JP3137923B2 - 改良された銅／タングステン複合材料を製造する方法 - Google Patents

改良された銅／タングステン複合材料を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改良された銅/タ
ングステン複合材料および銅/モリブデン複合材料、な
らびにこのような複合材料を製造する新規な方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】銅/タングステン複合材料および銅/モリ
ブデン複合材料は、それらが150〜240W/mKという比較的
に高い熱伝導率を有するために、種々の電気用途に広く
使用される。さらに、これらの複合材料の熱膨張率は、
そのCu/W比およびCu/Mo比を変えることにより、制御し
得るために、これらの複合材料は、電子パッケージへの
応用に重要な用途が見出されており、この場合、この複
合材料を、それに結合したチップまたは他の装置の熱膨
張特性に合致させるように適合させることが、非常に望
ましい。
【０００３】銅/タングステン複合材料および銅/モリブ
デン複合材料は、多くの方法で製造し得る。含浸（infi
ltration）として知られている１つの方法では、タング
ステン粒子またはモリブデン粒子の焼結塊から形成した
成形品を、溶融した銅と接触させる。結果として、銅
は、この焼結したタングステン粒子またはモリブデン粒
子の間の空隙および間隙に注入され、それにより、完全
な複合材料が形成される。
【０００４】他の方法では、酸化銅粒子および酸化タン
グステン粒子の粉末混合物が、乾燥(すなわち、露点＝
＜−40℃)水素雰囲気で還元され、還元した粉末は、結
合剤と混合され、そのように得た混合物は、圧縮され焼
結される。所望であれば、含浸により、銅を追加し得
る。Kenneyらの米国特許第3,382,066号を参照のこと。
この開示内容は、本明細書中で参考として援用されてい
る。
【０００５】類似の方法は、Houckらの米国特許第5,43
9,638号に例示され、その開示内容もまた、本明細書中
で参考として援用されている。この方法では、タングス
テン粉末、酸化銅粉末および必要に応じてコバルト粉末
の混合物が、水性媒体にて粉砕されて、スラリーが形成
される。このスラリーから液体を除去して、球状の流動
可能な凝集物が形成され、この凝集物は、還元雰囲気に
晒されて、流動可能なタングステン/銅の複合材料粉末
が形成され、そのように形成した粉末は、次いで、圧縮
され焼結されて、銅/タングステン複合材料が形成され
る。
【０００６】銅/タングステン複合材料および銅/モリブ
デン複合材料を形成する周知方法に関連した共通の欠点
には、それらの方法が、本質的に比較的に複雑なことが
ある。例えば、含浸方法は、一般に、ネット形状の部品
を製造できない。この方法では、含浸により製造した部
品を最終形状に機械処理する必要があり、それにより、
製造の複雑性および費用が非常に高くなる。また、代表
的な含浸方法では、結合剤を焼き払ったり前焼結すると
いう余分な工程が必要とされる。さらに、このような方
法では、前焼結した成形体は、しばしば、比較的に脆
く、その結果、部分的に分解し、それに関連して作業が
休止する場合がある。また、代表的には、別々の炉で行
われる含浸工程中には、過剰の銅が溜まったりブリード
アウトを形成し、その結果、欠陥のある部品が製造さ
れ、このような部品は、焼成後、捨てるか、または少な
くとも余分な機械処理にかけなければならない。銅含浸
はまた、特別な固定冶具および複雑な炉設備を必要とす
る場合がある。
【０００７】酸化物粉末の共還元が関与する方法もま
た、余分な処理工程を包含し、従って、本来、複雑であ
る。また、多くの場合、焼成後の機械処理も、依然とし
て、必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の複雑性および欠
点のために、銅/タングステン複合材料および銅/モリブ
デン複合材料を商業的に製造するには、依然として、比
較的に費用がかかる。また、理論値に近い密度(すなわ
ち、理論値の97％以上の密度)の銅/タングステン複合材
料および銅/モリブデン複合材料の製造は、困難であっ
た。
【０００９】従って、銅/タングステン複合材料および
銅/モリブデン複合材料を製造する新規な方法であっ
て、従来方法よりも容易で安価に行うことができ、理論
値の97％以上の密度の複合材料を迅速かつ安定して製造
し得る方法が必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、銅および遷移
金属を含有する複合材料を製造する方法であって、還元
雰囲気にて、銅含有粒子および遷移金属含有粒子の成形
体を焼結する工程を包含する方法に関し、この方法によ
り上記課題を解決し得る。この方法による成形体は、そ
の成形体の焼結を改良するのに充分な量で、化学的に結
合した酸素を含有する。
【００１１】好適な実施態様では、上記成形体が、成形
体中の銅の量を基準にして、少なくとも50モル％の酸素
を含有する。
【００１２】好適な実施態様では、上記遷移金属が、タ
ングステンおよびモリブデンからなる群から選択され
る。
【００１３】好適な実施態様では、上記還元雰囲気が水
素である。
【００１４】好適な実施態様では、上記還元雰囲気が、
前記成形体の焼結を改良するのに充分な量の蒸気を含有
する。
【００１５】好適な実施態様では、上記成形体が、流動
可能な凝集物の圧縮塊を含有し、この凝集物が、上記遷
移金属含有粒子および上記銅含有粒子を含有する。
【００１６】好適な実施態様では、上記流動可能な凝集
物の塊が、35°以下の安息角および50グラムあたり40秒
以下のホール流速を有する。
【００１７】好適な実施態様では、上記凝集物が有機結
合剤を含有する。
【００１８】好適な実施態様では、上記圧縮塊が、さら
に、この圧縮塊の焼結を改良するのに充分な量の焼結助
剤を含有する。
【００１９】好適な実施態様では、0.3〜10ミクロンの
平均粒径を有する酸化銅粒子および金属タングステン粒
子の混合物が、噴霧乾燥されて、35°以下の安息角およ
び50グラムあたり40秒以下のホール流速を有する流動可
能な凝集物の塊を形成し、この流動可能な凝集物の塊
が、圧縮されて、自己支持成形品を形成し、この成形品
が、水素を含有する還元雰囲気にて、焼結される。
【００２０】好適な実施態様では、上記塊中の化学的に
結合した酸素の量が、焼結中にて、酸化銅/金属銅の共
晶が形成されるのに充分である。
【００２１】好適な実施態様では、上記還元雰囲気が、
20℃にて、この還元雰囲気を水で飽和するのに充分な水
蒸気を含有する。
【００２２】好適な実施態様では、上記凝集物が、この
凝集物中に存在する酸化銅、酸化タングステン、または
酸化モリブデンを金属状態に還元することなく、上記成
形体に成形される。
