JP3873366B2 - タングステン及び／又はモリブデンと銅の合金の製法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、銅−タングステン（モリブデン）燒結合金の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気接点や、半導体用のヒートシンク部材として、従来からＣｕ−Ｗ（銅−タングステン）やＣｕ−Ｍｏ等の複合材（燒結合金）が使用されている。これら銅とタングステン（モリブデン）の複合材は、多孔質のタングステン（モリブデン）焼結体に溶融した銅を含浸させて製造する溶浸法や、Ｃｕ粉末とＷ（Ｍｏ）粉末との混合物を加圧成形して焼結する混合焼結法によって製造されている。
【０００３】
しかしながら、上記溶浸法による製造方法は、銅を含浸したブロックにおいて部分的な銅の含有率のばらつきが多く、銅含浸ブロックはさらに溶浸後、もり上がった銅を研削成形する工程が必要であり、工程数が多い上に材料の無駄が多く歩留まりが悪いなどの課題を抱えている。一方、Ｃｕ粉末とＷ（Ｍｏ）粉末との混合物を加圧・焼結して製造する混合焼結法は、銅の金属粉末を使用するため、混合時に銅粉末が凝集し、該凝集した銅塊が原因となって、銅プール及び／又はポアが合金中に発生するという問題がある。
【０００４】
このような銅プールやポア等の発生を防止するためには、微細な銅粉（平均粒度２〜３ミクロン以下）を使用すればよいが、微細な銅粉は、非常に高価で、製造コストが高くなると云う問題点がある。
【０００５】
そこで、金属銅粉の代わりに、銅酸化物粉末を用いる方法が提案されている（特開平７−２１６４７７号）が、この方法では、タングステン及び／又はモリブデン金属粉末と銅酸化物粉末とを湿式混合した後、粉末を乾燥し、還元を行い、その後造粒を行うため、湿式混合後のスラリー状態の混合物を直接噴霧造粒できると云う湿式混合の利点が生かせず、工程が長くなるという欠点がある。
【０００６】
一方、タングステン酸化物と銅酸化物の混合粉末を製造した後、該粉末を還元し、造粒する方法も提案されている（特開平８−３１１５１０号）が、タングステン還元温度が約８００℃と高く、銅の融点に比較的近いため、銅粉末が凝集する恐れがあり、銅プール、ポア等が発生し易いと云う問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題とするところは、上記の焼結法によってＣｕ−Ｗ（Ｍｏ）燒結合金を製造する方法において、銅が均一に分散し銅の凝集に起因する銅のプール及び／又はポアの発生を防ぐ製法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような構成とした。すなわち、本発明にかかるタングステン及び／又はモリブデンと銅の合金の製法は、タングステン及び／又はモリブデンの金属粉末と、銅酸化物粉末と、重量比で０．１〜１．０％の鉄族金属粉末とを混合した混合粉末を所定形状にプレス成形し、圧粉体の状態で銅酸化物を還元したのち、燒結して所望形状の燒結合金を得ることを特徴としている。上記混合粉末に重量比で０．００２〜０．０４％のリン添加しておくと燒結性が改良されるので好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、具体例に基づいて詳細に説明する。本発明で使用される原料粉末は、酸化銅粉末、タングステン金属粉末、モリブデン金属粉末、鉄族金属粉末等である。酸化銅粉末として最も好ましいのは亜酸化銅粉末である。鉄族金属粉末としては、ニッケル、コバルト、鉄等の金属粉末を好適に使用することができる。また、これらに微量のリンを添加しておくのが好ましいが、そのリン源としては、例えばリン酸銅、リン化銅、リン酸コバルト、リン化コバルト、リン酸ニッケルのようなリン化合物粉が好ましい。また、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸ソーダ等のような溶液の形で添加混合してもかまわない。
【００１０】
上記各原料を、目的とする製品の組成が得られる配合比で混合する。製品中に含まれる各成分の好ましい量を例示すれば、重量比で銅（Ｃｕ）が８〜１３％、コバルト（Ｃｏ）ニッケル（Ｎｉ）等の鉄族金属が３％以下、リン（Ｐ）が０．００２〜０．０４％、タングステン（Ｗ）及び／又はモリブデンが８０〜９２％程度である。
【００１１】
