JP7142864B2 - 異方性グラファイト複合体の製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕(A)異方性グラファイトと、(B)金属含有ろう材層および金属層が一体化したクラッド材シートとを接合する接合工程を含み、前記接合工程において、(A)異方性グラファイトの結晶配向面に対して垂直な面と、(B)クラッド材シートの金属含有ろう材層とを接合する異方性グラファイト複合体の製造方法。
〔2〕前記金属含有ろう材層が、チタン含有銀ろう材層である〔1〕に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
〔3〕前記接合工程において、700℃以上830℃の温度、かつ、0.1kPa以上5.0kPa以下で加圧することによって(A)異方性グラファイトと(B)クラッド材シートとを接合する〔1〕または〔2〕に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
〔4〕前記金属含有ろう材層と前記金属層とが合金化している〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
〔5〕前記接合工程が真空雰囲気下で行われる、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
〔6〕前記金属含有ろう材層の厚みが10μm~30μm以下である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体の製造方法は、(A)異方性グラファイトと、(B)金属含有ろう材層および金属層が一体化したクラッド材シートとを接合する接合工程を含み、前記接合工程において、(A)異方性グラファイトの結晶配向面に対して垂直な面と、(B)クラッド材シートの金属含有ろう材層とを接合する。
異方性グラファイトは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造を有する層が多数積層したブロック状の形状を有する。このようなブロック状の異方性グラファイトは、グラフェン構造の結晶配向面と平行な方向に高熱伝導性を有する。異方性グラファイトの「異方性」とは、グラファイト層が配向していることから、結晶配向面に対して平行な方向の熱伝導性と垂直な方向の熱伝導性とが大きく異なることを意味する。
異方性グラファイトの製造方法としては、ポリイミドなどの高分子のフィルム積層体をグラファイト化して得られるグラファイトブロックを、切断する方法がある。切断方法としては、ダイヤモンドカッター、ワイヤーソーおよびマシニングなど公知の技術を適宜選択することが可能である。中でも、略直方体形状に容易に加工できる観点で、切断方法としては、ワイヤーソーが好ましい。また、表面を研磨もしくは粗面化する方法として、やすり研磨、バフ研磨およびブラスト処理など公知の技術を適宜用いることも可能である。
本明細書においてクラッド材シートとは、金属含有ろう材層と金属層とが一体化した積層体である。異方性グラファイトの結晶配向面に垂直な方向(図1のY軸方向)へは、熱が相対的に伝わりにくい。そこで、熱伝導率が比較的高く、等方性の材料である金属層を、異方性グラファイトと接合することで、異方性グラファイトのY軸方向の熱伝導性を補うことができる。これによって、より高い放熱効果を発現することができる。
例えば、圧延処理等によって金属層と金属含有ろう材とを接合し、その後成形することで、所望の大きさのクラッド材シートが作製可能である。
接合工程は、(A)異方性グラファイトと、(B)金属含有ろう材層および金属層が一体化したクラッド材シートとを接合する工程である。前記接合工程においては、異方性グラファイトの結晶配向面に対して垂直な面と、クラッド材シートの金属含有ろう材層とを接合する。接合工程は、例えば、クラッド材シートおよび異方性グラファイトを含む積層体を加圧および/または加熱することにより、行われる。好ましくは、接合工程は、当該積層体を加圧しながら加熱することにより、行われる。接合工程は、例えば、加熱炉内で行われる。
本発明の一実施形態に係る製造方法によって得られる異方性グラファイト複合体は、異方性グラファイトと、金属含有ろう材層および金属層を含むクラッド材層とを備える。図2に示すように、異方性グラファイト複合体10は、異方性グラファイト1の結晶配向面に対して垂直な面に、クラッド材層2’が積層されている。ここで、クラッド材層2’とは、上述のクラッド材シートに由来する層を意図している。なお、異方性グラファイト1に対して、金属含有ろう材層および金属層がこの順に積層されている。当該異方性グラファイト複合体は、上述の製造方法で得られたものであるがゆえに、ろう材の漏れ出しが抑制されている。
(a1)異方性グラファイト(20mm×10mm×厚さ1.5mmの直方体、結晶配向面が異方性グラファイトの厚さ方向に平行)。
