含む前記第２ビレット及び／または前記第３ビレットを含むことにより、以後、前記多層ビレットを押出などの塑性加工工程に提供するために、前記多層ビレットを焼結させる工程をさらに含むことができる（Ｓ２０−３）。

前記焼結には、放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）または熱間加圧焼結装置を使用することができるが、同じ目的を達成することができる限り、いかなる焼結装置を使用してもよい。ただし、短時間で高精度に焼結することが必要な場合、放電プラズマ焼結を用いることが好ましく、この時、３０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの圧力下、２８０℃乃至６００℃の温度で１秒乃至３０分間、放電プラズマ焼結を行うことができる。

以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明する。

本発明に係る実施例は、様々な他の形態に変形でき、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の実施例は、当業分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

［実施例及び比較例：アルミニウム及びカーボンナノチューブを含む多層ビレット及びその押出材］
＜実施例１＞
カーボンナノチューブは、純度９９．５％、直径１０ｎｍ以下及び長さ３０μｍ以下を有し（ルクセンブルク、（株）ＯＣＳｉＡｌ社製）、アルミニウム粉末は、平均粒径４５μｍ、純度９９．８％（韓国、ＭｅｔａｌＰｌａｙｅｒ製）のものを使用した。

一方、前記第１ビレットである金属缶の中央に円柱状の第３ビレットが位置し、前記第１ビレットと第３ビレットとの間に第２ビレット（複合粉末）が位置するように、多層ビレットを製造した。

前記第２ビレットは、前記アルミニウム粉末１００体積部に対してカーボンナノチューブを０．１体積部で含むアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を含み、前記第１ビレットは、アルミニウム６０６３からなり、前記第３ビレットは、アルミニウム３００３合金からなっている。

前記第２ビレットは、具体的には次の方法で製造された。アルミニウム粉末１００体積部、前記カーボンナノチューブ０．１体積部の割合でステンレス容器に３０体積％で充填し、前記容器にステンレスボール（直径２０φのボールと直径１０φのボールとを混合）を容器の内部に３０体積％まで充填し、ヘプタンを５０ｍｌ添加した後、これを水平型ボールミル機を用いて２５０ｒｐｍで２４時間低速ボールミルさせた。その後、前記容器をオープンして前記ヘプタンをフードからすべて蒸発させ、アルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を回収した。

前記製造されたアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を前記第１ビレットと前記第３ビレットとの間の隙間２．５ｔに装入させ、１００ＭＰａの圧力で圧着させることにより、前記多層ビレットを製造した。

＜実施例２＞
実施例１と同様の方法で、前記カーボンナノチューブの含有量が１体積部であるアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を製造し、多層ビレットを製造した。

＜実施例３＞
実施例１と同様の方法で、前記カーボンナノチューブの含有量が３体積部であるアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を製造し、多層ビレットを製造した。

＜実施例４＞
実施例１で製造した多層ビレットを直接押出機を用いて押出比１００、押出速度５ｍｍ／ｓ、押出圧力２００ｋｇ／ｃｍ２、ビレット温度４６０℃の条件で直接押し出してアルミニウム系クラッド材を製造した（図４）。

＜実施例５＞
実施例２で製造した多層ビレットを直接押出機を用いて押出比１００、押出速度５ｍｍ／ｓ、押出圧力２００ｋｇ／ｃｍ２、ビレット温度４６０℃の条件で直接押し出してアルミニウム系クラッド材を製造した。

＜実施例６＞
実施例３で製造した多層ビレットを直接押出機を用いて押出比１００、押出速度５ｍｍ／ｓ、押出圧力２００ｋｇ／ｃｍ２、ビレット温度４６０℃の条件で直接押し出してアルミニウム系クラッド材を製造した。

＜比較例１＞
ＣＮＴ１０重量％とアルミニウム粉末８０重量％とを混合したアルミニウム−ＣＮＴ混合物を分散誘導剤（溶媒と天然ゴム液を１：１で混合した溶液）と１：１で混合し、超音波を１２分間照射して分散混合物を製造した後、分散混合物を管状炉で不活性雰囲気、５００℃で１．５時間熱処理して分散誘導剤成分を完全に除去することにより、アルミニウム−ＣＮＴ混合物を製造した。前記製造されたアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を直径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム缶に投入し、封入してビレットを製造した。

＜比較例２＞
比較例１で製造したビレットを熱間押出機（日本、島津製作所製、モデルＵＨ−５００ｋＮ）で押出温度４５０℃、押出比２０の条件で熱間粉末押出することにより、アルミニウム系クラッド材を製造した（図５）。

［実験例１：アルミニウム系クラッド材の機械的物性の測定］
実施例及び比較例で製造されたアルミニウム系クラッド材の引張強度、延伸率及びビッカース硬さを測定し、その結果を下記表１に示した。

前記引張強度及び延伸率は、引張速度２ｍｍ／ｓの引張テスト条件及び引張試験片ＫＳ規格４号の方法で測定し、前記ビッカース硬さは、３００ｇ、１５秒の条件及び方法で測定した。