上記原料粉末の混合方法としては、超硬合金製造工程等で使用される公知の強力な混合装置、例えばアトライター、ボールミル等を用いて、湿式（例えばアルコールを使用）で十分に混合するのが好ましい。この混合に際しては、後続の造粒工程及びプレス工程のための助剤（例えばＰＶＰ）を適量添加しておくのが好ましい。
【００１２】
所定の条件で混合したら、噴霧造粒機（スプレードライヤー）で造粒し、顆粒化する。これは、プレス成形を容易にするためであり、場合によっては、造粒せず、混合粉末のままプレス成形することも可能である。上記、噴霧造粒機による造粒法によれば、湿式混合で得られたスラリー状の混合物をそのまま造粒できるので便利である。
【００１３】
造粒した混合粉末は、粉末冶金法の定法にしたがってプレス成形し、燒結するが、本発明では、銅が例えば亜酸化銅として存在しており、プレス用の助剤等も含んでいるので、まず、プレス成形された圧粉体を水素雰囲気中で好ましくは１５０〜２００℃の温度に加熱して銅酸化物の水素還元を行う。さらに、プレス用の助剤の除去を行う。然る後、水素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で燒結を行い、所望の燒結合金を得る。以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
【実施例１】
平均粒度約１ミクロンの金属タングステン粉末を８７ｋｇ、銅含有率８８重量％の亜酸化銅粉末１４．８ｋｇ、金属コバルト０．３ｋｇを原料粉末として用い、これにアルコール２５リットルとプレス助剤としてＰＶＰ１重量％を添加したものをアトライター（超硬ボール使用）で３時間混合した後、スプレードライヤーにて造粒した。
【００１５】
得られた造粒粉を所定の金型とプレス機を用いてプレス成形した。得られた圧粉体の寸法は４０×４０×１．２（ｍｍ）で、成形圧力は１．５ｔｏｎ／ｃｍ² であった。
【００１６】
この圧粉体を水素雰囲気中で１５０〜２００℃の温度で加熱し、亜酸化銅の水素還元を行った。さらに、３００〜４００℃でのプレス助剤の除去を行った。次いで、水素雰囲気中で１２００℃で０．５時間燒結した。得られた燒結体の組成はＷ−１３ｗｔ％Ｃｕ−０．３ｗｔ％Ｃｏであり、その特性は表１の通りであった。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【実施例２】
平均粒度約１ミクロンの金属タングステン粉末を８７ｋｇ、銅含有率８８重量％の亜酸化銅粉末１４．７７ｋｇ、金属コバルト０．３ｋｇ及びリン酸銅０．０３ｋｇを原料として用い、これにアルコール２５リットルとプレス助剤としてＰＶＰ１重量％を添加したものをアトライター（超硬ボール使用）で３時間混合した後、スプレードライヤーにて造粒した。
【００１９】
得られた造粒粉を所定の金型とプレス機を用いてプレス成形した。得られた圧粉体の寸法は４０×４０×１．２（ｍｍ）で、成形圧力は１．５ｔｏｎ／ｃｍ² であった。
【００２０】
この圧粉体を水素雰囲気中で１５０〜２００℃の温度で加熱し、亜酸化銅の水素還元を行った。さらに、３００〜４００℃でのプレス助剤の除去を行った。次いで、水素雰囲気中で１０７０℃で０．５時間燒結した。得られたＷ−１３ｗｔ％Ｃｕ−０．３ｗｔ％Ｃｏ−０．０２５ｗｔ％Ｐ燒結合金の特性は上記表１の通りであった。同表には、比較例として、平均粒度１０ミクロンの金属銅粉を用いて従来法で同様なＣｕ−Ｗ−Ｃｏ合金を製造した結果を伴記した。
【００２１】
なお、上記タングステンの一部又は全部の代わりにモリブデンを用いても十分実用に耐える高品質の燒結合金が得られた。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明の如く、本発明にかかるＣｕ−Ｗ（Ｍｏ）合金の製法によれば、銅プールやポアのない高品質の燒結合金を比較的簡単、かつ安価に製造することが可能となった。

Claims (2)

1. Ｗ−Ｃｕ系焼結合金の製法において、Ｗ粉末とＣｕ _２ Ｏ粉末の合計量１００重量部に対し、０．１〜１．０重量部のＣｏを配合し、得られた混合粉末を所定形状にプレス成形し、圧粉体の状態でＣｕ _２ Ｏを還元したのち、焼結して所望形状の焼結合金を得ることを特徴とするＷ−Ｃｕ系焼結合金の製法。
2. Ｗ粉末とＣｕ _２ Ｏ粉末とＣｏの合計量１００重量部に対して、０．００２〜０．０４重量部の燐を燐化合物の形態でさらに配合する、請求項１に記載のＷ−Ｃｕ系焼結合金の製法。