JPH0219177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気材料用粒子分散強化銅を製造す
る方法に関するものである。

〔従来の技術〕

高温強度が必要な個所において使用する電気材
料として、従来、Al₂O₃などの酸化物系の粒子を
銅中に混入した粒子分散強化銅が用いられてい
る。

しかしながら、このAl₂O₃などの酸化物系の粒
子は、導電率が悪いため、粒子の添加によつて高
温強度を高めることができても、その添加量を増
すと導電率が著しく低下するという問題がある。
従つて、導電率の高い微粒子を強化材とする粒子
分散強化銅を安価に製造可能にすることが望まれ
ている。

このような粒子分散強化銅を製造する方法とし
ては、従来、粉末治金法が一般的に用いられてい
る。しかしながら、この粉末治金法は複雑な製造
プロセスと大規模な設備が不可欠であるという問
題がある。

一方、合金の固液共存状態において強化材を添
加しながら回転撹拌するコンポキヤスト法も知ら
れているが、従来のコンポキヤスト法は、高温状
態にある凝固中の金属合金に温度差が非常に大き
い常温の強化材粒子を添加しながら撹拌する手法
をもつているため、添加直後の常温の強化材が急
冷板となつて粘性の高い半凝固状態の金属合金と
強化材との界面にギヤツプができ、強化材表面を
金属合金が完全に濡らすことができない。そし
て、このような現象が回転撹拌によつて強化材粒
子の一つ一つに生じ、それらが多数のミクロポリ
シテイを形成するため、機械的及び電気的な材料
特性が劣化するという欠点がある。

しかも、溶湯と強化材粒子との間に比重差があ
る場合には、撹拌中に強化材粒子が均一に分散し
ていても、撹拌を停止したときに、上記比重差に
より不均一な混合状態に変化しつつ凝固するの
で、均一な粒子分散強化銅を得ることができな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、導電性の良い炭化物系微粒子に
着目し、従来、粉末治金法でつくられていた粒子
分散強化銅と同等またはそれ以上の特性をもつ複
合材料を、簡易な鋳造法によつて製造すべく、鋭
意研究を進めた結果、それが実現できることを確
かめた。

本発明は、かかる知見に基づくものであり、そ
の技術的課題は、上記炭化物系微粒子を用いて、
粉末治金法に匹敵する電気的及び機械的特性をも
つ粒子分散強化銅を簡易な鋳造法で製造可能にす
ることにある。

〔問題点を解決するための手段、作用〕

上記課題を解決するため、本発明に係る粒子分
散強化銅の製造方法は、銅に導電率の高い炭化物
系微粒子を添加して加熱溶解し、これを冷却しな
がら撹拌棒による機械的な回転撹拌を加え、銅の
凝固初期段階まで回転撹拌を続行することによつ
て、銅結晶間に炭化物系微粒子を均一に分散さ
せ、回転撹拌停止後に銅結晶を成長させることを
特徴とするものである。

本発明の方法についてさらに詳細に説明する
と、本発明により製造される粒子分散強化銅は、
一般的には、銅結晶間に20wt％を超えない程度
の導電率の高い炭化物系微粒子を均一に分散させ
ることにより構成される。

導電率の高い炭化物系の強化材としては、
HfC，NbC，TaC，ThC，TiC，UC，VC，
ZrC，BaC₂，CaC₂，CeC₂，DyC₂，ErC₂，
GdC₂，HoC₂，LaC₂，LuC₂，MgC₂，NbC₂，
PrC₂，SmC₂，SrC₂，TbC₂，TmC₂，UC₂，
YC₂，Yb₂，SiC，Be₂C，RuC，WC，W₂C，γ
−MoC，AlFe₃C，AlMn₃C，Fe₃SnC，
GaMn₃C，Mn₃ZnC，Al₄C₃，Co₃C，Fe₃C，
Mo₂C，Mn₃C，Nb₂C，Ni₃C，Ta₂C，V₂C等を
挙げることができる。これらは、一般的に
10^-5ohm・cmオーダーの金属に近い導電率を有
し、それを銅に添加混合しても比抵抗を大きく低
下させることはない。

また、一般的に上記導電率の低下は70％IACS
程度まで容認することができ、従つて、炭化物系
微粒子の添加量は、前述したように、20wt％を
超えない程度が望ましいが、導電率の低下が70％
IACSを超えない範囲で適宜増減することができ
る。

上記炭化物系微粒子により強化した粒子分散強
化銅を得るには、まず、純銅と導電率の高い炭化
物系微粒子をルツボ中に入れて、電気炉等によつ
て加熱溶解させる。

このように、銅と炭化物系微粒子とを常温から
同時に加熱することにより、銅の溶解時に炭化物
系微粒子も殆ど温度差のない高温状態となるた
め、後述の回転撹拌による凝固中に半凝固状態に
ある銅によつて炭化物系微粒子を完全に濡らこと
ができ、銅と炭化物系微粒子との界面にミクロポ
リシテイが形成されることがない。加熱溶解した
複合材料は、例えばルツボごと炉外に取り出すな
どの手段で徐冷しながら、溶湯中心部に撹拌棒を
挿入した後、直ちにそれを回転させ、撹拌棒によ
る機械的な回転撹拌を加える。

