TWI823058B - 調溫單元及金屬纖維成形體的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之金屬纖維成形體40中，金屬纖維在與第1剖面正交的第2剖面中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面中的存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小。本發明之金屬纖維成形體40的製造方法係具備：將複數條金屬短纖維30蓄積於承接部上的步驟；以及將蓄積於承接部上的複數條金屬短纖維30燒結而生成金屬纖維成形體40的步驟。

Description

調溫單元及金屬纖維成形體的製造方法
本發明係關於具備由金屬纖維所成形的金屬纖維成形體的調溫單元、及此金屬纖維成形體的製造方法。
以往，在電性設備、電子設備及半導體設備等中使用有調溫單元以保護不耐熱的電路等。更詳細而言，由於電性設備等所使用的電力若變大，則發熱量亦變多，因此要藉由調溫單元將產生之熱能冷卻，調整電性設備等的內部溫度。於這種調溫單元中，有時會使用由金屬纖維所成形的金屬纖維成形體。
作為金屬纖維成形體的製造方法，例如，以往已知有在日本特開平6-279809號公報(JPH06-279809A)等所揭示的技術。由日本特開平6-279809號公報(JPH06-279809A)所揭示的金屬纖維成形體的製造方法中，首先將成形用的模具浸漬於包含金屬纖維的分散液中，以使金屬纖維吸附於該模具的吸附面。接著，一邊使金屬纖維吸附於模具的吸附面，一 邊將該模具從分散液中拉起。從分散液中將模具拉起後，使金屬纖維仍吸附於該模具的吸附面。藉由重複幾次這樣的動作，模具的吸附面上會吸附有預期厚度的金屬纖維。之後，以不超過金屬纖維之熔點的溫度將吸附於模具之吸附面的金屬纖維燒結。藉此生成金屬纖維成形體。
又，於調溫單元中，有時並非使用金屬纖維成形體，而是使用藉由將金屬粉末燒結而生成的金屬粉末燒結體或金屬塊體。
由日本特開平6-279809號公報(JPH06-279809A)所揭示的製造方法所製造的金屬纖維成形體中，金屬纖維主要是於平面方向上定向，因此具有這種金屬纖維成形體的調溫單元，具有沿著金屬纖維配向之面的導熱性優良，但在與金屬纖維配向之面正交的方向上導熱性不佳的問題。另一方面，具有將金屬粉末燒結而生成之金屬粉末燒結體或金屬塊體的調溫單元中，相較於金屬纖維成形體，在溫度變化時的伸縮性不佳，因此在安裝了調溫單元的被導熱物伸縮時，調溫單元並無法隨著該被導熱物一起伸縮，而具有調溫單元從被導熱物脫離而破壞的問題。
本發明係考量此點而完成者，其目的在於提供一種具備導熱性在任何方向上皆為優良且溫度變化時的伸縮性優良的金屬纖維成形體的調溫單元、及該金屬纖維成形體的製造方法。
本發明的金屬纖維成形體中，相對於第1剖面中金屬纖維的存在率，與前述第1剖面正交之第2剖面中金屬纖維的存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小。
本發明的金屬纖維成形體，係藉由將蓄積於承接部上的複數條金屬短纖維燒結而生成者。
本發明的調溫單元具備：金屬纖維成形體，係藉由將蓄積於承接部上的複數條金屬短纖維燒結而生成者；以及支撐體，支撐前述金屬纖維成形體。
本發明的金屬纖維成形體的製造方法，具備：使複數條金屬短纖維蓄積於承接部上的步驟；以及將蓄積於前述承接部上的複數條前述金屬短纖維燒結而生成金屬纖維成形體的步驟。
10:切割粉碎機
11:上部開口
12:旋轉刀片
14:轉子
14a:軸
16:固定刀片
18:篩網
20:石墨板
22:模框
30:金屬短纖維
40:金屬纖維成形體
50:調溫單元
52:外裝零件
54:空間
60:調溫單元
62:外裝零件
64:金屬纖維成形體
70:調溫單元
72:空間
80:調溫單元
82:外裝零件
84:空間
90:調溫單元
92:外裝零件
94:空間
100:調溫單元
102:管子
104:內部區域
110:石墨板
112:金屬纖維成形體
114:模框
116:奈米銀
120:基板
P:剖面
Q:剖面
圖1A係顯示對於複數條金屬短纖維施予物理性衝擊的切割粉碎機之構成的側面圖。
圖1B係從圖1A所示之切割粉碎機的M-M箭頭方向觀看的剖面圖。
圖2係顯示藉由將蓄積於承接部上的複數條金屬短纖維燒結而生成金屬纖維成形體之動作的圖。
圖3係接續圖2顯示藉由將蓄積於承接部上的複數條金屬短纖維燒結而生成金屬纖維成形體之動作的圖。
圖4係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之一例的剖面圖。
圖5係由圖4所示之調溫單元的A-A箭頭方向觀看的剖面圖。
圖6係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之其他例的剖面圖。
圖7係由圖6所示之調溫單元的B-B箭頭方向觀看的剖面圖。
圖8係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之再另一例的剖面圖。
