WO2018212039A1 - 銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法 - Google Patents

銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法 Download PDF

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copper
copper porous
porous body
composite member
fibers
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純 加藤
喜多　晃一
俊彦 幸
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三菱マテリアル株式会社
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a copper porous body made of copper or a copper alloy, a copper porous composite member obtained by bonding the copper porous body to a member body, a method for producing a copper porous body, and a copper porous composite.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a member.
  • Patent Document 1 proposes a heat transfer member in which a copper porous body forming a three-dimensional network structure is integrally attached to a conductive metal member body.
  • Patent Document 1 as a method for producing a metal sintered body (copper porous body) forming a three-dimensional network structure, a three-dimensional network structure (for example, open cell such as urethane foam or polyethylene foam) made of a material that is burned down by heating. It is made of a method using a molded body with a pressure-sensitive adhesive applied to the skeleton of synthetic resin foam, natural fiber cloth, man-made fiber cloth, etc. and coated with metal powder, or a material that is burned down by heating and is tertiary A method of using a sheet-like molded body in which a metal powder is formed on a material (for example, pulp or wool fiber) that can form an original mesh structure is disclosed.
  • a three-dimensional network structure for example, open cell such as urethane foam or polyethylene foam
  • Patent Document 1 when a metal sintered body (copper porous sintered body) is formed using a metal powder, a conductive path is ensured because the shrinkage rate during sintering is large.
  • Patent Documents 2 and 3 there is a problem that it is difficult to obtain a copper porous sintered body having excellent conductivity and thermal conductivity and high porosity.
  • Patent Documents 2 and 3 a copper porous body using copper fibers made of copper or a copper alloy as a sintering raw material has been proposed.
  • Patent Document 2 discloses a method for obtaining a copper porous body by conducting energization heating of copper fibers under pressure.
  • Patent Document 3 discloses a method of obtaining a copper porous body by heating copper fibers to 800 ° C. in an air atmosphere and then heating to 450 ° C. in a hydrogen atmosphere.
  • Patent Document 3 since heating is performed in an air atmosphere, voids are generated when the oxygen concentration in the copper fiber is increased and heating is performed in a hydrogen atmosphere thereafter, and the conductivity and heat of the copper porous body are increased. There was a possibility that the conductivity was lowered.
  • the present invention has been made in the background as described above, and has a high porosity and a sufficient conductivity and thermal conductivity, and the copper porous body is bonded to a member body.
  • An object of the present invention is to provide a produced copper porous composite member, a method for producing a copper porous body, and a method for producing a copper porous composite member.
  • the copper porous body according to the first aspect of the present invention is a three-dimensional structure comprising a sintered body of a plurality of copper fibers, and the bonding points between the copper fibers are three-dimensionally arranged. It is a copper porous body having a skeleton having a network structure.
  • the copper fiber forming the skeleton is made of copper or a copper alloy, the diameter R is in the range of 0.01 mm to 1.0 mm, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4
  • the circularity of the cross section perpendicular to the length direction is 0.92 or more, and the porosity is 50% or more and 90% or less.
  • the diameter R of the copper fiber forming the skeleton is in the range of 0.01 mm to 1.0 mm, and the ratio L / L of the length L to the diameter R Since R is in the range of 4 or more and 200 or less, sufficient voids are secured between the copper fibers, and the porosity can be in the range of 50% or more and 90% or less.
  • the circularity C of the cross section perpendicular to the length direction of the copper fiber forming the skeleton is defined.
  • the circularity C is expressed by the following equation, where A is the cross-sectional area of the copper fiber and Q is the circumferential length of the cross-section of the copper fiber.
  • Circularity C (4 ⁇ A) 0.5 / Q
  • the circularity C is 1.
  • the cross-sectional shape is a polygon, a rectangle with a large aspect ratio, or the like, the circularity C is a smaller value in the range of 0 ⁇ C ⁇ 1.
  • the circularity C of the cross section of the copper fiber forming the skeleton is 0.92 or more, when the copper fibers are laminated, there is a place where the copper fibers are in contact with each other. This increases the number of contact points between the laminated copper fibers. Moreover, since the cross-sectional shape approximates to a circle and the variation in the cross-sectional shape is small, the variation in the contact area of each contact point is also small. Therefore, it is possible to form a uniform conduction path inside the finally obtained copper porous body, and it is possible to improve the conductivity of the copper porous body. At the same time, according to the circularity of the cross section, a gap can be secured between the copper fibers, and the porosity can be increased. Accordingly, it is possible to provide a copper porous body having a high porosity and sufficient conductivity. In addition, it is possible to provide an excellent copper porous body in heat conduction using free electrons as carriers as in electric conduction.
  • the copper porous composite member of another aspect of the present invention is a copper porous composite member comprising a joined body of a member main body and a copper porous body having a three-dimensional network structure skeleton, and the copper porous composite member
  • the body is the aforementioned copper porous body.
