JPWO2005059194A1 - 金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 - Google Patents
金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2005059194A1 JPWO2005059194A1 JP2005516340A JP2005516340A JPWO2005059194A1 JP WO2005059194 A1 JPWO2005059194 A1 JP WO2005059194A1 JP 2005516340 A JP2005516340 A JP 2005516340A JP 2005516340 A JP2005516340 A JP 2005516340A JP WO2005059194 A1 JPWO2005059194 A1 JP WO2005059194A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- metal
- composite material
- based carbon
- fiber composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 215
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 215
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 208
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 208
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 181
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 122
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 30
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 19
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 14
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 14
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 13
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 5
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 2
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 9
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920001983 poloxamer Polymers 0.000 description 2
- 229920001993 poloxamer 188 Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N Methoxyethane Chemical compound CCOC XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/025—Aligning or orienting the fibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
- B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
- C22C2026/002—Carbon nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249924—Noninterengaged fiber-containing paper-free web or sheet which is not of specified porosity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
2 ダイ
3 下部パンチ
4 上部パンチ
5 プラテン
6 プランジャ
7 電源
8 金属繊維混合物
21 巻出ボビン
22 巻取ボビン
23 乾燥手段
24 容器
25 攪拌手段
30 繊維束
31 金属粉末懸濁液
文献4参照)、または溶湯として用いる金属を合金化して溶湯の温度を低下させて溶湯含
浸時の反応性を低下させること(特許文献5参照)が検討されてきている。
[0006]【特許文献1】特開2002−194515号公報
【特許文献2】特開2001−300717号公報
【特許文献3】特開平05−125562号公報
【特許文献4】特開2000−303155号公報
【特許文献5】特開平11−256254号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
[0007] しかしながら、前述のように炭素繊維にコーティングを施す方法および炭
素を主成分とするバインダーによってプレフォームを形成する方法は、追加の工程および
材料などを必要とし、複合材料のコストの増大を招く可能性がある。また、溶湯として合
金を用いる方法においては、該合金を準備する工程が必要となる。さらに、いずれの方法
においても、マトリクスとして用いる金属ないし合金を溶湯とするために高温が必要であ
り、多くのエネルギーを必要とする。
[0008] これに対して、本発明は、一般的に用いられている安価な原材料を用い、
より小さなエネルギーによって実施可能であると同時に、炭化物の生成を抑制する金属基
炭素繊維複合材料の製造方法、および該方法によって製造される金属基炭素繊維複合材料
を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
[0009] 本発明の第1の実施形態である金属基炭素繊維複合材料は、金属と炭素繊
維とを焼結させて得られる金属基炭素繊維複合材料であって、前記炭素繊維は前記複合材
料の総質量を規準として10〜80質量%含まれ、前記複合材料は理想密度の70%以上