圖9係由圖8所示之調溫單元的C-C箭頭方向觀看的剖面圖。
圖10係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之再另一例的剖面圖。
圖11係由圖10所示之調溫單元的D-D箭頭方向觀看的剖面圖。
圖12係由圖10所示之調溫單元的E-E箭頭方向觀看的剖面圖。
圖13係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之再另一例的剖面圖。
圖14係由圖13所示之調溫單元的F-F箭頭方向觀看的剖面圖。
圖15係由圖13所示之調溫單元的G-G箭頭方向觀看的剖面圖。
圖16係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元其構成之再另一例的剖面圖。
圖17係顯示具備本發明之實施型態的金屬纖維成形體的調溫單元之製造方法的變形例的圖。
圖18係用以顯示金屬纖維成形體或金屬成形體之剖面的說明圖。
圖19係顯示在圖18的P剖面將第1實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖20係顯示在圖18的Q剖面將第1實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖21係顯示在圖18的P剖面將第2實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖22係顯示在圖18的Q剖面將第2實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖23係顯示在圖18的P剖面將第1比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖24係顯示在圖18的Q剖面將第1比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖25係顯示在圖18的P剖面將第2比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖26係顯示在圖18的Q剖面將第2比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖27係顯示在圖18的P剖面將第3比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
圖28係顯示在圖18的Q剖面將第3比較例之以往的金屬纖維成形體切斷時的剖面影像。
以下參照圖式說明本發明的實施型態。圖1A及圖1B係對於複數條金屬短纖維施予物理性衝擊的切割粉碎機之構成的圖。又，圖2及圖3係顯示本實施型態之金屬纖維成形體的製造方法的圖。又，圖4至圖16係顯示本實施型態之金屬纖維成形體的調溫單元的各種構成例的圖。又，圖17係顯示具備本實施型態之金屬纖維成形體的調溫單元之製造方法 的變形例的圖。又，圖18係用以顯示金屬纖維成形體或金屬成形體的剖面的說明圖，圖19至圖28係實施例或比較例之金屬纖維成形體或金屬成形體的剖面圖。
首先使用圖1A、圖1B、圖2及圖3說明本實施型態之金屬纖維成形體的製造方法。本實施型態之金屬纖維成形體的製造方法中，係不使用水等媒介而使金屬短纖維均勻地蓄積，藉由將已蓄積的複數條金屬短纖維燒結而形成金屬纖維成形體。
更詳細說明，首先將複數條金屬短纖維30投入切割粉碎機10的內部。使用圖1A及圖1B說明切割粉碎機10的構成。如圖1A及圖2B所示，在切割粉碎機10的內部，設置著安裝有多個(例如4個)旋轉刀片12的轉子14，轉子14以軸14a為中心旋轉。又，在轉子14的周圍設有固定刀片16，其位置固定。又，轉子14的下方設有篩網18。
從切割粉碎機10的上部開口11投入切割粉碎機10內部的複數條金屬短纖維30，在以軸14a為中心而旋轉的轉子14上所安裝的各旋轉刀片12與固定刀片16之間被剪斷而破碎。又，複數條金屬短纖維30因為轉子14旋轉而在切割粉碎機10的內部彼此撞擊，或是金屬短纖維30與固定刀片16或旋轉刀片12撞擊，金屬短纖維30因而磨耗及變形。具體而言，金屬短纖維30被彎曲或彎折，藉此使金屬短纖維30的表面平滑。又可藉由這樣的動作來去除金屬短纖維30表面的毛邊。如此經過剪斷、磨耗、變形的金屬短纖維30從篩網18的開孔往下方落下。然後，從篩網18的開孔落下至下方的金屬短纖維30則被回收。
除了切割粉碎機10以外，只要能夠對於金屬短纖維30施予物理性衝擊而使其變形的裝置，則可使用任何裝置。作為這種裝置，可列舉例如：石臼式粉碎機(MASSCOLLOIDER)、球磨機等。
