KR20190002422A

KR20190002422A - 구리 다공질체, 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190002422A
Application number: KR1020187023139A
Authority: KR
Inventors: 준 가토; 고이치 기타; 도시히코 사이와이
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2019-01-08
Also published as: CN108602127A; EP3450061A1; JP6733286B2; WO2017187938A1; TW201806751A; EP3450061A4; JP2017197811A; US20190076927A1

Abstract

본 발명의 구리 다공질체는, 삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 구리 다공질체로서, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되고, 4 단자법에 의해 측정된 상기 구리 다공질체의 도전율을, 상기 구리 다공질체의 겉보기 밀도비로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

구리 다공질체, 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법

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

본원은, 2016년 4월 27일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2016-089358호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기 서술한 구리 다공질체 및 구리 다공질 복합 부재는, 예를 들어 각종 전지에 있어서의 전극 및 집전체, 열 교환기용 부재, 히트 파이프 등으로서 사용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는 삼차원 망목상 구조체를 이루는 금속 소결체 (구리 다공질 소결체) 의 제조 방법으로서, 가열에 의해 소실되는 재질로 이루어지는 삼차원 망목상 구조체 (예를 들어 우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등 연속 기포를 갖는 합성 수지 발포체, 천연 섬유 클로스, 인조 섬유 클로스 등) 의 골격에 점착제를 도포하고, 금속 분말상물을 피착한 성형체를 사용하는 방법이나, 가열에 의해 소실되는 재질로 이루어지고, 또한 삼차원 망목상 구조체를 형성할 수 있는 재료 (예를 들어 펄프나 양모 섬유) 에 금속 분말상물을 끼워 넣은 시트상 성형체를 사용하는 방법 등이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 구리 섬유를 가압 하에 있어서 통전 가열을 실시하는 것에 의해 다공질 재료를 얻는 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평08-145592호 일본 특허공보 제3735712호

그런데, 상기 서술한 구리 다공질체에 있어서는, 높은 기공률과 오픈 셀 구조를 갖는 것과 함께, 전극 및 집전체 등의 도전 부재로서 사용하는 경우에는 우수한 도전성이 요구되고, 열 교환기용 부재, 히트 파이프 등의 전열 부재로서 사용하는 경우에는 우수한 열 전도성이 요구된다.

특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 기재된 구리 다공질체에 있어서는, 도전성 및 열 전도성에 대해 고려되어 있지 않고, 특히 기공률이 높은 경우에는, 구리 분말 혹은 구리 섬유끼리의 접합이 불충분해져, 결과적으로 도전성 및 열 전도성이 불충분해질 우려가 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 기공률이 높은 경우에도, 충분한 도전성 및 열 전도성을 갖고, 도전 부재 및 전열 부재로서 특히 적합한 구리 다공질체, 이 구리 다공질체가 부재 본체에 접합된 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 과제를 해결하여, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체는, 삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 구리 다공질체로서, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내이고, 4 단자법에 의해 측정된 상기 구리 다공질체의 도전율을, 상기 구리 다공질체의 겉보기 밀도비로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상인 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 다공질체에 의하면, 기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 높은 경우에도, 4 단자법에 의해 측정된 상기 구리 다공질체의 도전율을 상기 구리 다공질체의 겉보기 밀도비로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있으므로, 도전성이 우수하여, 도전 부재에 특히 적합하다. 또, 열 전도는, 전기 전도와 마찬가지로 자유 전자가 담당하기 때문에, 도전성이 확보됨과 동시에 열 전도성도 확보된다. 따라서, 본 발명의 구리 다공질체는, 열 전도성도 우수하여, 전열 부재에 특히 적합하다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체에 있어서는, 상기 골격부의 표면에, 산화 환원층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 골격부의 표면에 산화 환원층이 형성되어 있으므로, 표면에 요철이 형성되어 비표면적이 커지고, 예를 들어 다공체 골격 표면을 통한 열 교환 효율 등의 각종 특성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 산화 환원 처리를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체에 있어서는, 상기 골격부는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리 분말 및 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 소결체로 해도 된다.