  • the copper porous composite member having this configuration since it is a joined body of a copper porous body and a member main body having high porosity and excellent conductivity and thermal conductivity, it has excellent characteristics.
  • a porous composite member can be provided.
  • the joint surface of the member main body with the copper porous body is made of copper or a copper alloy, and the joint between the copper porous body and the member main body is sintered. It is preferable to be a layer. In this case, since the joining portion between the copper porous body and the member main body is a sintered layer, the copper porous body and the member main body are firmly joined, and the copper porous composite Excellent conductivity and thermal conductivity can be obtained as a member.
  • the method for producing a copper porous body of the present invention is a method for producing a copper porous body comprising a sintered body of a plurality of copper fibers and having a three-dimensional network structure skeleton, wherein the diameter R is 0.01 mm or more.
  • the ratio L / R between the length L and the diameter R is in the range of 4 to 200, and the circularity C of the cross section is 0.92 or more.
  • the diameter R of the copper fiber is in the range of 0.01 mm or more and 1.0 mm or less, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4 Since the circularity C of the cross section perpendicular to the length direction is 0.92 or more within the range of 200 or less, the number of contact points between the copper fibers is ensured, and conductivity and heat conduction A copper porous body having excellent properties can be obtained. Moreover, a space
  • the method for producing a copper porous composite member according to another aspect of the present invention is a method for producing a copper porous composite member comprising a joined body of a member main body and a copper porous body having a three-dimensional network structure skeleton. And the joining process which joins the above-mentioned copper porous body and the said member main body is provided.
  • the copper porous body manufactured by the above-described manufacturing method of the copper porous body is provided, and the characteristics such as conductivity and thermal conductivity are excellent.
  • a copper porous composite member can be obtained.
  • a member main body a board, a rod, a pipe, etc. are mentioned, for example.
  • a joining surface to which the copper porous body is joined in the member main body is made of copper or a copper alloy, and the copper porous body and the member It is preferable to join the main body by sintering.
  • the member main body and the copper porous body can be integrated by sintering, and a copper porous composite member having excellent characteristic stability can be manufactured.
  • a copper porous body having high porosity and sufficient conductivity and thermal conductivity a copper porous composite member in which the copper porous body is joined to a member body, and a copper porous body
  • the manufacturing method and the manufacturing method of a copper porous composite member can be provided.
  • the copper porous body 10 which is 1st embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS. 1-5.
  • the copper porous body 10 which is this embodiment has the frame
  • the porosity P is in the range of 50% to 90%.
  • the porosity P was calculated by the following formula using the true density D T (g / cm 3 ).
  • the mass of the copper porous body was m (g), and the volume of the copper porous body was V (cm 3 ).
  • Porosity P (%) (1 ⁇ (m / (V ⁇ D T ))) ⁇ 100
  • the porosity P is more preferably 60% to 85%.
  • electric conductivity (sigma) P (% IACS) of the copper porous body 10 measured by the 4-terminal method based on JISC2525 is used for the copper porous body 10.
  • apparent density ratio porosity standards influencing for good conductivity which is defined by dividing the D a ⁇ N (% IACS) is a 18% IACS or more.
  • the porosity normalized conductivity ⁇ N and the apparent density ratio D A are calculated by the following equations, respectively.
  • Porosity normalized conductivity ⁇ N (% IACS) ⁇ P ⁇ (1 / D A )
  • Apparent density ratio D A m / (V ⁇ D T )
  • the copper fiber 11 constituting the skeleton part 12 is made of copper or a copper alloy, has a diameter R in the range of 0.01 mm to 1.0 mm, and a ratio L / R of the length L to the diameter R of 4 is 4. It is within the range of 200 or less.
  • the copper fiber 11 is comprised by C1020 (oxygen-free copper), for example.
  • the copper fiber 11 is given a shape such as twisting or bending.
  • the apparent density ratio D A is 0.50 or less of the true density D T of the copper fibers 11.
  • the gap shape between the copper fibers 11 can be formed three-dimensionally and isotropically, and as a result, the copper This leads to an improvement in isotropy of various properties such as conductivity and thermal conductivity of the porous body 10.
  • the copper fiber 11 is adjusted to a predetermined diameter R by a drawing method, a coil cutting method, a chattering method, a wire cutting method, a melt spinning method, etc., and the length is further adjusted to satisfy a predetermined L / R. Then, it is manufactured by cutting.
  • the copper fiber 11 constituting the skeleton 12 has a circularity C of 0.92 or more and 1 or less in a cross section orthogonal to the length direction.
  • the circularity C is 1 when it is a perfect circle, and the circularity C decreases as the circumferential length Q increases with respect to the cross-sectional area A. Therefore, when the cross section has a polygonal shape or a shape with a large aspect ratio, the circularity C decreases.