【００２３】好適な実施態様では、上記銅含有粒子また
は上記遷移金属含有粒子が、腐食防止剤で処理されてい
る。
【００２４】好適な実施態様では、上記腐食防止剤がベ
ンゾトリアゾールである。
【００２５】好適な実施態様では、上記成形体が、この
成形体中の銅の量を基準にして、少なくとも50モル％の
酸素を含有し、上記還元雰囲気が、水素、および20℃に
てこの還元雰囲気を水で飽和するのに充分な水蒸気を含
有し、上記遷移金属が、タングステンおよびモリブデン
からなる群から選択され、上記圧縮塊が、さらに、該圧
縮塊の焼結を改良するのに充分な量の焼結助剤を含有
し、そして上記銅含有粒子が、腐食防止剤で処理されて
いる。
【００２６】好適な実施態様では、上記遷移金属が、タ
ングステンであり、前記銅含有粒子および前記タングス
テン含有粒子が、0.3〜10ミクロンの平均粒径を有し、
前記銅含有粒子が、腐食防止剤で処理されており、上記
銅含有粒子および前記タングステン含有粒子が、噴霧乾
燥されて、流動可能な凝集物の塊を形成し、この流動可
能な凝集物の塊が、圧縮されて、自己支持形成形品を形
成し、この成形品が、水素、および該成形品の焼結を改
良するのに充分な水蒸気を含有する還元雰囲気にて、焼
結される。
【００２７】本発明はまた、上記の方法により製造した
焼結複合材料であって、その理論密度の少なくとも95％
の密度を有する、複合材料に関する。
【００２８】本発明に従って、銅/タングステンまたは
銅/モリブデンの成形体を、還元雰囲気にて焼結するこ
とにより、この成形体中の銅が酸化物形状であるか、ま
たは成形体中の銅が金属形状であって、この成形体中で
他の物質(これは、焼結条件下にて、分解して、この成
形体中の銅と反応する酸素を生じる)と共に存在してい
るかのいずれかの場合、理論値の97％以上の密度を有す
る銅/タングステン複合材料および銅/モリブデン複合材
料が容易に製造し得ることが発見された。
【００２９】本発明の好ましい実施態様に従って、還元
雰囲気にて、蒸気を含有させることにより、焼結が促進
され得ることがさらに見出された。
【００３０】本発明の他の好ましい実施態様に従って、
この焼結成形体を形成する前に、本発明の方法において
原料として使用する銅およびタングステンまたはモリブ
デンの粉末が、共に配合されて、自由に流動する凝集物
を形成する場合、焼結がさらに促進し得ることもまた見
出された。
【００３１】本発明のさらに好ましい実施態様では、ま
た、本発明の焼結成形体を形成するのに使用する原料粉
末の自然発火は、この粉末に腐食防止剤を含有させるこ
とにより、低減されるかまたは無くすることが見出され
た。
【００３２】従って、本発明は、銅/タングステン複合
材料または銅/モリブデン複合材料を製造する改良方法
を提供し、ここで、銅含有粒子ならびにタングステン含
有またはモリブデン含有粒子の圧縮塊は、還元雰囲気に
て焼結され、この成形体は、さらに、この成形体中の銅
に化学的に結合した酸素、またはこの成形体中の他の物
質(これは、焼結条件下にて、分解して、この成形体中
の銅と反応する酸素を生じる)に化学的に結合した酸素
を含有する。
【００３３】さらに、本発明はまた、銅/タングステン
複合材料または銅/モリブデン複合材料を製造する改良
方法を提供し、ここで、銅含有粒子ならびにタングステ
ン含有またはモリブデン含有粒子の圧縮塊は、還元雰囲
気にて焼結され、この還元雰囲気は、この焼結操作を改
良するのに充分な水蒸気を含有する。
【００３４】さらに、本発明はまた、銅および遷移金属
を含有する複合材料を製造する改良方法を提供し、ここ
で、銅含有粒子および遷移金属含有粒子の成形体は、還
元雰囲気にて焼結され、この成形体は、遷移金属含有粒
子および銅含有粒子から形成した流動可能な凝集物の圧
縮塊から構成され、この凝集物は、さらに、化学的に結
合した酸素を含有し、好ましくは、この凝集物中のいず
れの酸化銅、酸化タングステンまたは酸化モリブデン
(もしあれば)も金属状態に還元することなく、製造され
る。
【００３５】さらに、本発明はまた、粉末状物質(特
に、本発明の成形体を形成するのに使用する粉末物質)
の自然発火を阻止する方法を提供し、この方法は、この
粉末物質を腐食防止剤で処理することを包含する。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明に従って、銅含有粒子およ
び遷移金属(例えば、タングステンまたはモリブデン)含
有粒子の圧縮塊は、還元雰囲気にて焼結され、この圧縮
塊は、さらに、この成形体中の銅またはタングステンに
化学的に結合した酸素、またはこの成形体中の他の物質
(これは、焼結条件下にて、酸素を放出し得る)に化学的
に結合した酸素を含有する。
【００３７】本発明の方法の一例の流れ図を、図１に例
示する。この流れ図では、本発明の方法で使用する原料
粉末は、原料ステーション10の個々の供給容器から、混
合ステーション12に充填され、ここで、共に充分に混合
される。次いで、混合した原料は、混合ステーション12
から、凝集機14に充填され、ここで、以下で詳しく述べ
るように、凝集物に形成される。次いで、これらの凝集
物は、圧縮ステーション16に移され、ここで、適切な金
型に充填され、圧縮されて、未焼結成形体が形成され
る。次いで、そのように形成した未焼結成形体は、焼結
ステーション18(例えば、オーブン)に充填され、ここ
で、焼結されて、一般に、20で示す本発明の完全な成形
体が形成される。
【００３８】本発明の方法の詳細は、以下で述べる。
【００３９】原料 本発明の方法で使用する主要な原料は、所望の複合材料
製品を形成する金属を含有する粒子である。粉末冶金に
より、銅/タングステンおよび銅/モリブデンの複合材料
を形成するのに有用な原料は、当該技術分野で周知であ
り、このような物質のいずれも、本発明の方法で使用し
得る。代表的には、金属銅粉末、金属タングステン粉末
および金属モリブデン粉末であって、0.3〜10ミクロン
程度の平均粒径を有する粉末が、この目的に使用され
る。他の元素(例えば、他の遷移金属)が、粉末冶金の技
法によって銅との複合材料を形成し得る程度まで、それ
らもまた、同様に、本発明の複合材料を形成するのに使
用し得る。
【００４０】本発明の方法で使用される原料パッケージ
の第２の重要な成分は、化学的に結合した酸素である。
本発明に従って、銅/タングステンおよび銅/モリブデン
の成形体の焼結は、この成形体中に化学的に結合した酸
素が存在する場合、改良された様式で進行することが見
出された。いずれの理論とも結び付けることを望むもの
ではないが、化学的に結合した酸素をこの成形体に含入
させると、この焼結操作中において、酸化銅/金属銅の
共晶が形成されると考えられる。この共晶は、さらに、
溶融した銅よりも低い融点および低い粘度を有すると考
えられ、それにより、焼結に必要な温度を低くするか、
最終生成物の密度を高くするか、またはその両方によっ