まで焼結されており、前記炭素繊維が材料の一端から他端まで連続して配列されているこ
とを特徴とする。前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、気相成長炭素
繊維、カーボンナノチューブ、およびナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイヤーからな
る群から選択されてもよい。前記金属は、銅、アルミニウム、マグネシウムおよびこれら
を基とする合金からなる群から選択することができる。また、該金属基炭素繊維複合材料
は、金属としてアルミニウムまたはそれを
2
基とする合金を用いる場合には好ましくは2.6g/cm3以下、金属として銅またはそ
れを基とする合金を用いる場合には好ましくは6.8g/cm3以下、金属としてマグネ
シウムまたはそれを基とする合金を用いる場合には好ましくは2.1g/cm3以下の密
度を有する。好ましくは、炭素繊維は前記複合材料の総重量を基準として45〜80質量
%含まれる。その場合には、炭素繊維配列方向において300W/mK以上の熱伝導率を
有することが望ましい。上記のような金属基炭素繊維複合材料を半導体を用いた電子装置
またはパワーモジュールの放熱部材(基板、ヒートシンク、ヒートスプレッダなど)とし
て用いてもよい。
[0010] 本発明の第2の実施形態である金属基炭素繊維複合材料の製造方法は、炭
素繊維と金属の粉末とを物理的に混合して金属繊維混合物を得る工程1と、前記金属繊維
混合物を配列させながら、治具中に充填する工程2と、前記治具を大気中、真空中または
不活性雰囲気中に設置し、加圧しながら直接パルス電流を通電させ、それによる発熱で焼
結をする工程3とを特徴とする。炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、気
相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、およびナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイ
ヤーからなる群から選択されてもよい。金属は、銅、アルミニウム、マグネシウムおよび
これらを基とする合金からなる群から選択することができる。あるいはまた、炭素繊維は
、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維あるいはナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイ
ヤーと、気相成長炭素繊維またはカーボンナノチューブとの混合物であってもよい。さら
に、工程2において、炭素繊維の方向を2次元的に制御することも可能である。ここで、
炭素繊維のうち、材料の一端から他端まで連続していないものの繊維長は100nm〜5
mmであり、工程1はボールミル等の物理的混合法を用いて実施されてもよい。あるいは
また、炭素繊維のうち、材料の一端から他端まで連続しているものの繊維長は複合材料寸
法と同長であり、工程1は繊維方向を保持した物理的混合法によって実施されてもよい。
【発明の効果】
[0011] 以上のような構成を採ることによって、半導体を用いた電子装置またはパ
ワーモジュールの放熱部材(基板、ヒートシンク、ヒートスプレッダなど)として有用な
、軽量で高熱伝導率を有する金属基炭素繊維複合材料を得ることができる。また、本発明
の方
3
って、アルミニウム粉末が付着した炭素繊維束を得た。
[0042] 以上のようにして得られたアルミニウム粉末が付着した炭素繊維束を巻き
解いて、20mmの長さに切断し、該繊維束を1方向に整列させた状態で、下部パンチお
よびダイにより形成される20mm角の矩形状の凹部内に8g敷き詰めた。次に、装置内
圧力を8Paとし、敷き詰めた繊維束の上に上部パンチを配置し、プランジャによって2
5MPaの圧力を印加した。そして、上部パンチおよび下部パンチに接続された電源を用
いて、パルス幅0.01秒、電流密度5×106A/m2(最高)、電圧8V(最高)の
パルス状電流を10分間にわたって通電して、アルミニウム粉末が付着した繊維束を焼結
させ、金属基炭素繊維複合材料を得た。
[0043] 得られた金属基炭素繊維複合材料は、50%の炭素繊維含有量で、2.3
g/cm3の密度(理想密度の95%)と400W/mKの熱伝導率を示した。
【実施例4】
[0044] 本実施例は、連続繊維として取り扱うことのできる炭素繊維に対して銅粉
末懸濁液を用いる懸濁液浸漬法を用いて調製した金属繊維混合物を、パルス通電焼結法に
よって焼結させた金属基炭素繊維複合材料を提供する。
[0045] 炭素繊維として、1000W/mKの熱伝導率を有する直径10μmのピ
ッチ系炭素繊維を用い、該繊維の6000本の束を巻出ボビンに巻きつけた。銅粉末とし
て、1μm以下の厚さ、および30μmの面方向の平均代表長さを有する薄片状粉末を用
いた。2重量%(エタノールの重量を基準とする)の分散粘着剤(ブルロニック(登録商
標)F68)を含むエタノール中に、銅粉末を混合して金属粉末懸濁液を形成した。銅粉
末の含有量は、懸濁液の重量を基準として60重量%であった。巻出ボビンから炭素繊維
束を巻き解き、攪拌されている金属粉末懸濁液に浸漬し、大気中に引き上げ、温風乾燥(
50℃)して、巻取ボビンに巻き取ることによって、銅粉末が付着した炭素繊維束を得た
。
[0046] 以上のようにして得られた銅粉末が付着した炭素繊維束を巻き解いて、2
0mmの長さに切断し、該繊維束を1方向に整列させた状態で、下部パンチおよびダイに
より形成される20mm角の矩形状の凹部内に12g敷き詰めた。次に、装置内圧力を1
0Paとし、敷き詰めた繊維束の上に上部パンチを配置し、プランジャによって2
13
5MPaの圧力を印加した。そして、上部パンチおよび下部パンチに接続された電源を用
いて、パルス幅0.01秒、電流密度5×106A/m2(最高)、電圧8V(最高)の
パルス状電流を10分間にわたって通電して、銅粉末が付着した繊維束を焼結させ、金属
基炭素繊維複合材料を得た。
[0047] 得られた金属基炭素繊維複合材料は、30%の炭素繊維含有量で、4.5
g/cm3の密度(理想密度の97%)と550W/mKの熱伝導率を示した。
14
Claims (18)
- 金属と炭素繊維とを焼結させて得られる金属基炭素繊維複合材料であって、前記炭素繊維は前記複合材料の総質量を規準として10〜80質量%含まれ、前記複合材料は理想密度の70%以上まで焼結されていることを特徴とする金属基炭素繊維複合材料。