  • a graph showing the circularity C of the regular polygon is shown in FIG.
  • the circularity C is 0.92 or more when N is an integer of 5 or more in a regular N-gon.
  • the copper fiber 11 constituting the skeleton part 12 has a substantially circular cross-sectional shape.
  • the diameter R of the copper fiber 11 is set in the range of 0.01 mm or more and 1.0 mm or less.
  • the lower limit of the diameter R of the copper fiber 11 is preferably 0.03 mm or more, and the upper limit of the diameter R of the copper fiber 11 is 0.5 mm or less. Is preferred.
  • the ratio L / R of the length L and the diameter R of the copper fibers 11 is less than 4, it is a bulk density D P less than 50% of the true density D T copper fibers 11 when stacked It is difficult to obtain a copper porous body 10 having a high porosity P.
  • the ratio L / R between the length L and the diameter R of the copper fiber 11 exceeds 200, the copper fiber 11 cannot be uniformly dispersed when laminated and disposed, and the copper having a uniform porosity P There is a possibility that it may be difficult to obtain the porous body 10. From the above, in this embodiment, the ratio L / R between the length L and the diameter R of the copper fiber 11 is set in the range of 4 or more and 200 or less.
  • the lower limit of the ratio L / R between the length L and the diameter R of the copper fiber 11 is preferably 10 or more.
  • the ratio L / R upper limit of the length L and the diameter R of the copper fibers 11 is preferably set to 100 or less.
  • the cross-sectional shape of the copper fiber 11 forming the skeleton part 12 is a triangle or a high aspect ratio shape and the circularity C is less than 0.92, the number of contact points between the copper fibers 11 is ensured during filling. Since the contact area varies for each contact point due to the unevenness of the fiber cross section, a uniform conduction path is difficult to be formed inside the sintered copper porous body 10, and the conductivity and heat of the copper porous body 10 are reduced. Conductivity may be reduced. This is because, in a three-dimensional network structure in which metal fibers are joined together, if the internal structure of the structure is non-uniform, the actual conduction path will be larger than the distance between measurement terminals (shortest distance). It is thought that it is because it becomes.
  • the circularity C of the cross section of the copper fiber 11 forming the skeleton part 12 is set to a range of 0.92 or more. In order to further improve the porosity P and the conductivity, it is preferable to set the lower limit of the circularity C of the cross section of the copper fiber 11 forming the skeleton 12 to 0.95 or more.
  • the manufacturing method of the copper porous body 10 which is this embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. 4, the process drawing of FIG. First, as shown in FIG. 5, the copper fiber 11 described above is sprayed from the spreader 31 into the graphite container 32 to be bulk-filled, and the copper fiber 11 is stacked (copper fiber stacking step S01).
  • a bulk density D P after filling is stacked a plurality of copper fibers 11 to be equal to or less than 40% of the true density D T of the copper fibers 11.
  • the copper fibers 11 are subjected to shape imparting processing such as twisting and bending, so that a three-dimensional and isotropic gap is secured between the copper fibers 11 during lamination. .
  • the copper fiber 11 bulk-filled in the graphite container 32 is charged into the atmosphere heating furnace 33 and heated and sintered in a reducing atmosphere, an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere (sintering step S02).
  • the heating conditions of the sintering step S02 in the present embodiment are set such that the holding temperature is 500 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and the holding time is 5 minutes or longer and 600 minutes or shorter.
  • the holding temperature in the sintering step S02 is set to 500 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.
  • the lower limit of the holding temperature in the sintering step S02 is 600 ° C. or higher and the upper limit of the holding temperature is 1000 ° C. or lower.
  • the holding time in the sintering step S02 is set in the range of 5 minutes or more and 600 minutes or less. In order to reliably sinter the copper fiber 11, it is preferable that the lower limit of the holding time in the sintering step S02 is 10 minutes or more and the upper limit of the holding time is 180 minutes or less.
  • the atmosphere in the sintering step S02 may be a reducing gas such as hydrogen gas, RX gas, ammonia decomposition gas, nitrogen-hydrogen mixed gas, argon-hydrogen mixed gas, or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. Gas may be used. It is good also as a vacuum atmosphere of 100 Pa or less.
  • a reducing gas such as hydrogen gas, RX gas, ammonia decomposition gas, nitrogen-hydrogen mixed gas, argon-hydrogen mixed gas, or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. Gas may be used. It is good also as a vacuum atmosphere of 100 Pa or less.
  • the sintering step S02 the sintering proceeds at the contact portion between the copper fibers 11, and the copper fibers 11 are joined together to form the skeleton portion 12.
  • the sintering step S02 is performed in a reducing atmosphere, an inert atmosphere, and a vacuum atmosphere without applying pressure, the bulk shape and the surface shape of the copper fiber 11 are greatly changed.
  • the circularity C of the cross section hardly changes before and after sintering.
