JPS58144440A - 銅−炭素繊維複合体の製造方法および装置 - Google Patents

銅−炭素繊維複合体の製造方法および装置

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JPS58144440A
JPS58144440A JP2447582A JP2447582A JPS58144440A JP S58144440 A JPS58144440 A JP S58144440A JP 2447582 A JP2447582 A JP 2447582A JP 2447582 A JP2447582 A JP 2447582A JP S58144440 A JPS58144440 A JP S58144440A
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JP
Japan
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copper
carbon fiber
fiber composite
cooling
raw materials
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Pending
Application number
JP2447582A
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English (en)
Inventor
Tokuo Sekijima
関島 徳雄
Mitsunari Kamata
鎌田 充也
Masanori Nakasaki
中崎 正紀
Kazuhiro Hirose
広瀬 一弘
Keiichi Kuniya
国谷 啓一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銅−炭素繊維複合体の製造方法および装置に係
り、特に熱膨張係数と熱伝導係数が安定した均質かつ高
密度比の銅−炭素繊維複合体を量産するのに好適な銅−
炭素繊維複合体の製造方法および装置に関する。
現在、各方面において、炭素繊維と金属とを複合し、各
々の坪独材料だけの弱点を補ったり、あるいは複合によ
る単純な加算効果以上の新しい性質を持った材料を開発
する研究が盛んに行なわれている。特に銅−炭素繊維複
合体は銅のもつ漏熱伝導性と炭素繊維のもつ負の熱膨張
特性とを組合せた高熱伝導、低熱膨張材料として極めて
有用である。
しかるに銅と炭素は互いに濡れ性が悪く、また相互に溶
解度をもたないため、均質でかつ高密度比の合金が得に
くい。
本発明の目的は、高熱伝導−低熱膨張性が安定した均質
かつ高密度化の銅−炭素線維複合体を量産することがで
きる銅−炭素繊維複合体の製造方法および装置を提供す
ることにある。
本発明者らは、銅−炭素繊維複合体をホットプレスによ
り製造するに際し、冷却過程において所定の温度に至る
まで加圧することによって、高熱伝導−低熱膨張性が安
定し、かつ冷却過程の加圧を一時的に解放しても冷却過
程における連続加圧に比べて特性劣化の原因とならない
ことを見い出した。
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたもので
あって、銅−炭素繊維複合体をホットプレスする段階と
、この段階後銅−炭素繊維複合体を連続的またに断続的
に加圧しながら冷却する段階とを含む銅−炭素繊維複合
体の製造方法であり。
さらに銅−炭素繊維複合体を通電ホットプレスする手段
と、この手段から銅−炭素線維複合体を含む部材を移送
し、銅−炭素繊維複合体を加圧冷却する手段とを備えた
銅−炭素繊維複合体の製造装置である。
以下2本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において、予め所定組成比に配合された銅−炭素
繊維複合体素材を加熱昇温し融点未満の所定温度に到達
せしめると共に所定の圧力を付加する。この圧力によっ
て緻密化が促進され、焼結時間が短縮される。次いで、
圧力を付加しつつ冷却することにより、高密度比で均質
な銅−炭素繊維複合体が得られる。
一般にホットプレス法では冷却過程における加圧は重要
な意味を持たない。しかし銅−炭素繊維複合体において
は極めて重要な意味を持つ。即ち、炭素繊維の高弾性は
高温においても維持されるため、冷却過程において圧力
を解放すると炭素繊維の弾性回復によって、銅−炭素界
面の剥離など各所に破壊を生じ、その結果として密度比
が低下し、熱伝導率の低下や鍼膨張係数のバラツキをも
たらす。本発明において、冷却過程で加圧し、炭素繊維
の弾性回復による整置を防止するものであり。
冷却過程における温度が4000に至るまでのときに効
果が大きい。即ち400C以下の温度でに圧力を解放し
ても、炭素繊維の弾性回復による応力に打ち勝つだけの
マトリックス強度を有し、剥離や破壊は生じない。
また本発明によれば、冷却過程において400Cに至る