- 前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、およびナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイヤーからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 前記金属は、銅、アルミニウム、マグネシウムおよびこれらを基とする合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 前記金属はアルミニウムまたはそれを基とする合金であり、2.6g/cm3以下の密度を有することを特徴とする請求項3に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 前記金属は銅またはそれを基とする合金であり、6.8g/cm3以下の密度を有することを特徴とする請求項3に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 前記金属はマグネシウムまたはそれを基とする合金であり、2.1g/cm3以下の密度を有することを特徴とする請求項3に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 前記炭素繊維が配列されていることを特徴とする請求項1に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 炭素繊維配列方向において300W/mK以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項7に記載の金属基炭素繊維複合材料。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の金属基炭素繊維複合材料を放熱部材として用いることを特徴とする半導体を用いた電子機器。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の金属基炭素繊維複合材料を放熱部材として用いることを特徴とするパワーモジュール。
- 炭素繊維と金属の粉末とを物理的に混合して金属繊維混合物を得る工程1と、
前記金属繊維混合物を配列させながら、治具中に充填する工程2と、
前記治具を大気中、真空中または不活性雰囲気中に設置し、加圧しながら直接パルス電流を通電させ、それによる発熱で焼結をする工程3と
を特徴とする金属基炭素繊維複合材料の製造方法。 - 前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、およびナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイヤーからなる群から選択されることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記金属は、銅、アルミニウム、マグネシウムおよびこれらを基とする合金からなる群から選択されることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記炭素繊維の繊維長は100nm〜5mmであり、前記工程1は、ボールミル等の物理的混合法を用いて実施されることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記炭素繊維の繊維長は5mm以上であり、前記工程1は繊維方向を保持した物理的混合法によって実施されることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記炭素繊維の繊維長は100mm以上であり、前記工程1は繊維束を金属粉末懸濁液に浸漬させることによって実施されることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維またはナノチューブ・ナノファイバー撚合ワイヤーと、気相成長炭素繊維またはカーボンナノチューブとの混合物であることを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記工程2において、前記炭素繊維の方向を2次元的に制御したことを特徴とする請求項11に記載の金属基炭素繊維複合材料の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003421619 | 2003-12-18 | ||
JP2003421619 | 2003-12-18 | ||
PCT/JP2004/018823 WO2005059194A1 (ja) | 2003-12-18 | 2004-12-16 | 金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2005059194A1 true JPWO2005059194A1 (ja) | 2008-04-17 |
JP4106395B2 JP4106395B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=34697312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005516340A Active JP4106395B2 (ja) | 2003-12-18 | 2004-12-16 | 金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20070141315A1 (ja) |
EP (1) | EP1696046B1 (ja) |
JP (1) | JP4106395B2 (ja) |
KR (1) | KR100816412B1 (ja) |
CN (1) | CN1894435B (ja) |
CA (1) | CA2550015C (ja) |
DE (1) | DE602004026630D1 (ja) |
WO (1) | WO2005059194A1 (ja) |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006147170A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導電材及びその製造方法 |
WO2008063148A2 (en) * | 2005-05-20 | 2008-05-29 | University Of Central Florida | Carbon nanotube reinforced metal composites |
