JPH04346204A - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents
複合材料及びその製造方法Info
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- JPH04346204A JPH04346204A JP11858091A JP11858091A JPH04346204A JP H04346204 A JPH04346204 A JP H04346204A JP 11858091 A JP11858091 A JP 11858091A JP 11858091 A JP11858091 A JP 11858091A JP H04346204 A JPH04346204 A JP H04346204A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品・電子機器に
おいて使用される複合材料及びその製造方法に関するも
のである。
おいて使用される複合材料及びその製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来より電子部品・電子機器には樹脂を
マトリックスとしてセラミックスを充填剤としたものや
、金属をマトリックスとしてセラミックス等を分散複合
材としたものが用いられてきた。これらの中で、金属を
分散粒子として絶縁層で分離した複合材料は、例えば、
高飽和磁束密度の磁性金属/絶縁体系のように、電気抵
抗を大きくして高周波領域の渦電流損失を低減させる等
、金属と絶縁体の性質を合わせ持つ特性の材料を作製し
ようとするものである。
マトリックスとしてセラミックスを充填剤としたものや
、金属をマトリックスとしてセラミックス等を分散複合
材としたものが用いられてきた。これらの中で、金属を
分散粒子として絶縁層で分離した複合材料は、例えば、
高飽和磁束密度の磁性金属/絶縁体系のように、電気抵
抗を大きくして高周波領域の渦電流損失を低減させる等
、金属と絶縁体の性質を合わせ持つ特性の材料を作製し
ようとするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属/絶縁体系複合材料において、高電気抵抗が得られ
た材料は、絶縁層の膜厚が厚いものであり、金属粒子の
間隔が大きいものであった。この様な構造では、磁芯材
料として利用する場合、絶縁層の磁気抵抗のために透磁
率が大幅に低下するという問題点があった。
金属/絶縁体系複合材料において、高電気抵抗が得られ
た材料は、絶縁層の膜厚が厚いものであり、金属粒子の
間隔が大きいものであった。この様な構造では、磁芯材
料として利用する場合、絶縁層の磁気抵抗のために透磁
率が大幅に低下するという問題点があった。
【0004】そこで、絶縁層の膜厚を極薄く形成した後
これを高密度に焼結させることも試みられているが、膜
厚が薄くなり、高密度化するほど金属粒子同士の直接接
触が生じ易くなり、電気抵抗が低下して期待した特性が
得られていないという問題点があった。
これを高密度に焼結させることも試みられているが、膜
厚が薄くなり、高密度化するほど金属粒子同士の直接接
触が生じ易くなり、電気抵抗が低下して期待した特性が
得られていないという問題点があった。
【0005】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
め、高周波領域においても高い透磁率を有する複合磁性
材料を提供することを目的とする。
め、高周波領域においても高い透磁率を有する複合磁性
材料を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の複合材料は、粒子状の金属または合金である物
質Aの表面が、前記物質Aに比較して高電気抵抗の物質
Bの皮膜でほぼ覆われることにより、物質Aの粒子同士
がほぼ接触することのない構造を持ち、且つ物質Aの各
粒子径が、それらの平均粒径に対する比率で実質的に0
