JPH08199280A - 銅タングステン合金およびその製造方法 - Google Patents
銅タングステン合金およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均質かつ高密度であって、熱伝導度および抗
折力に優れる銅タングステン合金およびその製造方法を
提供すること。 【構成】 銅粉末およびタングステン粉末に微量の燐を
混合して得られた混合粉末を所定の形状に加圧成形した
のち、得られた成形体を焼結して、銅タングステン合金
焼結体を得る方法。得られる銅タングステン合金中には
０．００２〜０．０４０重量％の燐が含有される。上記
混合粉末にさらに０．１〜０．５重量％のコバルト、
鉄、ニッケルのうちの１種又は２種以上を添加しておく
のがより好ましい。
折力に優れる銅タングステン合金およびその製造方法を
提供すること。 【構成】 銅粉末およびタングステン粉末に微量の燐を
混合して得られた混合粉末を所定の形状に加圧成形した
のち、得られた成形体を焼結して、銅タングステン合金
焼結体を得る方法。得られる銅タングステン合金中には
０．００２〜０．０４０重量％の燐が含有される。上記
混合粉末にさらに０．１〜０．５重量％のコバルト、
鉄、ニッケルのうちの１種又は２種以上を添加しておく
のがより好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極材料、電気接点材
料、半導体用パッケージ材料、ヒートシンク等に使用さ
れる銅タングステン合金およびその製造方法に関する。
料、半導体用パッケージ材料、ヒートシンク等に使用さ
れる銅タングステン合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】銅タングステン合金は、銅の高電気伝導
度とタングステンの耐アークエロージョン性を備えた材
料で、古くから電極材料や電気接点として使用されてき
た。近年、エレクトロニクス分野において、半導体用の
パッケージ材料やヒートシンク部材として使用されるよ
うになってきた。
度とタングステンの耐アークエロージョン性を備えた材
料で、古くから電極材料や電気接点として使用されてき
た。近年、エレクトロニクス分野において、半導体用の
パッケージ材料やヒートシンク部材として使用されるよ
うになってきた。
【０００３】この銅タングステン合金は、銅とタングス
テンが相互に固溶しないため、粉末冶金法で製造され
る。この粉末冶金法による製造方法としては、大別して
溶浸法と混合粉末法の２種類の方法がある。溶浸法は、
タングステン粉末のみをプレス成形して焼結し、予め多
孔質なタングステンのスケルトンを作っておき、これに
溶融した銅を含浸させる方法である。また、粉末混合法
は、銅粉末とタングステン粉末とを所定の割合で混合し
た混合粉末をプレス成型し、焼結する方法である。
テンが相互に固溶しないため、粉末冶金法で製造され
る。この粉末冶金法による製造方法としては、大別して
溶浸法と混合粉末法の２種類の方法がある。溶浸法は、
タングステン粉末のみをプレス成形して焼結し、予め多
孔質なタングステンのスケルトンを作っておき、これに
溶融した銅を含浸させる方法である。また、粉末混合法
は、銅粉末とタングステン粉末とを所定の割合で混合し
た混合粉末をプレス成型し、焼結する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
溶浸法および粉末混合法による製造方法は、いずれも次
のような問題点がある。まず溶浸法については、タング
ステン・スケルトンの多孔度の調整が困難で、銅の含有
率がばらつき易いこと、および工程数が多くなるのでコ
ストが高くなるという問題である。また、粉末混合法
は、銅粉末とＷ粉末とを混合する時に、Ｗ粉末とＣｕ粉
末とが圧粉状態となっているため、焼結体時に圧粉体内
部に還元性ガスが充分侵入しないのでＷ粒子表面が充分
還元されず、Ｗ粉末に対する液相のＣｕ粉末の濡れが悪
