KR20140031891A - 금속-탄소 복합재 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
가공성이 좋고, 탄소의 함유율이 높은 금속-탄소 복합재 및 그의 제조 방법을 제공한다. 금속-탄소 복합재(1)는 연속되어 있는 금속상(3)과, 금속상(3) 중에 분산되어 있는 탄소 입자(2)를 구비한다. 금속-탄소 복합재(1) 중의 탄소의 함유율은 50부피％ 이상이다.
Description
본 발명은, 금속-탄소 복합재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
탄소재는, 경량, 화학적·열적 안정성이 높고, 비금속이면서 고열 전도성, 고전기 전도성, 자기 윤활성을 갖는 등의 우수한 특성을 갖는 재료이며, 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 용도에 따라서는, 탄소재와 금속재를 복합화하여 사용하고자 하는 요구도 있다.
그러나, 탄소재에는, 금속과의 습윤성이 나쁘고, 금속재와 복합화되기 어렵고, 취성이라는 문제가 있다. 이것으로부터, 종래 탄소재와 금속재의 복합 방법에 관한 연구 개발이 활발히 행해지고 있다.
금속-탄소 복합재의 제조 방법으로서는, 탄소재에 금속을 함침시키는 방법이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 다공성 탄소재에 알루미늄을 함침시키는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 흑연 성형체에, 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금을 가압 함침시키는 방법이 개시되어 있다.
또한, 금속-탄소 복합재의 제조 방법으로서는, 금속의 용탕과 분말 상태의 탄소재를 혼합하는 방법도 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 3에는, 알루미늄 합금의 융액과 흑연 분말을 교반 혼합하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 4에는, 알루미늄 합금의 융액에 흑연 입자를 투입하고, 그 후 다이캐스트 주조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 내지 4에 개시된 방법에서는 탄소의 함유율이 높은 금속-탄소 복합재를 제조하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 가공성이 좋고, 탄소의 함유율이 높은 금속-탄소 복합재 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 금속-탄소 복합재는 연속되어 있는 금속상과, 탄소 입자를 구비하고 있다. 탄소 입자는 금속상 중에 분산되어 있다. 본 발명의 금속-탄소 복합재에서는, 탄소의 함유율이 50부피％ 이상이다.
또한, 본 발명에 있어서, 「금속」에는 합금이 포함되는 것으로 한다. 따라서, 「금속상」에는 「합금상」이 포함된다. 본 발명에 있어서, 탄소 입자에는, 금속상을 개재시키지 않고 괴상으로 되어 존재하는 입자가 포함되어 있을 수도 있다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 금속상은 Al, Cu, Ag, Ni, Bi, Sb 및 이들 금속을 적어도 1개 포함하는 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 금속상의 두께는 10nm 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 탄소 입자의 입자 직경은 50nm 내지 500㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 제조 방법은 금속 입자와 탄소 입자를 혼합하여, 금속 입자가 표면에 부착된 탄소 입자를 포함하는 혼합물을 얻는 혼합 공정과, 혼합물을 성형하여 성형체를 얻는 공정과, 성형체를 소성하는 공정을 구비한다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 제조 방법은 혼합 공정에 있어서, 바인더를 더 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 제조 방법에 있어서, 금속 입자의 입자 직경은 탄소 입자의 입자 직경의 1/100 내지 1/5의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 금속-탄소 복합재의 제조 방법에 있어서, 혼합물의 성형을, 냉간 등방 가압 성형에 의해 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 가공성이 좋고, 탄소 함유량이 많은 금속-탄소 복합재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 일 실시 형태에 있어서의 금속-탄소 복합재를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 2에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진이다.
도 4는 실험예 1에 의해 얻어진 접합체의 접합 계면의 광학 현미경 사진이다.
도 5는 실험예 2에 의해 얻어진 가공된 알루미늄-탄소 복합재(좌측)와 사용한 흑연 틀(우측)이다.
도 6은 실시예 3에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재(좌측)와 사용한 흑연 틀(우측)이다.
도 2는 실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 2에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진이다.
도 4는 실험예 1에 의해 얻어진 접합체의 접합 계면의 광학 현미경 사진이다.
도 5는 실험예 2에 의해 얻어진 가공된 알루미늄-탄소 복합재(좌측)와 사용한 흑연 틀(우측)이다.
도 6은 실시예 3에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재(좌측)와 사용한 흑연 틀(우측)이다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 일례에 대하여 설명한다. 단, 하기의 실시 형태는 단순한 예시이다. 본 발명은, 하기의 실시 형태에 전혀 한정되지 않는다.
실시 형태 등에 있어서 참조하는 도면은, 모식적으로 기재된 것이며, 도면에 묘화(描畵)된 물체의 치수의 비율 등은, 현실의 물체의 치수의 비율 등과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 물체의 치수 비율 등은, 이하의 설명을 참작하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 실시 형태에 있어서의 금속-탄소 복합재를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 1에 있어서, 묘화의 편의상, 금속상(3)의 해칭(hatching)은 생략하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 금속-탄소 복합재(1)는, 연속되어 있는 금속상(3)과, 복수의 탄소 입자(2)를 구비한다.
복수의 탄소 입자(2)는 금속상(3) 중에 분산되어 있다. 탄소 입자(2)는 탄소를 주성분으로 하는 입자이다. 탄소 입자(2)는 탄소 이외의 성분을 포함하고 있을 수도 있다. 탄소 입자(2)는 예를 들어 흑연 입자에 의해 구성될 수 있다. 흑연 입자로서는 예를 들어 천연 흑연, 메소페이즈 피치(mesophase pitch)계 흑연, 인조 흑연, 키시(kish) 흑연, 메소페이즈 소구체의 흑연화물이 바람직하게 사용된다. 탄소 입자(2)는, 1종류의 탄소 입자만을 포함하고 있을 수도 있고, 복수 종류의 탄소 입자를 포함하고 있을 수도 있다.
탄소 입자(2)의 입자 직경은 50nm 내지 500㎛ 정도인 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 250㎛ 정도인 것이 보다 바람직하고, 5㎛ 내지 100㎛ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 탄소 입자(2)의 입자 직경이 지나치게 작으면, 탄소 입자(2)가 응집되기 쉽다. 탄소 입자(2)가 지나치게 응집되면, 재료의 가공성이 저하될 뿐만 아니라, 강도의 저하를 초래하는 경우가 있다. 탄소 입자(2)가 지나치게 크면, 금속상(3)의 두께가 불균일해지는 등, 금속-탄소 복합재(1)의 조직이 조잡해져, 가공성과 강도의 저하를 초래하는 경우가 있다.
금속상(3)은 탄소와 반응하여 탄화물을 형성하기 어려운 금속에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 금속상(3)의 구성 재료로서 바람직하게 사용되는 금속의 구체예로서는, 예를 들어 Al, Cu, Ag, Ni, Bi, Sb 등의 금속이나, 이들 금속을 적어도 1개 포함하는 합금을 들 수 있다.
금속상(3)의 두께는 통상 10nm 내지 100㎛ 정도의 범위인 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 10㎛ 정도의 범위인 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 있어서, 「금속상(3)의 두께」란, 광학 현미경이나 주사형 전자 현미경에 의한 조직 관찰에 의해 측정한 값이다.
금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 탄소의 함유율은 50부피％ 이상이다. 금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 탄소의 함유율은 50부피％ 내지 99부피％ 정도인 것이 바람직하고, 60부피％ 내지 95부피％ 정도인 것이 보다 바람직하고, 70부피％ 내지 90부피％ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 탄소의 함유율은 원재료의 배합비로부터 산출한 값이다.
금속-탄소 복합재(1)의 금속상(3)은 연속된 구조를 갖는다. 금속상(3)은 3차원 그물코 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 금속상(3)은 복수의 탄소 입자(2) 사이에 위치하고 있다. 금속상(3)에 의해, 복수의 탄소 입자(2)가 접속되어 있고, 일체화되어 있다. 즉, 금속-탄소 복합재(1)는 복수의 탄소 입자(2)를 연속된 금속상(3)이 둘러싼 구조를 갖고 있다. 이로 인해, 금속-탄소 복합재(1)는 탄소를 50부피％ 이상 포함할 수 있다. 또한, 금속상(3)은 연속된 하나의 금속상에 의해 구성되어 있을 수도 있고, 고립된 복수의 금속상에 의해 구성되어 있을 수도 있다. 또한, 금속-탄소 복합재(1)에 있어서, 금속상(3) 중에 탄소 입자(2)가 괴상으로 되어 분산되어 있을 수도 있다. 단, 금속-탄소 복합재(1)의 소성 가공이 가능할 정도로, 탄소 입자(2)가 금속상(3) 중에 분산되어 있는 것이 바람직하다.
금속-탄소 복합재(1)는 우수한 가공성을 갖는다. 이것은, 본 실시 형태의 금속-탄소 복합재(1)에 있어서, 탄소 입자(2)가 금속상(3)과는 독립된 입자로서 존재하는 것에 기인한다고 생각되어진다. 즉, 금속-탄소 복합재(1)에 외력이 가해졌을 때 금속상(3)의 소성 변형이, 탄소 입자(2)에 의해 방해되지 않는 것에 의한다고 생각되어진다.
금속-탄소 복합재(1)는 높은 강도를 갖는다. 이것은, 상온에 있어서는, 금속의 유동성이 없어, 금속상(3)이 골재로서 작용하기 때문이라고 생각되어진다.
금속-탄소 복합재(1)는 탄소를 50부피％ 이상 포함한다. 이로 인해, 금속-탄소 복합재(1)는 저비중이며, 탄소의 특성인 자기 윤활성을 갖는다.
금속-탄소 복합재(1)는 탄소 입자(2)를 포함하고, 금속상(3)이 연속되어 있다. 이로 인해, 금속-탄소 복합재(1)는 우수한 도전성이나 우수한 열전도율을 갖는다.
본 실시 형태의 금속-탄소 복합재는, 상술한 바와 같은 우수한 특성을 갖기 때문에, 미끄럼 이동 부재, 반도체용이나 LED용 등의 방열재, 시일(seal)재 등으로서 바람직하게 사용할 수 있다.
이하, 금속-탄소 복합재(1)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
(혼합 공정)
우선, 혼합 공정을 행한다. 혼합 공정에서는, 탄소 입자(2)와 금속 입자를 혼합하여, 금속 입자가 표면에 부착된 탄소 입자(2)를 포함하는 혼합물을 얻는다.
탄소 입자(2)로서는 상술한 것을 사용할 수 있다.
금속 입자는 금속상(3)을 구성하는 금속을 포함하는 입자이다. 금속 입자의 입자 직경은 탄소 입자의 입자 직경의 1/100 내지 1/5의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 경우, 탄소 입자(2)의 표면의 실질적으로 전체를 금속 입자로 덮는 것이 가능하게 된다. 금속 입자의 입자 직경은 탄소 입자(2)의 입자 직경의 1/50 내지 1/10의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 1/40 내지 1/20의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다.
탄소 입자(2)와 금속 입자의 혼합비는 얻고자 하는 금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 탄소의 함유율에 따라 적절히 설정할 수 있다. 탄소의 함유율이 높은 금속-탄소 복합재(1)를 얻고 싶은 경우에는, 금속 입자에 대한 탄소 입자(2)의 비율을 많게 하면 된다. 단, 금속 입자에 대한 탄소 입자(2)의 비율이 지나치게 많으면, 금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 금속의 함유율이 지나치게 낮아진다. 따라서, 금속상(3)이 적절하게 형성되지 않게 되는 경우가 있다. 금속상(3)을 적절하게 형성하는 관점에서는, 탄소 입자(2)와 금속 입자의 혼합비는 탄소 입자(2)의 표면의 전체가 실질적으로 금속 입자로 덮일 정도인 것이 바람직하다.
금속 입자와 탄소 입자(2)의 혼합은, 예를 들어 기계적 혼합법, 슬러리법 또는 이들을 조합한 방법에 의해 행할 수 있다.
기계적 혼합법은 금속 입자와 탄소 입자(2)를 기계적으로 혼합하는 방법이다. 기계적 혼합법의 구체예로서는, 예를 들어 자전·공전 믹서를 사용하여 금속 입자와 탄소 입자(2)를 혼합하는 방법을 들 수 있다.
탄소 입자(2)의 표면에 금속 입자를 균일하게 부착시키기 위해서는, 탄소 입자(2)와 금속 입자 외에 바인더를 혼합하는 것이 바람직하다. 바인더는, 예를 들어 공지의 바인더를 사용할 수 있다. 바람직하게 사용할 수 있는 바인더의 구체예로서는, 예를 들어 PVA(폴리비닐알코올), PVB(폴리비닐부티랄) 등을 들 수 있다.
슬러리법은 탄소 입자(2)와 금속 입자를 슬러리로서, 탄소 입자(2)와 금속 입자를 혼합하는 방법이다. 슬러리법의 구체예로서는, 예를 들어 겔 캐스트법, 슬립 캐스트법 등을 들 수 있다. 겔 캐스트법은, 예를 들어 이하와 같이 행할 수 있다.
겔 캐스트법에서는, 금속 입자, 액체인 용매 및 바인더를 혼합하여 슬러리로 하고, 이 슬러리 중에 탄소 입자(2)를 첨가하고, 혼합한 후, 건조시키면 고형 혼합물이 얻어진다. 예를 들어, 바인더로서 아크릴아미드와 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드를 첨가한 이소프로판올 유기 용매에 금속 입자와 탄소 입자(2)를 첨가하고, 자전·공전 믹서로 교반함으로써, 슬러리를 조정하고, 그 슬러리를 틀에 넣고 건조시키면, 고형 혼합물이 얻어진다.
(성형 공정)
이어서, 혼합물을 성형하여 성형체를 얻는다. 혼합물의 성형은, 예를 들어 냉간 등방 가압 성형(CIP 성형) 등의 성형기를 사용한 프레스 성형에 의해 행할 수 있다.
또한, 혼합 공정에서의 혼합과 성형 공정에서의 성형을 동시에 행할 수도 있다. 예를 들어 혼합 공정에 있어서, 겔 캐스트법에 의해 탄소 입자(2)와 금속 입자를 혼합함과 함께 원하는 형상으로 성형할 수도 있다.
성형기에 있어서, 틀로서 사용되는 성형틀의 구성 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 흑연을 포함하는 성형틀이 바람직하게 사용된다.
(소성 공정)
이어서, 성형체를 소성한다. 이에 의해, 연속되어 있는 금속상(3) 중에 복수의 탄소 입자(2)가 분산된 구조를 갖는 금속-탄소 복합재(1)를 얻을 수 있다. 성형체의 소성 온도나 소성 시간, 소성 분위기의 종류, 소성 분위기의 압력 등은, 금속 입자나 탄소 입자(2)의 재질이나 형상, 크기 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 성형체의 소성 온도는, 예를 들어 금속 입자를 구성하는 금속의 연화 온도 내지 융해 온도로 할 수 있다. 성형체의 소성 시간은, 예를 들어 1분간 내지 100분간 정도로 할 수 있다. 소성 분위기의 종류는, 예를 들어 진공이나, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 소성 분위기의 압력은, 예를 들어 0.2MPa 내지 100MPa 정도로 할 수 있다.
(가소 가공 공정)
또한, 얻어진 금속-탄소 복합재(1)에 대하여 가소 가공 공정을 재차 행할 수도 있다. 가소 가공 공정은 성형틀 등에 누르면서 가열·가압함으로써, 금속-탄소 복합재(1)의 형상을 변화시키는 공정이다. 예를 들어, 소성하는 성형체의 형상은, 소성에 적합한 형상으로 해 두고, 가소 가공 공정에 있어서 원하는 형상으로 가공함으로써, 적절하게 소성되어 있고, 또한 원하는 형상을 갖는 금속-탄소 복합재(1)를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 가소 가공 공정에서의 가공 온도는 금속 입자를 구성하는 금속의 연화 온도 내지 융해 온도로 할 수 있다. 가소 가공 공정에 있어서 금속-탄소 복합재(1)에 가하는 압력은, 예를 들어 0.2MPa 내지 100MPa 정도로 할 수 있다.
(접합 공정)
금속-탄소 복합재(1)는 탄소 입자(2)를 포위하는 금속상(3)을 구비하고 있다. 즉, 금속-탄소 복합재(1)의 표면의 적어도 일부에는 금속상(3)이 노출되어 있다. 따라서, 예를 들어 복수의 금속-탄소 복합재(1)를 제작한 후에, 그들 복수의 금속-탄소 복합재(1)를 접촉시켜 가압하면서 가열함으로써 용이하게 접합할 수 있다. 따라서, 대형의 금속-탄소 복합재(1)는, 금속-탄소 복합재를 복수 제작한 후에, 그들 복수의 금속-탄소 복합재를 접합함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 접합 시의 가열 온도나 압력은 금속상(3)의 종류나 접합하는 금속-탄소 복합재의 크기, 접합 면적 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 접합 시의 가열 온도는, 예를 들어 금속 입자를 구성하는 금속의 연화 온도 내지 융해 온도이면 된다. 접합 시에 가하는 압력은, 예를 들어 0.2MPa 내지 100MPa 정도로 할 수 있다.
본 실시 형태의 금속-탄소 복합재(1)의 제조 방법에서는, 탄소 입자(2)에 부착시키는 금속 입자의 탄소 입자(2)에 대한 비율을 조정함으로써, 금속-탄소 복합재(1)에 있어서의 탄소, 금속의 함유율을 조정할 수 있다. 금속 입자는 소성 공정에 있어서 복수의 탄소 입자(2)를 접합할 수 있을 정도로 존재하면 된다. 이로 인해, 성형체에 있어서의 금속 입자의 함유율을 50부피％ 이하로 할 수 있다. 따라서, 탄소의 함유율이 50부피％ 이상인 금속-탄소 복합재(1)를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 금속-탄소 복합재(1)의 제조 방법에서는, 탄소 입자(2)의 표면에 금속 입자를 부착시킨 후, 탄소 입자(2)와 금속 입자의 혼합물을 성형 및 소성한다. 이로 인해, 얻어지는 금속-탄소 복합재(1)는 복수의 탄소 입자(2)를 연속된 금속상(3)이 둘러싼 구조로 된다. 이에 의해, 금속상(3) 중에 탄소 입자(2)가 균일하게 분산된 금속-탄소 복합재(1)를 얻을 수 있다. 특히, 금속 입자의 입자 직경을, 탄소 입자(2)의 입자 직경의 1/100 내지 1/5의 범위 내로 하고, 탄소 입자(2)의 표면의 실질적으로 전체를 금속 입자로 덮음으로써, 금속상(3)의 연속성을 더 높일 수 있다. 이에 의해, 가열 시에는 금속의 유동성에 의해 가소성을 갖게 할 수 있고, 또한 재료 전체적인 열전도성·전기 전도성을 양호하게 할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서, 구체적인 실시예에 기초하여, 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은, 이하의 실시예에 완전히 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시예 1)
입자 직경이 1㎛인 알루미늄 분말(4.04g)과, 아크릴아미드(8g)와, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(1g)를 이소프로판올(45g)에 용해한 바인더 용액(4.5g)을 자전·공전 믹싱에 의해 교반하여 혼합물을 얻었다. 자전·공전 믹싱은 2000rpm으로 60초간 행했다. 얻어진 혼합물에, 입자 직경이 20㎛인 메소 흑연 입자를 10g 첨가하고, 자전·공전 믹싱에 의해, 2000rpm으로 180초간 교반하여 혼합했다. 이어서, 혼합물을 80℃에서 8시간 건조하여, 건조물을 얻었다. 건조물을 냉간 등방 가압 성형(CIP 성형)에 의해 성형하여 성형체를 얻었다. CIP 성형 시의 압력은 200MPa로 했다.
이어서, 얻어진 성형체를 원주형의 흑연 틀에 넣고, 핫 프레스로에서 소성하여 알루미늄-탄소 복합재를 얻었다. 이 소성 공정은, 우선, 실온으로부터 20℃/분으로 700℃까지 가열하고, 700℃에서 20분 유지한 후, 10 내지 15℃/분으로 실온까지 약 2시간에 걸쳐 냉각시켰다. 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 형상은 높이 10mm, 직경 30mm의 원주이었다. 알루미늄-탄소 복합재 중의 탄소의 함유량은 75부피％이었다.
실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진을 도 2에 도시한다. 도 2에 있어서, 색이 짙은 부분이 흑연 입자이며, 색이 옅은 부분이 알루미늄이다. 도 2에 도시하는 사진으로부터, 흑연 입자는 알루미늄에 덮여 있고, 알루미늄은 연속된 상을 형성하고 있는 것을 알았다.
이어서, 실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 굽힘 강도, 쇼어 경도, 영률(Young's modulus), 열전도율 및 전기 저항률을 이하의 요령으로 측정했다. 결과를, 알루미늄-탄소 복합재의 벌크 밀도와 함께 하기의 표 1에 나타낸다.
〔강도 시험〕
알루미늄-탄소 복합재를, 5mm×3mm×20mm의 크기로 잘라내고, 3점 굽힘 강도 시험에 의해 굽힘 강도를 측정했다. 스팬(span) 길이를 15mm, 크로스헤드 속도를 0.5mm/분으로 했다.
〔쇼어 경도〕
경도 시험기 쇼어식 D형(나까이 세이끼 세이사꾸쇼제, 제품 번호 20309)을 사용하여, 쇼어 경도를 측정했다. 1개의 시험편에 대하여 5점 측정하여, 측정값의 최대값 및 최소값을 제외한 3점의 평균값을 쇼어 경도로 했다. 구체적으로는, JIS Z 2246에 따라 쇼어 경도를 측정했다.
〔영률의 측정〕
영률은 3점 굽힘 강도 시험의 결과를 해석함으로써 평가했다.
〔열전도율의 측정〕
알루미늄-탄소 복합재를 직경 10mm, 두께 1mm의 원판상으로 가공하고, 레이저 플래시법으로 열전도율을 측정했다.
〔전기 저항률의 측정〕
알루미늄-탄소 복합재의 표면의 전기 저항률을 직류 4탐침법으로 측정했다.
(실시예 2)
입자 직경이 20㎛인 메소 흑연 입자 대신에 입자 직경이 50㎛인 흑연 입자(고쥰도 가가꾸 겐뀨쇼사제 인조 흑연 분말 CCE07PB)를 사용한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 알루미늄-탄소 복합재를 제작했다. 알루미늄-탄소 복합재 중의 탄소의 함유량은 75부피％이었다.
실시예 2에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 광학 현미경 사진을 도 3에 도시한다. 도 3에 있어서, 색이 짙은 부분이 흑연 입자이며, 색이 옅은 부분이 알루미늄이다. 도 3으로부터, 흑연 입자는 알루미늄에 덮여 있고, 알루미늄이 연속된 상을 형성하고 있는 것을 알았다.
실시예 2에 의해 제작한 알루미늄-탄소 복합재에 대해서도, 실시예 1과 마찬가지로, 굽힘 강도, 쇼어 경도, 영률, 열전도율 및 전기 저항률을 상기한 요령으로 측정했다. 결과를 알루미늄-탄소 복합재의 벌크 밀도와 함께 하기의 표 2에 나타낸다.
(실험예 1)
실시예 1 및 실시예 2에 의해 얻어진 2종류의 알루미늄-탄소 복합재의 접합 시험을 행했다. 구체적으로는, 이들 2개의 알루미늄-탄소 복합재의 단면끼리 접촉시킨 상태에서, 40MPa의 압력을 인가하면서, 700℃에서 20분간 가열했다. 그 결과, 이들 2종류의 알루미늄-탄소 복합재는 접합되었다. 실험예 1에 의해 얻어진 접합체의 접합 계면의 광학 현미경 사진을 도 4에 도시한다. 도 4에 도시하는 사진으로부터도 밝혀진 바와 같이, 2종류의 알루미늄-탄소 복합재의 접합면은 간극없이 접합되어 있는 것을 알았다.
(실험예 2)
실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재를 소성 가공했다. 구체적으로는, 실시예 1에 의해 얻어진 알루미늄-탄소 복합재를, 내면에 홈을 갖는 흑연 틀에 넣고, 40MPa의 압력을 인가하면서, 온도 700℃에서 20분간 가열함으로써 소성 가공했다. 가공된 실험예 2의 알루미늄-탄소 복합재와, 사용한 흑연 틀의 사진을 도 5에 도시한다. 도 5에 도시하는 사진의 좌측이 가공된 알루미늄-탄소 복합재이며, 우측이 사용한 흑연 틀이다. 도 5에 도시하는 사진으로부터, 흑연 틀의 홈이 알루미늄-탄소 복합재에 적절하게 전사되어 있는 것을 알았다. 이것으로부터, 알루미늄-탄소 복합재는 소성 가공이 가능한 것을 알았다.
(실시예 3)
소성 시에 흑연제의 T볼록자형(흑연 틀)을 성형체에 누르면서 소성한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 알루미늄-탄소 복합재를 제작했다. 실시예 3에서 사용한 흑연 틀과, 얻어진 알루미늄-탄소 복합재의 사진을 도 6에 도시한다. 도 6에 도시된 사진의 좌측이 가공된 알루미늄-탄소 복합재이며, 우측이 사용한 흑연 틀이다.
1: 금속-탄소 복합재
2: 탄소 입자
3: 금속상
2: 탄소 입자
3: 금속상
Claims (8)
- 연속되어 있는 금속상과,
상기 금속상 중에 분산되어 있는 탄소 입자를 구비하고,
탄소의 함유율이 50부피％ 이상인, 금속-탄소 복합재. - 제1항에 있어서, 상기 금속상은 Al, Cu, Ag, Ni, Bi, Sb 및 이들 금속을 적어도 1개 포함하는 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 금속-탄소 복합재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속상의 두께는 10nm 내지 100㎛인, 금속-탄소 복합재.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 입자의 입자 직경은 50nm 내지 500㎛의 범위 내에 있는, 금속-탄소 복합재.
- 금속 입자와 탄소 입자를 혼합하여, 상기 금속 입자가 표면에 부착된 상기 탄소 입자를 포함하는 혼합물을 얻는 혼합 공정과,
상기 혼합물을 성형하여 성형체를 얻는 공정과,
상기 성형체를 소성하는 공정을 구비하는, 금속-탄소 복합재의 제조 방법. - 제5항에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서, 바인더를 더 혼합하는, 금속-탄소 복합재의 제조 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 금속 입자의 입자 직경은 상기 탄소 입자의 입자 직경의 1/100 내지 1/5의 범위 내에 있는, 금속-탄소 복합재의 제조 방법.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물의 성형을 냉간 등방 가압 성형에 의해 행하는, 금속-탄소 복합재의 제조 방법.
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