JPS63238230A

JPS63238230A - 導電性複合材料とその製法

Info

Publication number: JPS63238230A
Application number: JP62070694A
Authority: JP
Inventors: Shuji Yamada; 修司山田; Masayuki Tsuji; 辻　公志; Yoshinobu Takegawa; 竹川　禎信; Teru Tanimura; 谷村　暉; Akira Menjo; 氈受　彰; Nobuyoshi Yano; 矢野　暢芳
Original assignee: Unitika Ltd; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; Unitika Ltd
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1987-03-25
Publication date: 1988-10-04
Also published as: JPH0514779B2

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】〔技術分野〕この発明は、導電性複合材料およびその製法に関する。

〔背景技術〕

Ａｇ、　Ａｕ、　Ｃｕなどの導電性材料に粒子を分散さ
せて強化する場合、粒子間距離が問題となる。外力が働
くと材料は変形するが、このとき転位が動きながら変形
する。転位を動きにくくすると変形がしにくくなり、硬
度も大きくなると言える。転位を動かすのに必要な外力
σは、で表される。

従って、粒子間距離λを小さくすれば、転位を動かそう
とする力σが大きくなり、−転位が動きにくくなって変
形しにくい硬い導電性複合材料ができる。粒子間距離を
小さくするためには、分散粒子を小さく、粒子の含有量
を多くすればよい。

真空中で金属を蒸発させてつくる０、０１〜１μｍの超
微粒子が市販されている。２種のこのような超微粒子を
混合し、成形し、焼結し、そして機械的に粉砕すること
により分散強化粉末をつくることができる。０．０７μ
ｍのへｇ超微粒子と０．０２μｍのＮｉ超微粒子を上記
の方法で粉末とした場合の、Ａｇ中のＮｉ粒子の分散状
態を第２図に顕微鏡写真で示した。Ｎｉ粒子は、Ａｇ粒
子およびＮｉ粒子の合計重量の５％を占める。第２図の
写真で、小さな粒状の部分がＮｉ粒子、それらの周りを
うめる海状の部分がへｇマトリックスである。この写真
にみるように、Ｎｉ超微粒子が多数凝集しており、超微
粒子を１つ１つ分離して分散させることは難しい。

しかも、この凝集したかたまりの分布が不均一で、Ｎｉ
粒子の存在しないかなり広ｕｌＡｇだけの領域が存在す
る。これは全体的には硬度の低下を引き起こす原因とな
る。また、このようなものは、現在のところ高価であり
、工業製品として採用しにくいなどの欠点があった。

Ａｇを強化する場合、Ａｇに固溶しにくいＮｉ粒子とＡ
ｇ粒子を混合し、成形し、焼結し、そして機械的に粉砕
して所定の大きさの粉末を作製する方法もある。この場
合、ＡｇおよびＮｉの粒子は、一般には、数〜５０μｍ
の大きさく３５０メツシユ以下）のため、第３図に示す
ように、Ｎｉ粒子が一部凝集したりして、１〜２０μｍ
の大きさのＮｉ粒子が分散し、分散強化の効果は小さく
なる。

特開昭６１−１４７８２７号公報には、Ａｇ中に、１〜
２０ミクロンのＮｉ粒子とサブミクロンのＮｉ徽粉粒子
均一に分散されている電気接点材料およびこの材料の製
法が開示されている。前述したように、分散強化の効果
を上げるためには、分散粒子間の距離を小さくする必要
がある。しかし、前記公報で開示されている発明では、
２種の大きさのＮｉ粒子が分散されており、しかも、１
〜２０ミクロンという大きな粒子が混じっている。この
ため、分散強化の効果がより低くかった。また、この材
料の製法は、ＡｇとＮｉをＮｉの融点以上の温度で溶解
させ、これを噴霧して粉末を得、この粉末を成形した後
順次焼結、圧縮、熱間圧縮、押出加工している・得られ
た接点材料は前記のようなものであるので、前記粉末は
２種の大きさの分散粒子を有している。