くなりボイドの原因となっていた。
溶浸法および粉末混合法による製造方法は、いずれも次
のような問題点がある。まず溶浸法については、タング
ステン・スケルトンの多孔度の調整が困難で、銅の含有
率がばらつき易いこと、および工程数が多くなるのでコ
ストが高くなるという問題である。また、粉末混合法
は、銅粉末とＷ粉末とを混合する時に、Ｗ粉末とＣｕ粉
末とが圧粉状態となっているため、焼結体時に圧粉体内
部に還元性ガスが充分侵入しないのでＷ粒子表面が充分
還元されず、Ｗ粉末に対する液相のＣｕ粉末の濡れが悪
くなりボイドの原因となっていた。
【０００５】また、Ｃｕ粉末自身も充分に還元されてい
ないため残存酸素により、熱伝導度が低下する原因とな
っていた。
ないため残存酸素により、熱伝導度が低下する原因とな
っていた。
【０００６】そこで本発明は、燐の添加により液相のＣ
ｕのＷ粒子表面への濡れ性の改善、およびＣｕ粉末中の
酸素を脱酸することにより、均質かつ高密度であって、
熱伝導度および抗折力に優れる銅タングステン合金とそ
の製造方法を提供することを課題としている。
ｕのＷ粒子表面への濡れ性の改善、およびＣｕ粉末中の
酸素を脱酸することにより、均質かつ高密度であって、
熱伝導度および抗折力に優れる銅タングステン合金とそ
の製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成とした。すなわち、第１
の発明にかかる銅タングステン合金は、重量比で銅を５
〜３０％、燐を０．００２〜０．０４％含有し、残部が
実質的にタングステンであることを特徴としている。第
２の発明にかかる銅タングステン合金は、重量比で銅を
５〜３０％、燐を０．００２〜０．０４％、コバルト、
ニッケル、鉄のうちの１種又は２種以上を０．１〜０．
５％含有し、残部が実質的にタングステンであることを
特徴としている。
に、本発明は以下のような構成とした。すなわち、第１
の発明にかかる銅タングステン合金は、重量比で銅を５
〜３０％、燐を０．００２〜０．０４％含有し、残部が
実質的にタングステンであることを特徴としている。第
２の発明にかかる銅タングステン合金は、重量比で銅を
５〜３０％、燐を０．００２〜０．０４％、コバルト、
ニッケル、鉄のうちの１種又は２種以上を０．１〜０．
５％含有し、残部が実質的にタングステンであることを
特徴としている。
【０００８】第３の発明にかかる銅タングステン合金の
製造方法は、銅粉末およびタングステン粉末に、微量の
燐を混合して得られた混合粉末を、所定の形状に加圧成
形したのち、得られた成形体を焼結して、０．００２〜
０．０４重量％の燐を含有する銅タングステン合金焼結
体を得ることを特徴としている。また、第４の発明にか
かる銅タングステン合金は、銅粉末およびタングステン
粉末にコバルト，鉄，ニッケルのうちの１種又は２種以
上の粉末０．１〜０．５重量％と微量の燐を混合して得
られた混合粉末を所定の形状に加圧成形したのち、得ら
れた成形体を焼結して、０．００２〜０．０４重量％の
燐を含有する銅タングステン合金焼結体を得ることを特
徴としている。
製造方法は、銅粉末およびタングステン粉末に、微量の
燐を混合して得られた混合粉末を、所定の形状に加圧成
形したのち、得られた成形体を焼結して、０．００２〜
０．０４重量％の燐を含有する銅タングステン合金焼結
体を得ることを特徴としている。また、第４の発明にか
かる銅タングステン合金は、銅粉末およびタングステン
粉末にコバルト，鉄，ニッケルのうちの１種又は２種以
上の粉末０．１〜０．５重量％と微量の燐を混合して得
られた混合粉末を所定の形状に加圧成形したのち、得ら
れた成形体を焼結して、０．００２〜０．０４重量％の
燐を含有する銅タングステン合金焼結体を得ることを特
徴としている。
【０００９】すなわち上記発明では、銅タングステン合
金を製造するに際し、燐を微量に添加する点に特徴があ
り、得られる銅タングステン合金中には、０．００２〜
０．０４重量％の燐が含有される。以下、具体例を挙げ