投入切割粉碎機10內部的金屬短纖維30，係銅纖維、不銹鋼纖維、鎳纖維、鋁纖維及此等的合金纖維之中至少1種纖維。使用銅纖維作為金屬短纖維30尤佳。這是因為銅纖維其剛直性、塑性變形性、導熱性與成本的平衡優良。又，經施予物理性衝擊的金屬短纖維30的長度較佳為在0.01至1.00mm之範圍內的大小，更佳為在0.05至0.50mm之範圍內的大小，再佳為在0.10至0.40mm之範圍內的大小。金屬短纖維30的長度可藉由金屬纖維成形體40的影像(SEM、光學顯微鏡等)觀察來實測而確認。金屬短纖維30的長度若為0.01至1.00mm，則金屬短纖維30變得容易蓄積於承接部，而容易使金屬纖維成形體40中金屬纖維在與第1剖面正交之第2剖面中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面中的存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小。
之後，經由施予物理性衝擊而變形的複數條金屬短纖維30從切割粉碎機10的篩網18的開孔落下至下方。然後，該從篩網18的開孔落下至下方的複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板20上(參照圖2)。更詳細而言，在石墨板20上載置預先形成有多個貫通孔的模框22，該模框22的貫通孔中放入有複數條金屬短纖維30。藉此，在模框22的貫通孔內部，複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板20上。之後，在如圖2所示的狀態下將複數條金屬短纖維30燒結，並在燒結後加壓。然後，如圖3所示，將模框22從石墨板20移除，在石墨板20上形成金屬纖維成形體40。
以這樣的方法所製造的金屬纖維成形體40中，金屬纖維在與第1剖面正交之第2剖面(例如圖18中的Q剖面)中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面(例如圖18中的P剖面)中的存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小。亦即，在使複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板20等的承接部上之後進行燒結，藉此金屬纖維不僅在平面方向上，亦在與平 面方向正交的方向(亦即金屬纖維成形體40的厚度方向(圖18中的Z方向))配向(參照圖19至圖22)。另外，如先前技術般，將成形用的模具浸漬於包含金屬纖維的分散液中，使金屬纖維吸附於該模具的吸附面，藉此所得的金屬纖維成形體中，金屬纖維主要是配向於平面方向(參照圖23及圖24)。因此，金屬纖維在與第1剖面正交的第2剖面(例如圖18中的Q剖面)中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面(例如圖18中的P剖面)中的存在率的比例未達0.85或是大於1.15。如此，本實施型態之金屬纖維成形體40中，金屬纖維不僅在平面方向(亦即圖18中的X方向及Y方向)，亦在與平面方向正交之方向(亦即圖18中的Z方向)配向，因此在任何方向上導熱性皆為優良。後段中會敘述這種金屬纖維成形體40的性質等。
接著使用圖4至圖16說明具備這種金屬纖維成形體40的調溫單元的各種構成例。另外，本實施型態的具備金屬纖維成形體之調溫單元，例如藉由安裝於會發熱的電性零件或電子零件等被導熱物而從此等被導熱物進行散熱。
首先，使用圖4及圖5說明調溫單元的第1構成例。圖4及圖5所示的調溫單元50，具有框狀的外裝零件52(支撐體)與在外裝零件52的內部空間中互相分開配置的複數個金屬纖維成形體40。外裝零件52係由具有導熱性的材料所形成。又，外裝零件52係由無法讓液體或氣體穿透的材料所形成。另一方面，構成金屬纖維成形體40的金屬纖維之間形成有空隙，因此可使液體或氣體穿透。另外，如圖5所示，各金屬纖維成形體40為圓柱狀。又，圓柱狀的各金屬纖維成形體40配置於格線的各個交點上。又，各金屬纖維成形體40之間形成有流體會通過的空間54。藉由使液態冷媒在這樣的空間54中流動，可從安裝有調溫單元50的電性零件或電子零件等被導熱物進行散熱。又，作為調溫單元50的其他用途，藉由使 欲進行冷卻的高溫流體流入空間54中，亦可從在此空間54中流動的流體進行散熱。
又，亦可藉由例如溶射而對於圖4及圖5所示之調溫單元50的外裝零件52表面實施鍍覆處理。或是亦可對於外裝零件52的表面進行最終研磨或研削。或是亦可藉由樹脂將外裝零件52的表面進行包埋。進行此等處理的情況中，因為保護了外裝零件52表面而變得能夠抑制外裝零件52的磨耗等。
接著使用圖6及圖7說明調溫單元的第2構成例。圖6及圖7所示的調溫單元60具有：框狀的外裝零件62(支撐體)；在外裝零件62的內部空間中互相分開配置的複數個金屬纖維成形體40；以及以往的金屬纖維成形體64，配置於各金屬纖維成形體40之間的空間。以往的金屬纖維成形體64係以下述方法製造。首先，使金屬纖維等纖維狀物在水中分散等以製作抄造漿液。從抄造漿液過濾水而得到潤濕片。再使潤濕片脫水。使脫水後的片材乾燥而得到乾燥片。之後，以不超過金屬纖維之熔點的溫度使乾燥片結著(binding)。藉此生成以往的金屬纖維成形體64。這種以往的金屬纖維成形體64，具有與後述第1比較例之金屬纖維成形體大致相同的性質。