CN101321887A (zh) | 2005-11-30 | 2008-12-10 | 岛根县 | 含有微米尺寸以及纳米尺寸的碳纤维两者的金属基复合材料 |
DE102007012426A1 (de) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Leichtmetallwerkstoff |
JP2009004666A (ja) * | 2007-06-25 | 2009-01-08 | Hitachi Ltd | パワー半導体モジュールおよびその製造方法 |
EP2008598A1 (en) | 2007-06-29 | 2008-12-31 | Edward A. Loeser | Composite fiber electrosurgical instrument |
JP5229934B2 (ja) * | 2007-07-05 | 2013-07-03 | 住友精密工業株式会社 | 高熱伝導性複合材料 |
WO2009034988A1 (ja) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Shimane Prefectural Government | Pcr用温度制御装置 |
KR101187328B1 (ko) * | 2007-09-18 | 2012-10-05 | 시마네켄 | 금속-코팅 탄소재료 및 이를 이용한 탄소-금속 복합재료 |
KR100907334B1 (ko) * | 2008-01-04 | 2009-07-13 | 성균관대학교산학협력단 | 알루미늄과 탄소재료 간의 공유결합을 형성하는 방법, 알루미늄과 탄소재료 복합체를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 알루미늄과 탄소재료 복합체 |
DE102008013518A1 (de) * | 2008-03-07 | 2009-09-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Strangförmiger Materialverbund mit CNT-Garnen und Verfahren zu desssen Herstellung |
KR101497412B1 (ko) * | 2008-07-16 | 2015-03-02 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 공유 결합 탄소나노튜브를 갖는 복합 소재로 구성된 히트싱크 |
KR101604081B1 (ko) * | 2009-01-30 | 2016-03-17 | 삼성전자주식회사 | 복합체 음극활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 채용한 리튬전지 및 이의 제조 방법 |
WO2011047743A1 (de) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Verbundwerkstoffe aus metallen mit darin dispensierten carbon-nanotubes (cnts) |
CN101705456B (zh) * | 2009-11-16 | 2011-03-30 | 重庆大学 | 一种具有优良阻尼特性的短碳纤维增强镁基复合材料的制备方法 |
KR101264186B1 (ko) * | 2010-06-30 | 2013-05-15 | 연세대학교 산학협력단 | 탄소나노튜브 또는 탄소 섬유가 네트워크 구조를 형성한 금속기지 복합재 제조 방법 및 그 복합재 |
CN102116592A (zh) * | 2010-12-24 | 2011-07-06 | 费金华 | 一种空气能非金属换热器 |
CN102051534B (zh) * | 2011-01-14 | 2012-08-22 | 南京信息工程大学 | 一种阻尼耐磨铜合金材料及其制备方法 |
WO2012177984A1 (en) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | Graftech International Holdings Inc. | Thermal insulation assembly |
GB2509173A (en) * | 2012-12-24 | 2014-06-25 | Mahle Int Gmbh | A sliding bearing |
CN103243280B (zh) * | 2013-04-28 | 2015-03-04 | 河南科技大学 | 一种碳纤维增强铝基复合材料及其制备方法 |
CN103276325B (zh) * | 2013-06-07 | 2015-01-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用于星载雷达天线面板的各向异性复合材料的制备方法 |
CN103911566B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-06-01 | 上海交通大学 | 一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法 |
CN104084583B (zh) * | 2014-07-28 | 2016-06-15 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种金属基碳纳米复合材料的激光制备装置及方法 |
CN106862566A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-20 | 西安科技大学 | 碳纤维金属材料的制备方法及碳纤维金属物品的制造方法 |
CN109136791B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-03-13 | 玉环双翔机械有限公司 | 一种高耐久度的用于标动高铁刹车片的复合材料制备方法 |
CN109413938A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-01 | 航天材料及工艺研究所 | 一种复合材料轻质高效冷却方法及装置 |
KR102228431B1 (ko) * | 2019-04-16 | 2021-03-16 | 부경대학교 산학협력단 | 알루미늄계 클래드 방열판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄계 클래드 방열판 |