つつ本発明を詳細に説明する。
金を製造するに際し、燐を微量に添加する点に特徴があ
り、得られる銅タングステン合金中には、０．００２〜
０．０４重量％の燐が含有される。以下、具体例を挙げ
つつ本発明を詳細に説明する。
【００１０】原料である銅粉末としては、０．５〜３０
ミクロン程度の比較的細かい粉末を用いるのが好まし
い。
ミクロン程度の比較的細かい粉末を用いるのが好まし
い。
【００１１】同じく原料として使用するタングステン粉
末は、従来粉末冶金原料として使用されてきた、粒度数
ミクロンの金属粉末を使用するのが好ましい。
末は、従来粉末冶金原料として使用されてきた、粒度数
ミクロンの金属粉末を使用するのが好ましい。
【００１２】本発明では、上記以外に、微量成分として
燐が添加される。また、燒結を促進するために、微量の
コバルト、鉄、ニッケルのうちの１種または２種以上を
０．１〜０．５重量％添加するのが好ましい。
燐が添加される。また、燒結を促進するために、微量の
コバルト、鉄、ニッケルのうちの１種または２種以上を
０．１〜０．５重量％添加するのが好ましい。
【００１３】燐は、通常Ｃｕ3 Ｐ（燐化銅）、燐を８重
量％含んだ銅との混合粉末（市販品）、Ｃｏ2 Ｐ（燐化
コバルト）、燐化ニッケルなどの形で添加するのが好ま
しい。添加された燐は焼結工程などで消費されるため
か、得られる銅タングステン合金中に含有される（残存
する）燐の量は添加量の４０〜２０重量％になるのが普
通である。本発明の銅タングステン合金では、残存する
燐の量が０．００２〜０．０４重量％であることが好ま
しい。発明者の実験によると、燐を添加することによ
り、焼結温度を５０〜８０℃低くしても通常の燒結温度
で燒結したものと同等性能の銅タングステン合金が得ら
れるというメリットがある。また、同等量の硼素も脱酸
素剤として使用可能である。
量％含んだ銅との混合粉末（市販品）、Ｃｏ2 Ｐ（燐化
コバルト）、燐化ニッケルなどの形で添加するのが好ま
しい。添加された燐は焼結工程などで消費されるため
か、得られる銅タングステン合金中に含有される（残存
する）燐の量は添加量の４０〜２０重量％になるのが普
通である。本発明の銅タングステン合金では、残存する
燐の量が０．００２〜０．０４重量％であることが好ま
しい。発明者の実験によると、燐を添加することによ
り、焼結温度を５０〜８０℃低くしても通常の燒結温度
で燒結したものと同等性能の銅タングステン合金が得ら
れるというメリットがある。また、同等量の硼素も脱酸
素剤として使用可能である。
【００１４】つぎに、その製法について具体的に述べれ
ば、まず銅粉末とタングステン粉末と燐成分と、場合に
より例えばコバルト粉末を所定の割合で配合し、混合す
る。この混合は、例えばボールミル等のミリング装置を
用いて行うのが好ましい。混合時間は、均一な混合状態
が得られる時間であり、例えばボ−ルミルを用いる場合
は、通常８０〜１００時間である。なお、この場合はア
ルコール等を加えた湿式混合で行うのが好ましい。
ば、まず銅粉末とタングステン粉末と燐成分と、場合に
より例えばコバルト粉末を所定の割合で配合し、混合す
る。この混合は、例えばボールミル等のミリング装置を
用いて行うのが好ましい。混合時間は、均一な混合状態
が得られる時間であり、例えばボ−ルミルを用いる場合
は、通常８０〜１００時間である。なお、この場合はア
ルコール等を加えた湿式混合で行うのが好ましい。
【００１５】得られた混合粉末を従来公知の方法で造粒
後加圧成形し、焼結することにより、銅とタングステン
とが均一に分散した合金が得られる。
後加圧成形し、焼結することにより、銅とタングステン
とが均一に分散した合金が得られる。
【００１６】
【実施例１】以下の条件でＷ−１０％Ｃｕ合金を試作し
た。使用した原料粉末は、平均粒度１．８ミクロンの市
販のタングステン粉末１８０ｇ、平均粒度２３ミクロン
の市販のＣｕ粉末２０ｇ、平均粒度１．５ミクロンの市