(a2)異方性グラファイト(20mm×10mm×厚さ1.5mmの直方体、結晶配向面が異方性グラファイトの20mm×10mmの面方向に平行)。
(b1)銅層とチタン含有銀ろう材層とからなる2層クラッド材シート(寸法:20mm×10mm×厚さ215μmの直方体、チタン含有銀ろう材層のチタン含有率1.0%、チタン含有銀ろう材層の厚さ15μm)。
(b2)銅層とチタン含有銀ろう材層とからなる2層クラッド材シート(寸法:20mm×10mm×厚さ230μmの直方体、チタン含有銀ろう材層のチタン含有率1.0%、チタン含有銀ろう材の厚さ30μm)。
(b3-1)チタン含有銀ろう材シート(寸法:20mm×10mm×厚さ30μmの直方体、チタン含有率1.0%)。
(b3-2)純銅シート(寸法:20mm×10mm×厚さ200μmの直方体、銅含有率99.9%)。
(c1)保持部材(寸法:20mm×10mm×厚さ5mmの直方体、東洋炭素製の等方性黒鉛ブロック、型番:TTK-9)。
以下の実施例および比較例の方法で作製した、異方性グラファイト複合体(A1~A6)の側面を目視で観察し、銅層と異方性グラファイト層の間からろう材が漏れ出している状態を評価した。評価基準は以下の通りとした。
A:ろう材が全く漏れ出していない状態。
B:ろう材が異方性グラファイトの側面に一部漏れ出している状態
C:ろう材が異方性グラファイトの側面および上下面に漏れ出している状態(ろう材が異方性グラファイトの側面に漏れ出し、さらに側面を伝って上下面にまで存在している状態)。
図1のように、金属含有ろう材層と、異方性グラファイトの結晶配向面に対して垂直な面とが接するように、上から保持部材3として(c1)保持部材、クラッド材シート2として(b1)銅/銀ろう材の2層クラッド材シート、異方性グラファイト1として(a1)異方性グラファイト、クラッド材シート2として(b1)銅/銀ろう材の2層クラッド材シート、保持部材3として(c1)保持部材の順に積層した。
実施例1において、積層体の上下から加える圧力を0.1kPaから5.0kPaに変えた。それ以外は、実施例1と同様にして(A2)異方性グラファイト複合体を得た。
実施例1において、(b1)銅/銀ろう材の2層クラッド材シート(チタン含有銀ろう材の厚さ15μm)を(b2)銅/銀ろう材の2層クラッド材シート(チタン含有銀ろう材の厚さ30μm)に変えた。それ以外は、実施例1と同様にして(A3)異方性グラファイト複合体を得た。
実施例1において、積層体の上下から加える圧力を0.1kPaから20kPaに変えた。それ以外は、実施例1と同様にして(A4)異方性グラファイト複合体を得た。
実施例1において、加熱炉における昇温温度を810℃から、850℃に変えた。それ以外は、実施例1と同様にして(A5)異方性グラファイト複合体を得た。
図3のように、上から、保持部材3として(c1)保持部材、金属層5として(b3-1)純銅シート、金属含有ろう材層4として(b3-2)チタン含有銀ろう材シート、異方性グラファイト1として(a1)異方性グラファイト、金属含有ろう材層4として(b3-2)チタン含有銀ろう材シート、金属層5として(b3-1)純銅シート、保持部材3として(c1)保持部材の順に積層した。
実施例1において、異方性グラファイト(a1)から、異方性グラファイト(a2)に変えた。それ以外は、実施例1と同様にして(A7)異方性グラファイト複合体を得た。
以下の表1および2に、実施例および比較例の異方性グラファイト複合体(A1~A7)の製造条件と評価結果をまとめた。
2 クラッド材シート
10 異方性グラファイト複合体
Claims (5)
- (A)異方性グラファイトと、(B)金属含有ろう材層および金属層が一体化したクラッド材シートと、を接合する接合工程を含み、
前記接合工程において、(A)異方性グラファイトの結晶配向面に対して垂直な面と、(B)クラッド材シートの金属含有ろう材層とを接合する工程を含み、
前記接合工程において、700℃以上830℃以下の温度、かつ、0.1kPa以上5.0kPa以下で加圧することによって、(A)異方性グラファイトと(B)クラッド材シートとを接合する、異方性グラファイト複合体の製造方法。 - 前記金属含有ろう材層が、チタン含有銀ろう材層である、請求項1に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
- 前記金属含有ろう材層と前記金属層とが合金化している、請求項1または2に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
- 前記接合工程が真空雰囲気下で行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
- 前記金属含有ろう材層の厚みが10μm以上30μm以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の異方性グラファイト複合体の製造方法。
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