  • the diameter R is in the range of 0.01 mm to 1.0 mm, and the ratio of the length L to the diameter R is as follows. Since the skeleton part 12 is formed by sintering the copper fiber 11 whose L / R is in the range of 4 or more and 200 or less, a sufficient gap is secured between the copper fibers 11. The shrinkage rate during sintering can be suppressed, the porosity P is high, and the dimensional accuracy is excellent.
  • the circularity C of the cross section of the copper fiber 11 forming the skeleton part 12 is 0.92 or more, the number of contact points between the copper fibers 11 is sufficiently ensured, and the conductivity after sintering.
  • the copper porous composite member 100 which is 2nd embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
  • the copper porous composite member 100 includes a copper plate 120 (member main body) made of copper or a copper alloy, and a copper porous body 110 bonded to the surface of the copper plate 120.
  • the copper porous body 110 has a skeleton formed by sintering a plurality of copper fibers, as in the first embodiment. And in the copper porous body 110 which concerns on this embodiment, the porosity P is made into the range of 50% or more and 90% or less.
  • the copper fiber forming the skeleton is made of copper or a copper alloy, the diameter R is in the range of 0.01 mm or more and 1.0 mm or less, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4 or more. , 200 or less.
  • the copper fiber is made of, for example, C1020 (oxygen-free copper).
  • the copper fiber forming the skeleton has a circularity C of 0.92 or more in the cross section perpendicular to the length direction.
  • the copper fiber is given a shape such as twisting or bending.
  • the apparent density ratio D A is 50% or less of the true density D T of copper fibers.
  • a method for manufacturing the copper porous composite member 100 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the copper plate 120 which is a member main body is prepared (copper plate arrangement
  • copper fibers are dispersed and arranged on the surface of the copper plate 120 (copper fiber lamination step S101).
  • bulk density D P is stacked a plurality of copper fibers to be equal to or less than 40% of the true density D T of copper fibers.
  • the copper fibers stacked and arranged on the surface of the copper plate 120 are sintered to form the copper porous body 110, and the copper porous body 110 and the copper plate 120 are bonded (sintering and joining step S102).
  • the heating conditions of the sintering and joining step S102 in the present embodiment are set such that the holding temperature is 500 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and the holding time is 5 minutes or longer and 600 minutes or shorter.
  • the atmosphere in the sintering and joining step S102 is a reducing atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum atmosphere.
  • hydrogen gas, RX gas, ammonia decomposition gas, nitrogen-hydrogen mixed gas, argon-hydrogen A reducing gas such as a mixed gas may be used, or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas may be used. It is good also as a vacuum atmosphere of 100 Pa or less.
  • the copper fibers are sintered to form the copper porous body 110, and the copper fibers and the copper plate 120 are sintered, so that the copper porous body 110 and the copper plate 120 are joined. Then, the copper porous composite member 100 according to this embodiment is manufactured.
  • the circularity C of the cross section of the copper fiber constituting the copper porous body 110 is set to a range of 0.92 or more. Therefore, the number of contact points between the copper fibers is sufficiently ensured, it is possible to improve the conductivity and thermal conductivity, and it is possible to secure a gap between the copper fibers, and the copper porous body 110 It becomes possible to increase the porosity P. As a result, it is possible to greatly improve various characteristics such as heat exchange efficiency, water retention and evaporation efficiency when the copper porous composite member 100 is used as a heat exchange member such as an evaporator.
  • the manufacturing method of the copper porous composite member 100 according to the present embodiment, copper fibers are stacked on the surface of the copper plate 120 made of copper and a copper alloy, and sintering and joining are simultaneously performed by the sintering and joining step S102. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
  • this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
  • copper fibers made of oxygen-free copper for example, JIS C1020
  • oxygen-free copper for example, JIS C1020
  • present invention is not limited to this, and phosphorous deoxidized copper (for example, JIS C1201, C1220) or tough pitch copper (for example, Highly conductive copper alloys such as pure copper such as JIS C1100), Cr copper (eg C18200) and Cr—Zr copper (eg C18150) may be used.
  • the joining method in which the sintered layer was formed in the junction part of a copper porous body and a member main body was illustrated as a desirable method, it is not limited to this, Various welding methods
  • the copper porous body and the member main body may be joined by a joining method based on a brazing method using a brazing material that melts at a low temperature (for example, laser welding or resistance welding).
  • the copper porous composite member having the structure shown in FIG. 6 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the copper porous structure having the structure shown in FIGS. It may be a composite member.
  • a copper porous composite member 200 having a structure in which a plurality of copper tubes 220 are inserted into a copper porous body 210 as a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 300 having a structure in which a copper tube 320 curved in a U shape as a member main body is inserted into a copper porous body 310 may be used.