て、焼結が促進される。いずれにしても、焼結中に、酸
化銅/銅の共晶が形成されるような様式で、この成形体
中に酸素を含有させることにより、この焼結工程は、大
きく改良し得る。
【００４１】焼結中に、銅/酸化物の共晶を形成するた
めに、この成形体に酸素を供給する最も簡単な方法は、
この酸素を、本発明の方法で原料として使用する銅の原
料粉末と化学的に化合させることである。しかし、他の
様式で酸素を供給することもまた、可能である。例え
ば、酸化銅を形成する酸素を供給するために、焼結条件
(例えば、800℃〜1400℃)下にて分解する他の物質であ
って、好ましくない不純物を含有しないものは、この系
に含有させることができる。
【００４２】このような物質の例には、酸化タングステ
ン(WO3またはWO4)および酸化モリブデン(MoO3またはMoO
2)がある。この系に含有し得る他の任意の元素の酸化物
もまた、それらが、焼結中に分解して、銅と反応し得る
酸素を生じるという条件で、使用し得る。
【００４３】興味深いことに、酸素を含有する有機化合
物のほとんどは、300℃以下で分解するので、酸素を供
給するためには使用できない。従って、このような化合
物から利用し得る酸素のいずれも、通常の焼結温度領域
に達する前に、この系から事実上消失してしまう。同じ
ようにして、外部から供給した酸素(すなわち、酸素分
子)は、この成形体の塊全体に均一に分配できないの
で、化学的に結合した酸素の効果的な代替物ではない。
さらに、酸素分子は、このモリブデン、または焼結炉で
使用する他の金属ライナーまたは支持体と反応し、従っ
て、明らかに望ましくない。いずれにしても、本発明の
方法で使用する銅、タングステンおよびモリブデンの原
料粉末以外の物質は、この系に有害な成分が追加されな
い限り、また、それらが、焼結操作中に分解して酸化銅
を形成する酸素を生じるという条件で、本発明の化学的
に結合した酸素を供給するのに使用し得る。
【００４４】本発明の方法で原料として使用する銅含有
粉末および遷移金属含有粉末の粒径は、決定的ではな
い。粉末冶金の当業者がよく理解しているように、焼結
品を形成するのに使用する粉末の粒径および粒径分布
は、得られる最終製品の特性に関連している。これらの
周知の原理に従って、本発明で使用する銅含有、タング
ステン含有、およびモリブデン含有の原料粉末の粒径お
よび粒径分布は、製造する複合材料に最大密度および他
の所望の特性を与えるように、選択すべきである。好ま
しくは、異なる原料粉末は、それぞれ、約0.3〜10ミク
ロン、好ましくは、0.8〜1.1ミクロンの平均粒径を有す
る。これにより、得られる最終焼結製品が高い密度にな
るからである。
【００４５】銅、酸化銅、タングステン、酸化タングス
テン、モリブデンおよび酸化モリブデンの粒子は、これ
らの粒径範囲で市販されている。それらはまた、さらに
大きな粒径の範囲で市販されており、この場合、このよ
うな原料粉末は、その粒径を所望の範囲に小さくするた
めに、例えば、ボールミルにより、機械的に加工し得
る。
【００４６】本発明の好ましい実施態様では、本発明の
方法で使用する原料は、粉末状の酸化銅および金属タン
グステンを含有する。これらの原料粉末は、望ましく
は、所望の粒径範囲で、商業的に直接得ることができ
る。あるいは、好ましくは、さらに大きな平均粒径の酸
化銅(I)粉末、および金属タングステン粉末は、使用前
に、ボールミルまたは他の機械的なミキサーで激しく混
合される。酸化銅(I)は、本来、脆く、従って、このよ
うな機械的な加工の結果、さらに細かい適切なサイズに
粉砕される。同時に、機械的な加工は、形成され得る金
属タングステン粒子の凝集物を分解し、個々の酸化銅
(I)粒子および金属タングステン粒子を確実に均一分布
させる。
【００４７】本発明の方法で使用する銅含有原料粉末お
よび遷移金属含有原料粉末の相対的な量は、最終的な複
合材料製品の所望の銅/遷移金属の比に依存する。銅/タ
ングステンおよび銅/モリブデンの複合材料中の銅とタ
ングステンまたはモリブデンとの比は、広く変わり、こ
のような比のいずれも、本発明の銅/タングステンおよ
び銅/モリブデンの複合材料を製造する際に、使用し得
る。代表的には、本発明の複合材料は、約50/50〜５/9
5、より好ましくは約10/90〜45/55のCu/WまたはCu/Mo重
量比を有し、より好ましくは電子パッケージへの応用に
は、約10/90〜30/70のCu/WまたはCu/Mo重量比が特に好
ましい。
【００４８】本発明の方法に従って焼結する成形体に含
有される化学的に結合した酸素の量は、重要ではない。
しかしながら、実用的な条件では、この焼結工程にて、
著しい改良を得るのに充分な程度の化学的に結合した酸
素が存在すべきである。代表的には、このことは、モル
ベースにして、化学的に結合した酸素の量が、この成形
体中の銅の少なくとも50％、好ましくは、75％、さらに
好ましくは、100％であると解釈される。
【００４９】上で述べたように、この成形体中に、化学
的に結合した酸素があると、焼結条件下において、酸化
銅(I)/金属銅の共晶が形成されると考えられる。さら
に、この共晶は、溶融銅よりも粘度が低いために、この
タングステン粉末の濡れ性の改良および毛管流れの改良
によって、物質の輸送を促進すると考えられる。いずれ
にしても、本発明に従って、化学的に結合した酸素が存
在するなら、化学的に結合した酸素を存在させることな
く行った同じ工程と比較して、銅/タングステンおよび
銅/モリブデンの成形体の焼結は、改良された様式で進
行することが発見された。この改良は、多くの異なる様
式で表わすことができ、代表的には、特定の効果を得る
のに必要な焼結温度の低下、または一定の焼結条件にお
ける、さらに密な焼結製品の製造に反映される。
【００５０】従って、この系に存在する化学的に結合し
た酸素の特定の量は、決定的ではないものの、この焼結
操作において、顕著な改良を得るのに充分な量であるべ
きである。
【００５１】本発明に従って圧縮され焼結される原料パ
ッケージには、前述の成分に加えて、他の成分を含有さ
せ得る。当業者に周知なように、この焼結操作前に、こ
の成形体を保持する目的上、焼結する成形体には、代表
的には、有機結合剤が含有される。有機結合剤は、好ま
しくは、本発明の方法で使用する成形体において、同じ
目的で含有される。
【００５２】結合剤として機能する有機物質であって、
焼結条件下において、望ましくない残留物を残すことな
く分解する任意の有機物質も、本来、本発明の方法で使
用され得る。好ましい物質には、種々の有機ポリマー樹
脂(例えば、ポリエステル樹脂、ポリビニル樹脂、アク
リル樹脂など)がある。最も好都合には、このような物
質は、水性の乳濁液または分散体の形状で供給され、ア
クリル乳濁液が、特に好ましい。このことに関連して、
アクリル乳濁液(特に、Rhoplex(登録商標)B-60A；Penns