外裝零件62係由具有導熱性的材料所形成。又，外裝零件62係由液體或氣體無法穿透的材料所形成。另一方面，因為構成金屬纖維成形體40或以往的金屬纖維成形體64的金屬纖維之間形成有空隙，因此可使液體或氣體穿透。另外，如圖7所示，各金屬纖維成形體40使用圓柱狀者。又，圓柱狀的各金屬纖維成形體40配置於格線的各個交點上。又，各金屬纖維成形體40之間配置有以往的金屬纖維成形體64，因此外裝零件62的內部並不存在空間。這樣的調溫單元60，亦可藉由安裝於電性零 件或電子零件等被導熱物而藉此從被導熱物進行散熱。亦可藉由改變金屬纖維成形體40與金屬纖維成形體64的密度，控制液體或氣體等媒介通過的容易性。較佳係金屬纖維成形體64的密度低於金屬纖維成形體40的密度。
接著，使用圖8及圖9說明調溫單元的第3構成例。圖8及圖9所示的調溫單元70，具有框狀的金屬纖維成形體40與在此框狀的金屬纖維成形體40的內部空間中互相分開配置的複數個金屬纖維成形體40。配置在框狀的金屬纖維成形體40之內部空間中的各金屬纖維成形體40為圓柱狀。又，圓柱狀的各金屬纖維成形體40配置於格線的各個交點上。如上所述，構成金屬纖維成形體40的金屬纖維之間形成有空隙，因此可使液體或氣體穿透。又，圓柱狀的各金屬纖維成形體40之間形成有使流體通過的空間72。另外，框狀的金屬纖維成形體40中形成有空隙而可使液體穿透，因此若液體在空間72中流動則具有發生漏液的疑慮。因此在空間72流動的流體期望為氣體。這樣的調溫單元70，亦可安裝於電性零件或電子零件等被導熱物而藉此從被導熱物進行散熱。
接著使用圖10至圖12說明調溫單元的第4構成例。圖10至圖12所示的調溫單元80，具有：框狀的外裝零件82(支撐體)；在外裝零件82的內部空間中互相分開配置的複數個金屬纖維成形體40(參照圖11)；以及用以將各金屬纖維成形體40連接的平板狀的金屬纖維成形體40(參照圖12)。外裝零件82係由具有導熱性的材料所形成。又，外裝零件82係由液體或氣體無法穿透的材料所形成。另一方面，構成金屬纖維成形體40的金屬纖維之間形成有空隙，因此可使液體或氣體穿透。另外，如圖11所示，在外裝零件82的內部空間中互相分開配置的各金屬纖維成形體40使用圓柱狀者。又，圓柱狀的各金屬纖維成形體40配置於格線的各個 交點上。又，各金屬纖維成形體40之間形成有使流體通過的空間84。藉由使液態冷媒在這樣的空間84中流動，可從安裝有調溫單元80的電性零件或電子零件等被導熱物進行散熱。又，作為調溫單元80的其他用途，藉由使要進行冷卻的高溫流體流入空間84，可從在該空間84中流動的流體進行散熱。
接著使用圖13至圖15說明調溫單元的第5構成例。圖13至圖15所示的調溫單元90具有：框狀的外裝零件92(支撐體)；以及在外裝零件92的內部空間中互相分開配置的複數個金屬纖維成形體40。外裝零件92係由具有導熱性的材料形成。又，外裝零件92係由液體或氣體無法穿透的材料所形成。另一方面，構成金屬纖維成形體40的金屬纖維之間形成有空隙，因此可使液體或氣體穿透。另外，如圖13所示，各金屬纖維成形體40使用圓柱狀者。另外，圖13至圖15所示的調溫單元90中，圓柱狀的各金屬纖維成形體40未配置於格線的各個交點上。又，各金屬纖維成形體40之間形成有使流體通過的空間94。藉由使液態冷媒流入這樣的空間94中，可從安裝有調溫單元90的電性零件或電子零件等被導熱物進行散熱。又，作為調溫單元90的其他用途，亦可藉由使要冷卻的高溫流體流入空間94中，而從在此空間94中流動的流體進行散熱。
接著，使用圖16說明調溫單元的第6構成例。圖16所示的調溫單元100，係使板狀的金屬纖維成形體40(支撐體)彎曲而捲繞於作為被導熱物使用的銅製管子102的外周面，再將鰭狀的金屬纖維成形體40硬焊(brazing)於該經彎曲的板狀金屬纖維成形體40。此時，金屬纖維成形體40因為包含複數條金屬短纖維30而具有柔軟性，而能夠使金屬纖維成形體40沿著管子102外周面的曲面彎曲，因此可抑制在金屬纖維成形體40與管子102之間產生間隙。因此可維持充分的導熱性。根據這樣的調溫單 元100，可使通過管子102之內部區域104的高溫媒介冷卻。又，使冷媒流入管子102的內部區域104的情況，可從調溫單元100的周圍環境奪走熱能而進行冷卻。