このような回転撹拌を行う場合に、溶湯と炭化
物系微粒子との間に比重差があると、撹拌中には
微粒子が均一に分散していても、撹拌を停止した
ときに上記比重差により急速に不均一な混合状態
に変化し、その状態で凝固して、均一な粒子分散
強化銅を得ることができない。

しかるに、本発明においては、銅の凝固初期段
階まで回転撹拌を続行することにより、炭化物系
微粒子が均一に分散可能であることを確かめ、そ
の知見に基づいて均一な粒子分散強化銅を得るよ
うにしている。即ち、上記のように、銅の凝固中
においても溶湯を撹拌すると、溶湯と炭化物系微
粒子との間に比重差があつても、生成した銅結晶
の間隙に炭化物系微粒子が強制的に封じ込められ
て均一に分散することになるので、結晶間に炭化
物が捕捉されたままで凝固が完了し、それによつ
て極めて均質な粒子分散強化銅を得ることができ
る。そして、撹拌棒は銅の凝固初期段階が終了し
て固相率がさらに高くなつた状態で取り出し、こ
の状態で自然凝固させて銅結晶を成長させる。

その結果、純銅に匹敵する電気特性、純銅に比
べて著しく高い機械的特性を備え、かつ温度に依
存しない電気的及び機械的特性を兼ね備えた均質
な電気材料を、鋳造法により容易に創製すること
ができる。

〔発明の効果〕

上述した本発明によれば、従来から粉末治金法
でつくられていた粒子分散強化銅と同等またはそ
れよりもすぐれた電気的及び機械的特性を有する
材料を、容易に製造することができる。

特に、粉末治金法を用いる場合には、複雑な製
造プロセスと大規模な設備が不可欠でるが、本発
明においては、鋳造法を用いているので、上記粉
末治金法に比べて極めて低コストで粒子分散強化
銅を製造することができる。

しかも、銅と炭化物系微粒子とを常温から同時
に加熱することにより、銅による炭化物系微粒子
の濡れを良くしてそれらの界面にミクロポリシテ
イが形成されるのを確実に防止し、良好な材料特
性を得ることができる。

〔実施例〕

供試材としての純銅と炭化タングステンの微粒
子（6μｍと0.68μｍの２種類）をルツボに入れ、
電気炉内で加熱溶解後、ルツボごと炉外に取り出
し、溶湯中心部に撹拌棒を挿入して1500rpmで回
転撹拌した。この回転撹拌は、凝固初期段階まで
続行させて、銅結晶粒間に炭化タングステン微粒
子を均一に分散させ、回転撹拌停止後に撹拌棒を
引き抜いた状態で自然凝固させて、銅結晶を成長
させた。

炭化タングステンの添加量を変えて実験した結
果、第１図に示すように、炭化タングステンの増
加と共に、機械的な性質（硬度）が著しく改善さ
れ、これに対して、電気的特性（導電率）は純銅
とほぼ同じで、その低下が非常に僅かであること
が確かめられた。

この実験結果によれば、炭化タングステンは、
ごく微量から20wt％程度まで添加しても、電気
的特性を大きく損なうことなく機械的特性が改善
され、従来のAl₂O₃などの酸化物系粒子の場合に
は1wt％未満しか添加できないのに対して、強化
材の添加による機械的特性の改善を有効に行い得
ることがわかる。

第２図及び第３図は、炭化物系微粒子として粒
径が１〜2μｍ（WCの場合は0.68μｍ）のNbC，
TaC，TiC，VC，WC，Al₄C₃，Mo₂Cを用い、
上述した炭化タングステンの場合と同様な条件で
製造した粒子分散強化銅についての炭化物量と導
電率の関係及び炭化物量と引張り強さの関係を示
すグラフである。この実験結果からも、各炭化物
を比較的多量に添加しても、電気的特性を大きく
損なうことなく、機械的特性の改善を有効に行い
得ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炭化物として炭化タングステンを用
いて本発明の方法により製造した粒子分散強化銅
の電気的及び機械的特性についての実験結果を示
すグラフ、第２図は各種炭化物を用いた場合の炭
化物量と導電率の関係を示すグラフ、第３図は同
炭化物量と引張り強さの関係を示すグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅に導電率の高い炭化物系微粒子を添加して
   加熱溶解し、これを冷却しながら撹拌棒による機
   械的な回転撹拌を加え、銅の凝固初期段階まで回
   転撹拌を続行することによつて、銅結晶間に炭化
   物系微粒子を均一に分散させ、回転撹拌停止後に
   銅結晶を成長させることを特徴とする電気材料用
   粒子分散強化銅の製造方法。