  • a copper porous composite member 400 having a structure in which a copper porous body 410 is joined to an inner peripheral surface of a copper tube 420 that is a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 500 having a structure in which a copper porous body 510 is bonded to the outer peripheral surface of a copper tube 520 that is a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 600 having a structure in which a copper porous body 610 is joined to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of a copper tube 620 that is a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 700 having a structure in which a copper porous body 710 is bonded to both surfaces of a copper plate 720 that is a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 800 having a structure in which a copper porous body 810 is joined inside a copper tube 820 that is a member main body may be used.
  • a copper porous composite member 900 having a structure in which a copper porous body 910 is joined to the inner surface of a flat copper tube 920 that is a member main body may be used.
  • a copper porous sintered body having a width of 30 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 5 mm was manufactured using the sintering raw material (copper fiber) shown in Table 1 by the manufacturing method described in the above embodiment.
  • the diameter R of the copper fiber used as a raw material, the ratio L / R of the length L to the diameter R, and the circularity C were measured as follows.
  • the normalized conductivity was evaluated as follows. The evaluation results are shown in Table 2.
  • the length L of the copper fiber is a dry particle image analysis using a particle analysis device “Morphology G3” manufactured by Malvern Co., Ltd. for the copper fiber used as a sintering raw material and the copper fiber taken out from the copper porous sintered body. It implemented so that the number of measurements might be 100 or more, and computed from the simple average value of the measured value. From the calculated length L and diameter R, the ratio L / R between the length L and the diameter R was calculated.
  • Porosity P The true density D T (g / cm 3 ) was measured by an underwater method using a precision balance, and the porosity P was calculated by the following equation.
  • the mass of the copper porous sintered body was m (g), and the volume of the copper porous sintered body was V (cm 3 ).
  • Porosity P (%) (1 ⁇ (m / (V ⁇ D T ))) ⁇ 100
  • Porosity normalized conductivity Using a sample cut into a plate shape of width 30 mm ⁇ length 200 mm ⁇ thickness 5 mm, in accordance with JIS C 2525 (refer to IEC 60468), using a micro-ohm high tester 3227 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., voltage terminal interval 150 mm
  • the electrical conductivity ⁇ P (% IACS) was measured by a four-terminal method under the condition of a measurement current of 0.5 A.
  • the porosity normalized electrical conductivity (sigma) N was computed with the following formula
  • equation. Porosity normalized conductivity ⁇ N (% IACS) ⁇ P ⁇ (1 / D A )
  • the copper fiber as the sintering raw material and the copper fiber taken out from the copper porous sintered body had a diameter R, a length L, and the diameter described above. It was confirmed that the ratio L / R with R and the circularity C of the cross section were not significantly changed.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1 in which the diameter R of the copper fiber is 0.005 mm and in Comparative Example 2 in which the diameter R of the copper fiber is 1.20 mm, the porosity normalized conductivity of the copper porous sintered body is low. It is confirmed that In Comparative Example 3 in which the ratio L / R between the length L and the diameter R of the copper fiber was 3, the porosity P was as low as 47%. In Comparative Example 4 in which the ratio L / R between the length L and the diameter R of the copper fiber is 250, the porosity normalized conductivity is low. This is presumed to be due to the presence of a portion having a large gap in part, and the uniformity of the internal conduction path was greatly reduced.
  • the porosity was as high as 50% or more, and the porosity normalized conductivity was sufficiently ensured.
  • the copper porous sintered body of the example of this invention it is excellent also in the heat conductivity which uses a free electron as a carrier similarly to electrical conduction. From the above, according to the present invention, it was confirmed that a high-quality copper porous sintered body having a high porosity and sufficient conductivity and thermal conductivity can be provided.
  • a copper porous body having high porosity and sufficient conductivity and thermal conductivity a copper porous composite member in which the copper porous body is joined to a member body, and a copper porous body
  • the manufacturing method and the manufacturing method of a copper porous composite member can be provided.