接著使用圖17說明製造鰭狀調溫單元的方法。首先，使經由切割粉碎機10等施予物理性衝擊而變形的複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板110上(參照圖17(a))。更詳細而言，將預先形成有多個貫通孔的模框114載置於石墨板110上，在此模框114的貫通孔中放入複數條金屬短纖維30。藉此，在模框114的貫通孔內部，複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板110上。之後，以圖17(a)所示的狀態將複數條金屬短纖維30燒結，並在燒結後進行壓製。藉此，在模框114的貫通孔內部形成金屬纖維成形體112。然後移除石墨板110，在金屬纖維成形體112的端部印刷奈米銀116。之後如圖17(c)所示，使模框114中金屬纖維成形體112上印刷有奈米銀116之一側的面接觸基板120的表面。然後對於貫通孔內部形成有金屬纖維成形體112的模框114進行後潤濕處理(在圖17(c)所示的模框114的整個上表面塗布稀釋劑的處理)，之後例如於300℃進行加熱燒結。此時，相對於基板120將模框114加壓。藉此，各金屬纖維成形體112藉由奈米銀116而接著於基板120。之後如圖17(d)所示地移除模框114。藉此得到裝設有鰭狀複數個金屬纖維成形體112的基板120。這樣的基板120及鰭狀的複數個金屬纖維成形體112的組合體亦作為調溫單元使用。
由如上述之構成所形成之藉由將蓄積於承接部(具體而言為石墨板20)上的複數條金屬短纖維30燒結而生成的金屬纖維成形體40，其導熱性在任何方向皆為優良，而且在溫度變化時的伸縮性優良。更詳細而言，如以往技術，將成形用的模具浸漬於包含金屬纖維的分散液中而使金屬纖維吸附於該模具的吸附面，如此所得到的金屬纖維成形體中，金屬纖 維主要是在平面方向配向，因此在具有這種金屬纖維成形體的調溫單元中，沿著金屬纖維配向面的導熱性雖優良，但在與金屬纖維配向面正交的方向導熱性不佳。相對於此，本實施型態的金屬纖維成形體40中，使複數條金屬短纖維30蓄積於石墨板20等承接部上之後進行燒結，藉此金屬纖維不僅在平面方向亦在與平面方向正交的方向(亦即金屬纖維成形體40的厚度方向)配向。因此，導熱性在任何方向皆為優良。又，金屬纖維成形體40包含金屬纖維，因此在金屬纖維成形體40的內部形成有間隙。因此，相較於將金屬粉末燒結而生成的金屬粉末燒結體或金屬塊體，金屬纖維成形體40的伸縮性優良。
[實施例]
以下使用實施例及比較例更詳細地說明本發明。
<第1實施例>
將平均纖維長0.114mm、平均纖維徑0.021mm的銅短纖維1kg投入切割粉碎機(HORAI公司製：型號BO-360)，使用0.5mm的篩網處理銅短纖維。接著，將從切割粉碎機取出的銅短纖維蓄積於高純度氧化鋁板(KYOCERA公司製)上。更詳細而言，將預先形成有多個貫通孔(縱向5mm，橫向5mm，高度500μm)的模框載置於高純度氧化鋁板上，在此模框的貫通孔中放入銅短纖維。藉此，在模框的貫通孔內部，使銅短纖維蓄積於高純度氧化鋁板上。之後，將在模框之貫通孔內部蓄積有銅短纖維的高純度氧化鋁板放入真空燒結爐(中外爐工業公司製)，在此真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度1000℃的條件進行燒結2小時。之後從模框取出燒結體，以成為預期厚度的方式設置間隔件之後，以壓力100kN進行壓製。如此所製作的金屬纖維成形體的厚度為415μm，基重為300g/m2。
在圖18的P剖面將第1實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖19所示的影像。又，在圖18的Q剖面將第1實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖20所示的影像。另外，此等的影像係由Nikon公司製的掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝者。圖19及圖20中，白色的部分表示存在金屬纖維之處，黑色的部分表示金屬纖維之間的空隙。如圖19及圖20所示，第1實施例之金屬纖維成形體，金屬纖維不僅在平面方向(亦即圖18中的X方向及Y方向)亦在與平面方向正交的方向(亦即圖18中的Z方向)配向。此處，圖19所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.672，圖20所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.626。因此，金屬纖維在與第1剖面正交的第2剖面(圖20所示的剖面)中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面(圖19所示的剖面)中的存在率的比例為0.931。
<第2實施例>
將平均纖維長0.085mm、平均纖維徑0.037mm的銅短纖維1kg投入切割粉碎機(HORAI公司製：型號BO-360)，使用0.5mm的篩網處理銅短纖維。接著，將從切割粉碎機取出的銅短纖維蓄積於高純度氧化鋁板(KYOCERA公司製)上。更詳細而言，將預先形成有多個貫通孔(縱向5mm，橫向5mm，高度500μm)的模框載置於高純度氧化鋁板上，並將銅短纖維放入該模框的貫通孔。藉此，在模框的貫通孔內部，銅短纖維蓄積於高純度氧化鋁板上。之後將模框之貫通孔內部蓄積有銅短纖維的高純度氧化鋁板放入真空燒結爐(中外爐工業公司製)，在此真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度1000℃的條件進行燒結2小時。之後從模框取出燒結體，以成為預期厚度的方式設置間隔件之後，以壓力100kN進行壓製。如此製作的金屬纖維成形體的厚度為204μm，基重為1000g/m2。第2實施例之金屬纖維成形體比第1實施例之金屬纖維成形體更為緻密。
在圖18的P剖面將第2實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖21所示的影像。又，在圖18的Q剖面將第2實施例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖22所示的影像。另外，此等的影像係由Nikon公司製的掃描電子顯微鏡(SEM)所拍攝者。圖21及圖22中，白色的部分表示存在金屬纖維之處，黑色的部分表示金屬纖維之間的空隙。如圖21及圖22所示，第2實施例之金屬纖維成形體中，金屬纖維不僅在平面方向(亦即圖18中的X方向及Y方向)亦在與平面方向正交的方向(亦即圖18中的Z方向)配向。此處，圖21所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.651，圖22所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.730。因此，金屬纖維在與第1剖面正交的第2剖面(圖22所示的剖面)中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面(圖21所示的剖面)中的存在率的比例為1.121。
<第3至第6實施例>
使用如表1所示之平均纖維長、平均纖維徑的銅短纖維，並且適當變更高純度氧化鋁板之貫通孔的尺寸，除此之外，藉由與第1實施例相同的方法製作第3至第6實施例的金屬纖維成形體。各物性數值如表1所示。
<第1比較例>
將平均纖維長2.875mm、纖維徑0.019mm的銅短纖維3g及水中溶解溫度為70℃的PVA纖維(商品名稱「Fibribond VPB105-1」，kuraray公司製)11g放入水中而成為2%濃度，加入非離子系界面活性劑(商品名稱「Desgran B」，大和化學工業股份有限公司製)0.33g並且攪拌以進行分散。將此分散液放入直徑60cm、容積120公升的容器中，再加入製紙用聚丙烯醯胺系分散黏劑溶液(固體成分濃度0.08%，商品名稱「Acrypers PMP」，Diafloc公司製)1.5公升，再加入水100公升，進行攪拌/分散，以製作抄造漿液。將此抄造漿液投入捲繞有120篩孔(mesh)之金網的成形 用模具(直徑5cm，長度15cm)，一方面以真空泵吸引，一方面進行脫水，得到潤濕片。之後將潤濕片放入溫度100℃的乾燥機，使其乾燥120分鐘。在真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度1000℃的條件將乾燥後的片材燒結2小時。之後取出燒結物，以成為預期厚度的方式設置間隔件之後，以壓力100kN進行壓製。如此製作的金屬纖維成形體的厚度為145μm，基重為299g/m2。
在圖18的P剖面將第1比較例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖23所示的影像。又，在圖18的Q剖面將第1比較例之金屬纖維成形體切斷的剖面係成為圖24所示的影像。另外，此等影像係由Nikon公司製的掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝者。圖23及圖24中，白色的部分表示存在金屬纖維之處，黑色的部分表示金屬纖維之間的空隙。如圖23及圖24所示，第1比較例之金屬纖維成形體中，金屬纖維主要在平面方向(亦即圖18中的X方向及Y方向)配向，不太配向於與平面方向正交的方向(亦即圖18中的Z方向)。此處，圖23所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.363，圖24所示的剖面中金屬纖維的存在率為0.225。因此，金屬纖維在與第1剖面正交的第2剖面(圖24所示的剖面)中的存在率相對於金屬纖維在第1剖面(圖23所示的剖面)中的存在率的比例為0.620。
<第2比較例>
將平均直徑0.040mm的球形銅粉蓄積於高純度氧化鋁板(KYOCERA公司製)。更詳細而言，將預先形成有多個貫通孔(縱向5mm，橫向5mm，高度500μm)的模框載置於高純度氧化鋁板上，將銅粉投入此模框的貫通孔中。藉此，在模框的貫通孔內部，銅粉蓄積於高純度氧化鋁板上。之後，將在模框的貫通孔內部蓄積有銅粉的高純度氧化鋁板放入真空燒結爐(中外爐工業公司製)，在此真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度 1000℃的條件進行燒結2小時。之後，從模框取出燒結體。如此所製作的銅製金屬成形體的厚度為494μm，基重為3403g/m2。藉此製造銅製的金屬成形體。
在圖18的P剖面將第2比較例之銅製的金屬成形體切斷時的剖面係成為圖25所示的影像。又，在圖18的Q剖面將第2比較例之銅製的金屬成形體切斷時的剖面係成為圖26所示的影像。另外，此等的影像係由Nikon公司製的掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝者。圖25及圖26中，白色的部分表示存在金屬之處，黑色的部分表示金屬之間的空隙。圖25所示的剖面中金屬的存在率為0.759，圖26所示的剖面中金屬的存在率為0.804。因此，金屬在與第1剖面正交的第2剖面(圖26所示的剖面)中的存在率相對於金屬在第1剖面(圖25所示的剖面)中的存在率的比例為1.060。
<第3比較例>
將形狀不規則的銅粉(三井金屬製：MA-CC(平均粒徑40μm))蓄積於高純度氧化鋁板(KYOCERA公司製)上。更詳細而言，將預先形成有多個貫通孔(縱向5mm，橫向5mm，高度500μm)的模框載置於高純度氧化鋁板上，在此模框的貫通孔內投入形狀不規則的銅粉。藉此在模框的貫通孔內部，形狀不規則的銅粉蓄積於高純度氧化鋁板上。之後，將模框的貫通孔內部蓄積有形狀不規則之銅粉的高純度氧化鋁板放入真空燒結爐(中外爐工業公司製)，在此真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度1000℃的條件進行燒結2小時。之後，從模框取出燒結體。如此所製作的銅製金屬成形體的厚度為315μm，基重為2066g/m2。藉此製造銅製的金屬成形體。
在圖18的P剖面將第3比較例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖27所示的影像。又，在圖18的Q剖面將第3比較例之金屬纖維成形體切斷時的剖面係成為圖28所示的影像。另外，此等的影像係由Nikon公司製的掃描式電子顯微鏡(SEM)拍攝者。圖27及圖28中，白色的部分表示存在金屬之處，黑色的部分表示金屬之間的空隙。圖27所示的剖面中金屬的存在率為0.725，圖28所示的剖面中金屬的存在率為0.756。因此，金屬在與第1剖面正交的第2剖面(圖28所示的剖面)中的存在率相對於金屬在第1剖面(圖27所示的剖面)中的存在率的比例為1.043。
<第4比較例>
使用厚度1004μm的銅板作為第4比較例之金屬。各物性數值如表2所示。
<第5比較例>
使用表2所示的平均纖維長、平均纖維徑的銅短纖維，適當變更高純度氧化鋁板的貫通孔的尺寸，除此之外，以與第1比較例相同的方法製作第5比較例的金屬纖維成形體。各物性數值如表2所示。
<第6比較例>
使用表2所示的平均纖維長、平均纖維徑的銅短纖維，適當變更高純度氧化鋁板的貫通孔尺寸，及製作分散液時不實施攪拌，除此之外，以與第1比較例相同的方法，製作第6比較例的金屬纖維成形體。各物性數值如表2所示。
<第7比較例>
將平均纖維長0.210mm、纖維徑0.003mm的銅短纖維3g及水中溶解溫度為70℃的PVA纖維(商品名稱「Fibribond VPB105-1」，kuraray公司製)11g放入水中而成為2%濃度，加入非離子系界面活性劑(商品名稱 「Desgran B」，大和化學工業股份有限公司製)0.33g，進行攪拌以使其分散。將此分散液放入直徑60cm，容積120公升的容器中，再加入製紙用聚丙烯醯胺系分散黏劑溶液(固體成分濃度0.08%，商品名稱「Acrypers PMP」，Diafloc公司製)1.5公升，再加入水100公升，進行攪拌/分散，製作抄造漿液。將此抄造漿液投入捲繞有120篩孔之金網的成形用模具(直徑5cm，長度15cm)，一邊以真空泵吸引，一邊進行脫水，得到潤濕片。之後將潤濕片放入溫度100℃的乾燥機，使其乾燥120分鐘，得到乾燥片。使在水中分散氧化鎂粒子所形成之漿液含浸於乾燥片中，將其放入溫度100℃的乾燥機，使其乾燥120分鐘。在真空燒結爐內使用氮氣，以壓力10Torr、燒結溫度1000℃的條件將乾燥後的片材進行燒結2小時。之後取出燒結體，將燒結體浸漬於稀鹽酸以將氧化鎂粒子溶解去除後實施洗淨。之後，以成為預期厚度的方式設置間隔件之後，以壓力100kN進行壓製。如此所製作的金屬纖維成形體的厚度為296μm，基重為1307g/m2。各物性數值如表2所示。
<評估>
針對第1至第6實施例之金屬纖維成形體、第1比較例及第5至第7比較例之金屬纖維成形體、第2比較例及第3比較例之金屬成形體(金屬粉末燒結體)、以及第4比較例之金屬體(金屬塊體)，調查金屬存在率的比例、厚度、占積率、導熱率、延伸率、CTE緩和性及透氣性。調查結果顯示於以下的表1及表2。
[表1]
Figure 110105524-A0202-12-0020-1
[表2]
Figure 110105524-A0202-12-0021-2
於表1等中，金屬存在率的比例，係指在實施例及比較例之金屬纖維成形體及金屬成形體等中，金屬在與第1剖面正交的第2剖面中的存在率相對於金屬在第1剖面中的存在率的比例。又，占積率係指在實施例及比較例之金屬纖維成形體或金屬成形體等的單位體積中金屬所占的比例。又，導熱率係使用穩態法(steady state method)導熱率測量裝置(ADVANCE RIKO公司製)藉由穩態法來測量金屬纖維成形體或金屬成形體等在厚度方向(圖18中的Z方向(上下方向))的導熱率。又，延伸率係使用ISO 6892-1：2009，Metallic materials-Tensile testing-Part 1：Method of test at room temperature(依據MOD的方法，TENSILON萬能材料試驗機(A&D公司製)測量金屬纖維成形體或金屬成形體等在平面方向(圖18中的X方向或Y方向)的延伸率。將在伸長量500ppm以上的伸長之中斷裂的試片判定為◎，將在伸長量未達500ppm並在200ppm以上斷裂的試片判定為○，將在伸長量未達200ppm即斷裂的試片判定為×。
又，CTE緩和性，係藉由無機接著劑將實施例及比較例之金屬纖維成形體或金屬成形體等接著於氧化鋁板等對象物，調查在施加熱能時以及冷卻時金屬纖維成形體或金屬成形體等是否追隨對象物膨脹或收縮。具體而言，接著有金屬纖維成形體或金屬成形體等的氧化鋁板等對象物即使進行膨脹或收縮，金屬纖維成形體或金屬成形體等亦因為追隨而未發生翹曲、剝離、破裂等，此情況則將CTE緩和性評估為「◎」，產生些許翹曲但未剝離或破裂等的情況則評估為「○」。另一方面，接著有金屬纖維成形體或金屬成形體等的氧化鋁板等對象物進行膨脹或收縮時，金屬纖維成形體或金屬成形體等發生翹曲、剝離、破裂等的情況，則將CTE緩和性評估為「△」、「×」。又，透氣性係藉由GURLEY TYPE DENSOMETER(東洋精機製作所製)的透氣度試驗機，使用GURLEY試驗機法(ISO5636-5)調查100cc的空氣通過金屬成形體等的時間，並根據此通過時間進行評估。通過時間未達10秒者為◎，10秒以上且未達20秒者為○，20秒以上且未達30秒者為△，30秒以上者為×。
相較於第1及第5至第7比較例之金屬纖維成形體，第1至第6實施例之金屬纖維成形體在厚度方向(圖18中的Z方向(上下方向))上的導熱率優良。第1及第5至第7比較例之金屬纖維成形體中金屬纖維主要配向於平面方向上，因此沿著金屬纖維配向之面的導熱性雖優良，但與金屬纖維配向之面正交之方向(亦即，厚度方向)上的導熱性不佳。相對於 此，第1至第6實施例之金屬纖維成形體中，金屬在與第1剖面正交的第2剖面中的存在率相對於金屬在第1剖面中的存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小，金屬纖維在平面方向及厚度方向的兩個方向上配向，因此在與金屬纖維配向之面正交的方向(亦即厚度方向)上的導熱性優良。
又，第1至第6實施例之金屬纖維成形體，相較於第2至第4比較例之金屬成形體等，延伸率、CTE緩和性及透氣性優良。相較於金屬纖維成形體，藉由將金屬粉末燒結而生成的金屬粉末燒結體或金屬塊體在溫度變化時的伸縮性不佳。因此，安裝有具備金屬粉末燒結體或金屬塊體之調溫單元的被導熱物在伸縮時，調溫單元無法追隨該被導熱物伸縮，而具有調溫單元從被導熱物脫離而被破壞這樣的問題。相對於此，第1至第6實施例之金屬纖維成形體，延伸率及CTE緩和性優良，因此可抑制發生這樣的問題。
20:石墨板
22:模框
30:金屬短纖維

Claims (7)

  1. 一種調溫單元，具備：金屬纖維成形體，其中金屬短纖維在與第1剖面正交之第2剖面中之存在率相對於金屬短纖維在前述第1剖面中之存在率的比例為在0.85至1.15之範圍內的大小，且前述金屬短纖維的長度為在0.01至1.00mm之範圍內的大小，前述金屬短纖維為銅纖維、不銹鋼纖維、鎳纖維、鋁纖維及此等之合金纖維之中的至少1種纖維，前述金屬短纖維的占積率為在42.1至68.4%之範圍內；以及支撐體，支撐前述金屬纖維成形體。
  2. 如請求項1所述之調溫單元，其中前述金屬纖維成形體係藉由將蓄積於承接部上的複數條前述金屬短纖維燒結而生成者。
  3. 如請求項1或2所述之調溫單元，其中前述金屬纖維成形體為圓柱狀，複數個前述金屬纖維成形體配置於格線的各個交點上。
  4. 如請求項1或2所述之調溫單元，其中複數個前述金屬纖維成形體之間形成有空隙。
  5. 如請求項1或2所述之調溫單元，其中前述支撐體包含管子，板狀的前述金屬纖維成形體係以彎曲的狀態捲繞於前述管子的外周面，彎曲的板狀之前述金屬纖維成形體上裝設有鰭狀的前述金屬纖維成形體。
  6. 一種金屬纖維成形體的製造方法，具備：使複數條金屬短纖維蓄積於承接部上的步驟；以及藉由將蓄積於前述承接部上的複數條前述金屬短纖維燒結而生成金屬纖維成形體的步驟； 前述金屬短纖維的長度為在0.01至1.00mm之範圍內的大小，前述金屬短纖維為銅纖維、不銹鋼纖維、鎳纖維、鋁纖維及此等之合金纖維之中的至少1種纖維，前述金屬短纖維的占積率為在42.1至68.4%之範圍內。
  7. 如請求項6所述之金屬纖維成形體的製造方法，其中在將複數條前述金屬短纖維蓄積於前述承接部上的步驟之前，更具備藉由對於前述金屬短纖維施予物理性衝擊而使其變形的步驟。
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