〔発明の目的〕

この発明は、以上のことに鑑みて、従来の導電性複合材
料に比べて電気特性をあまり変化させずに硬度を太き（
し、粘着性が少なく、摩耗性および高温での変形の少な
い導電性複合材料を提供するとともに、そのような導電
性複合材料をつくる方法を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

上記の目的を達成するために、第１の発明は、マトリッ
クス金属（Ａ）中に、この金属（Ａ）と二相分離する金
属（Ｂ）からなる粒径０．０１〜１μｍの粒子が１種以
上分散されており、かつ、金属（Ａ）と金属（Ｂ）との
合計重量に対し金属（Ｂ）が０．５〜２０％である導電
性複合材料を要旨とし、第２の発明は、金属（Ａ）およ
びこれと二相分離する金属（Ｂ）を含み、金属（Ａ）お
よび金属（Ｂ）の合計重量に対して金属（Ｂ）が０．５
〜２０％という割合である溶湯を急冷凝固させることに
より、金属（Ａ）中に、金属（Ｂ）からなる粒径０．０
１〜１μｍの粒子が１種以上分散されており、かつ、金
属（Ａ）と金属（Ｂ）との合計重量に対し金属（Ｂ）が
０．５〜２０％である導電性複合材料を得る導電性複合
材料の製法を要旨とする。

以下に、これらの発明の詳細な説明する。

マトリックス金属（Ａ）と二相分離する金属（Ｂ）とは
、金属（Ａ）と均一の固相をつくらない、すなわち、固
溶体をつくらないもの（全くつくらないものに限定せず
、固溶する程度の低いものをも含める）を指す。金属（
Ａ）と金属（Ｂ）とが溶融状態で均一の液相をつくるか
否かは問わないが、均一の液相をつくる方が、固相とな
ったときに、金属、（Ｂ）が微細な状態で均一に金属（
Ａ）中に分散されやすいので、好ましい。

金属（Ａ）としては、特に限定はないが、たとえば、Ａ
ｇ、　Ａｕ、　Ｃｕなどが挙げられる。

金属（Ｂ）としては、マトリックス金属（Ａ）に応じて
種々選択され、特に限定はない。たとえば、金属（Ａ）
がＡｇである場合、金属（Ｂ）としては、Ｎｉ、　Ｃｒ
、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｓｉ＋　Ｒｈ、　　Ｖからなる群
の中から選ばれた少なくとも１種が好ましい。金属（Ａ
）が＾Ｕである場合、金属（Ｂ）としては、Ｇｅ、　Ｓ
ｉ、　Ｓｂ、　Ｒｈからなる群の中から選ばれた少なく
とも１種が好ましい。金属（Ａ）がＣｕである場合、金
属（Ｂ）としては、Ｆｅが好ましい。金属（Ａ）と金属
（Ｂ）としてこれらの組み合わせを選択すれば、金属（
Ｂ）の分散がより微細で均一にすることが容易である。

分散される金属（Ｂ）の量は、金属（Ａ）および金属（
Ｂ）の合計重量に対して０．５〜２０％とする必要があ
る。０．５％を下回ると、分散粒子の量が少ないため粒
子の間隔が大きくなり、分散強化の効果が少なくなる。

２０％を上回ると、金属（Ａ）中に細かく分散しない単
独の大きな粒子の量が多くなる。

金属（Ｂ）は、粒径０．０１〜１μｍの粒子となって金
属（Ａ）中に分散されていることが必要である。０．０
１μｍを下回ると、金属（Ａ）の導電性が低下するとい
う問題が生じる。１μｍを上回ると、分散強化の効果が
小さいという問題が生じる。なお、現実には、粒径１μ
ｍより大で５μｍ以下の金属（Ｂ）粒子が、金属（Ａ）
マトリックス中の金属（Ｂ）粒子全体に対して、約５ｗ
ｔ％以下入っていても差支えない。