ylvania州 PhiladelphiaのRohm Haas Companyから入手
可能)は、この成形体に必要な未焼結体強度を与えると
同時に、残留炭素をほとんど残すことなく容易に分解す
るという点で、本発明の方法において、特に効果的であ
る。
【００５３】本発明に従って圧縮され焼結される原料パ
ッケージには、さらに他の通常の成分もまた、含有し得
る。この原料が、液体(特に、水)の存在下にて混合され
る場合、通常のカチオン性、アニオン性または非イオン
性の界面活性剤、例えば、アルコキシル化アルキルフェ
ノール(例えば、Tergitol(登録商標)D-683；Connecticu
t州 DanburyのUnion Carbide Corporationから入手可
能)が含有し得る。所望であれば、粘度制御剤、他の有
機結合剤、および他の物質もまた、含有し得る。
【００５４】圧縮され焼結される原料パッケージに含有
され得る他の成分には、焼結助剤がある。特定の元素
(例えば、コバルト、鉄およびニッケル)は、銅/タング
ステンの複合材料の製造中に、焼結を促進することが周
知である。このような物質は、この目的のために、本発
明の方法で使用する焼結成形体に組み込ませるのが好都
合である。このような物質は、当該技術分野で公知であ
るいずれの形状およびいずれの様式でも、添加され得
る。例えば、焼結助剤の粒子は、金属の形態または酸化
物の形態のいずれかで、この原料調合物中の他の原料と
共に、適当な量で添加され得る。本発明の他の実施態様
に従って、以下でさらに詳細に述べるように、この焼結
助剤は、この原料を粉砕により共に混合する際に使用す
るボール、ロッド、または他の微粉媒体に由来の不純物
として、供給され得る。
【００５５】本発明に従って圧縮され焼結される原料パ
ッケージに含有され得る、さらなる他の成分には、腐食
防止剤（すなわち、酸素との酸化による金属の腐食を遅
らせるように作用する化学物質）がある。粉末冶金で
は、細かい微粒子状の金属原料粉末(例えば、純チタ
ン、純アルミニウム、および純タングステン)は、しば
しば、自然発火を起こすことが周知である。これは、こ
れらの粒子の大きい表面積および自然に酸化する傾向の
ために、起こる。自然発火は、銅/遷移金属の複合材料
(特に、Cu/Wo複合材料)を製造する際に、特に問題であ
る。この原料粉末混合物において、周囲の水分が、この
銅と遷移金属の間に、電池対物質を作り出すことができ
るからである。この電池対物質は、次いで、自然発火現
象を開始し得るのに充分な熱を発生する。一旦、自然発
火(これは、代表的には、加工装置の未作動領域または
生成物粉末の開放バッチで起こる)が開始すると、発生
する熱は、粉末塊全体にわたって、この発熱反応を維持
するのに充分となる。
【００５６】本発明の他の局面に従って、発火粉末(特
に、金属微粉末)の自然発火は、この粉末に金属腐食防
止剤を含有させることにより、遅らせるかまたは無くし
得ることが見出された。適切な金属腐食防止剤の例に
は、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールおよびそ
れらの組合せがある。好ましい腐食防止剤は、ベンゾト
リアゾールである。
【００５７】それゆえ、本発明の他の好ましい実施態様
に従って、本発明の複合材料を形成するのに使用する１
種またはそれ以上の原料粉末には、自然発火を低減する
かまたは無くするために、腐食防止剤が含有される。本
発明の特に好ましい実施態様では、このような腐食防止
剤は、この銅含有原料粉末を、この系の他の成分と混合
する前に、この腐食防止剤で処理することにより、この
原料パッケージに導入される。例えば、銅粉末または酸
化銅(I)粉末は、この系の他の成分と混合する前に、適
切な期間(例えば、12時間)にわたって、適切な溶媒(例
えば、イソプロピルアルコール)中の腐食防止剤の溶液
に浸け得る。
【００５８】原料の混合 本発明の方法で使用する種々の原料は、上記のように、
充分に混合されて、圧縮に適切な均一な塊が形成され
る。これは、任意の通常の様式で達成され得る。例え
ば、この原料は、機械的なミキサー(例えば、高剪断ミ
キサー、ブレンダーなど)によって、混合され得る。そ
れらはまた、種々のタイプのミル(例えば、ボールミ
ル、ロッドミルなど)で混合され得る。
【００５９】好ましい実施態様では、この原料は、液体
(好ましくは、水)の存在下にて、混合される。これは、
機械的なミキサー(例えば、高剪断ミキサーまたはブレ
ンダー(例えば、Patterson-Kelly BlenderまたはV-blen
der))で達成され得、この場合、存在する液体の量は、
比較的に少なくすべきであり、例えば、０〜10重量％、
好ましくは、１〜４重量％である。これはまた、種々の
タイプのミル装置で達成され得、この場合、この液体含
量は、通常、かなり高く、例えば、40〜90重量％、好ま
しくは、60〜70重量％である。
【００６０】凝集物 一旦、上記のような原料の充分な混合物が生成すると、
それは、いずれかの通常の様式にて、成形体に形成され
得る。しかし、好ましくは、この原料混合物は、まず、
自由に流動する凝集物の塊に形成され、次いで、そのよ
うに形成された凝集物は、成形体を形成するのに使用さ
れる。
【００６１】銅/タングステン複合材料に圧縮され、か
つ焼結される原料粉末から、凝集物を形成することは、
周知である。しかし、このような方法では、この原料粉
末は、この未焼結成形体を形成する前に、代表的には、
その中の任意の酸化物を元素状態に還元するための還元
雰囲気に晒される。本発明は、この原料粉末(これは、
既に、化学的に結合した酸素を含有する)が、凝集の前
後で金属状態に還元されないという点で、これらの従来
方法とは異なる。このことは、圧縮化し焼結するとき、
この凝集物中にて、相当な量の化学的に結合した酸素を
維持し、これにより、この酸素は、本発明に従った焼結
中において、酸化銅/金属銅の共晶を形成するのに利用
可能とされる。
【００６２】自由に流動する凝集物を上記原料から形成
することは、種々の異なる方法で達成され得る。最も簡
単には、これは、この原料の液体混合物を噴霧乾燥する
ことにより達成される。あるいは、代表的には、少なく
とも特定の液体を含有する原料混合物は、実質的に全て
の液体が蒸発するまで、高せん断混合にかけられ得、こ
れにより、その生成物として、凝集物が形成される。い
ずれの場合でも、そのように形成された凝集物を、必要
なら、ふるいにかけて、そこから固まりおよび外来の異
物を除去し得る。
【００６３】上で示したように、本発明の方法で原料と
して使用される銅およびタングステン含有粉末は、0.3
ミクロン〜10ミクロン、好ましくは、0.8ミクロン〜1.1
ミクロンの平均粒径を有するべきである。これにより、
焼結によって得られる製品が、高密度になるからであ
る。残念なことに、この平均粒径の粉末、特に、比較的
に高い割合の微粉(すなわち、粒径＝＜325メッシュ)を