１）Ａｌ６０６３：アルミニウム６０６３
２）Ａｌ３００３：アルミニウム３００３
前記表１を参照すると、実施例４乃至６で製造されたアルミニウム系クラッド材は、強い材質（Ａｌ６０６３）とソフトな材質（Ａｌ３００３）の材料を用いて押し出したアルミニウム系クラッド材に比べて強度と延性を同時に持っていることが分かる。
また、比較例２で製造されたアルミニウム系クラッド材は、ビッカース硬さが高いものの、延伸率が非常に低いことが分かる。

［実験例２：アルミニウム系クラッド材の耐食性の測定］
実施例及び比較例で製造されたアルミニウム系クラッド材の耐食性の特性を測定し、その結果を下記表２に示した。

前記特性は、海水噴霧試験法でサイズ１０＊１０と厚さ２ｍｍのサンプルをＣＡＳＳ規格で測定した。

１）Ａｌ６０６３：アルミニウム６０６３
２）Ａｌ３００３：アルミニウム３００３
前記表２を参照すると、実施例５で製造されたアルミニウム系クラッド材は、強い材質（Ａｌ６０６３）と耐食性に優れた材質（Ａｌ３００３）の材料を用いて少量のＣＮＴの添加でも押し出したアルミニウム系クラッド材に比べて耐食性が非常に向上することを確認することができる。また、比較例２で製造されたアルミニウム系クラッド材は、純合金よりは高い値を示すが、実施例５で製造されたアルミニウム系クラッド材よりは低いことが分かる。

［実験例３：アルミニウム系クラッド材の熱伝導度の測定］
実施例及び比較例で製造されたアルミニウム系クラッド材の密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）、熱容量（ｈｅａｔｃａｐａｃｉｔｙ）、熱拡散性（ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ）、熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を測定し、その結果を下記表３に示す。

前記密度は、アルキメデスの原理でＩＳＯ規格に基づいて前記アルミニウム系クラッド材の密度を測定し、前記熱容量と熱拡散性は、レーザーフラッシュ方法でサイズ１０＊１０と厚さ２ｍｍのサンプルで測定し、前記熱伝導度は、測定された密度＊熱容量＊熱拡散度の積で得られた。

１）Ａｌ６０６３：アルミニウム６０６３
２）Ａｌ１００５：アルミニウム１００５
３）ＳＷＣＮＴ：単一壁カーボンナノチューブ
前記表３を参照すると、実施例６で製造されたアルミニウム系クラッド材は、強い材質（Ａｌ６０６３）と軟質の優れた熱伝導性を有する純Ａｌ系（Ａｌ１００５）の材料を用いて少量のＣＮＴの添加でも押し出したアルミニウム系クラッド材に比べて熱伝導度が非常に向上することを確認することができる。

また、比較例２で製造されたアルミニウム系クラッド材は、純合金よりは高い値を示すが、実施例６で製造されたアルミニウム系クラッド材よりは低いことが分かる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、前述した実施例は、本発明の特定の一例として提示されるものであり、これによって本発明が限定されるのではなく、後述する特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１０複合粉末
１１第１ビレット
１２第２ビレット
１３第３ビレット
２０金属缶
Ｇガイダー
Ｃキャップ

Claims

（Ａ）２種以上の異種材料粉末をボールミル（ｂａｌｌｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階と、
（Ｂ）前記複合粉末を含む多層ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階とを含み、
前記多層ビレットは、
コア層、及び前記コア層を取り囲む２層以上のシェル層を含んでなり、
前記コア層、及び最外郭シェル層を除くシェル層は、前記複合粉末からなり、前記最外郭シェル層は、純金属または合金からなり、
前記コア層及びシェル層それぞれに含まれる複合粉末は、組成が互いに異なることを特徴とする、複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記異種材料は、金属、ポリマー、セラミック及び炭素系ナノ材料よりなる群から選択される２種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｗ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ及びＰｂよりなる群から選択される１種の金属または２種以上の金属の合金であることを特徴とする、請求項２に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記ポリマーは、（ｉ）アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、フッ素系樹脂及び繊維素系樹脂から選択される熱可塑性樹脂、または（ｉｉ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂から選択される熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項２に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記セラミックは、（ｉ）酸化物系セラミック、または（ｉｉ）窒化物、炭化物、ホウ化物及びケイ化物から選択される非酸化物系セラミックであることを特徴とする、請求項２に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記炭素系ナノ材料は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノ粒子、メソ多孔性炭素、カーボンナノシート、カーボンナノロッド及びカーボンナノベルトよりなる群から選択された１種以上であることを特徴とする、請求項２に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記多層ビレットは、
コア層、前記コア層を取り囲む第１シェル層、及び前記第１シェル層を取り囲む第２シェル層からなることを特徴とする、請求項１に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記多層ビレットは、
前記第２シェル層としての缶状の第１ビレット、
前記第１シェル層として前記第１ビレットの内部に配置された第２ビレット、及び
前記コア層として前記第２ビレットの内部に配置された第３ビレットからなることを特徴とする、請求項７に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記段階（Ｂ）のビレット製造段階は、前記複合粉末を１０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの高圧で圧着させる工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
前記段階（Ｂ）のビレット製造段階は、前記複合粉末を３０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの圧力下、２８０℃乃至６００℃の温度で１秒乃至３０分間、放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）させる工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合材料の製造のための塑性加工用ビレットの製造方法。
請求項１に記載の製造方法によって製造された複合材料の製造のための塑性加工用ビレット。