この発明の導電性複合材料は、種々の方法で製造される
。たとえば、急冷凝固法を用いるようにすると、金属（
Ｂ）が上記粒径範囲内の粒子となって金属（Ａ）のマト
リックス中に分散されやすく、このようにするために、
厳密な条件設定を特に必要としない。

溶融した金属を、周囲に水の膜を張った回転盤（回転ド
ラム）の中に噴出させ、溶融金属を急冷凝固させる方法
で、アモルファス繊維を作製することが行われている。

このような方法を実施するのに使われる装置で回転盤の
回転スピードなどを変えることにより、粉末なども作製
することができる。従来は、互いに固溶する金属を融解
し、急冷凝固させていた。

この発明の製法では、常温で互いに固溶しない金属を溶
融し、混合したのち、急冷凝固させることにより、マト
リックス金属中にこれと固溶しない金属粒子が均一に細
かく分散した粉末などを作製できるところに特徴がある
。

急冷凝固法としては、特に限定はないが、回転液中噴霧
法、高圧ガスアトマイズ法が好ましい。

これらの方法によれば、マトリックス金属（Ａ）中に金
ＩＩ　（Ｂ）が、より微細かつ均一に分散した導電性複
合材料を得ることができる。

より具体的に説明すると、たとえば、Ａｇ−４，６ｗｔ
％Ｎｉ合金粉末を作製するには、ＡｇおよびＮｉを９５
．４ｗｔ％Ａｇ、４．６ｗｔ％Ｎｉの割合で黒鉛るつぼ
に入れ、高周波溶融によって１６５０℃の溶湯温度とす
る。回転液中噴霧法の場合には、この溶湯を直径０．１
〜０．２鶴のノズル孔から、回転するドラム内壁に形成
された水膜中に噴出すればよい。また、高圧ガスアトマ
イズ法の場合、直径０．１〜５鰭のノズルから噴出した
金属流を５Ｏ−１００１１ｒ／ｄの高圧不活性ガスで噴
霧すればよい。

第４図および第５図は、回転液中噴霧法に用いられる装
置の１例をあられす。これらの図中、■は、一端を閉じ
た円筒状の回転ドラム、２は冷却液体、３は噴出炉、４
は噴出ノズル、５は溶融金属（溶湯）、６は急冷粉末、
７は加熱装置、８は駆動装置である。駆動装置８により
回転ドラム１が回転する。回転ドラム１の内壁には遠心
力により内壁を覆うように冷却液体２が膜を形成してい
る。金属（Ａ）および金属（Ｂ）は加熱装置７により噴
出炉３内で溶融する。この溶融金属５は、噴出炉３の上
部の穴からのガスの圧力により、噴出ノズル４から冷却
液体２中へ噴出されて急冷され、急冷粉末６ができる。

この発明の導電性複合材料を急冷凝固法により製造する
場合、冷却速度は、１０’〜１０５℃／・ｓｅｃ、程度
以上とするのが好ましい。冷却速度が１０４〜１０５℃
／ｓｅｃ、程度を下回ると、金属（Ｂ）粒子の分散性が
悪くなるおそれがある。溶湯（溶融金属）の温度は、金
属（Ｂ）の融点より１００℃以上高いことが好ましく、
２００℃以上高いとより好ましい。金属（Ｂ）の融点よ
り１００°０以上高（ないと、金属（Ｂ）単相の大きな
粒子が現れることがある。回転液中噴霧法において、冷
却速度を上記のものとするためには、溶湯を瞬時に冷却
水中に噴出することが好ましく、ノズルなどの溶湯噴出
口と冷却水の表面との距離を１０＋＊ｍ以下にすること
が好ましく、５１１以下であることがより好ましい。そ
の距離をＩｏｎより大きくした場合、できた導電性複合
材料において、金属（Ｂ）粒子の分散性が悪くなるおそ
れがある。また、冷却水の速度（Ｖ）は、噴出流の速度
（Ｖ）より充分に速いことが必要で、１．５≦Ｖ　／　
ｖ≦２．０であることが好ましい。冷却水の速度と噴出
流の速度が同程度の場合、冷却水の速度の方が遅い場合
、あるいは、冷却水の速度の方が極端に速い場合、でき
た導電性複合材料において、金属（Ｂ）粒子の分散性が
悪くなるおそれがある。さらに、このようなおそれを防
ぐためには、冷却水の温度は１．０℃以下であることが
好ましく、４℃以下であることがより好ましい。なお、
冷却水は、冷却効果の点から、静止しているよりも流れ
ている方が好ましい。