有するものは、容易に流動しない。この原料の凝集物を
形成することにより、圧縮化される物質の流動性は、著
しく改善される。これにより、この原料を、凝集してい
ない原料よりもずっと容易に、圧縮ダイに充填すること
が可能になる。これは、次いで、この圧縮ダイへの乏し
い物質流動性に起因する欠陥が、かなり少なくなるの
で、複雑な形状の部品を、商業ベースにおいて、高い再
現度で製造することが促進される。
【００６４】好ましくは、上記凝集物は、この凝集物の
塊が、ASTM Procedure B-213 90に従った35°未満の安
息角(angle of repose)および50グラムあたり約40秒未
満のホール流速を示すように、生成される。さらに好ま
しくは、この凝集物の塊は、30°未満の安息角および50
グラムあたり約30秒未満のホール流速を示すべきであ
る。本発明に従って、このように製造した凝集物は、複
雑な形状の圧縮ダイを充填することに関して、最も望ま
しい流動性を示すと結論づけられた。当業者に分かるよ
うに、これらの流動性を有する凝集物の生成は、この凝
集工程の条件を調整することだけでなく、必要なら、ふ
るいにかけることにより、容易に達成され得る。
【００６５】本発明に従って凝集物を形成する特に好ま
しい方法では、金属タングステン粉末と酸化銅(I)粉末
との混合物が、まず、通常のタンブリングボールミルに
て、水中で、この粉末塊の平均粒径(d50)が0.8ミクロン
〜1.1ミクロンに低下するまで、粉砕される。粉砕後、
このスラリーは、次いで、このミルから混合タンクに排
出される。次いで、有機結合剤として、アクリル乳濁液
が添加され、そのように形成されたスラリーは、次い
で、噴霧乾燥されて、球状の凝集物が形成される。
【００６６】この方法を使用するとき、この原料調合物
にコバルトを導入するために、所望濃度のコバルト粉末
が、他の成分と共に、このミルに導入され得る。この場
合、この原料が不所望成分で汚染されるのを防止するた
めに、このミルで使用される微粉媒体は、好ましくは、
銅およびタングステンから形成される。あるいは、コバ
ルトは、ボールまたは他の微粉媒体(これは、炭化タン
グステンから形成した)を用いることにより、この系に
導入され得る。コバルトは、炭化タングステンの製造に
おいて、主な焼結助剤であり、その結果、炭化タングス
テン微粉媒体に由来のコバルトは、ボールミル粉砕によ
り加工される原料を汚染する。この現象は、コバルトを
別に添加することに代えて、この系の焼結助剤としてコ
バルトを供給するために使用され得る。
【００６７】凝集物を形成する他の好ましい実施態様で
は、超微粉酸化銅(I)(約0.8ミクロンの平均粒径)、サブ
ミクロンタングステン(1.1ミクロンの平均粒径)および
超微粉コバルト(約１ミクロンの平均粒径)が、必要に応
じて、分散剤および有機結合剤を含有させつつ、水中で
充分に混合され、そのように形成された分散体は、噴霧
乾燥される。この方法の特定の例では、超微粉コバルト
粉末は、分散剤を含有する水中で10分間混合され、次い
で、あらかじめベンゾトリアゾールで処理した酸化銅
(I)が添加され、そのように得られた混合物は、さらに3
0分間混合される。次いで、超微粉タングステン粉末が
添加され、そのように得られた混合物は、さらに120分
間混合される。最後に、Rhoplex B-60Aアクリル乳濁液
が添加され、さらに30分間にわたり、残りの成分と混合
され、その後、そのように得た混合物は、噴霧乾燥され
る。
【００６８】いずれの場合でも、銅含有粒子、タングス
テン含有粒子、化学的に結合した酸素および有機結合剤
から構成される凝集物が生成し、それは、乾燥すると、
35°未満の安息角および50グラムあたり約40秒未満のホ
ール流速を有する、自由に流動する粉末の形態である。
【００６９】圧縮 上記原料は、好ましくは、凝集物粉末の自由に流動する
塊の形態であるが、次いで、圧縮される。これは、いず
れかの通常の方法に従って、達成され得る。例えば、こ
の凝集物粉末は、代表的には、15,000〜30,000 psiに
て、油圧プレスまたは機械プレスのいずれかを用いて圧
縮されて、未焼結成形体が形成され得る。この未焼結成
形体の寸法は、使用されるダイのサイズによって決ま
り、それは、次いで、焼結操作中のこの成形体の収縮を
考慮して、所望の仕上げ複合材料の寸法により、決定さ
れる。前述の凝集物は、優れた流動性を示すために、１
分間あたり、単一のプレスから、30個またはそれ以上の
複合材料が製造され得る。
【００７０】焼結 この未焼結成形体は、このプレスから取り除かれた後、
還元雰囲気にて焼結される。還元雰囲気とは、焼結条件
下にて、酸化銅を金属銅に還元し得る雰囲気を意味す
る。上記還元を達成する焼結雰囲気には、本質的にいず
れの物質も使用される。水素は、比較的に安価であり容
易に入手可能であるので、好ましい。
【００７１】焼結は、好ましくは、バッチ式炉または連
続プッシャータイプの炉のいずれかを用いて、達成され
る。いずれの場合にも、この炉は、好ましくは、モリブ
デン元素により、推進される。また、アルミナ、ベリリ
ア、または焼結条件下にて分解するか反応する他の酸化
物または他の物質を、この炉内の成形体を支持するライ
ナーとして使用するのが望ましい。適当なライナーを使
用しないと、この複合材料からの銅の過剰なウィッキン
グが起こり得る。また、モリブデンライナーおよびタン
グステンライナーは、この複合材料に由来の銅と反応す
るので、使用できない。
【００７２】焼結は、この未焼結成形体を、焼結製品
(すなわち、理論値の少なくとも97％の密度、好ましく
は、理論値の少なくとも99％の密度を有する製品)に変
化させるのに充分な温度で、充分な期間にわたって、達
成される。銅/タングステンおよび銅/モリブデンの複合
材料を形成するのに適当な焼結条件は、周知であり、い
ずれの適当な焼結条件も、本発明に従って、使用され得
る。代表的には、焼結は、800℃〜1400℃、好ましく
は、1000℃〜1300℃、さらに好ましくは、1050℃〜1250
℃の温度で、0.5時間〜５時間、好ましくは、１時間〜
３時間、さらに好ましくは、0.5時間〜１時間の期間に
わたって、行われる。
【００７３】当業者に分かるように、焼結中には、穏や
かすぎるかまたは厳しすぎる焼結条件を避けるように注
意しなければならない。穏やかすぎる焼結条件(すなわ
ち、不充分な時間および温度)では、焼結が不充分とな
り、密度、強度、脆性などに関する特性の低い複合材料
製品が生成する。厳しすぎる焼結条件では、銅が、この
複合材料体からにじみ出るおそれがあり、それにより、
この複合材料の表面に、銅の溜まりが形成される。
【００７４】本発明に従って、ある種の銅/タングステ
ン複合材料を製造するのに特に効果的であることが分か
った焼結レジメの一例は、この未焼結成形体を、１時間
にわたって、室温から約1,050℃まで加熱すること、こ