이 경우, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리 분말 및 구리 섬유의 충전율을 조정함으로써, 기공률 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내의 구리 다공질체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체에 있어서는, 상기 구리 섬유는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위 내이고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상 2500 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.

이 경우, 구리 섬유의 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위 내로 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상 2500 이하의 범위 내로 되어 있으므로, 구리 섬유끼리 사이에 충분한 공극이 확보됨과 함께, 소결시에 있어서의 수축률을 억제할 수 있어, 기공률을 높이는 것이 가능해지고, 나아가 치수 정밀도가 우수하다.

또, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체에 있어서는, 상기 구리 분말 및 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 결합부는, 서로의 표면에 형성된 산화 환원층끼리가 일체로 결합되어 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 구리 분말 및 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 결합부에 있어서 산화 환원층끼리가 일체로 결합되어 있기 때문에, 결합 강도가 우수하다. 또, 구리 섬유 및 구리 분말끼리가 강고하게 결합되게 되어, 도전성, 열 전도성도 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태인 구리 다공질 복합 부재는, 부재 본체와 상기 서술한 구리 다공질체의 접합체로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 다공질 복합 부재에 의하면, 도전성 및 열 전도성이 우수한 구리 다공질체와 부재 본체의 접합체로 되어 있기 때문에, 구리 다공질 복합 부재로서 우수한 도전성 및 열 전도성을 발휘할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질 복합 부재에 있어서는, 상기 부재 본체 중 상기 구리 다공질체와의 접합면이 구리 또는 구리 합금으로 구성되고, 상기 구리 다공질체와 상기 부재 본체의 접합부가 소결층인 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 구리 다공질체와 상기 부재 본체의 접합부가 소결층으로 되어 있으므로, 상기 구리 다공질체와 상기 부재 본체가 강고하게 접합되게 되어, 구리 다공질 복합 부재로서 우수한 강도, 도전성 및 열 전도성 등을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체의 제조 방법은, 상기 서술한 구리 다공질체를 제조하는 구리 다공질체의 제조 방법으로서, 삼차원 망목 구조의 골격부에 대해, 산화 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 산화 처리를 실시함과 함께, 환원 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 환원 처리를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 다공질체의 제조 방법에 의하면, 삼차원 망목 구조의 골격부에 대해, 상기 서술한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시함으로써, 도전성을 향상시켜, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 일 양태인 구리 다공질체의 제조 방법은, 상기 서술한 구리 다공질체를 제조하는 구리 다공질체의 제조 방법으로서, 상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방을, 산화 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 산화 처리를 실시함과 함께 환원 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 환원 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 소결체로 이루어지는 상기 골격부를 형성함과 함께, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 구리 다공질체의 제조 방법에 의하면, 상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방을, 상기 서술한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 소결체로 이루어지는 상기 골격부를 형성할 수 있고, 상기 소결체로 이루어지는 구리 다공질체를 얻을 수 있다. 또, 도전성을 향상시켜, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 할 수 있다.

본 발명의 일 양태인 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법은, 부재 본체와 구리 다공질체의 접합체로 이루어지는 구리 다공질 복합 부재를 제조하는 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법으로서, 상기 서술한 구리 다공질체의 제조 방법에 의해 제조된 구리 다공질체와, 상기 부재 본체를 접합하는 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 구리 다공질체의 제조 방법에 의해 제조된 구리 다공질체를 구비하게 되어, 도전성 및 열 전도성이 우수한 구리 다공질 복합 부재를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 부재 본체의 형상으로는, 예를 들어, 판, 봉, 관 등을 들 수 있다.

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

이 경우, 상기 부재 본체와 상기 구리 다공질체를 소결에 의해 일체화할 수 있어, 특성인 안정성이 우수한 구리 다공질 복합 부재를 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 기공률이 높은 경우에도, 충분한 도전성 및 열 전도성을 가져, 도전 부재 및 전열 부재로서 특히 적합한 구리 다공질체, 이 구리 다공질체가 부재 본체에 접합된 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태인 구리 다공질체의 확대 모식도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 구리 다공질체의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 3 은, 도 1 에 나타내는 구리 다공질체를 제조하는 제조 공정을 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관 설명도이다.
도 5 는, 도 4 에 나타내는 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 6 은, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 7 은, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 8 은, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 9 는, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 10 은, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.
도 11 은, 본 발명의 그 밖의 실시형태인 구리 다공질 복합 부재의 외관도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태인 구리 다공질체, 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

먼저, 본 발명의 제 1 실시형태인 구리 다공질체 (10) 에 대해, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다.

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

여기서, 구리 섬유 (11) 는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내로 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 구리 섬유 (11) 는, 예를 들어 C1020 (무산소동) 으로 구성되어 있다.

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

또한, 구리 섬유 (11) 는, 인발법, 코일 절삭법, 와이어 절삭법, 용융 방사법 등에 의해, 소정의 원 환산 직경 (R) 으로 조정되고, 이것을 다시 소정의 L/R 을 만족시키도록 길이를 조정하여 절단함으로써, 제조된다.

여기서, 원 환산 직경 (R) 이란, 각 섬유의 단면적 (A) 을 기초로 산출되는 값이며, 단면 형상에 상관없이 진원이라고 가정하여, 이하의 식에 의해 정의된다.

R = (A/π)^1/2 × 2

또, 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 에 있어서는, 골격부 (12) (구리 섬유 (11)) 의 표면에 산화 환원층이 형성되어 있고, 구리 섬유 (11, 11) 끼리의 결합부에 있어서는, 서로의 표면에 형성된 산화 환원층끼리가 일체로 결합되어 있다.

또한, 이 산화 환원층은, 포러스 구조로 되어 있고, 골격부 (12) (구리 섬유 (11)) 의 표면에 미세한 요철을 발생시키고 있다. 이것에 의해, 구리 다공질체 (10) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상으로 되어 있다. 구리 다공질체 (10) 전체의 비표면적은, 0.03 ㎡/g 이상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

그리고, 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 에 있어서는, 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되고, 4 단자법에 의해 측정된 구리 다공질체 (10) 의 도전율 (σ_P) 을, 구리 다공질체 (10) 의 겉보기 밀도비 (D_A) 로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) (％IACS) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있다. 또한, 기공률 규격화 도전율 (σ_N), 겉보기 밀도비 (D_A), 기공률 (P) 은, 각각 이하의 식으로 산출된다.

σ_N = σ_P × (1/D_A)

D_A = m/(V × D_T)

P (％) = (1 － (m/(V × D_T))) × 100

여기서, m : 구리 다공질체 (10) 의 질량 (g), V : 구리 다공질체 (10) 의 체적 (㎤), D_T : 구리 다공질체 (10) 를 구성하는 구리 섬유 (11) 의 진밀도 (g/㎤)

기공률 (P) 은 70 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

다음으로, 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 의 제조 방법에 대해, 도 2 의 플로도 및 도 3 의 공정도 등을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 구리 섬유 (11) 를, 산포기 (31) 로부터 스테인리스제 용기 (32) 내를 향하여 산포하여 부피 충전하여, 구리 섬유 (11) 를 적층한다 (구리 섬유 적층 공정 S01).

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

다음으로, 스테인리스제 용기 (32) 내에 부피 충전된 구리 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, 구리 섬유 (11) 의 산화 처리를 실시하는 산화 처리 공정 S21 과, 산화 처리된 구리 섬유 (11) 를 환원하여 소결하는 환원 처리 공정 S22 를 구비하고 있다.

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

본 실시형태에 있어서의 산화 처리 공정 S21 의 조건은, 분위기가 대기 분위기 (대기 분위기 (a)), 유지 온도가 500 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도가 500 ℃ 미만인 경우에는, 구리 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다. 한편, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도가 1050 ℃ 를 초과하는 경우에는, 구리 섬유 (11) 의 내부로까지 산화가 진행되어 버릴 우려가 있다.

이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 온도를 500 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하로 설정하고 있다. 또한, 구리 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.

또, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간이 5 분 미만인 경우에는, 구리 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 충분히 형성되지 않을 우려가 있다. 한편, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간이 300 분을 초과하는 경우에는, 구리 섬유 (11) 의 내부로까지 산화가 진행되어 버릴 우려가 있다.

이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간을 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 구리 섬유 (11) 의 표면에 산화물층을 확실하게 형성하기 위해서는, 산화 처리 공정 S21 에 있어서의 유지 시간의 하한을 10 분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 구리 섬유 (11) 의 내부로까지 산화되는 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, 구리 섬유 (11) 가 충전된 스테인리스제 용기 (32) 를 가열로 (34) 내에 장입하고, 환원 분위기에서 가열하고, 산화된 구리 섬유 (11) 를 환원 처리하여 산화 환원층을 형성함과 함께, 구리 섬유 (11) 끼리를 결합시켜 골격부 (12) 를 형성한다 (환원 처리 공정 S22).

본 실시형태에 있어서의 환원 처리 공정 S22 의 조건은, 분위기가 아르곤과 수소의 혼합 가스 분위기 (Ar ＋ H₂ 분위기 (b)), 유지 온도가 500 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하, 유지 시간이 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 되어 있다.

여기서, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도가 500 ℃ 미만인 경우에는, 구리 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 충분히 환원할 수 없을 우려가 있다. 한편, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도가 1050 ℃ 를 초과하는 경우에는, 구리의 융점 근방으로까지 가열되게 되어, 강도 및 기공률의 저하가 일어날 우려가 있다.

이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도를 500 ℃ 이상, 1050 ℃ 이하로 설정하고 있다. 또한, 구리 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층을 확실하게 환원하기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도의 하한을 600 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 강도 및 기공률의 저하를 확실하게 억제하기 위해서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 온도의 상한을 1000 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간이 5 분 미만인 경우에는, 구리 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 저하될 우려가 있다.

이상의 점으로부터, 본 실시형태에 있어서는, 환원 처리 공정 S22 에 있어서의 유지 시간을 5 분 이상, 300 분 이하의 범위 내로 설정하고 있다. 또한, 구리 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. 또, 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, 구리 섬유 (11) (골격부 (12)) 의 표면에는, 산화 환원층이 형성되어, 특유의 미세 다공 구조를 갖는 요철이 발생한다. 즉, 산화 환원층은 포러스 구조로 되어 있고, 구리 섬유 (11) 의 표면에 미세한 요철을 발생시키고 있다. 이로써, 구리 다공질체 (20) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상으로 되어 있다.

또, 산화 처리 공정 S21 에 의해 구리 섬유 (11) 의 표면에 산화물층이 형성되고, 이 산화물층에 의해 복수의 구리 섬유 (11) 끼리가 가교된다. 그 후, 환원 처리 공정 S22 를 실시함으로써, 구리 섬유 (11) 의 표면에 형성된 산화물층이 환원되어 상기 서술한 산화 환원층이 형성됨과 함께, 이 산화 환원층끼리가 결합됨으로써, 구리 섬유 (11) 끼리가 소결되어 골격부 (12) 가 형성된다.

상기 서술한 제조 방법에 의해, 구리 섬유 (11, 11) 끼리가 소결되어 골격부 (12) 가 형성됨과 함께, 골격부 (12) (구리 섬유 (11)) 의 표면에 산화 환원층이 형성된다. 또한, 상기 서술한 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상이 된다. 이로써, 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 가 제조된다.

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 에 의하면, 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 높고, 또한 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있으므로, 도전성 및 열 전도성이 우수하여, 도전 부재 및 전열 부재로서 우수한 특성을 갖는다.

또, 본 실시형태인 구리 다공질체 (10) 에 의하면, 골격부 (12) 의 표면에 산화 환원층이 형성되어 있으므로, 표면에 특유의 미세 다공 구조를 갖는 요철이 형성됨으로써 비표면적이 커지고, 예를 들어 다공체 골격 표면을 통한 열 교환 효율 등의 각종 특성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 산화 환원 처리를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 구리 섬유 (11) 끼리의 결합부에 있어서, 서로의 표면에 형성된 산화 환원층끼리가 일체로 결합되어 있으므로, 결합 강도가 우수하다.

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

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

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

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

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

이상의 점으로부터, 본 실시형태에서는, 구리 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, 구리 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 의 하한을 10 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 확실하게 기공률 (P) 이 균일한 구리 다공질체 (10) 를 얻기 위해서는, 구리 섬유 (11) 의 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 상한을 500 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태인 구리 다공질체의 제조 방법에 의하면, 구리 섬유 (11) 를 산화시키는 산화 처리 공정 S21 과, 산화된 구리 섬유 (11) 를 환원하는 환원 처리 공정 S22 를 구비하고 있으므로, 구리 섬유 (11) (골격부 (12)) 의 표면에 산화 환원층을 형성할 수 있다. 또, 이들 산화 처리 공정 S21 및 환원 처리 공정 S22 에 의해, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태인 구리 다공질 복합 부재 (100) 에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

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

여기서, 본 실시형태에 관련된 구리 다공질체 (110) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 복수의 구리 섬유가 소결되어 골격부가 형성되어 있다. 여기서, 구리 섬유는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상, 1.0 ㎜ 이하의 범위 내로 되고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상, 2500 이하의 범위 내로 되어 있다. 본 실시형태에서는, 구리 섬유는, 예를 들어 C1020 (무산소동) 으로 구성되어 있다.

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

또한, 본 실시형태에 있어서는, 구리 다공질체 (110) 를 구성하는 구리 섬유 (골격부) 및 구리판 (120) 의 표면에, 후술하는 바와 같이 산화 환원 처리 (산화 처리 및 환원 처리) 를 실시하는 것에 의해 산화 환원층이 형성되어 있고, 이로써, 구리 섬유 (골격부) 및 구리판 (120) 의 표면에 미세한 요철이 발생하고 있다. 본 실시형태에서는, 구리 다공질체 (110) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상으로 되어 있다. 구리 다공질체 (110) 전체의 비표면적은, 0.03 ㎡/g 이상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

또, 구리 다공질체 (110) 를 구성하는 구리 섬유와 구리판 (120) 의 표면의 결합부에 있어서는, 구리 섬유의 표면에 형성된 산화 환원층과 구리판의 표면에 형성된 산화 환원층이 일체로 결합되어 있다.

그리고, 본 실시형태에 관련된 구리 다공질체 (110) 에 있어서는, 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되고, 4 단자법에 의해 측정된 구리 다공질체 (110) 의 도전율 (σ_P) 을, 구리 다공질체 (110) 의 겉보기 밀도비 (D_A) 로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태인 구리 다공질 복합 부재 (100) 를 제조하는 방법에 대해, 도 5 의 플로도를 참조하여 설명한다.

먼저, 부재 본체인 구리판 (120) 을 준비한다 (구리판 배치 공정 S100). 다음으로, 이 구리판 (120) 의 표면에 구리 섬유를 분산시켜 적층 배치한다 (구리 섬유 적층 공정 S101). 여기서, 이 구리 섬유 적층 공정 S101 에서는, 부피 밀도 (D_P) 가 구리 섬유의 진밀도 (D_T) 의 50 ％ 이하가 되도록 복수의 구리 섬유를 적층 배치한다.

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

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

여기서, 본 실시형태에 있어서의 산화 처리 공정 S121 의 조건은, 유지 온도가 500 ℃ 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, 구리 섬유가 적층 배치된 구리판 (120) 을 소성로 내에 장입하고, 환원 분위기에서 가열하여, 산화된 구리 섬유 및 구리판 (120) 을 환원 처리하고, 구리 섬유끼리를 결합시킴과 함께 구리 섬유와 구리판 (120) 을 결합시킨다 (환원 처리 공정 S122).

여기서, 본 실시형태에 있어서의 환원 처리 공정 S122 의 조건은, 분위기가 질소와 수소의 혼합 가스 분위기, 유지 온도가 500 ℃ 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.

이 산화 처리 공정 S121 및 환원 처리 공정 S122 에 의해, 구리 섬유 (골격부) 및 구리판 (120) 의 표면에 산화 환원층이 형성되어, 미세한 요철이 발생한다.

또, 산화 처리 공정 S121 에 의해 구리 섬유 (골격부) 및 구리판 (120) 의 표면에 산화물층이 형성되고, 이 산화물층에 의해 복수의 구리 섬유끼리 및 구리판 (120) 이 가교된다. 그 후, 환원 처리 공정 S122 를 실시함으로써, 구리 섬유(골격부) 및 구리판 (120) 의 표면에 형성된 산화물층이 환원되고, 산화 환원층을 개재하여 구리 섬유끼리가 소결되어 골격부가 형성됨과 함께 구리 다공질체 (110) 와 구리판 (120) 이 결합된다. 또한, 구리 다공질체 (110) 의 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상이 된다.

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

이상과 같은 구성으로 된 본 실시형태인 구리 다공질 복합 부재 (100) 에 의하면, 구리 다공질체 (110) 의 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있으므로, 도전성 및 열 전도성이 우수하여, 이 구리 다공질 복합 부재 (100) 전체의 도전성 및 열 전도성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 구리 다공질체 (110) 를 구성하는 구리 섬유 및 구리판 (120) 의 표면에 산화 환원층이 형성되고, 구리 다공질체 (110) 전체의 비표면적이 0.01 ㎡/g 이상으로 되고, 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어 있어, 열 교환 효율이나 보수성 (保水性) 등의 각종 특성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 구리 다공질체 (110) 를 구성하는 구리 섬유와 구리판 (120) 의 표면의 결합부에 있어서는, 구리 섬유의 표면에 형성된 산화 환원층과 구리판 (120) 의 표면에 형성된 산화 환원층이 일체로 결합되어 있으므로, 구리 다공질체 (110) 와 구리판 (120) 이 강고하게 접합되어, 접합 계면의 강도, 도전성 및 열 전도성이 우수하다.

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

또, 산화 처리 공정 S121 및 환원 처리 공정 S122 를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 할 수 있다.

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

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

산화 처리 공정 S21, S121 의 분위기에 대해서는, 소정 온도에서 구리 혹은 구리 합금이 산화되는 산화 분위기이면 되고, 구체적으로는, 대기 중에 한정되지 않고, 불활성 가스 (예를 들어, 질소) 에 0.5 vol％ 이상의 산소를 함유하는 분위기이면 된다. 또, 환원 처리 공정 S22, S122 의 분위기에 대해서도, 소정 온도에서 구리 산화물이 금속 구리로 환원 혹은 산화 구리가 분해되는 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, 구리 섬유를 소결함으로써 구리 다공질체의 골격부를 형성하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 섬유 부직포나 금속 필터 등의 구리 다공질체를 준비하고, 이 구리 다공질체에 대해, 산화 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 산화 처리를 실시함과 함께, 환원 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 환원 처리를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 골격부의 표면에 산화 환원층을 형성한 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 산화 환원층이 충분히 형성되어 있지 않아도 되고, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있으면 된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 무산소동 (JIS C1020) 이나 인탈산동 (JIS C1201, C1220) 이나 터프 피치동 (JIS C1100) 등으로 이루어지는 구리 섬유를 사용하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 구리 섬유 (11) 의 재질로는, 다른 Cr 구리 (C18200) 나 Cr－Zr 구리 (C18150) 등의 고도전성의 구리 합금을 사용해도 된다. 본 실시형태에 있어서는, 구리 섬유를 사용했지만, 구리 분말이나 구리 섬유 및 구리 분말의 양방을 사용해도 된다. 구리 분말의 평균 입경은, 0.005 ㎜ 이상 0.3 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.01 ㎜ 이상 0.1 ㎜ 이하가 보다 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 또, 구리 섬유 및 구리 분말의 양방을 사용하는 경우에는, 구리 섬유에 대해, 구리 분말을 5 ％ 이상 20 ％ 이하 함유하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

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

또한, 제 2 실시형태에서는, 구리 다공질체와 부재 본체의 접합부에 산화 환원층으로 이루어지는 소결층이 형성되어 있는 접합 방법을 바람직한 방법으로서 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 각종 용접법 (레이저 용접법, 저항 용접법) 이나 저온에서 용융하는 브레이징재를 사용한 브레이징법에 의한 접합 방법으로도, 구리 다공질체의 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상으로 되어 있으면 된다.

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

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

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

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

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

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

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 확인 실험의 결과에 대해 설명한다.

(실시예 1)

표 1 에 나타내는 재질 및 제조 방법에 의해 제조된 각종 다공질체를 준비하였다. 먼저, 열 처리 전의 기공률과 기공률 규격화 도전율을 측정하였다. 그 후, 표 1 에 기재한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시하고, 산화 처리 및 환원 처리 후의 기공률과 기공률 규격화 도전율을 측정하였다. 또한, 기공률, 및 기공률 규격화 도전율은, 이하와 같이 하여 측정하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.

(기공률)

정밀 천칭을 사용하여 수중법에 의해 진밀도 (D_T) (g/㎤) 를 측정하고, 이하의 식으로 기공률 (P) 을 산출하였다. 또한, 구리 다공질체의 질량을 m (g), 구리 다공질체의 체적을 V (㎤) 로 하였다.

기공률 (P) (％) = (1 － (m/(V × D_T))) × 100

(기공률 규격화 도전율)

폭 30 ㎜ × 길이 200 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 판상으로 잘라낸 샘플을 사용하고, JIS C2525 에 준거하여, 히오키 전기사 제조 마이크로 옴 하이테스터 3227 을 사용하여, 전압 단자 간격 150 ㎜, 측정 전류 0.5 A 의 조건에서 4 단자법에 의해 도전율 (σ_P) (％IACS) 을 측정하였다. 그리고, 이하의 식에 의해, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 산출하였다.

기공률 규격화 도전율 (σ_N) (％IACS) = σ_P × (1/D_A)

또한, 겉보기 밀도비 (D_A) (％) 는, 이하의 식으로부터 산출하였다.

겉보기 밀도비 (D_A) = 100 × m/(V × D_T)

여기서, m : 구리 다공질체의 질량 (g), V : 구리 다공질체의 체적 (㎤), D_T : 구리 다공질체를 구성하는 구리 또는 구리 합금의 진밀도 (g/㎤)

본 발명에서 규정한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시한 본 발명예 1 ∼ 4 에 있어서는, 모두 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어, 기공률 규격화 도전율이 20 ％IACS 를 초과하고 있었다.

이에 반해, 산화 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 1 및, 환원 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 2 에 있어서는, 산화 처리 및 환원 처리 후에 있어서도 충분히 도전율이 향상되어 있지 않아, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 미만으로 되었다.

(실시예 2)

표 2 에 나타내는 구리 분말을 사용하여, 표 2 에 나타내는 조건에서 산화 환원 처리를 실시하고, 구리 다공질체를 제조하였다. 얻어진 구리 다공질체에 대해, 기공률과 기공률 규격화 도전율을 측정하였다. 또한, 기공률, 및 기공률 규격화 도전율은, 실시예 1 과 동일한 방법에 의해 측정했지만, 실시예 2 에 있어서는, 기공률 규격화 도전율을 산출할 때의 D_T 를, 구리 다공질체를 구성하는 구리 분말의 진밀도 (g/㎤) 로 하였다. 평가 결과를 표 2 에 나타낸다.

본 발명에서 규정한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시한 본 발명예 11 ∼ 14 에 있어서는, 모두 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어, 기공률 규격화 도전율이 20 ％IACS 를 초과하고 있었다.

이에 반해, 산화 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 11 및, 환원 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 12 에 있어서는, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 미만으로 되었다.

(실시예 3)

표 3 에 나타내는 구리 섬유를 사용하여, 표 3 에 나타내는 조건에서 산화 환원 처리를 실시하여, 구리 다공질체를 제조하였다. 또한, 구리 섬유의 섬유 직경 (R) 및 섬유 길이 (L) 는, 이하의 방법으로 측정하였다.

(섬유 직경 (R))

섬유 직경 (R) (㎜) 은, 말번사 제조 입자 해석 장치 「Morphologi G3」을 사용하고, 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))

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

얻어진 구리 다공질체에 대해, 기공률과 기공률 규격화 도전율을 측정하였다. 또한, 기공률, 및 기공률 규격화 도전율은, 실시예 1 과 동일한 방법에 의해 측정했지만, 실시예 3 에 있어서는, 기공률 규격화 도전율을 산출할 때의 D_T 를 구리 다공질체를 구성하는 구리 섬유의 진밀도 (g/㎤) 로 하였다. 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명에서 규정한 조건에서 산화 처리 및 환원 처리를 실시한 본 발명예 21 ∼ 26 에 있어서는, 모두 기공률 (P) 이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 되어, 기공률 규격화 도전율이 20 ％IACS 를 초과하고 있었다.

이에 반해, 산화 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 21 및, 환원 처리의 온도 조건이 낮은 비교예 22 에 있어서는, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 미만으로 되었다.

이상의 점으로부터, 본 발명예에 의하면, 기공률이 높은 경우에도, 충분한 도전성 및 열 전도성을 가지고, 도전 부재 및 전열 부재로서 특히 적합한 구리 다공질체를 제공 가능하다는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 구리 다공질체, 이 구리 다공질체가 부재 본체에 접합된 구리 다공질 복합 부재, 구리 다공질체의 제조 방법 및 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법에 의하면, 기공률이 높은 경우에도, 충분한 도전성 및 열 전도성을 갖는 구리 다공질체를 얻을 수 있다. 상기 구리 다공질체는, 도전 부재 및 전열 부재로서 바람직하다.

10, 110 : 구리 다공질체
11 : 구리 섬유
12 : 골격부
100 : 구리 다공질 복합 부재
120 : 구리판 (부재 본체)

Claims

삼차원 망목 구조의 골격부를 갖는 구리 다공질체로서,
기공률이 50 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내이고,
4 단자법에 의해 측정된 상기 구리 다공질체의 도전율을, 상기 구리 다공질체의 겉보기 밀도비로 나누는 것에 의해 규정되는 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 이 20 ％IACS 이상인 것을 특징으로 하는 구리 다공질체.
제 1 항에 있어서,
상기 골격부의 표면에, 산화 환원층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 다공질체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 골격부는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리 분말 및 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 소결체인 것을 특징으로 하는 구리 다공질체.
제 3 항에 있어서,
상기 구리 섬유는, 직경 (R) 이 0.02 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하의 범위 내이고, 길이 (L) 와 직경 (R) 의 비 (L/R) 가 4 이상 2500 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 구리 다공질체.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 구리 분말 및 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 결합부는, 서로의 표면에 형성된 산화 환원층끼리가 일체로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구리 다공질체.
부재 본체와, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 다공질체의 접합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리 다공질 복합 부재.
제 6 항에 있어서,
상기 부재 본체 중 상기 구리 다공질체와의 접합면이 구리 또는 구리 합금으로 구성되고, 상기 구리 다공질체와 상기 부재 본체의 접합부가 소결층인 것을 특징으로 하는 구리 다공질 복합 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 구리 다공질체를 제조하는 구리 다공질체의 제조 방법으로서,
삼차원 망목 구조의 골격부에 대해, 산화 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 산화 처리를 실시함과 함께, 환원 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 환원 처리를 실시함으로써, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 구리 다공질체의 제조 방법.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 다공질체를 제조하는 구리 다공질체의 제조 방법으로서,
상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방을, 산화 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 산화 처리를 실시함과 함께 환원 분위기에서 유지 온도 500 ℃ 이상 1050 ℃ 이하의 조건에서 환원 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 구리 분말 및 상기 구리 섬유의 적어도 일방 또는 양방의 소결체로 이루어지는 상기 골격부를 형성함과 함께, 기공률 규격화 도전율 (σ_N) 을 20 ％IACS 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 구리 다공질체의 제조 방법.
부재 본체와, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 다공질체의 접합체로 이루어지는 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법으로서,
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 구리 다공질체와, 상기 부재 본체를 접합하는 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 부재 본체 중 상기 구리 다공질체가 접합되는 접합면은, 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 있고, 상기 접합 공정은, 상기 구리 다공질체와 상기 부재 본체를 소결에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 구리 다공질 복합 부재의 제조 방법.