つぎに、この発明の１実施例をあられす顕微鏡写真を参
照しながら、さらに詳しく説明する。

第１図は、この発明の導電性複合材料が粉末である場合
の１実施例の組織をあられす顕微鏡写真である。この導
電性複合材料は、Ａｇ　−４，６Ｎｉ　（Ｎｉ：４．６
ｗｔ％、残部Ａｇ）の溶湯を上記のようにして急冷凝固
して作製したものである。第２図は、０゜０７μｍのＡ
ｇ超微粉末と０．０２μｍのＮｉ超微粉末をＮ１５ｗｔ
％、残部Ａｇという割合で混合し、成形し、そして焼結
して作製した導電性粉末の組織をあられす顕微鏡写真で
ある。第３図は、通常のＡｇ−５Ｎｉ導電性粉末の組織
をあられす顕微鏡写真である。この粉末は、数〜５０μ
ｍの電解Ａｇ粉と、同じ大きさのカーボニールＮｉ粉を
混合し、成形し、そして焼結して作製したものである。

第１図の写真に見るように、急冷凝固粉末では、Ｎｉが
約０．５μｍの大きさで分散している。太きさの極端に
異なる粒子はほとんどない。第２図の写真に見るように
、超微粉末から作製した粉末では、Ｎｉが約１〜１０μ
ｍの大きさで凝集している。第３図の写真に見るように
、従来の粉末では、Ｎｉが１〜２０μｍの大きさで分散
している。このように、この発明の導電性粉末は、他の
ものに比べて、分散金属が非常に細かく分散しているこ
とがわかる。

上記実施例では、この発明の導電性複合材料を粉末で得
たものとして説明したが、この発明の導電性複合材料は
、粉末以外に、たとえば、帯状。

繊維状等の形でも得られ、その形状は特に限定されない
。

この発明にかかる導電性複合材料は、分散金属（Ｂ）が
非常に細かく金属（Ａ）のマトリックス中に分散してい
るので、従来のものに比べて、硬度が大きい。したがっ
て、この発明にかかる導電　２性複合材料は変形しにく
く、材料同士の粘着性が少なくなっている。常温におけ
る硬度が高いので、摩耗性および高温での変形の少ない
ものとなっている。また、従来のものと比べて、電気特
性があまり変わっていない。この発明の導電性複合材料
の電気特性は、分散される金属（Ｂ）の導電率、含有量
によって種々異なるが、発明者らが確かめたところでは
、粒径０．０１〜１μｍ程度の金属（Ｂ）粒子が、金属
（Ａ）と金属（Ｂ）との合計重量に対し０，５〜２０％
分散した場合、導電率の変化はほとんどなかった。この
ため、この発明にかかる導電性複合材料は、電気部品、
−電ペーストなど幅広い応用に利用することができる材
料である。

以下、実施例を示すが、この発明は実施例に限定されな
い。

（実施例１）八ｇおよびＮｉを八ｇ９５ｗｔ％、Ｎｉ５イｔ％の割合
で黒鉛るつぼに入れ、高周波溶解によって１６５０℃の
溶湯温度とした。直径１２０μｍのルビー製ノズル孔か
らアルゴン背圧４．５　ｋｓｒ／　ｃａｌで、５００ｒ
ｐｍで回転する直径６００　龍のドラム内壁に形成され
た４°Ｃの水膜中に噴出した。このときの水膜と噴出し
た溶湯とのなす角度は６０″であり、ノズル下端と水面
との距離は４　ｖｓｍであった。