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Abstract

複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体であって、前記骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．９２以上とされており、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされていることを特徴とする。

Description

銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法
　本発明は、銅又は銅合金からなる銅多孔質体、及び、この銅多孔質体が部材本体に接合されてなる銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法に関するものである。
　本願は、２０１７年５月１７日に日本に出願された特願２０１７－０９８０４１号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　上述の銅多孔質体及び銅多孔質複合部材は、例えば各種電池における電極及び集電体、ヒートパイプ等の熱交換器用部材、消音部材、フィルター、衝撃吸収部材等として使用されている。
　例えば、特許文献１には、三次元網目構造体をなす銅多孔質体を導電性金属の部材本体に一体被着した伝熱部材が提案されている。
　特許文献１においては、三次元網目構造体をなす金属焼結体（銅多孔質体）の製造方法として、加熱により焼失する材質から成る三次元網目構造体（例えばウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム等連続気泡を持つ合成樹脂発泡体、天然繊維クロス、人造繊維クロス等）の骨格に粘着剤を塗布し、金属粉状物を被着した成形体を用いる方法や、加熱により焼失する材質から成り、かつ三次元網目構造体を形成することができる材料（例えばパルプや羊毛繊維）に金属粉状物を抄き込んだシート状成形体を用いる方法等が開示されている。
　特許文献１に記載されたように、金属粉状物を用いて金属焼結体（銅多孔質焼結体）を成形する場合には、焼結時における収縮率が大きいため、伝導パスが確保されず、導電性及び熱伝導性に優れ、かつ、気孔率の高い銅多孔質焼結体を得ることが困難であるといった問題があった。
　そこで、例えば特許文献２，３に示すように、焼結原料として銅又は銅合金からなる銅繊維を用いた銅多孔質体が提案されている。
　特許文献２には、銅繊維を加圧下において通電加熱を行うことにより、銅多孔質体を得る方法が開示されている。
　特許文献３には、銅繊維を大気雰囲気で８００℃に加熱した後に、水素雰囲気で４５０℃に加熱することにより、銅多孔質体を得る方法が開示されている。
特開平０８－１４５５９２号公報 特許第３７３５７１２号公報 特開２０００－１９２１０７号公報
　ところで、上述の銅多孔質体においては、高い気孔率とオープンセル構造を有することと合わせて、導電部材として用いられる場合には、高い導電性が要求される。また、熱交換部材として用いられる場合には、高い熱伝導性が要求される。
　特許文献２においては、銅繊維同士を十分に接合するためには、加圧下において通電焼結を行う必要があるため、加圧によって気孔率が低下してしまうといった問題があった。また、均一に加圧を行う必要があるため、焼結時に使用する成形型の形状が制約されてしまうといった問題があった。　さらに、特許文献３においては、大気雰囲気で加熱を実施することから、銅繊維中の酸素濃度の増加や、その後の水素雰囲気での加熱時にボイドが発生し、銅多孔質体の導電性及び熱伝導性が低下するおそれがあった。
　本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、高い気孔率を有するとともに十分な導電性及び熱伝導性を有する銅多孔質体、この銅多孔質体が部材本体に接合された銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することを目的としている。
　前記目的を達成するために、本発明の第一の態様である銅多孔質体は、複数の銅繊維の焼結体からなり、銅繊維同士の結合点が立体的に配置されている三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体である。前記骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．９２以上とされており、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされている。
　この構成の銅多孔質体によれば、前記骨格部を形成する銅繊維の直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされているので、銅繊維同士の間に十分な空隙が確保され、気孔率を５０％以上９０％以下の範囲内とすることができる。
　前記直径Ｒは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義される。
　　Ｒ＝（Ａ／π）１／２×２
　本発明の第二の態様では、前記骨格部を形成する銅繊維の長さ方向に直交する断面の円形度Ｃを規定している。前記円形度Ｃは、銅繊維の断面積をＡ、銅繊維の断面の周長をＱとしたときに、下記の式で表される。
　　円形度Ｃ＝（４πＡ）０．５／Ｑ
　断面形状が真円の場合には円形度Ｃが１となり、断面形状が多角形、アスペクト比の大きい長方形等になると、０＜Ｃ≦１の範囲において、円形度Ｃがより小さい値となる。
　本発明の他の態様では、前記骨格部を形成する銅繊維の前記断面の円形度Ｃが０．９２以上とされているので、銅繊維を積層した際に、銅繊維同士が接触する箇所が多くなり、積層した銅繊維同士の接触点数が十分に確保される。また、断面形状が円形に近似しており、断面形状のバラつきが小さいため、各接触点の接触面積のバラつきも小さくなる。よって、最終的に得られる銅多孔質体の内部に均一な伝導パスを形成することが可能となり、銅多孔質の導電性を向上させることが可能となる。同時に前記断面の円形度によれば、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、気孔率を高くすることが可能となる。
　よって、高い気孔率を有するとともに十分な導電性を有する銅多孔質体を提供することが可能となる。また、電気伝導と同じく自由電子をキャリアとする熱伝導においても、優れた銅多孔質体を提供することが可能となる。