CN109894615A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-18 | 扬州海昌新材股份有限公司 | 脉冲放电闪速烧结金属基零部件近净成形工艺方法 |
CN110385437B (zh) * | 2019-07-03 | 2021-09-10 | 西安理工大学 | 一种定向纤维原位增强钛及其合金支架的制备方法 |
EP3997159A1 (en) * | 2019-07-10 | 2022-05-18 | Boston Materials, Inc. | Systems and methods for forming short-fiber films, composites comprising thermosets, and other composites |
KR102293022B1 (ko) * | 2019-11-18 | 2021-08-26 | 한국생산기술연구원 | 광소결된 금속-나노 복합재 방열층을 포함하는 방열 모듈 |
KR102298678B1 (ko) * | 2020-04-22 | 2021-09-07 | 부경대학교 산학협력단 | 전기 자동차의 파워트레인용 냉각 파이프의 제조방법 및 이에 의해 제조된 냉각 파이프 |
CN111940531B (zh) * | 2020-06-23 | 2022-04-08 | 西安理工大学 | 一种冷挤压模具及其制备方法 |
CN111850433A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 南京工业大学 | 连续碳化硅纤维增强金属基纤维丝材、制备方法以及复合材料 |
CN112176262B (zh) * | 2020-09-09 | 2021-08-10 | 上海航天精密机械研究所 | 一种高体分多相混杂增强镁基复合材料及其制备方法 |
CN115255606B (zh) * | 2022-06-21 | 2023-07-25 | 北京科技大学 | 一种含铝中间层的铜与石墨扩散连接方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5540641B2 (ja) * | 1974-04-30 | 1980-10-20 | ||
JPS515213A (en) * | 1974-07-03 | 1976-01-16 | Hitachi Ltd | Do tansosenifukugozaino seizoho |
JPS5147508A (ja) * | 1974-10-23 | 1976-04-23 | Honda Motor Co Ltd | Rootariienjinyoapetsukusushiiruzai |
JPS5218411A (en) * | 1975-08-05 | 1977-02-12 | Komatsu Ltd | Process for production of al-carbon fiber composite material |
JPS5253720A (en) * | 1975-10-29 | 1977-04-30 | Hitachi Ltd | Non-orientated cu-carbon fiber compoite and its manufacturing method |
GB1590728A (en) * | 1977-10-21 | 1981-06-10 | Silag Inc | Method for preparing a fibre reinforced metal composite |
DE2928955A1 (de) * | 1979-07-18 | 1981-02-12 | Glyco Metall Werke | Verfahren zum herstellen von verbundwerkstoff mit in einer im wesentlichen metallischen matrix angeordneten verstaerkungsfasern |
JPS5891141A (ja) * | 1981-11-25 | 1983-05-31 | Nippon Soken Inc | ベーン型流体圧縮機用ベーン |
EP0206647B1 (en) * | 1985-06-21 | 1992-07-29 | Imperial Chemical Industries Plc | Fibre-reinforced metal matrix composites |
US5277973A (en) * | 1988-08-12 | 1994-01-11 | Ube Industries, Ltd. | Carbon fibers having high strength and high modulus of elasticity and polymer composition for their production |
JPH0419430A (ja) * | 1990-05-10 | 1992-01-23 | Akebono Brake Res & Dev Center Ltd | 軽合金ディスクロータ |
US5660923A (en) * | 1994-10-31 | 1997-08-26 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Method for the preparation of metal matrix fiber composites |
JPH09202905A (ja) * | 1996-01-24 | 1997-08-05 | Dainatsukusu:Kk | 焼結によるシンクロナイザーリングの製造方法 |
US6793873B2 (en) * | 1997-03-21 | 2004-09-21 | Daimlerchrysler Ag | Melted-infiltrated fiber-reinforced composite ceramic |
JPH11140559A (ja) * | 1997-11-05 | 1999-05-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 複合材料及びその製造方法 |