販のコバルト粉末を０．４５ｇ（０．２重量％）および
燐が８重量％含まれた銅と燐の混合粉末（以下、８ＰＣ
ｕと呼ぶ）である。８ＰＣｕの量は、以上の全原料中、
０、０．１７、０．３５、０．９０、１．７０、３．０
各重量％の６水準とした。該６水準の内、０．１７、
０．３５、０．９０、１．７０重量％の４水準が表１に
示すように、燐含有量において本発明品に該当する。こ
れら原料粉末にエチルアルコール６０ｃｃを加えてボー
ルミル（超硬合金ボール使用）で９６時間湿式混合し
た。
た。使用した原料粉末は、平均粒度１．８ミクロンの市
販のタングステン粉末１８０ｇ、平均粒度２３ミクロン
の市販のＣｕ粉末２０ｇ、平均粒度１．５ミクロンの市
販のコバルト粉末を０．４５ｇ（０．２重量％）および
燐が８重量％含まれた銅と燐の混合粉末（以下、８ＰＣ
ｕと呼ぶ）である。８ＰＣｕの量は、以上の全原料中、
０、０．１７、０．３５、０．９０、１．７０、３．０
各重量％の６水準とした。該６水準の内、０．１７、
０．３５、０．９０、１．７０重量％の４水準が表１に
示すように、燐含有量において本発明品に該当する。こ
れら原料粉末にエチルアルコール６０ｃｃを加えてボー
ルミル（超硬合金ボール使用）で９６時間湿式混合し
た。
【００１７】得られた金属混合粉末に、造粒用バインダ
として、ＰＶＰをエチルアルコールに溶解して添加し
た。ＰＶＰの添加量は、１．０重量％であった。この粉
末を公知の方法で造粒し、粉末プレス機としてメカニカ
ルプレスを用いて加圧成形した。成形体の寸法は、１０
×３０×５（ｍｍ）であり、成形圧力は１．５トン／ｃ
ｍ2 であった。
として、ＰＶＰをエチルアルコールに溶解して添加し
た。ＰＶＰの添加量は、１．０重量％であった。この粉
末を公知の方法で造粒し、粉末プレス機としてメカニカ
ルプレスを用いて加圧成形した。成形体の寸法は、１０
×３０×５（ｍｍ）であり、成形圧力は１．５トン／ｃ
ｍ2 であった。
【００１８】得られた成形体を水素雰囲気中で焼結し
た。焼結条件は、１２５０℃×１時間であった。この焼
結により、寸法８×２４×４（ｍｍ）の銅タングステン
焼結合金が得られた。この銅タングステン焼結合金の特
性値は表１に示す通りであった。
た。焼結条件は、１２５０℃×１時間であった。この焼
結により、寸法８×２４×４（ｍｍ）の銅タングステン
焼結合金が得られた。この銅タングステン焼結合金の特
性値は表１に示す通りであった。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【実施例２】つぎに、以下の条件で放電加工用電極とし
て使用するＷ−２０％Ｃｕ合金を試作した。使用した原
料粉末は、平均粒度１．８ミクロンのタングステン粉末
４８０ｇ、平均粒度２３ミクロンのＣｕ粉末１２０ｇ、
平均粒度１．５ミクロンのコバルト粉末を１．２０ｇお
よび８ＰＣｕである。８ＰＣｕの量は、以上の全原料
中、０、０．２０、０．４０、０．９０、１．７０、
２．８０各重量％の６水準とした。該６水準の内、０．
２０、０．４０、０．９０、１．７０重量％の４水準が
表２に示すように、燐含有量において本発明品に該当す
る。これら原料粉末にエチルアルコール６０ｃｃを加え
てボールミルで９６時間湿式混合した。
て使用するＷ−２０％Ｃｕ合金を試作した。使用した原
料粉末は、平均粒度１．８ミクロンのタングステン粉末
４８０ｇ、平均粒度２３ミクロンのＣｕ粉末１２０ｇ、
平均粒度１．５ミクロンのコバルト粉末を１．２０ｇお
よび８ＰＣｕである。８ＰＣｕの量は、以上の全原料
中、０、０．２０、０．４０、０．９０、１．７０、
２．８０各重量％の６水準とした。該６水準の内、０．
２０、０．４０、０．９０、１．７０重量％の４水準が
表２に示すように、燐含有量において本発明品に該当す
る。これら原料粉末にエチルアルコール６０ｃｃを加え
てボールミルで９６時間湿式混合した。
【００２１】得られた金属混合粉末に、造粒用バインダ
として、ＰＶＰをエチルアルコールに溶解して添加し