の成形体の温度を、1,050℃〜1,250℃で約50分間維持す
ること、次いで、そのように形成された複合材料の温度
を、さらに50分間にわたって、室温まで低下させること
を包含する。
【００７５】本発明の好ましい実施態様では、この焼結
雰囲気には、蒸気が含有される。この焼結雰囲気中の蒸
気は、２つの効果を有する。第一に、それは、粉砕の不
純物として存在し得る炭化タングステンのいずれも、金
属タングステンに転化する。これは、二段階の反応によ
って起こり、ここで、炭化タングステンは、まず、酸化
タングステンに転化され、続いて、そのように形成され
た酸化タングステンは、金属タングステンに転化される
と考えられる。水蒸気の第二の効果は、この複合材料の
焼結能力を高めることにある。この効果は、この酸化銅
/金属銅の共晶における酸化銅の寿命の延長のためであ
ると考えられる。いずれにしても、化学的に結合した酸
素の場合と同様に、この焼結雰囲気中の蒸気に起因する
改良された焼結能力は、多くの異なる様式で表わされ、
最も一般的なものは、得られた焼結複合材料の密度増
加、または特定の結果を得るために必要な焼結温度の低
下、またはその両方である。
【００７６】この焼結雰囲気に含有される蒸気の量は、
重要ではなく、この目的には、いずれの量も使用でき
る。実用的な条件では、この焼結操作において、得られ
る生成物の品質または焼結温度の低下のいずれかの点
で、著しい改良を得るのに充分な蒸気を含有させるべき
である。この焼結雰囲気が20℃で飽和する、すなわち、
この焼結雰囲気が20℃の露点を有するのに充分な水蒸気
を含有するとき、良好な結果が得られた。これより低い
露点を与える量の蒸気(例えば、０℃または−10℃の露
点)は、効果的である。
【００７７】最終製品 焼結が完了した後、そのように形成された複合材料は、
焼結炉から取り除かれ得、そのまま、使用され得る。あ
るいは、それは、タンブリングにかけられて、鋭い角を
滑らかにし、乾燥プレス中に発生するバリを除き、そし
てこの複合材料の表面を磨いてもよい。
【００７８】本発明に従って製造した複合材料は、従来
の銅/タングステンおよび銅/モリブデンの複合材料と同
じ様式で、種々の異なる電気用途に使用され得る。好ま
しくは、これらは、電子パッケージへの応用に使用され
る。
【００７９】この用途には、この複合材料の１個以上の
表面に、チップおよび他の装置の連続的な付着を促進す
るための二次金属被覆を施すのが望ましい。これは、例
えば、通常のメッキ方法(例えば、無電解ニッケルメッ
キ、電気メッキなど)を用いたニッケルメッキにより、
容易に行われ得る。無電解ニッケルメッキは、緻密で均
一な被覆を生じるために、好ましい。この複合材料の表
面の活性化は、パラジウム活性剤またはニッケルストラ
イクを用いて、行われ得る。ニッケルストライクの使用
は、安価な方法であり、それゆえ、好ましい。種々の含
量のホウ素またはリンのいずれかを有する無電解ニッケ
ルが利用可能である。中程度のリン(例えば、７％のリ
ン)は、価格と性能のバランスが最良であるために、銅/
タングステン複合材料に、代表的に使用される。望まし
いなら、この銅/タングステン複合材料は、ニッケルメ
ッキした後、高温で焼結して、この複合材料の表面にニ
ッケルを結合し、メッキ後に形成され得るいずれかの酸
化ニッケルを低減できる。これは、例えば、このニッケ
ルメッキ複合材料を、湿潤(＋20℃の露点)した25％水素
/75％窒素の雰囲気にて、825℃で５分間加熱することに
より、行われ得る。メッキしたニッケルは、非常に表面
活性があり、従って、酸化および汚染を受け易い。ニッ
ケルの焼結は、ニッケルを不動態化し、それにより、酸
化傾向が低下する。
【００８０】金属を被覆した銅/タングステン複合材料
は、電子パッケージングにおいて、広範な用途が見出さ
れている。望ましくは、このような複合材料は、さら
に、他の金属(例えば、金、銅または銀)でさらにメッキ
され得る。歴史的に見て、銅/タングステン基板は、金
属化セラミックにろう付けされる。通常の方法では、銅
/銀の共晶ブレーズ合金で炉でのろう付けがなされる。
他のブレーズ合金またはハンダもまた、使用され得る。
最近では、そのチップが、この銅/タングステン基板に
直接付着している必要がある電子パッケージが、開発さ
れている。これは、基板を、金または他の適切な金属で
メッキする必要がある。なぜなら、このようなメッキ
は、接合の目的には好ましいからである。本発明の複合
材料に関連して、広範な異なる用途に適切な電子パッケ
ージを提供するには、これらの方法の全てが使用され得
る。
【００８１】本発明に従って、焼結した高密度の銅/タ
ングステンおよび銅/モリブデンの複合材料は、従来の
工程で必要な多くの面倒で時間のかかる高価な工程なし
で、非常に容易に製造される。また、本発明の方法は、
複雑な形状の複合材料を、急速かつ繰り返し、そして確
実に製造できる。製造に成功した部品の間の重量および
物理的な寸法の相違は、非常に小さく、このことは、焼
結後の機械切削および他の機械加工を全く要しないこと
を意味する。
【００８２】これらの有利な結果は、この原料成形体中
に、化学的に結合した酸素を含入させることにより実現
した、改良された焼結効果による。さらに、これらの有
利な結果はまた、少なくとも一部には、この焼結成形体
を形成するための凝集物の使用による。これらの凝集物
は、この圧縮ダイへの急速な充填を、非常に容易に促進
するからである。これらの結果はまた、一部には、この
圧縮塊中への化学的に結合した酸素の含入によるだけで
なく、この焼結雰囲気中への水の含入にもよる。これら
の操作の両方は、この銅/タングステンの成形体の焼結
能力を改良するからである。
【００８３】以前に指摘したように、この圧縮塊中に、
化学的に結合した酸素を含有させることにより実現した
改良された焼結効果は、この焼結操作中における酸化銅
(I)/金属銅の共晶の形成によると考えられる。この共晶
は、1060℃(この温度は、銅の融点より数℃低いにすぎ
ない)で形成されるものの、形成される液相は、粘性が
低く、銅を用いたときよりも優れた様式で、焼結中の物
質移動および粒子再配列を促進すると考えられる。この
共晶はまた、焼結中において、金属銅よりもタングステ
ンまたはモリブデンの粉末を濡らすと考えられる。いず
れにしても、焼結を受ける圧縮塊に、化学的に結合した
酸素を含有させることにより、銅、タングステンおよび
モリブデンを金属形態で存在させる焼結方法と比較し
て、さらに簡単な製造操作が使用され得、また、焼成密
度が高い生成物が得られ得る。
【００８４】
【実施例】製造実施例 本発明をさらに完全に例示するために、以下の製造実施
例を提供する。
【００８５】実施例１ 焼結助剤としてコバルトを含む炭化タングステン微分媒
体を含有するボールミルに、タングステン金属粉末1,19
6ポンド、酸化銅(I)247.11ポンドおよび脱イオン水346.
41ポンドを仕込んだ。その平均粒径、d50が1.2ミクロン
未満になるまで、約24時間にわたって、このタングステ
ン粉末、酸化銅(I)粉末および水を粉砕した。次いで、
このミルに、Phoplex B-60Aアクリル乳濁液36.16ポンド
を添加し、この混合物をさらに30分間粉砕した。次い
で、そのように得た混合物を、このミルからとり出し、
ニロ(niro)噴霧乾燥機にて25,000 psiで噴霧乾燥して、
噴霧乾燥凝集物粉末を形成し、これをふるいにかける
と、50グラムあたり約50秒のホール流速を示した。
【００８６】そのようにして得た凝集物粉末を使用し
て、15％銅複合材料を形成した。各複合材料は、適切な
量の凝集物粉末を、ディスク形状のダイに充填し、この
粉末を、プレスにて25,000 psiの圧力で圧縮して、未焼
結成形体を形成することにより、形成した。次いで、そ
のようにして得た未焼結成形体を、アストロ(astro)タ
イプの炉にて、20℃で飽和させるのに充分な水を含む水
素雰囲気で、1,140℃で45分間焼結した。
【００８７】この複合材料を、この炉から取り出して冷
却した後、視覚検査し、その密度を測定した。結果とし
て、銅のブリードアウトはないことが確認された。さら
に、そのように製造した複合材料の平均密度は、15.94
ｇ/ccであり、これは、理論値の約98％であることも確
認された。
【００８８】実施例２ ベンゾトリアゾール腐食防止剤(Cobratec 99；PMC Chem
icalsから入手可能)3.3ポンドを、イソプロピルアルコ
ール18.5ポンドに溶解した。このベンゾトリアゾール溶
液に、微粒子状の酸化銅(I)84.0ポンドを添加し、その
ようにして得た混合物を、12時間硬化させた。
【００８９】混合タンクに、脱イオン水105.1ポンド、
および１ミクロンの平均粒径を有する金属コバルト2.7
ポンドを仕込み、10分間混合した。次に、１ミクロンの
平均粒径を有する金属タングステン423.6ポンドを、こ
の混合タンク中の他の成分にゆっくりと添加し、さらに
120分間混合した。次いで、酸化銅(I)、ベンゾトリアゾ
ールおよびイソプロピルアルコールの先に調合した混合
物を添加し、そのようにして得た混合物を、さらに30分
間混合した。次いで、Phoplex B-60Aアクリル乳濁液12.
5ポンドを添加し、得られた混合物を、さらに30分間混
合した。その後、そのようにして得た混合物を回収し、
ニロ噴霧乾燥機で噴霧乾燥して、微粒子状凝集物の流動
可能な塊を形成し、これをふるいにかけた後、50グラム
あたり約50秒のホール流速を示した。
【００９０】上記の流動可能な粉末塊の一部を、25,000
psiで圧縮することにより、未焼結成形体を製造した。
次いで、個々の未焼結成形体を、アストロ炉にて、＋20
℃の露点を示すのに充分な水を含む水素雰囲気で、1,21
0℃で45分間焼成した。
【００９１】そのようにして得た複合材料を視覚検査
し、その密度を測定した。結果として、銅のブリードア
ウトは無視できる程度であり、その平均密度は、15.98
グラム/ccであって、理論値の約98％であることが確認
された。
【００９２】実施例３ 以下の原料パッケージを使用したこと以外は、実施例２
の方法を繰り返した。
【００９３】
【表１】
【００９４】得られた複合材料を分析すると、銅のブリ
ードアウトは無視できる程度であり、また、得られた生
成物の平均密度は、15.98グラム/ccであって、理論値の
約98％であることが確認された。
【００９５】実施例４ 成分調合物中にて化学的に結合した酸素を用いる効果、
および焼結雰囲気での水の効果を明らかにするために、
一連の実験作業を行った。各実験では、実施例２の一般
方法に従って、複合材料を製造した。実験Ａ〜Ｄでは、
この銅原料として金属銅を使用したのに対して、実験Ｅ
およびＦでは、本発明に従って、この銅原料として、酸
化銅(I)を使用した。また、実験ＥおよびＦでは、その
焼結雰囲気を、それぞれ、25℃および20℃で、水で飽和
した。
【００９６】得られた結果を、以下の表２に示す。
【００９７】
【表２】
【００９８】表２から分かるように、この銅原料として
酸化銅(I)を用いた実験作業では、理論値の100％の密度
を有する複合材料が生成したのに対して、この銅原料と
して金属銅を用いた実験作業では、理論値の100％未満
の複合材料が生成した。さらに、実験Ｅでは、その還元
雰囲気を水で飽和したが、還元雰囲気が乾燥状態にあっ
た実験Ａと比べて、その焼結温度が75℃低下した。
【００９９】このことは、本発明に従って達成されるよ
うに、この圧縮塊に、化学的に結合した酸素を含有させ
ると共に、この焼結雰囲気にさらに水を含有させること
により、行なう焼結操作および生成する最終生成物に関
して、著しい向上が実現できることを示している。
【０１００】実施例５ このミル中で微粉化される炭化タングステンの一部また
は全部を、銅/タングステン媒体で置き換えたこと以外
は、実施例１の一般方法を用いて、一連の実験作業を行
った。これにより、種々の量の炭化タングステン不純物
を有する一連の複合材料製品を製造した。２個の別々の
一連の実験作業を行った。一組では、焼結に使用した還
元雰囲気は、乾燥した(＜−40℃の露点)水素であった。
他の組では、この還元雰囲気は、湿潤した(20℃の露点)
水素であった。
【０１０１】各実験作業から得た複合材料を回収し、そ
れらの密度を測定した。得られた結果を、図１に示す。
【０１０２】図１から、両方の組の実験作業では、製品
の密度は、炭化タングステンの濃度が上がるにつれて、
低下していることが分かり得る。このことから、銅タン
グステン複合材料に対する炭化タングステン不純物の著
しい負の効果が明らかである。
【０１０３】しかし、２組の一連の実験作業を比較する
ことにより、この焼結雰囲気に水を含有させた実験で
は、水の存在なしで製造した製品よりも、著しく高い密
度が得られることが分かる。このことから、この焼結操
作および水が焼結雰囲気に含有されたときに得られる製
品に対する水の著しい正の効果が明らかである。
【０１０４】実施例６ 異なる実験操作において、コバルト濃度を変えたこと以
外は、実施例２の一般方法を用いて、一連の実験操作を
行った。各実験から得た複合材料を回収し、その密度を
測定した。得られた結果を、図２に示す。
【０１０５】図２から、ここで示した特定の実施態様で
は、焼成される微粒子混合物中のコバルト濃度は、少な
くともそのコバルト濃度が一定値(約0.3重量％)に達す
るまで、得られた複合材料製品の密度に著しい効果があ
ることが分かる。
【０１０６】ここでは、本発明の実施態様の少数しか記
述していないものの、本発明の精神および範囲を逸脱す
ることなく、多くの変更を行うことができることを理解
すべきである。例えば、粉末状の焼結混合物の自然発火
を低減することに関する前述の議論は、銅/タングステ
ン複合材料の形成に関連して行われているものの、この
手法は、自然発火するいずれの金属、金属酸化物または
他の粉末状物質にも適用できることを理解すべきであ
る。特に、自然発火が起こるのを防止するために、この
塊に、上記タイプの充分な腐食防止剤を含有させること
により、自然発火現象を示すいずれかの微粒子の自然発
火を遅らせるかまたは無くすることは、本発明の範囲内
に入ることを理解すべきである。特定の用途に必要な腐
食防止剤の量は、化学組成および粒径の両方に関して、
処理する粉末塊の性質に依存し、常套の実験により、容
易に決定され得る。また、この腐食防止剤は、それをこ
の系の他の成分と充分に混合するいずれの様式でも、適
用できる。好ましくは、上記のように、この腐食防止剤
は、自然発火を受ける塊中の粒子の一部または全部を、
腐食防止剤を含む液体(好ましくは、溶液)と混合するこ
とにより、適用される。
【０１０７】このような変更の全ては、本発明の範囲内
に含まれることが意図されており、この範囲は、先の請
求の範囲によってのみ、限定される。
【０１０８】
【発明の効果】本発明の方法によって、銅含有粒子およ
び遷移金属含有粒子の成形体を焼結することで、理論値
の100％により近い密度を持つ複合材料が迅速かつ安定