までの温度域のときに一時的に圧力を解放しても銅−炭
素繊維複合体の特性劣化の原因とならない。ここで特性
劣化の原因とならないのは、冷却過程において40(l
に至るまでの温度域のときに連続的に加圧する場合に比
べて銅−炭素繊維複合体の特性がほとんど変化しないこ
とを意味する。即ち圧力解放に伴う密度比の低下があっ
ても4001Z”以上の温度範囲では再加圧すれば、緻
密化し、実質的に連続圧力により圧力解放がなかった場
合と同等の結果が得られることになる。尚ホットプレス
により焼結を行なう場合にも、一時的な圧力の解放は銅
−炭素繊維複合体の特性劣化の原因とはならない。
次に本発明による。銅−炭素繊維複合体をホットプレス
法で製作する場合の温度、圧力のスケジュールを図示す
ると第1図の如くなる。即ち第1図において、ホットプ
レスの初期において初期荷重Prを付加しつつT1まで
加熱昇温する。P!は必ずしも必要ではないが直接通電
加熱の場合は面内温度分布の均一化に有効である。温度
がTsまで昇温したら、可及的に速かに荷重をP8まで
昇温させ、そのまま保持する。所定の保持時間t、を経
た後、冷却段階に入り、温度TFまで冷却した時に荷重
を開放する。以上が基本的なプロセスであるがtlから
t、までの間で一点鎖線のような除荷があっても、この
除荷が一時的なもので再加圧があれば全く同等の結果が
得られる。
次に本発明装置の実施例を第2図、第3図、第4図によ
り説明する。
第2図はホットプレス装置の構造の断面を示すもので、
C型プレスフレーム1の中に型7をセットシ、型7の中
には黒鉛コマ8と銅−炭素繊維複合体素材9を交互に積
層した構造となっている。
加熱部分の構成はC型プレスフレーム1の上部および下
部に設けられた絶縁物3より型7側に順次にブスバー4
1銅押棒5および焼結時の銅−炭素繊維複合体素材の成
形縮みに追従し型7内に入る事が可能な黒鉛押棒6が配
列されている。加熱のプロセスとしてはブスバー4よシ
供給された電気が銅押棒5および黒鉛押棒6を介して黒
鉛コマ8および銅−炭素繊維複合体素材9を流れ、これ
らの電気抵抗によるジュール熱により電流密度を変える
ことによって所定の焼結温度に調整できるようになって
いる。
加圧部分はシリンダ2により絶縁物3を介して加熱プロ
セスと同様の結路で銅−炭素繊維複合体素材9に所定の
加圧力が伝わる構造となっている。
また黒鉛押棒6および黒鉛コマ8の酸化を防止するため
に、型7および黒鉛押棒6はチャンバ10で覆われてい
る。
第3図は加圧プレス装置の断面を示すもので、第2図ホ
ットプレス装置より絶縁物3およびブスバー4を取除き
これらの代りに断熱材11を入れた構造となっており、
シリンダー2を介して前記ホットプレスと同様に銅−炭
素繊維複合体素材9に所定の加圧を伝えることができる
第4図は銅−炭素繊維複合体製造装置の構成を示し、第
5図は銅−炭素繊維複合体製造装置による製造プロセス
を示す。
本発明の実施例を第4図および第5図で説明すると、ホ
ットプレス装置112にて所定温度T’sおよび所定圧
力Pにて焼結を行ない所定時間t1になったら一時的に
除荷して、型装置15(銅押棒5.黒鉛押棒6、型7.
黒鉛コマ8.銅−炭素、繊維複合体索材9およびチャン
パート0を含む集合体)を加圧冷却プレス装置113に
移動させ所定の圧力Pにて再び加圧冷却する。所定時間
t、になったら再度除荷して型装置t15を次の加圧冷
却プレス装置14に移動させ所定圧力Pにて加圧冷却す
る。加圧冷却完了温度Tt(銅−炭素複合体の場合40
0C以下)になったら所定圧力Pを除荷して製造工程全
終了する。これら一連の製造工程でs  ’1 ”’!
 = ”、になるように加圧冷却完了温度T、を設定し
ホットプレス装置12より連続的に順次移動して行けば
【、時間経過毎にひとつの銅−炭素繊維複合体の製造が
可能である。
一方通常のホットプレス装置1台で銅−炭素繊維複合体
をホットプレスし、かつ加圧冷却する場合、1台のホッ
トプレス装置では第5図におけるt、−4−t4の時間
を要することになる。従って通常のホットプレス装置一
台で多数の銅−炭素繊維複合体を連続的に製造する場合
s  ’r + 14  (a×t、)時間経過毎にひ
とつの銅−炭素繊維複合体が製造されるに留まる。従っ
て本発明では生産性が向上する。
尚、第4図に示す加圧冷却プレス装置を増加させ、ホッ
トプレス装置の所定時間tlをさらに分割した時間をt
xとすれば、1./1.が整数になるように加圧冷却完
了温度T、を設定すれば18時間経過毎にひとつの銅−
炭素繊維複合体の製造が可能であり、さらに生産性が向
上することになる。
実施例 1 繊維直径6μmの炭素繊維3000本からなる(9) 炭素繊維束にIAmの銅メッキを施した後、直径4日の
銅芯に巻付け、直径20m、厚さ3.5 waの渦巻体
を作製した。この渦巻体を第1図の基本スケジュールで
ホットプレスした。ホットプレスの雰囲気はN、+5%
H1の混合ガスである。第1表にホットプレス条件と得
られた銅・炭素複合体の特性を示す。
第   1   表 第1表によれば、A5(ホットプレス後の冷却過程にお
いて荷重を与えない場合)では、密肛比。
熱膨張係数および熱伝導率のいずれの特性も劣っている
。崖1〜A4(ホットプレス後の冷却過程(10) において加圧する場合)では屋5に比べて特性の改善が
認められ、特に屋1〜屋3は特性の改善が著しい。した
がってホットプレス後、冷却過程において400Cに至
るまで加圧することが望ましいことがわかる。
実施例 2 直径6μmの炭素繊維3000本からなる炭素繊維束に
厚さ1μmの銅メッキを施し% 11nch当910目
の平織布を作製した。この布t50wX50簡に切断し
、3枚重ねてホットプレスした。
ホットプレス条件は第1図に基づいたが途中で一時的な
除荷を行なった。結果を第2表に示す。明らかに一時的
除荷があっても得られた銅・炭素複合体の特性劣化は認
められない。
(11) (12) 以上のように本発明によれば、ホットプレス後の冷却過
程において炭素繊維の弾性回復を抑止することによって
銅−炭素界面の剥離などによる破壊を防止し、熱膨張係
数および熱伝導係数が安定した銅−炭素繊維複合体を得
ることができる。さらに加圧冷却時、一時的に除荷して
も特性劣化がなく、シたがって、ホットプレス手段から
加圧冷却手段に銅−炭素繊維腹合体を順次移送すること
ができるので生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法における温度、圧力のスケジュール
例を示す図、第2図は本発明におけるホットプレス装置
の一例を示す縦断面図、第3図は本発明における加圧冷
却プレス装置の一例を示す縦断面図、第4図は本発明装
置の一例を示す立面図、第5図は第4図の装置に対応す
る温度、圧力のスケジュール例を示す図である。 1・・・CWプレスフレーム、2−°1シリンダー、3
・・・絶縁物、4・・・ブスバー、5・・・銅押棒、6
・・・黒鉛押棒、7・・・型、8・・・黒鉛コマ、9・
・・銅−炭素繊維機(13) 合体素材、10・・・チャンバ、11・・・断熱材。 12・・・ホットプレス装置、13・・・加圧冷却プレ
ス装置、14・・・加圧冷却プレス装置、15・・・型
装置。 代理人 弁理士 高橋明夫・・、 “ 4.、□W。 ・パ、[・j ″・デ4.′ (14)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、銅−炭素繊維複合体をホットプレスする段階と、そ
    の後、銅−炭素繊維複合体を連続的または断続的に加圧
    しながら冷却する段階とを含む銅−炭素繊維複合体の製
    造方法。 2、特許請求の範囲第1項において、ホットプレスする
    段階後、@−炭素繊維複合体を連続的または断続的に加
    圧しながら冷却する段階までの間に少なくとも一回除荷
    することを特徴とする銅−炭素繊維複合体の製造方法。 3、銅−炭素繊維複合体を通電ホットプレスする手段と
    、この手段からホットプレスされた銅−炭素繊維複合体
    を含む部材を移送し、銅−炭素繊維複合体を加圧冷却す
    る手段とを備えたことイ特徴とする銅−炭素繊維複合体
    の製造装置。 4、特許請求の範囲第3項において、加圧冷却する手段
    が2つ以上であることを%徴とする銅−炭素繊維複合体
    の製造装置。 5゜特許請求の範囲第3項において1通電ホットプレス
    する手段が2つ以上であることを特徴とする銅−炭素繊
    維複合体の製造装置。
JP2447582A 1982-02-19 1982-02-19 銅−炭素繊維複合体の製造方法および装置 Pending JPS58144440A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006103798A1 (ja) * 2005-03-29 2006-10-05 Hitachi Metals, Ltd. 高熱伝導性黒鉛粒子分散型複合体及びその製造方法
US8551569B2 (en) 2001-09-26 2013-10-08 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh & Co. Kg Method for producing a metal base material provided with a sliding layer, and the use thereof
CN108930006A (zh) * 2018-08-27 2018-12-04 中南大学 一种镀铜短切碳纤维增强铜/石墨复合材料及其制备方法

Cited By (4)

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CN108930006A (zh) * 2018-08-27 2018-12-04 中南大学 一种镀铜短切碳纤维增强铜/石墨复合材料及其制备方法

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