た。ＰＶＰの添加量は、１．５重量％であった。この粉
末を公知の方法で造粒し、粉末プレス機としてメカニカ
ルプレスを用いて加圧成形した。成形体の寸法は、４５
×４５×５０（ｍｍ）であり、成形圧力は１．５トン／
ｃｍ2 であった。
として、ＰＶＰをエチルアルコールに溶解して添加し
た。ＰＶＰの添加量は、１．５重量％であった。この粉
末を公知の方法で造粒し、粉末プレス機としてメカニカ
ルプレスを用いて加圧成形した。成形体の寸法は、４５
×４５×５０（ｍｍ）であり、成形圧力は１．５トン／
ｃｍ2 であった。
【００２２】得られた成形体を水素雰囲気中で焼結し
た。焼結条件は、１２００℃×１時間であった。この焼
結により、寸法３４×３４×３８（ｍｍ）の銅タングス
テン焼結合金が得られた。この銅タングステン焼結合金
の特性値は表２に示す通りであった。
た。焼結条件は、１２００℃×１時間であった。この焼
結により、寸法３４×３４×３８（ｍｍ）の銅タングス
テン焼結合金が得られた。この銅タングステン焼結合金
の特性値は表２に示す通りであった。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【発明の効果】以上の説明の如く、本発明によれば、銅
タングステン合金において燐を含有させたことにより、
焼結密度、抗折力および熱伝導率において明らかに性能
向上が認められる。しかも純度の高い銅タングステン合
金を、燒結法（粉末混合法）によって安全にしかも効率
よく製造することができる。
タングステン合金において燐を含有させたことにより、
焼結密度、抗折力および熱伝導率において明らかに性能
向上が認められる。しかも純度の高い銅タングステン合
金を、燒結法（粉末混合法）によって安全にしかも効率
よく製造することができる。
【図１】実施例１（○印）および２（△印）における燐
の含有量と焼結密度との関係を示すグラフである。
の含有量と焼結密度との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１（○印）および２（△印）における燐
の含有量と抗折力との関係を示すグラフである。
の含有量と抗折力との関係を示すグラフである。
【図３】実施例１（○印）および２（△印）における燐
の含有量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
の含有量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 山邊 博之 大阪府寝屋川市池田西町26−５ 東邦金属 株式会社寝屋川工場内 (72)発明者 中山 雅雄 大阪府寝屋川市池田西町26−５ 東邦金属 株式会社寝屋川工場内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比で銅を５〜３０％、燐を０．００
２〜０．０４％含有し、残部が実質的にタングステンで
ある銅タングステン合金。 - 【請求項２】 重量比で銅を５〜３０％、燐を０．００
２〜０．０４％、コバルト、ニッケル、鉄のうちの１種
又は２種以上を０．１〜０．５％含有し、残部が実質的
にタングステンである銅タングステン合金。 - 【請求項３】 銅粉末およびタングステン粉末に微量の
燐を混合して得られた混合粉末を所定の形状に加圧成形
したのち、得られた成形体を焼結して、０．００２〜
０．０４重量％の燐を含有する銅タングステン合金焼結
体を得ることを特徴とする銅タングステン合金の製造方
法。 - 【請求項４】 銅粉末およびタングステン粉末にコバル
ト，鉄，ニッケルのうちの１種又は２種以上の粉末０．
１〜０．５重量％と微量の燐を混合して得られた混合粉
末を所定の形状に加圧成形したのち、得られた成形体を
焼結して、０．００２〜０．０４重量％の燐を含有する
銅タングステン合金焼結体を得ることを特徴とする銅タ
ングステン合金の製造方法。
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