　本発明の他の態様の銅多孔質複合部材は、部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材であって、前記銅多孔質体が前述の銅多孔質体である。
　この構成の銅多孔質複合部材によれば、気孔率が高く、かつ、導電性及び熱伝導性に優れた銅多孔質体と部材本体との接合体とされていることから、優れた特性の多孔質複合部材を提供することができる。
　本発明の銅多孔質複合部材においては、前記部材本体のうち前記銅多孔質体との接合面が銅又は銅合金で構成され、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされているので、前記銅多孔質体と前記部材本体とが強固に接合されることになり、銅多孔質複合部材として優れた導電性及び熱伝導性を得ることができる。
　本発明の銅多孔質体の製造方法は、複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体の製造方法であって、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、その断面の円形度Ｃが０．９２以上とされた前記銅繊維を積層する銅繊維積層工程と、積層された複数の前記銅繊維同士を焼結する焼結工程と、を備えている。
　この構成の銅多孔質体の製造方法によれば、銅繊維の直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされ、長さ方向に直交する断面の円形度Ｃが０．９２以上とされているので、銅繊維同士の接触点数が確保されることになり、導電性及び熱伝導性に優れた銅多孔質体を得ることができる。また、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、気孔率が高い銅多孔質体を得ることができる。
　本発明の他の態様の銅多孔質複合部材の製造方法は、部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材の製造方法であって、前述の銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えている。
　この構成の銅多孔質複合部材の製造方法によれば、上述の銅多孔質体の製造方法によって製造された銅多孔質体を備えることになり、導電性及び熱伝導性等の特性に優れた銅多孔質複合部材を得ることができる。部材本体としては、例えば、板、棒、管等が挙げられる。
　本発明の銅多孔質複合部材の製造方法においては、前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することが好ましい。
　この場合、前記部材本体と前記銅多孔質体とを焼結によって一体化することができ、特性の安定性に優れた銅多孔質複合部材を製造することが可能となる。
　本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な導電性及び熱伝導性を有する銅多孔質体、この銅多孔質体が部材本体に接合された銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することができる。
本発明の第一の実施形態である銅多孔質体の拡大模式図である。 正多角形の円形度を示すグラフである。 図１に示す銅多孔質体の骨格部を構成する銅繊維の断面形状の概略説明図である。 図１に示す銅多孔質体の製造方法の一例を示すフロー図である。 図１に示す銅多孔質体を製造する製造工程を示す説明図である。 本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材の外観説明図である。 図６に示す銅多孔質複合部材の製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の斜視図である。
　以下に、本発明の実施形態である銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
（第一の実施形態）
　本発明の第一の実施形態である銅多孔質体１０について、図１から図５を参照して説明する。
　本実施形態である銅多孔質体１０は、図１に示すように、複数の銅繊維１１が焼結された骨格部１２を有している。
　本実施形態である銅多孔質体１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされている。
　気孔率Ｐは、真密度ＤＴ（ｇ／ｃｍ３）を用いて、以下の式で算出した。銅多孔質体の質量をｍ（ｇ）、銅多孔質体の体積をＶ（ｃｍ３）とした。
　気孔率Ｐ（％）＝（１－（ｍ／（Ｖ×ＤＴ）））×１００
　気孔率Ｐは、より好ましくは６０％～８５％である。
　さらに、本実施形態である銅多孔質体１０においては、ＪＩＳ　Ｃ　２５２５に準拠した４端子法によって測定された銅多孔質体１０の導電率σＰ（％ＩＡＣＳ）を、銅多孔質体１０の見掛け密度比ＤＡで除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮ（％ＩＡＣＳ）が１８％ＩＡＣＳ以上とされている。気孔率規格化導電率σＮおよび見掛け密度比ＤＡは、それぞれ以下の式で算出される。
　　気孔率規格化導電率　σＮ（％ＩＡＣＳ）＝σＰ×（１／ＤＡ）
　　見掛け密度比　ＤＡ＝ｍ／（Ｖ×ＤＴ）
　骨格部１２を構成する銅繊維１１は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維１１は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
　本実施形態では、銅繊維１１には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。
本実施形態である銅多孔質体１０においては、その見掛け密度比ＤＡが銅繊維１１の真密度ＤＴの０．５０以下とされている。銅繊維１１の形状については、前記見掛け密度比ＤＡが銅繊維１１の真密度ＤＴの０．５０以下となる限りにおいて、直線状、曲線状など任意であるが、銅繊維１１の少なくとも一部に、ねじり加工や曲げ加工等により所定の形状付与加工をされたものを用いると、銅繊維１１同士の間の空隙形状を立体的かつ等方的に形成させることができ、その結果、銅多孔質体１０の導電性及び熱伝導性等の各種特性の等方性向上に繋がる。
　銅繊維１１は、引き抜き法、コイル切削法、ビビリ切削法、ワイヤ切削法、溶融紡糸法などにより、所定の直径Ｒに調整され、これをさらに所定のＬ／Ｒを満たすように長さを調整して切断することにより、製造される。
　前記直径Ｒとは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義されるものである。
　　　直径Ｒ＝（Ａ／π）１／２×２