的に得られる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、以下の図面を参照して、さらに容易に理解さ
れ得る。
【図１】図１は、本発明の方法の１つの実施態様の図解
した流れ図である。
【図２】図２は、本発明に従って製造した銅/タングス
テン複合材料において、焼結雰囲気での炭化タングステ
ンの効果および水の効果を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明に従って形成した他の銅/タン
グステン複合材料における、焼結助剤としてのコバルト
の効果を示すグラフである。
フロントページの続き (73)特許権者 595007105 17876 Ｓｔ．ｃｌａｉｒ Ａｖｅｎｕ ｅ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44110，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジュアン エル． セプルベダ アメリカ合衆国 アリゾナ 85750， ツクソン， イー． ノールウッド 7735 (72)発明者 アンソニー ビー． トラバーソン アメリカ合衆国 アリゾナ 85746， ツクソン， サウス オーク リッジ ドライブ 5562 (56)参考文献 特開 昭55−44558（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−128604（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−28828（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許5439638（ＵＳ，Ａ) 米国特許3382066（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 3/10 C22C 1/04

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 銅および遷移金属を含有する複合材料を
    製造する方法であって、還元雰囲気にて、銅含有粒子お
    よび遷移金属含有粒子の成形体を焼結する工程を包含
    し、該成形体は、該成形体の焼結を改良するのに充分な
    量で、化学的に結合した酸素を含有し、 ここで、該化学的に結合した酸素は、酸化銅、酸化タン
    グステン、酸化モリブデンおよびそれらの組合せからな
    る群から選択される化合物中に存在 する、方法。
  2. 【請求項２】 前記成形体が、該成形体中の銅の量を基
    準にして、少なくとも50モル％の酸素を含有する、請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記遷移金属が、タングステンおよびモ
    リブデンからなる群から選択される、請求項２に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 前記還元雰囲気が、水素である、請求項
    １に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記還元雰囲気が、前記成形体の焼結を
    改良するのに充分な量で、蒸気を含有する、請求項４に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記成形体が、流動可能な凝集物の圧縮
    塊を含有し、該凝集物が、前記遷移金属含有粒子および
    前記銅含有粒子を含有する、請求項３に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記流動可能な凝集物の塊が、35°以下
    の安息角および50グラムあたり40秒以下のホール流速を
    有する、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記凝集物が、有機結合剤を含有する、
    請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記圧縮塊が、さらに、該圧縮塊の焼結
    を改良するのに充分な量で、焼結助剤を含有する、請求
    項６に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 0.3〜10ミクロンの平均粒径を有する
    酸化銅粒子および金属タングステン粒子の混合物が、噴
    霧乾燥されて、35°以下の安息角および50グラムあたり
    40秒以下のホール流速を有する流動可能な凝集物の塊を
    形成し、該流動可能な凝集物の塊が、圧縮されて、自己
    支持成形品を形成し、該成形品が、水素を含有する還元
    雰囲気にて、焼結される、請求項３に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記塊中の化学的に結合した酸素の量
    が、焼結中にて、酸化銅/金属銅の共晶が形成されるの
    に充分である、請求項３に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記還元雰囲気が、20℃にて、該還元
    雰囲気を水で飽和するのに充分な水蒸気を含有する、請
    求項５に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記凝集物が、該凝集物中に存在する
    酸化銅、酸化タングステン、または酸化モリブデンを金
    属状態に還元することなく、前記成形体に成形される、
    請求項６に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記銅含有粒子または前記遷移金属含
    有粒子が、腐食防止剤で処理されている、請求項１に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾー
    ルである、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記成形体が、該成形体中の銅の量を
    基準にして、少なくとも50モル％の酸素を含有し、前記
    還元雰囲気が、水素、および20℃にて該還元雰囲気を水
    で飽和するのに充分な水蒸気を含有し、前記遷移金属
    が、タングステンおよびモリブデンからなる群から選択
    され、前記圧縮塊が、さらに、該圧縮塊の焼結を改良す
    るのに充分な量の焼結助剤を含有し、そして前記銅含有
    粒子が、腐食防止剤で処理されている、請求項１に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記遷移金属が、タングステンであ
    り、前記銅含有粒子および前記タングステン含有粒子
    が、0.3〜10ミクロンの平均粒径を有し、前記銅含有粒
    子が、腐食防止剤で処理されており、前記銅含有粒子お
    よび前記タングステン含有粒子が、噴霧乾燥されて、流
    動可能な凝集物の塊を形成し、該流動可能な凝集物の塊
    が、圧縮されて、自己支持形成形品を形成し、該成形品
    が、水素、および該成形品の焼結を改良するのに充分な
    水蒸気を含有する還元雰囲気にて、焼結される、請求項
    ２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 請求項３に記載の方法により製造した
    焼結複合材料であって、その理論密度の少なくとも95％
    の密度を有する、複合材料。
  19. 【請求項１９】 請求項１６に記載の方法により製造し
    た焼結複合材料であって、その理論密度の少なくとも95
    ％の密度を有する、複合材料。
  20. 【請求項２０】 請求項１７に記載の方法により製造し
    た焼結複合材料であって、その理論密度の少なくとも95
    ％の密度を有する、複合材料。
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