このようにして、１００〜２００／Ｊｍの粉末状の導電
性複合材料を作製し、静雰囲気中で８５０℃、３時間焼
鈍した。

このようして得られた試料の硬度を測定し、分散強化の
評価とした。

（実施例２）ＡｇおよびＮｉ；ｆｃＡｇ　８０　ｗｔ％、Ｎｉ２０ｗ
ｔ％の割合で黒鉛るつぼに入れ、高周波溶解によって１
７５０℃の溶湯温度とした。この溶湯を直径３龍のルビ
ー製ノズル孔からアルゴン背圧１ｋｇ／ｃ＋ａで噴出し
、その噴出流を７０ｋｇ／ｃｆｆｌの高圧アルゴンガス
で噴霧して急冷凝固粉末を作製した。

このようにして作製した粉末を実施例１と同様にして焼
鈍した。

（実施例３〜１５）実施例１において金属（Ａ）および金属（Ｂ）の種類、
配合量を第１表に示すようにした以外は実施例１と同様
にして、粉末状の導電性複合材料を得て、実施例１と同
様にして焼鈍した。

（比較例１）３５０メツシユ以下の、Ａｇ粉末およびＮ　ｉ　ｌ）末
を第１表に示す割合で混合したのち、この粉末を４００
°Ｃの金型に入れ、１０トン／　ｃａｌで成形し、アル
ゴン雰囲気中で８５０℃、３時間焼結した。

（比較例２〜５）実施例１において金属（Ａ）および金属（Ｂ）の種類、
配合量を第１表に示すようにした以外は実施例１と同様
にして、粉末状の導電性複合材料を得て、実施例１と同
様にして焼鈍した。

上記実施例および比較例で得られた焼鈍粉末および焼結
材料の硬度を、マイクロビッカース硬度計を用いて測定
した。１００ｇの荷重を１５秒間加えた。結果を第１表
に示した。

第　　　１　　　表Ｘ・・・左：右−金属（Ａ）のｗｔ％：金属（Ｂ）の１
％第１表にみるように、実施例の導電性複合材料は、硬
度が高く、粒径が１μｍよりも大きい金属（Ｂ）粒子が
ほとんど存在しない。これに対し、比較例の導電性複合
材料は、硬度がより低い。比較例３は、０．５　ｐ　ｍ
と１００”−２００μｍのＮｕ粒子が混在しており、硬
度が高くならないという問題があった。

なお、実施例において、溶湯温度、冷却に用いた回転ド
ラムの回転数を変化させても、金属（Ａ）中の金属（Ｂ
）の粒子の大きさ、分散状態はあまり変わらなかった。

〔発明の効果〕

この発明にかかる導電性複合材料は、以上にみてきたよ
うに、マトリックス金属（Ａ）中に、この金属（Ａ）と
二相分離する金属（Ｂ）からなる粒径０６０１〜１μｍ
の粒子が１種以上分散されており、かつ、金属（Ａ）と
金属（Ｂ’　）との合計重量に対し金属（Ｂ）が０．５
〜２０％であるので、硬度が太き（、粘着性が少なく、
摩耗性および高温での変形の少ないものである。

この発明にかかる導電性複合材料の製法は、以上にみて
きたよ・うに、金属（Ａ）およびこれと二相分離する金
属（Ｂ）を含み、金属（Ａ）および金属（Ｂ）の合計重
量に対して金属（Ｂ）が０．５〜２０％とい・う割合で
ある溶湯を急冷凝固させることにより、金属（Ａ）中に
、金属（Ｂ）からなる粒径０．０１〜１μｍの粒子が１
種以上分散されており、かつ、４金属（Ａ）と金属（Ｂ
）との合計重量に対し金属（Ｂ）が００５−２０％であ
る導電性複合材料を得るので、前記のような導電性複合
材料を容易につくることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は金属の組織の顕微鏡写真
であり、第１図は１実施例のもの、第２図は比較例のも
の、第３図は従来の１例、第４図は回転液中噴霧法に利
用する装置の１例の断面図、第５図はその斜視図である
。代理人　弁理士　　松　本　武　彦図面の６・Ｃ・第４図第５図手続補正書（劫昭和６２年　７月１１日昭和６２羽舒挿藻０７０６９４号３、補正をする者羽生との関係　　特許出願人住　　所　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称
（５８３）松下電工株式会社代表者　（１ｍ役藤井貞夫（ほか１名）４、代理人昭和６２年　６月　３日（６２，０６，３０）・６．補
正の対象図面７、補正の内容（１）添付図面中、第１図ないし第３図を、それぞれ、
別紙のとおりの、切り貼りのない写真に訂正する。手続補正書（眺昭和６２年　７月１１日特許庁長官　殿　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　、、：、、ニア、。１、　四半のＪジＲ昭和６２倒翁犠藻０７０６９４号３、補正をする者１材牛との関係　　特許出願人住　　所　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称
（５８３）松下電工株式会社代表者　　代表取締役　藤　井　貞　夫（ほか１名）４
、代理人な　　　し６、補正の対象明細書７、補正の内容（１）　　明細書第１３頁第５行に「説明する。」とあ
るを・　「説明する。なお、第１図ないし第３図の各顕
微鏡写真において、写真上の実測長さ６．５１１Ａは、
それぞれ、長さ１０μｍに対応している。」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリックス金属（Ａ）中に、この金属（Ａ）と
二相分離する金属（Ｂ）からなる粒径０．０１〜１μｍ
の粒子が１種以上分散されており、かつ、金属（Ａ）と
金属（Ｂ）との合計重量に対し金属（Ｂ）が０．５〜２
０％である導電性複合材料。
（２）金属（Ａ）がＡｇであり、金属（Ｂ）がＮｉ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、ＲｈおよびＶからなる群の中か
ら選ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲第１項
記載の導電性複合材料。
（３）金属（Ａ）がＡｕであり、金属（Ｂ）がＧｅ、Ｓ
ｉ、ＳｂおよびＲｈからなる群の中から選ばれた少なく
とも１種である特許請求の範囲第１項記載の導電性複合
材料。
（４）金属（Ａ）がＣｕであり、金属（Ｂ）がＦｅであ
る特許請求の範囲第１項記載の導電性複合材料。
（５）金属（Ａ）およびこれと二相分離する金属（Ｂ）
を含み、金属（Ａ）および金属（Ｂ）の合計重量に対し
て金属（Ｂ）が０．５〜２０％という割合である溶湯を
急冷凝固させることにより、金属（Ａ）中に、金属（Ｂ
）からなる粒径０．０１〜１μｍの粒子が１種以上分散
されており、かつ、金属（Ａ）と金属（Ｂ）との合計重
量に対し金属（Ｂ）が０．５〜２０％である導電性複合
材料を得る導電性複合材料の製法。
（６）金属（Ａ）がＡｇであり、金属（Ｂ）がＮｉ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、ＲｈおよびＶからなる群の中か
ら選ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲第５項
記載の導電性複合材料の製法。
（７）金属（Ａ）がＡｕであり、金属（Ｂ）がＧｅ、Ｓ
ｉ、ＳｂおよびＲｈからなる群の中から選ばれた少なく
とも１種である特許請求の範囲第５項記載の導電性複合
材料の製法。
（８）金属（Ａ）がＣｕであり、金属（Ｂ）がＦｅであ
る特許請求の範囲第５項記載の導電性複合材料の製法。