US6013371A (en) * | 1997-11-20 | 2000-01-11 | Motorcarbon Llc | Carbon artifacts and compositions and processes for their manufacture |
JP4454353B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2010-04-21 | 昭和電工株式会社 | 直線性微細炭素繊維及びそれを用いた樹脂複合体 |
-
2004
- 2004-12-16 CA CA 2550015 patent/CA2550015C/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-16 JP JP2005516340A patent/JP4106395B2/ja active Active
- 2004-12-16 US US10/582,990 patent/US20070141315A1/en not_active Abandoned
- 2004-12-16 EP EP20040807182 patent/EP1696046B1/en not_active Ceased
- 2004-12-16 WO PCT/JP2004/018823 patent/WO2005059194A1/ja active Application Filing
- 2004-12-16 CN CN2004800376118A patent/CN1894435B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-16 DE DE200460026630 patent/DE602004026630D1/de active Active
- 2004-12-16 KR KR1020067011616A patent/KR100816412B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005059194A1 (ja) | 2005-06-30 |
CA2550015A1 (en) | 2005-06-30 |
KR20060108712A (ko) | 2006-10-18 |
EP1696046A1 (en) | 2006-08-30 |
US20070141315A1 (en) | 2007-06-21 |
CA2550015C (en) | 2013-02-26 |
KR100816412B1 (ko) | 2008-03-25 |
EP1696046B1 (en) | 2010-04-14 |
JP4106395B2 (ja) | 2008-06-25 |
DE602004026630D1 (de) | 2010-05-27 |
CN1894435B (zh) | 2010-07-21 |
EP1696046A4 (en) | 2007-05-23 |
CN1894435A (zh) | 2007-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4106395B2 (ja) | 金属基炭素繊維複合材料およびその製造方法 | |
JP5364905B2 (ja) | ミクロンサイズおよびナノサイズの炭素繊維を共含有する金属基複合材料 | |
JP5150905B2 (ja) | 金属基炭素繊維複合材料の製造方法 | |
Bahru et al. | A review of thermal interface material fabrication method toward enhancing heat dissipation | |
CN107383560B (zh) | 一种用于半导体器件的高效复合散热材料及其制备方法 | |
CN107325377B (zh) | 高效石墨烯纳米改性散热材料及其制备方法 | |
US20200340757A1 (en) | Expanded graphite-enhanced vapor-based heat transfer device and production process | |
CN100395887C (zh) | 集成电路封装结构及其制造方法 | |
JPWO2020105328A1 (ja) | アルミニウム−炭素粒子複合材及びその製造方法 | |
CN100356556C (zh) | 一种热界面材料及其制造方法 | |
US20200185347A1 (en) | Mounting structure and nanoparticle mounting material | |
JP7273378B2 (ja) | 粒子塗工箔の製造方法及び金属-粒子複合材の製造方法 | |
JP7109348B2 (ja) | 粒子塗工箔の製造方法及び金属-粒子複合材の製造方法 | |
JP2020184576A (ja) | 導電性放熱フィルム、導電性放熱フィルムの製造方法、及び電子装置の製造方法 | |
KR102274190B1 (ko) | 열계면층을 포함하는 반도체 소자 패키지 및 그 제조 방법 | |
CN109951903A (zh) | 一种纳米微晶格相分离电热材料及其制备方法 | |
JP6875211B2 (ja) | 金属−炭素粒子複合材の製造方法 | |
Chen | Application of HTS in Material Preparation and New Devices | |
Zhu et al. | Well-Aligned In-situ Formed Open-End Carbon Nanotube for Device and Assembly Applications | |
JP2008157555A (ja) | 放熱材及びその製造方法 | |
KR20150139163A (ko) | 히트싱크 제조방법 | |
TW201043909A (en) | Thermal interface material and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080131 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110411 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4106395 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120411 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |