KR20180016985A

KR20180016985A - 동 다공질체, 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180016985A
Application number: KR1020177032666A
Authority: KR
Inventors: 고이치 기타; 준 가토; 도시히코 사이와이
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2018-02-20
Also published as: US10493528B2; EP3308883A1; CN107530776A; WO2016199566A1; JP6107888B2; EP3308883A4; US20180161877A1; CN107530776B; JP2017002375A

Abstract

삼차원 망목 구조의 골격부 (12) 를 갖는 동 다공질체 (10, 110) 로서, 상기 골격부 (12) 의 표면에, 산화 환원 처리에 의해 형성된 산화 환원층을 가지고 있고, 상기 골격부 (12) 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

동 다공질체, 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법{POROUS COPPER BODY, POROUS COPPER COMPOSITE MEMBER, METHOD FOR PRODUCING POROUS COPPER BODY, AND METHOD FOR PRODUCING POROUS COPPER COMPOSITE MEMBER}

본원 발명은, 동 또는 동 합금으로 이루어지는 동 다공질체, 및, 이 동 다공질체가 부재 본체에 접합되어 이루어지는 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2015년 6월 12일에, 일본에 출원된 특원 2015-119523호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기 서술한 동 다공질체 및 동 다공질 복합 부재는, 예를 들어 각종 전지에 있어서의 전극 및 집전체, 열 교환기용 부재, 소음 부재, 필터, 충격 흡수 부재 등으로서 사용되고 있다.

예를 들어 특허문헌 1 에는, 동 또는 동 합금으로 이루어지는 분말을 원료로 하여, 환원 분위기에서 소결함으로써, 삼차원 망목 구조로 한 전열 부재가 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 2 에는, 동관 표면에 동 분말을 소결시켜 동 다공질층을 형성한 열 교환 부재가 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 평08-145592호(A) 일본 공개특허공보 평11-217680호(A)

그런데, 특허문헌 1 에 있어서는, 불활성 가스 분위기 혹은 환원성 분위기에서 소결을 실시하고 있다. 또한, 특허문헌 2 에 있어서는, 동 또는 동 합금으로 이루어지는 분말을 원료로 하고, 이 원료 분말을 동관의 표면에 바인더로 가접합하고, 산화 처리 및 환원 처리를 실시함으로써 동 원료를 소결하여 동 다공질층을 형성하고 있다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 기재되어 있는 바와 같이, 불활성 가스 분위기 혹은 환원성 분위기에서 소결을 실시한 것 만으로는 동의 금속 결합은 불충분한 상태이고, 열 전도 특성이나 전기 전도 특성이 불충분해질 우려가 있었다.

본원 발명은, 이상과 같은 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 동 원료끼리 확실하게 접합되고, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수한 동 다공질체, 이 동 다공질체가 부재 본체에 접합된 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 과제를 해결하여, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본원 발명의 일 양태의 동 다공질체 (이하, 「본원 발명의 동 다공질체」 라고 칭한다) 는, 삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 동 다공질체로서, 상기 골격부의 표면에, 산화 환원 처리에 의해 형성된 산화 환원층을 가지고 있고, 상기 골격부 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 동 다공질체에 의하면, 상기 골격부의 표면에, 산화 환원 처리에 의해 형성된 산화 환원층을 가지고 있기 때문에, 비표면적이 커져, 예를 들어 열 교환 효율 등을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 골격부 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있기 때문에, 산화 환원 처리에 의해 동 원료끼리 확실하게 금속 결합되게 되어, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수하다.

여기서, 본원 발명의 동 다공질체에 있어서는, 상기 동 다공질체 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 비표면적이 크고, 또한, 기공률이 높게 설정되어 있기 때문에, 예를 들어 열 교환 효율 등을 확실하게 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본원 발명의 동 다공질체에 있어서는, 상기 골격부는, 복수의 동 섬유의 소결체로 되어 있고, 상기 동 섬유는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상 2500 이하의 범위 내로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내가 된 동 섬유끼리 소결됨으로써 구성되어 있기 때문에, 동 섬유끼리 사이에 충분한 공극이 확보됨과 함께, 소결시에 있어서의 수축률을 억제할 수 있고, 기공률을 높게 하는 것이 가능해져, 더욱 치수 정밀도가 우수하다.

본원 발명의 다른 양태의 동 다공질 복합 부재 (이하, 「본원 발명의 동 다공질 복합 부재」 라고 칭한다) 는, 부재 본체와, 상기 서술한 동 다공질체가 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 동 다공질 복합 부재에 의하면, 표면 성상의 안정성이 우수한 동 다공질체가 부재 본체와 강고하게 접합되어 있는 것으로부터, 동 다공질 복합 부재로서, 우수한 열 전도 특성 및 전기 전도 특성을 발휘할 수 있다.

여기서, 본원 발명의 동 다공질 복합 부재에 있어서는, 상기 부재 본체 중 상기 동 다공질체와의 접합면이 동 또는 동 합금으로 구성되고, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체가 소결에 의해 접합되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체가, 소결에 의해 일체로 결합하고 있기 때문에, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체가 강고하게 접합되게 되어, 동 다공질 복합 부재로서 우수한 열 전도 특성 및 전기 전도 특성을 발휘한다.

본원 발명의 다른 양태의 동 다공질체의 제조 방법 (이하, 「본원 발명의 동 다공질체의 제조 방법」 이라고 칭한다) 은, 상기 서술한 동 다공질체를 제조하는 동 다공질체의 제조 방법으로서, 산소 농도가 0.025 mass％ 이하인 상기 골격부를 형성하는 골격부 형성 공정과, 상기 골격부의 표면에 상기 산화 환원층을 형성하는 산화 환원 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 동 다공질체의 제조 방법에 의하면, 산소 농도가 0.025 mass％ 이하인 상기 골격부를 형성하는 골격부 형성 공정과, 상기 골격부의 표면에 상기 산화 환원층을 형성하는 산화 환원 공정을 구비하고 있기 때문에, 비표면적이 크고, 또한, 산화 환원 처리에 의해 동 원료끼리 확실하게 금속 결합되어, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수한 동 다공질체를 얻을 수 있다.

여기서, 본원 발명의 동 다공질체의 제조 방법에 있어서는, 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 상기 동 원료를 적층하는 동 원료 적층 공정과, 적층된 복수의 상기 동 원료끼리를 소결하는 소결 공정을 갖고, 상기 소결 공정에서는, 상기 동 섬유를 산화시킨 후, 산화된 상기 동 섬유를 환원하고, 상기 동 섬유끼리를 결합시켜 상기 골격부를 형성함과 함께, 상기 골격부의 표면에 상기 산화 환원층을 형성하는 구성으로 해도 된다. 즉, 이 동 다공질체의 제조 방법에 있어서는, 상기 서술한 상기 골격부 형성 공정과 상기 산화 환원 공정을, 상기 동 원료 적층 공정 및 상기 소결 공정에서 실시하고 있는 것이 된다.

이 경우, 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 상기 동 원료를 사용하고 있기 때문에, 소결 후의 동 다공질체에 있어서의 산소 농도를 0.025 mass％ 이하로 할 수 있다. 또한, 상기 소결 공정에서는, 상기 동 섬유를 산화시킨 후, 산화된 상기 동 섬유를 환원함과 함께 상기 동 섬유끼리를 결합시키고 있기 때문에, 골격부의 표면에 산화 환원층을 형성할 수 있다.

또한, 본원 발명의 동 다공질체의 제조 방법에 있어서는, 상기 동 원료의 산소 농도를 저감시키는 예비 환원 처리를 실시하는 구성으로 해도 된다.

이 경우, 동 원료의 산소 농도를 저감시키는 예비 환원 처리를 구비하고 있기 때문에, 동 원료의 산소 농도를 0.03 mass％ 이하로 제한할 수 있고, 소결 후의 동 다공질체에 있어서의 산소 농도를 0.025 mass％ 이하로 할 수 있다.

본원 발명의 다른 양태의 동 다공질 복합 부재의 제조 방법 (이하, 「본원 발명의 동 다공질 복합 부재의 제조 방법」 이라고 칭한다) 은, 부재 본체와 동 다공질체가 접합된 동 다공질 복합 부재를 제조하는 동 다공질 복합 부재의 제조 방법으로서, 상기 서술한 동 다공질체의 제조 방법에 의해 제조된 동 다공질체와, 상기 부재 본체를 접합하는 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 동 다공질 복합 부재의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 동 다공질체의 제조 방법에 의해 제조된 동 다공질체를 구비하게 되고, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 우수한 동 다공질 복합 부재를 제조하는 것이 가능해진다.

여기서, 본원 발명의 동 다공질 복합 부재의 제조 방법에 있어서는, 상기 부재 본체 중 상기 동 다공질체가 접합되는 접합면은, 동 또는 동 합금으로 구성되어 있고, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체를 소결에 의해 접합하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 부재 본체와 상기 동 다공질체를 소결에 의해 일체화할 수 있고, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 우수한 동 다공질 복합 부재를 제조하는 것이 가능해진다.

본원 발명에 의하면, 동 원료끼리 확실하게 접합되어, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수한 동 다공질체, 이 동 다공질체가 부재 본체에 접합된 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본원 발명의 제 1 실시형태인 동 다공질체의 확대 모식도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 동 다공질체의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 동 다공질체를 제조하는 제조 공정을 나타내는 설명도이다.
도 4 는 본원 발명의 제 2 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관 설명도이다.
도 5 는 도 4 에 나타내는 동 다공질 복합 부재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우도이다.
도 6 은 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 7 은 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 8 은 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 9 는 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 10 은 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 11 은 본원 발명의 다른 실시형태인 동 다공질 복합 부재의 외관도이다.

이하에, 본원 발명의 실시형태인 동 다공질체, 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

먼저, 본원 발명의 제 1 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 대하여, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다.

본 실시형태인 동 다공질체 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 복수의 동 섬유 (11) 가 소결된 골격부 (12) 를 가지고 있다.

여기서, 동 섬유 (11) 는, 동 또는 동 합금으로 이루어지고, 본 실시형태에서는, 동 섬유 (11) 는, 예를 들어 C1100 (터프 피치 동) 으로 구성되어 있다. 또한, 이 동 섬유 (11) 는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 동 섬유 (11) 에는, 비틀림이나 굽힘 등의 형상 부여가 실시되어 있다.

또한, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 있어서는, 그 겉보기 밀도 (D_A) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 51 ％ 이하로 되어 있다. 동 섬유 (11) 의 형상에 대해서는, 상기 겉보기 밀도 (D_A) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 51 ％ 이하가 되는 한에 있어서, 직선상, 곡선상 등 임의이지만, 동 섬유 (11) 의 적어도 일부에, 비틀림 가공이나 굽힘 가공 등에 의해 소정의 형상 부여 가공이 된 것을 사용하면, 섬유끼리 사이의 공극 형상을 입체적 그리고 등방적으로 형성시킬 수 있고, 그 결과, 동 다공질체 (10) 의 전열 특성 및 도전성 등의 각종 특성의 등방성 향상으로 연결된다.

또한, 동 섬유 (11) 는, 인발법, 코일 절삭법, 와이어 절삭법, 용융 방사법 등에 의해, 소정의 환산 섬유 직경으로 조정되고, 이것을 추가로 소정의 L/R 을 만족하도록 길이를 조정하여 절단함으로써, 제조된다.

여기서, 환산 섬유 직경 (R) 이란, 각 섬유의 단면적 (A) 을 기초로 산출되는 값이고, 단면 형상에 상관없이 진원이라고 가정하고, 이하의 식에 의해 정의되는 것이다.

R = (A/π)^1/2 × 2

또한, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 있어서는, 골격부 (12) (동 섬유 (11)) 의 표면에 산화 환원층이 형성되어 있고, 동 섬유 (11, 11) 끼리의 결합부에 있어서는, 서로의 표면에 형성된 산화 환원층끼리 일체로 결합하고 있다.

또한, 이 산화 환원층은, 포러스한 구조로 되어 있고, 골격부 (12) (동 섬유 (11)) 의 표면에 미세한 요철을 발생시키고 있다. 이에 의해, 동 다공질체 (10) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상이 되고, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있다.

특별히 한정은 되지 않지만, 동 다공질체 (10) 전체의 비표면적의 상한치는 0.50 ㎡/g 이다.

또한, 특별히 한정은 되지 않지만, 바람직한 동 다공질체 (10) 전체의 비표면적의 범위는 0.03 ㎡/g ∼ 0.40 ㎡/g 이고, 보다 바람직하게는 0.05 ㎡/g ∼ 0.30 ㎡/g 이다. 동일하게 특별히 한정은 되지 않지만, 기공률의 범위는 60 ％ ∼ 90 ％ 이고, 보다 바람직하게는 70 ％ ∼ 90 ％ 이다.

그리고, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 있어서는, 골격부 (12) 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있다.

골격부 (12) 전체의 산소 농도의 하한치는 사용하는 동의 그레이드에 의존하는 값이고, 특별히 한정은 되지 않는다. 무산소동이 사용된 경우의 산소 농도의 하한치는 0.00001 mass％ 정도이다.

다음으로, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 의 제조 방법에 대하여, 도 2 의 플로우도 및 도 3 의 공정도 등을 참조하여 설명한다.

먼저, 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 동 섬유 (11) 를 준비한다. 본 실시형태에서는, 예를 들어, 산소 농도가 0.05 mass％ 정도인 동 섬유 (11) 에 대하여 예비 환원 처리 공정 S00 을 실시함으로써, 동 섬유 (11) 의 산소 농도를 0.03 mass％ 이하까지 저감시키고 있다. 또한, 이 예비 환원 처리 공정 S00 에 의해, 특히 동 섬유 (11) 의 표면의 산소량이 저감되게 된다. 또한, 예비 환원 처리 공정 S00 을 실시하기 전의 상태로, 동 섬유 (11) 의 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 경우에도, 예비 환원 처리 공정 S00 을 실시함으로써, 동 섬유 (11) 표면의 청정도를 증가시키는 것이 가능해진다.

본 실시형태에서는, 예비 환원 처리 공정 S00 의 조건은, 분위기가 아르곤과 수소의 혼합 가스 분위기, 유지 온도가 350 ℃ 이상, 850 ℃ 이하, 유지 온도가 5 분 이상, 120 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 온도가 350 ℃ 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 를 충분히 환원할 수 없어, 동 섬유 (11) 의 산소 농도를 저감시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 온도가 850 ℃ 를 초과하는 경우에는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서, 동 섬유 (11) 끼리 소결하게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 온도를 350 ℃ 이상, 850 ℃ 이하로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 산소 농도를 확실하게 저감시키기 위해서는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 온도의 하한을 400 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 동 섬유 (11) 끼리의 소결을 확실하게 억제하기 위해서는, 유지 온도의 상한을 800 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 시간이 5 분 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 를 충분히 환원할 수 없어, 산소 농도를 저감시킬 수 없을 우려가 있다. 한편, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 시간이 120 분을 초과하는 경우에는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서, 동 섬유 (11) 끼리 소결하게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 시간을 5 분 이상, 120 분 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 산소 농도를 확실하게 저감시키기 위해서는, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 유지 시간의 하한을 10 분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예비 환원 처리 공정 S00 에 있어서의 동 섬유 (11) 끼리의 소결을 확실하게 억제하기 위해서는, 유지 시간의 상한을 100 분 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 예비 환원 처리 공정 S00 을 실시한 동 섬유 (11) 를, 산포기 (31) 로부터 스테인리스제 용기 (32) 내를 향하여 산포하여 부피 충전하여, 동 섬유 (11) 를 적층한다 (동 섬유 적층 공정 S01).

여기서, 이 동 섬유 적층 공정 S01 에서는, 충전 후의 부피 밀도 (D_P) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하가 되도록 복수의 동 섬유 (11) 를 적층 배치한다. 또한, 본 실시형태에서는, 동 섬유 (11) 에 비틀림 가공이나 굽힘 가공 등의 형상 부여 가공이 실시되어 있기 때문에, 적층시에 동 섬유 (11) 끼리 사이에 입체적 그리고 등방적인 공극이 확보되게 된다.

다음으로, 스테인리스제 용기 (32) 내에 부피 충전된 동 섬유 (11) 를 산화 환원 처리한다 (산화 환원 처리 공정 S02).

이 산화 환원 처리 공정 S02 에 있어서는, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 동 섬유 (11) 의 산화 처리를 실시하는 산화 처리 공정 S21 과, 산화 처리된 동 섬유 (11) 를 환원하여 소결하는 환원 처리 공정 S22 를 구비하고 있다.

본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 동 섬유 (11) 가 충전된 스테인리스제 용기 (32) 를 가열노 (33) 내에 장입하고, 대기 분위기에서 가열하여 동 섬유 (11) 를 산화 처리한다 (산화 처리 공정 S21). 이 산화 처리 공정 S21 에 의해, 동 섬유 (11) 의 표면에, 예를 들어 두께 1 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이하의 산화물층이 형성된다.

본 실시형태에 있어서의 산화 처리 공정 S21 의 조건은, 유지 온도가 520 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도가 520 ℃ 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다. 한편, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도가 1050 ℃ 를 초과하는 경우에는, 동 섬유 (11) 의 내부까지 산화가 진행하게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도를 520 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 표면에 산화물층을 확실하게 형성하기 위해서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도의 하한을 600 ℃ 이상, 유지 온도의 상한을 1000 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간이 5 분 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다. 한편, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간이 300 분을 초과하는 경우에는, 동 섬유 (11) 의 내부까지 산화가 진행하게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간을 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 표면에 산화물층을 확실하게 형성하기 위해서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간의 하한을 10 분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 동 섬유 (11) 의 내부까지 산화하는 것을 확실하게 억제하기 위해서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간의 상한을 100 분 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 산화 처리 공정 S21 을 실시한 후, 동 섬유 (11) 가 충전된 스테인리스제 용기 (32) 를 가열노 (34) 내에 장입하고, 환원 분위기에서 가열하여, 산화된 동 섬유 (11) 를 환원 처리하여 산화 환원층을 형성함과 함께, 동 섬유 (11) 끼리를 결합하여 골격부 (12) 를 형성한다 (환원 처리 공정 S22).

본 실시형태에 있어서의 환원 처리 공정 S22 의 조건은, 분위기가 아르곤과 수소의 혼합 가스 분위기, 유지 온도가 600 ℃ 이상, 1080 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도가 600 ℃ 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 충분히 환원할 수 없을 우려가 있다. 한편, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도가 1080 ℃ 를 초과하는 경우에는, 동의 융점 근방까지 가열되게 되어, 강도 및 기공률의 저하가 일어날 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도를 600 ℃ 이상, 1080 ℃ 이하로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 확실하게 환원하기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도의 하한을 650 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강도 및 기공률의 저하를 확실하게 억제하기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도의 상한을 1050 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간이 5 분 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 충분히 환원할 수 없을 우려가 있음과 함께, 소결이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간이 300 분을 초과하는 경우에는, 소결에 의한 열 수축이 커짐과 함께 강도가 저하할 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간을 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 동 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 확실하게 환원함과 함께 소결을 충분히 진행시키기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도의 하한을 10 분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 소결에 의한 열 수축이나 강도 저하를 확실하게 억제하기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간의 상한을 100 분 이하로 하는 것이 바람직하다.

이 산화 처리 공정 S21 및 환원 처리 공정 S22 에 의해, 동 섬유 (11) (골격부 (12)) 의 표면에는, 산화 환원층이 형성되고, 미세한 요철이 발생하게 된다.

또한, 산화 처리 공정 S21 에 의해 동 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 형성되고, 이 산화물층에 의해 복수의 동 섬유 (11) 끼리 가교된다. 그 후, 환원 처리 공정 S22 를 실시함으로써, 동 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층이 환원되어 상기 서술한 산화 환원층이 형성됨과 함께, 이 산화 환원층끼리 결합함으로써, 동 섬유 (11) 끼리 소결되어 골격부 (12) 가 형성된다.

이상과 같은 제조 방법에 의해, 동 섬유 (11, 11) 끼리 소결되어 골격부 (12) 가 형성됨과 함께, 골격부 (12) (동 섬유 (11)) 의 표면에 산화 환원층이 형성된다. 그리고, 골격부 (12) 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하가 되고, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 가 제조된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 의하면, 골격부 (12) 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있기 때문에, 산화 처리 공정 S21 및 환원 처리 공정 S22 에 의해 동 섬유 (11) 끼리 확실하게 금속 결합되어, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수하다.

여기서, 골격부 (12) 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 를 초과하는 경우, 동 섬유 (11) 의 금속 결합이 불충분해져, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 저하하게 될 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, 골격부 (12) 전체의 산소 농도를 0.25 mass％ 이하로 설정하고 있다. 또한, 더욱 열 전도 특성 및 전기 전도 특성을 향상시키기 위해서는, 골격부 (12) 전체의 산소 농도를 0.02 mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태인 동 다공질체 (10) 에 의하면, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내가 된 동 섬유 (11) 가 소결됨으로써 골격부 (12) 가 형성되어 있기 때문에, 동 섬유 (11) 끼리 사이에 충분한 공극이 확보됨과 함께, 소결시에 있어서의 수축률을 억제할 수 있고, 기공률이 높고, 또한 치수 정밀도가 우수하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내가 된 동 섬유 (11) 를, 부피 밀도 (D_P) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하가 되도록 적층 배치하는 동 섬유 적층 공정 S01 을 구비하고 있기 때문에, 동 섬유 (11) 끼리 사이의 공극을 확보할 수 있고, 수축을 억제하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 기공률이 높고 치수 정밀도가 우수한 동 다공질체 (10) 를 제조할 수 있다.

구체적으로는, 부피 밀도 (D_P) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하가 되도록 적층 배치하여 소결함으로써 제조된 동 다공질체 (10) 의 겉보기 밀도 (D_A) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 51 ％ 이하로 되어 있기 때문에, 소결시의 수축이 억제되어 있고, 높은 기공률을 확보하는 것이 가능해진다.

여기서, 동 섬유 (11) 의 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 미만인 경우에는, 동 섬유 (11) 끼리의 접합 면적이 작아, 소결 강도가 부족할 우려가 있다. 한편, 동 섬유 (11) 의 직경 (R) 이 1.0 ㎜ 를 초과하는 경우에는, 동 섬유 (11) 끼리 접촉하는 접점의 수가 부족하여, 역시, 소결 강도가 부족할 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, 동 섬유 (11) 의 직경 (R) 을 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 추가적인 강도 향상을 도모하는 경우에는, 동 섬유 (11) 의 직경 (R) 의 하한을 0.05 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 동 섬유 (11) 의 직경 (R) 의 상한을 0.5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 동 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 미만인 경우에는, 적층 배치했을 때에 부피 밀도 (D_P) 가 동 섬유 (11) 의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하로 하는 것이 어렵고, 기공률이 높은 동 다공질체 (10) 를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있다. 한편, 동 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 2500 을 초과하는 경우에는, 동 섬유 (11) 를 균일하게 분산시킬 수 없게 되어, 균일한 기공률을 갖는 동 다공질체 (10) 를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에서는, 동 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 를 4 이상, 2500 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 추가적인 기공률의 향상을 도모하는 경우에는, 동 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 의 하한을 10 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 확실하게 기공률이 균일한 동 다공질체 (10) 를 얻기 위해서는, 동 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 상한을 500 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태인 동 다공질체의 제조 방법에 의하면, 동 섬유 (11) 를 산화시키는 산화 처리 공정 S21 과, 산화된 동 섬유 (11) 를 환원하는 환원 처리 공정 S22 를 구비하고 있기 때문에, 동 섬유 (11) (골격부 (12)) 의 표면에 산화 환원층을 형성할 수 있다.

그리고, 본 실시형태인 동 다공질체의 제조 방법에 의하면, 예비 환원 처리 공정 S00 에 의해 산소 농도가 0.03 mass％ 이하가 된 동 섬유 (11) 를 사용하고 있기 때문에, 골격부 (12) 전체의 산소 농도를 0.025 mass％ 이하로 할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본원 발명의 제 2 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 4 에, 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 를 나타낸다. 이 동 다공질 복합 부재 (100) 는, 동 또는 동 합금으로 이루어지는 동판 (120) (부재 본체) 과, 이 동판 (120) 의 표면에 접합된 동 다공질체 (110) 를 구비하고 있다.

여기서, 본 실시형태인 동 다공질체 (110) 는, 제 1 실시형태와 동일하게, 복수의 동 섬유가 소결되어 골격부가 형성된 것이다. 여기서, 동 섬유는, 동 또는 동 합금으로 이루어지고, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 동 섬유는, 예를 들어 무산소동으로 구성되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 동 섬유에는, 비틀림이나 굽힘 등의 형상 부여가 실시되어 있다. 또한, 본 실시형태인 동 다공질체 (110) 에 있어서는, 그 겉보기 밀도 (D_A) 가 동 섬유의 진밀도 (D_T) 의 51 ％ 이하로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 동 다공질체 (110) 를 구성하는 동 섬유 (골격부) 및 동판 (120) 의 표면에, 후술하는 바와 같이 산화 환원 처리 (산화 처리 및 환원 처리) 를 실시하는 것에 의해 산화 환원층이 형성되어 있고, 이에 의해, 동 섬유 (골격부) 및 동판 (120) 의 표면에 미세한 요철이 발생해 있다. 본 실시형태에서는, 동 다공질체 (110) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상이 되고, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 동 다공질체 (110) 를 구성하는 동 섬유와 동판 (120) 의 표면의 결합부에 있어서는, 동 섬유의 표면에 형성된 산화 환원층과 동판의 표면에 형성된 산화 환원층이 일체로 결합하고 있다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, 동 다공질체 (110) 의 골격부 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 를 제조하는 방법에 대하여, 도 5 의 플로우도를 참조하여 설명한다.

먼저, 부재 본체인 동판 (120) 을 준비한다 (동판 배치 공정 S100). 다음으로, 이 동판 (120) 의 표면에 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 동 섬유를 분산시켜 적층 배치한다 (동 섬유 적층 공정 S101). 여기서, 이 동 섬유 적층 공정 S101 에서는, 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 동 섬유를 사용하여, 부피 밀도 (D_P) 가 동 섬유의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하가 되도록 복수의 동 섬유를 적층 배치한다.

다음으로, 동판 (120) 의 표면에 적층 배치된 동 섬유끼리를 소결하여 동 다공질체 (110) 를 성형함과 함께 동 다공질체 (110) 와 동판 (120) 을 결합한다 (소결 공정 S102 및 접합 공정 S103). 이 소결 공정 S102 및 접합 공정 S103 에 있어서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 동 섬유 및 동판 (120) 의 산화 처리를 실시하는 산화 처리 공정 S121 과, 산화 처리된 동 섬유 및 동판 (120) 을 환원하여 소결하는 환원 처리 공정 S122 를 구비하고 있다.

본 실시형태에서는, 동 섬유가 적층 배치된 동판 (120) 을 가열노 내에 장입하고, 대기 분위기에서 가열하여 동 섬유를 산화 처리한다 (산화 처리 공정 S121). 이 산화 처리 공정 S121 에 의해, 동 섬유 및 동판 (120) 의 표면에, 예를 들어 두께 1 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이하의 산화물층이 형성된다.

여기서, 본 실시형태에 있어서의 산화 처리 공정 S121 의 조건은, 유지 온도가 520 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하, 바람직하게는 600 ℃ 이상, 1000 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하, 바람직하게는 10 분 이상, 100 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에서는, 산화 처리 공정 S121 을 실시한 후, 동 섬유가 적층 배치된 동판 (120) 을 소성노 내에 장입하고, 환원 분위기에서 가열하여, 산화된 동 섬유 및 동판 (120) 을 환원 처리하여, 동 섬유끼리를 결합함과 함께 동 섬유와 동판 (120) 을 결합한다 (환원 처리 공정 S122).

여기서, 본 실시형태에 있어서의 환원 처리 공정 S122 의 조건은, 분위기가 질소와 수소의 혼합 가스 분위기, 유지 온도가 600 ℃ 이상, 1080 ℃ 이하, 바람직하게는 650 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하, 바람직하게는 10 분 이상, 100 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

이 산화 처리 공정 S121 및 환원 처리 공정 S122 에 의해, 동 섬유 (골격부) 및 동판 (120) 의 표면에 산화 환원층이 형성되고, 미세한 요철이 발생하게 된다.

또한, 산화 처리 공정 S121 에 의해 동 섬유 (골격부) 및 동판 (120) 의 표면에 산화물층이 형성되고, 이 산화물층에 의해 복수의 동 섬유끼리 및 동판 (120) 이 가교된다. 그 후, 환원 처리 S122 를 실시함으로써, 동 섬유 (골격부) 및 동판 (120) 의 표면에 형성된 산화물층이 환원되고, 산화 환원층을 개재하여 동 섬유끼리 소결되어 골격부가 형성됨과 함께 동 다공질체 (110) 와 동판 (120) 이 결합된다.

이상과 같은 제조 방법에 의해, 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 가 제조된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 에 의하면, 동 다공질체 (110) 의 골격부 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있기 때문에, 산화 처리 공정 S121 및 환원 처리 공정 S122 에 의해 동 섬유 (11) 끼리 확실하게 금속 결합되어 있고, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수하다.

또한, 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 에 있어서는, 동판 (120) 의 표면에, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내가 된 동 섬유가 소결되어 이루어지는 기공률이 높고, 강도나 치수 정밀도가 우수한 동 다공질체 (110) 가 접합되어 있고, 전열 특성 및 도전성 등의 각종 특성이 우수하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 동 다공질체 (110) 를 구성하는 동 섬유 및 동판 (120) 의 표면에 산화 환원층이 형성되고, 동 다공질체 (110) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상이 되고, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있고, 열 교환 효율 등을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 동 다공질체 (110) 를 구성하는 동 섬유와 동판 (120) 의 표면의 결합부에 있어서는, 동 섬유의 표면에 형성된 산화 환원층과 동판 (120) 의 표면에 형성된 산화 환원층이 일체로 결합하고 있기 때문에, 동 다공질체 (110) 와 동판 (120) 이 강고하게 접합되게 되어, 접합 계면의 강도, 전열 특성 및 도전성 등의 각종 특성이 우수하다.

본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 의 제조 방법에 의하면, 동 섬유로서 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 무산소동을 사용하고 있기 때문에, 동 다공질체 (110) 의 골격부 전체의 산소 농도를 0.025 mass％ 이하로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태인 동 다공질 복합 부재 (100) 의 제조 방법에 의하면, 동 및 동 합금으로 이루어지는 동판 (120) 의 표면에 동 섬유를 적층 배치하고, 소결 공정 S102 및 접합 공정 S103 을 동시에 실시하고 있기 때문에, 제조 프로세스를 간략화하는 것이 가능해진다.

이상, 본원 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본원 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

예를 들어, 도 3 에 나타내는 제조 설비를 사용하여, 동 다공질체를 제조하는 것으로 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 제조 설비를 사용하여 동 다공질체를 제조해도 된다.

산화 처리 공정 S21, S121 의 분위기에 대해서는, 소정 온도에서 동 혹은 동 합금이 산화하는 산화성 분위기이면 되고, 구체적으로는, 대기 중에 한정하지 않고, 불활성 가스 (예를 들어, 질소) 에 10 vol％ 이상의 산소를 함유하는 분위기이면 된다. 또한, 환원 처리 공정 S22, S122 의 분위기에 대해서도, 소정 온도에서 동 산화물이 금속 동으로 환원 혹은 산화동이 분해하는 환원성 분위기이면 되고, 구체적으로는, 수 vol％ 이상의 수소를 함유하는 질소-수소 혼합 가스, 아르곤-수소 혼합 가스, 순수소 가스, 혹은 공업적으로 자주 사용되는 암모니아 분해 가스, 프로판 분해 가스 등도 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 터프 피치 동 (JIS C1100) 또는 무산소동 (JIS C1020) 으로 이루어지는 동 섬유를 사용하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 동 섬유 (11) 의 재질로는, 인 탈산 동 (JIS C1201, C1220), 은 함유 동 (예를 들어 Cu-0.02 ∼ 0.5 mass％ Ag), 크롬 동 (예를 들어 Cu-0.02 ∼ 1.0 mass％ Cr), 지르콘 동 (예를 들어 Cu-0.02 ∼ 1.0 mass％ Zr), 주석 함유 동 (예를 들어 Cu-0.1 ∼ 1.0 mass％ Sn) 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 200 ℃ 이상의 고온 환경하에서 사용하는 경우에는, 고온 강도가 우수한 은 함유 동, 크롬 동, 주석 함유 동, 지르콘 동 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는, 동 섬유를 소결함으로써 동 다공질체의 골격부를 형성하는 것으로 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 섬유 부직포나 금속 필터 등의 동 다공질체를 사용하거나, 혹은 예비 환원 처리 S00 을 실시함으로써 산소 농도가 0.03 mass％ 이하로 저감한 섬유 부직포나 금속 필터 등의 동 다공질체를 소재로 사용함으로써, 골격부 전체의 산소 농도를 0.025 mass％ 이하로 할 수 있고, 동일한 효과가 기대된다.

또한, 제 2 실시형태에서는, 도 4 에 나타내는 구조의 동 다공질 복합 부재를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 도 6 내지 도 11 에 나타내는 바와 같은 구조의 동 다공질 복합 부재여도 된다.

예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 동 다공질체 (210) 중에, 부재 본체로서 복수의 동관 (220) 이 삽입된 구조의 동 다공질 복합 부재 (200) 여도 된다.

혹은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 동 다공질체 (310) 중에, 부재 본체로서 U 자상으로 만곡된 동관 (320) 이 삽입된 구조의 동 다공질 복합 부재 (300) 여도 된다.

또한, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 부재 본체인 동관 (420) 의 내주면에 동 다공질체 (410) 를 접합한 구조의 동 다공질 복합 부재 (400) 여도 된다.

또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 부재 본체인 동관 (520) 의 외주면에 동 다공질체 (510) 를 접합한 구조의 동 다공질 복합 부재 (500) 여도 된다.

또한, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 부재 본체인 동관 (620) 의 내주면 및 외주면에 동 다공질체 (610) 를 접합한 구조의 동 다공질 복합 부재 (600) 여도 된다.

또한, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 부재 본체인 동판 (720) 의 양면에 동 다공질체 (710) 를 접합한 구조의 동 다공질 복합 부재 (700) 여도 된다.

실시예

이하에, 본원 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대하여 설명한다.

표 1 에 나타내는 원료를 사용하여, 삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 동 다공질체를 제조하였다.

그리고, 표 2 에 나타내는 조건으로 산화 환원 처리를 실시하여, 폭 30 ㎜ × 길이 200 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 동 다공질체를 제조하였다. 또한, 본 발명예 3 ∼ 7, 9, 10 에 있어서는, 표 2 에 나타내는 조건으로 예비 환원 처리 공정을 실시하였다.

또한, 얻어진 동 다공질체에 대하여, 산소 농도, 기공률, 상대 전기 전도도에 대하여 평가하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다. 또한, 평가 방법을 이하에 나타낸다.

(섬유 직경 (R))

섬유 직경 (R) 은, 말번사 제조 입자 해석 장치 「Morphologi G3」 을 사용하여, JIS Z 8827-1 에 기초하여, 화상 해석에 의해 산출된 원 상당 직경 (Heywood 직경) R = (A/π)^1/2 × 2 의 평균치를 사용하였다.

(섬유 길이 (L))

동 섬유의 섬유 길이 (L) 는, 말번사 제조 입자 해석 장치 「Morphologi G3」 을 사용하여, 화상 해석에 의해 산출된 단순 평균치를 사용하였다.

(섬유의 산소 농도)

동 섬유 약 1 g 을 LECO 사 제조 가스 분석 장치 (형번 : TCEN-600) 에 투입하고, 캐리어 가스로서 헬륨 가스를 사용한 불활성 가스 융해법에 의해, 동 섬유 중의 산소 농도 (mass％) 를 측정하였다.

(동 다공질체의 산소 농도 (C_O))

얻어진 동 다공질체로부터 자른 샘플 약 1 g 을 LECO 사 제조 가스 분석 장치 (형번 : TCEN-600) 에 투입하고, 캐리어 가스로서 헬륨 가스를 사용한 불활성 가스 융해법에 의해, 산소 농도 (C_O) (mass％) 를 측정하였다.

(겉보기 밀도비 (D_A/D_T) 및 기공률 (P))

얻어진 동 다공질체의 질량 (M) (g), 체적 (V) (㎤), 동 다공질체를 구성하는 동 섬유의 진밀도 (D_T) (g/㎤) 를 측정하고, 이하의 식으로 겉보기 밀도비 (D_A/D_T) 및 기공률 (P) (％) 을 산출하였다. 또한, 진밀도 (D_T) 는, 정밀 천칭을 사용하여, 수중법에 의해 측정하였다.

D_A/D_T = M/(V × D_T)

P = (1 - (M/(V × D_T))) × 100

(상대 전기 전도율 (C_R))

얻어진 동 다공질체로부터 폭 10 ㎜ × 길이 500 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 샘플을 잘라, JIS C2525 에 기초하여 사단자법에 의해 전기 전도율 (C₁) (S/m) 을 측정하였다. 또한, 동 다공질체를 구성하는 동 또는 동 합금으로 이루어지는 벌크재의 전기 전도율 (C₂) (S/m) 과, 동 다공질체의 겉보기 밀도비 (D_A/D_T) 로부터, 이하의 식에 의해, 상대 전기 전도율 (C_R) (％) 을 구하였다.

C_R (％) = C₁/(C₂ × (D_A/D_T)) × 100

동 다공질체 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 를 초과하는 비교예 1, 2 에 있어서는, 상대 전기 전도율이 10 ％ 를 하회하고 있었다.

이에 반하여, 동 다공질체 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하가 된 본 발명예 1 ∼ 10 에 있어서는, 상대 전기 전도율이 충분히 높아져 있었다.

이상으로부터, 본 발명예에 의하면, 열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 우수한 동 다공질체를 제공 가능한 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

열 전도 특성 및 전기 전도 특성이 특히 우수한 동 다공질체, 이 동 다공질체가 부재 본체에 접합된 동 다공질 복합 부재, 동 다공질체의 제조 방법, 및, 동 다공질 복합 부재의 제조 방법을 제공할 수 있고, 예를 들어 각종 전지에 있어서의 전극 및 집전체, 열 교환기용 부재, 소음 부재, 필터, 충격 흡수 부재 등으로서 적용할 수 있다.

10, 110 ; 동 다공질체
11 ; 동 섬유
12 ; 골격부
100 ; 동 다공질 복합 부재
120 ; 동판 (부재 본체)

Claims

삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 동 다공질체로서,
상기 골격부의 표면에, 산화 환원 처리에 의해 형성된 산화 환원층을 가지고 있고,
상기 골격부 전체의 산소 농도가 0.025 mass％ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질체.
제 1 항에 있어서,
상기 동 다공질체 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 골격부는, 복수의 동 섬유의 소결체로 되어 있고, 상기 동 섬유는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위 내가 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상 2500 이하의 범위 내로 되어 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질체.
부재 본체와, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 동 다공질체가 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 동 다공질 복합 부재.
제 4 항에 있어서,
상기 부재 본체 중 상기 동 다공질체와의 접합면이 동 또는 동 합금으로 구성되고, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체가 소결에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질 복합 부재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 동 다공질체를 제조하는 동 다공질체의 제조 방법으로서,
산소 농도가 0.025 mass％ 이하인 상기 골격부를 형성하는 골격부 형성 공정과, 상기 골격부의 표면에 상기 산화 환원층을 형성하는 산화 환원 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질체의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
산소 농도가 0.03 mass％ 이하인 상기 동 원료를 적층하는 동 원료 적층 공정과, 적층된 복수의 상기 동 원료끼리를 소결하는 소결 공정을 갖고, 상기 소결 공정에서는, 상기 동 섬유를 산화시킨 후, 산화된 상기 동 섬유를 환원하고, 상기 동 섬유끼리를 결합시켜 상기 골격부를 형성함과 함께, 상기 골격부의 표면에 상기 산화 환원층을 형성하는 것을 특징으로 하는 동 다공질체의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 동 원료의 산소 농도를 저감시키는 예비 환원 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 동 다공질체의 제조 방법.
부재 본체와 동 다공질체가 접합된 동 다공질 복합 부재를 제조하는 동 다공질 복합 부재의 제조 방법으로서,
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 동 다공질체의 제조 방법에 의해 제조된 동 다공질체와, 상기 부재 본체를 접합하는 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 동 다공질 복합 부재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 부재 본체 중 상기 동 다공질체가 접합되는 접합면은, 동 또는 동 합금으로 구성되어 있고, 상기 동 다공질체와 상기 부재 본체를 소결에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 동 다공질 복합 부재의 제조 방법.