.8〜1.2の割合の範囲内にあり、かつ相対密度が9
7%以上であるという構成を備えたものである。ここで
相対密度とは、次の式によって算出される密度である。
本発明の複合材料は、粒子状の金属または合金である物
質Aの表面が、前記物質Aに比較して高電気抵抗の物質
Bの皮膜でほぼ覆われることにより、物質Aの粒子同士
がほぼ接触することのない構造を持ち、且つ物質Aの各
粒子径が、それらの平均粒径に対する比率で実質的に0
.8〜1.2の割合の範囲内にあり、かつ相対密度が9
7%以上であるという構成を備えたものである。ここで
相対密度とは、次の式によって算出される密度である。
【0007】相対密度=[焼結体の見掛密度/{(物質
Aの真密度×体積分率)+(物質Bの真密度×体積分率
)}]×100 前記構成においては、物質Aが金属磁性体からなること
が好ましい。
Aの真密度×体積分率)+(物質Bの真密度×体積分率
)}]×100 前記構成においては、物質Aが金属磁性体からなること
が好ましい。
【0008】また前記構成においては、物質Aの平均粒
径が50μm以下の範囲からなることが好ましい。次に
本発明の複合材料の製造方法は、各粉末粒子径がそれら
の平均粒径に対する比率で実質的に0.8〜1.2の割
合の範囲内にある金属または合金粉末粒子Aの表面を酸
化処理し、表面に予め高電気抵抗の物質Bを形成して複
合粉末とし、前記複合粉末を高温高圧力下で成形するこ
とを特徴とする。
径が50μm以下の範囲からなることが好ましい。次に
本発明の複合材料の製造方法は、各粉末粒子径がそれら
の平均粒径に対する比率で実質的に0.8〜1.2の割
合の範囲内にある金属または合金粉末粒子Aの表面を酸
化処理し、表面に予め高電気抵抗の物質Bを形成して複
合粉末とし、前記複合粉末を高温高圧力下で成形するこ
とを特徴とする。
【0009】
【作用】前記本発明の複合材料の構成によれば、金属ま
たは合金粒子の粒径を揃えることによって、より低温も
しくは低圧による高密度成型が容易になり、高電気抵抗
の複合焼結体が、より薄い絶縁層で得られる。その結果
、膜厚が薄くとも、金属粒子同士がほぼ接触することの
ない構造を得ることができる、その中で金属母相粒子と
して磁性金属粒子を用いる場合は、高周波域で高透磁率
を有する材料を得ることができる。
たは合金粒子の粒径を揃えることによって、より低温も
しくは低圧による高密度成型が容易になり、高電気抵抗
の複合焼結体が、より薄い絶縁層で得られる。その結果
、膜厚が薄くとも、金属粒子同士がほぼ接触することの
ない構造を得ることができる、その中で金属母相粒子と
して磁性金属粒子を用いる場合は、高周波域で高透磁率
を有する材料を得ることができる。
【0010】次に本発明の複合材料の製造方法の構成に
よれば、合金粒子の粒径を揃えることによって、より低
温もしくは低圧による高密度成型が容易になり、高電気
抵抗の複合焼結体が、より薄い絶縁層で得られ、前記複
合材料を効率良く均質に製造することができる。
よれば、合金粒子の粒径を揃えることによって、より低
温もしくは低圧による高密度成型が容易になり、高電気
抵抗の複合焼結体が、より薄い絶縁層で得られ、前記複
合材料を効率良く均質に製造することができる。
【0011】
【実施例】発明者等は、例えば粒径が広く分布している
Fe系合金粒子を酸化させることにより各種粒径の粉体
表面に、Fe系の酸化物層を形成し、それらの粒子を高
密度に焼結させると、絶縁層の膜厚が十数nmオーダー
の場合は、焼結時に絶縁膜が破損して、電気抵抗が低下
することを見いだした。また本発明の方法では、合金粒
子の粒径を揃えることによって、より低温もしくは低圧
による高密度成型が容易になり、高電気抵抗の複合焼結
体が、より薄い絶縁層で得られる。
Fe系合金粒子を酸化させることにより各種粒径の粉体
表面に、Fe系の酸化物層を形成し、それらの粒子を高
密度に焼結させると、絶縁層の膜厚が十数nmオーダー
の場合は、焼結時に絶縁膜が破損して、電気抵抗が低下
することを見いだした。また本発明の方法では、合金粒
子の粒径を揃えることによって、より低温もしくは低圧
による高密度成型が容易になり、高電気抵抗の複合焼結
体が、より薄い絶縁層で得られる。
【0012】本発明において、合金粒子に、Fe−Si
,Fe−Si−Al,Fe−Si−Al−Ni,Fe−
Ni,Fe−Al等の磁性体を用いると、高周波領域に
於いても高い透磁率を有する複合磁性材料が得られる。
,Fe−Si−Al,Fe−Si−Al−Ni,Fe−
Ni,Fe−Al等の磁性体を用いると、高周波領域に
於いても高い透磁率を有する複合磁性材料が得られる。
【0013】又、金属母相粒子に粒径の揃えたAl,S
i 等の単体の金属を用い、酸化物の薄膜で覆われるよ
うに構成した後焼結させる場合は、nmオーダーの薄い
酸化膜で形成され、金属Al, もしくはSiの特性を
持つ高電気抵抗の複合材料を得られる。
i 等の単体の金属を用い、酸化物の薄膜で覆われるよ
うに構成した後焼結させる場合は、nmオーダーの薄い
酸化膜で形成され、金属Al, もしくはSiの特性を
持つ高電気抵抗の複合材料を得られる。
【0014】本発明の複合材料は、高電気抵抗の物質で
ある薄層を第2の物質、粒径を揃えた金属母相粒子を第
1の物質(物質A)とし、第2の物質(物質B)で第1
の物質(物質A)を覆う構成をとった焼結体である。
ある薄層を第2の物質、粒径を揃えた金属母相粒子を第
1の物質(物質A)とし、第2の物質(物質B)で第1
の物質(物質A)を覆う構成をとった焼結体である。
【0015】第1の物質が磁性材料である場合は、各種
磁性金属のうち、高飽和磁束密度でかつ高透磁率のFe
系磁性材料が、本発明の目的とする複合材料を得る上で
望ましい。Fe系磁性材料の具体例としては、例えばF
e−Al 系合金、Fe−Ni 系合金、Fe−Si
系合金、Fe−Si−Al系合金、Fe−Si−Al−
Ni 系合金、Fe−Ni−Mo系合金等が挙げられる
。
磁性金属のうち、高飽和磁束密度でかつ高透磁率のFe
系磁性材料が、本発明の目的とする複合材料を得る上で
望ましい。Fe系磁性材料の具体例としては、例えばF
e−Al 系合金、Fe−Ni 系合金、Fe−Si
系合金、Fe−Si−Al系合金、Fe−Si−Al−
Ni 系合金、Fe−Ni−Mo系合金等が挙げられる
。
【0016】また、金属的性質(高熱伝導率、高熱膨張
率等)を有する絶縁体の複合材料を得ることを目的とす
る場合、具体例としては、第1の物質としてAl,Si
等の金属を用いた場合が挙げられる。
率等)を有する絶縁体の複合材料を得ることを目的とす
る場合、具体例としては、第1の物質としてAl,Si
等の金属を用いた場合が挙げられる。
【0017】以下代表的に、第1の物質としてAl,F
e−Ni系合金,Fe−Si−Al 系合金を用いた場
合について具体例を説明する。以下の実施例において、
メッシュとは日本工業規格標準ふるい(JIS Z
8801)に定められた規格をいい、1インチ当たり
の網ふるい目を通過したものである(記号#を付する場
合も同じ)。
e−Ni系合金,Fe−Si−Al 系合金を用いた場
合について具体例を説明する。以下の実施例において、
メッシュとは日本工業規格標準ふるい(JIS Z
8801)に定められた規格をいい、1インチ当たり
の網ふるい目を通過したものである(記号#を付する場
合も同じ)。
【0018】実施例1基板材料として、絶縁性のある高
熱伝導率の材料が望まれている。そこでAlを絶縁化し
た複合材料を得ることで、上記目的を達成するため以下
の実験を行なった。
熱伝導率の材料が望まれている。そこでAlを絶縁化し
た複合材料を得ることで、上記目的を達成するため以下
の実験を行なった。
【0019】300メッシュ〜400メッシュで分級し
た粒径が20〜24μmのAlのアトマイズ粉体に対し
て大気中雰囲気下、600℃、60時間熱処理を行ない
、Al−O系の酸化絶縁膜を表面に形成した。この複合
粉末を500kg/cm2 で加圧成型して、成型体を
作製後、Ar中600℃で1時間、400kg/cm2
の圧力でホットプレスを行い、高密度(相対密度98
〜99%)の複合材料を作製した。この場合の絶縁膜厚
は、粒径、重量増の値から換算したところδ=152n
mであった。またAlのアトマイズ粉体(物質A)と絶
縁膜(物質B)の体積の存在割合は、物質A:物質Bが
約100:1であった。
た粒径が20〜24μmのAlのアトマイズ粉体に対し
て大気中雰囲気下、600℃、60時間熱処理を行ない
、Al−O系の酸化絶縁膜を表面に形成した。この複合
粉末を500kg/cm2 で加圧成型して、成型体を
作製後、Ar中600℃で1時間、400kg/cm2
の圧力でホットプレスを行い、高密度(相対密度98
〜99%)の複合材料を作製した。この場合の絶縁膜厚
は、粒径、重量増の値から換算したところδ=152n
mであった。またAlのアトマイズ粉体(物質A)と絶
縁膜(物質B)の体積の存在割合は、物質A:物質Bが
約100:1であった。
【0020】前記のようにして得られた焼結体の密度(
d)、電気抵抗(ρ)及び熱伝導率は、d=2.68g
/cm3 、ρ=2.5×106 (Ω・cm)、熱伝
導率=180 (W/m・deg)となった。
d)、電気抵抗(ρ)及び熱伝導率は、d=2.68g
/cm3 、ρ=2.5×106 (Ω・cm)、熱伝
導率=180 (W/m・deg)となった。
【0021】一方、同じAlのアトマイズ粉末で粒径が
数μm〜40μmに幅広く分布している粉体( #25
0メッシュ通過粉体)表面に同様に、大気中雰囲気下(
Po2 =1000ppm )、600℃、60時間熱
処理を行ない、ほぼ同じ膜厚(δ=147nm)の絶縁
膜を形成した後、ホットプレスを行い高密度の焼結体を
得た。この焼結体の密度はd=2.54(g/cm3
)であり、粒径を揃えた焼結体に比較してやや低い値が
得られ、且つ電気抵抗はρ=2.8(Ωcm)となり、
絶縁性は得られなかった。熱伝導率は密度が不十分であ
る影響を受け140 (W/m・deg )となった。 この結果、同一平均粒径、同一平均膜厚の構造でも、粒
径を揃えることによってより緻密で高電気抵抗、高熱伝
導率の焼結体を得ることができた。
数μm〜40μmに幅広く分布している粉体( #25
0メッシュ通過粉体)表面に同様に、大気中雰囲気下(
Po2 =1000ppm )、600℃、60時間熱
処理を行ない、ほぼ同じ膜厚(δ=147nm)の絶縁
膜を形成した後、ホットプレスを行い高密度の焼結体を
得た。この焼結体の密度はd=2.54(g/cm3
)であり、粒径を揃えた焼結体に比較してやや低い値が
得られ、且つ電気抵抗はρ=2.8(Ωcm)となり、
絶縁性は得られなかった。熱伝導率は密度が不十分であ
る影響を受け140 (W/m・deg )となった。 この結果、同一平均粒径、同一平均膜厚の構造でも、粒
径を揃えることによってより緻密で高電気抵抗、高熱伝
導率の焼結体を得ることができた。
【0022】実施例2
物質Aとして金属磁性体、Fe系合金を用いた場合の実
施例について以下説明する。
施例について以下説明する。
【0023】組成が重量%(以後wt% と記す)比で
Fe−Si−Al−Ni=87:6:4:3のN2アト
マイズ粉を以下4通りに分けた。100メッシュ〜15
0メッシュで分級した粒径が60〜80μmの粉末、1
00メッシュ通過粉体である平均粒径65μmの粉末、
300メッシュ〜4000メッシュで分級した粒径が2
0〜24μmの粉末、及び235メッシュ通過粉体であ
る平均粒径22μmの粉末の4種類につき、大気中雰囲
気下、700℃、20分間の熱処理を行ない、Fe−O
、Al−Oを主成分とする厚さ十数nmの絶縁膜を、粉
体表面に形成した。
Fe−Si−Al−Ni=87:6:4:3のN2アト
マイズ粉を以下4通りに分けた。100メッシュ〜15
0メッシュで分級した粒径が60〜80μmの粉末、1
00メッシュ通過粉体である平均粒径65μmの粉末、
300メッシュ〜4000メッシュで分級した粒径が2
0〜24μmの粉末、及び235メッシュ通過粉体であ
る平均粒径22μmの粉末の4種類につき、大気中雰囲
気下、700℃、20分間の熱処理を行ない、Fe−O
、Al−Oを主成分とする厚さ十数nmの絶縁膜を、粉
体表面に形成した。
【0024】この合金粉体を500kg/cm2 で加
圧成型して、成型体を作製後、Ar中800℃で2時間
1000kg/cm2 の圧力でホットプレスを行い、
高密度(相対密度98〜99%)複合材料を作製した。 これらの複合材料の密度、電気抵抗、透磁率を、表1に
示す。 なお、金属磁性体(物質A)と絶縁膜(物質B)の体積
の存在割合は、物質A:物質Bが約500:1であった
。
圧成型して、成型体を作製後、Ar中800℃で2時間
1000kg/cm2 の圧力でホットプレスを行い、
高密度(相対密度98〜99%)複合材料を作製した。 これらの複合材料の密度、電気抵抗、透磁率を、表1に
示す。 なお、金属磁性体(物質A)と絶縁膜(物質B)の体積
の存在割合は、物質A:物質Bが約500:1であった
。
【0025】
【表1】
【0026】以上の結果から、まず実施例1と同様、同
一平均粒径、同一膜厚で比較すると、粒径が揃っている
焼結体がより緻密化、高電気抵抗化しており、透磁率に
その効果が現われている事がわかる。
一平均粒径、同一膜厚で比較すると、粒径が揃っている
焼結体がより緻密化、高電気抵抗化しており、透磁率に
その効果が現われている事がわかる。
【0027】次に粒径を揃えた2つの焼結体(#100
〜150,及び#300〜400)を比較すると、それ
ぞれの平均粒径70μmφ、22μmφと各周波数域で
の表皮深さとの相関で、前者の焼結体では高周波領域(
1MHz)で透磁率が急低下しているのに対し、後者で
はほぼ高透磁率を維持していることがわかる。この様に
、MHz領域での高透磁率を要求する場合は、この複合
材料における粒径は50μm以下の構造であることが望
ましい。
〜150,及び#300〜400)を比較すると、それ
ぞれの平均粒径70μmφ、22μmφと各周波数域で
の表皮深さとの相関で、前者の焼結体では高周波領域(
1MHz)で透磁率が急低下しているのに対し、後者で
はほぼ高透磁率を維持していることがわかる。この様に
、MHz領域での高透磁率を要求する場合は、この複合
材料における粒径は50μm以下の構造であることが望
ましい。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り本発明は、金属粒子の
各粒子径をほぼ揃えることにより、高密度焼結を容易に
し、膜厚が薄くとも、金属粒子同士がほぼ接触すること
のない構造を得ることができること、その中で金属母相
粒子として磁性金属粒子を用いる場合は、高周波域で高
透磁率を有する材料を得ることができる効果がある。
各粒子径をほぼ揃えることにより、高密度焼結を容易に
し、膜厚が薄くとも、金属粒子同士がほぼ接触すること
のない構造を得ることができること、その中で金属母相
粒子として磁性金属粒子を用いる場合は、高周波域で高
透磁率を有する材料を得ることができる効果がある。
Claims (4)
- 【請求項1】 粒子状の金属または合金である物質A
の表面が、前記物質Aに比較して高電気抵抗の物質Bの
皮膜でほぼ覆われることにより、物質Aの粒子同士がほ
ぼ接触することのない構造を持ち、且つ物質Aの各粒子
径が、それらの平均粒径に対する比率で実質的に0.8
〜1.2の割合の範囲内にあり、かつ相対密度が97%
以上である複合材料。 - 【請求項2】 物質Aが金属磁性体からなる請求項1
記載の複合材料。 - 【請求項3】 物質Aの平均粒径が50μm以下の範
囲からなる請求項2記載の複合材料。 - 【請求項4】 各粉末粒子径が、それらの平均粒径に
対する比率で実質的に0.8〜1.2の割合の範囲内に
ある金属または合金粉末粒子Aの表面を酸化処理し、表
面に予め高電気抵抗の物質Bを形成して複合粉末とし、
前記複合粉末を高温高圧力下で成形することを特徴とす
る複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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