　骨格部１２を構成する銅繊維１１は、長さ方向に直交する断面の円形度Ｃが０．９２以上、１以下とされている。
　前記円形度Ｃとは、銅繊維１１の断面積をＡ、銅繊維１１の断面の周長をＱとしたときに、以下の式により定義されるものである。
　　円形度Ｃ＝（４πＡ）０．５／Ｑ
　真円であると円形度Ｃは１となり、断面積Ａに対して周長Ｑが長くなると円形度Ｃが小さくなる。よって、断面が多角形状となる場合やアスペクト比が大きい形状となると、円形度Ｃが小さくなる。正多角形の円形度Ｃを示すグラフを図２に示す。
　図２に示すように、正多角形の場合において円形度Ｃが０．９２以上となるのは、正Ｎ角形において、Ｎが５以上の整数の場合である。
　本実施形態においては、骨格部１２を構成する銅繊維１１は、図３に示すように、断面形状が概略円形状をなす。
　銅繊維１１の直径Ｒが０．０１ｍｍ未満の場合には、銅繊維１１同士の接合面積が小さく、導電性及び熱伝導性が不足するおそれがある。銅繊維１１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、銅繊維１１同士が接触する接点の数が不足し、導電性及び熱伝導性が不足するおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の直径Ｒを０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内に設定している。さらなる導電性及び熱伝導性の向上を図る場合には、銅繊維１１の直径Ｒの下限を０．０３ｍｍ以上とすることが好ましく、銅繊維１１の直径Ｒの上限を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
　銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、積層配置したときに嵩密度ＤＰを銅繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下とすることが難しく、気孔率Ｐの高い銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２００を超える場合には、積層配置したときに銅繊維１１を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率Ｐを有する銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上、２００以下の範囲内に設定している。さらなる気孔率Ｐの向上を図る場合には、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒの下限を１０以上とすることが好ましい。気孔率Ｐがさらに均一な銅多孔質体１０を得るためには、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ上限を１００以下とすることが好ましい。
　骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面形状が三角形状や高アスペクト比形状等となって円形度Ｃが０．９２未満になった場合には、充填時に銅繊維１１同士の接触点数が確保されず、繊維断面の凹凸により接触点ごとに接触面積にバラつきが生じるため、焼結後の銅多孔質体１０内部に均一な伝導パスが形成されにくく、銅多孔質体１０の導電性及び熱伝導性が低下するおそれがある。
　これは金属繊維同士を接合させてなる三次元網目構造体において、構造体の内部構造が不均一であると、導電率の測定端子間距離（最短距離）に対して、実際の伝導パスが大きくなってしまうからであると考えられる。内部構造が不均一であると、異方性の原因にもなる。そのため、導電性及び熱伝導性に優れる金属繊維三次元網目構造体を作製するには、繊維同士の接合点が十分に確保されたうえで、それら接合部の面積のバラつきが小さいことが望ましい。
　以上のことから、本実施形態では、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃを０．９２以上の範囲に設定している。さらなる気孔率Ｐの向上及び導電性の向上を図る場合には、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃの下限を０．９５以上とすることが好ましい。
　本実施形態である銅多孔質体１０の製造方法について、図４のフロー図及び図５の工程図等を参照して説明する。
　まず、図５に示すように、上述した銅繊維１１を、散布機３１から黒鉛製容器３２内に向けて散布して嵩充填し、銅繊維１１を積層する（銅繊維積層工程Ｓ０１）。
　この銅繊維積層工程Ｓ０１では、充填後の嵩密度ＤＰが銅繊維１１の真密度ＤＴの４０％以下となるように複数の銅繊維１１を積層配置する。本実施形態では、銅繊維１１にねじり加工や曲げ加工等の形状付与加工が施されているので、積層時に銅繊維１１同士の間に立体的かつ等方的な空隙が確保されることになる。
　次に、黒鉛製容器３２内に嵩充填された銅繊維１１を、雰囲気加熱炉３３に装入し、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気において加熱して焼結する（焼結工程Ｓ０２）。
　本実施形態における焼結工程Ｓ０２の加熱条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、６００分以下の範囲内とされている。
　焼結工程Ｓ０２における保持温度が５００℃未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。焼結工程Ｓ０２における保持温度が１０５０℃を超える場合には、銅の融点近傍にまで加熱されることになり、導電性及び気孔率Ｐの低下がおこるおそれがある。
　以上のことから、本実施形態においては、焼結工程Ｓ０２における保持温度を５００℃以上、１０５０℃以下に設定している。銅繊維１１の焼結を確実に行うためには、焼結工程Ｓ０２における保持温度の下限を６００℃以上、保持温度の上限を１０００℃以下、とすることが好ましい。
　焼結工程Ｓ０２における保持時間が５分未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。焼結工程Ｓ０２における保持時間が６００分を超える場合には、焼結による熱収縮が大きくなるとともに気孔率Ｐが低下するおそれがある。
　以上のことから、本実施形態においては、焼結工程Ｓ０２における保持時間を５分以上、６００分以下の範囲内に設定している。銅繊維１１の焼結を確実に行うためには、焼結工程Ｓ０２における保持時間の下限を１０分以上、保持時間の上限を１８０分以下とすることが好ましい。
　焼結工程Ｓ０２における雰囲気は、水素ガス、ＲＸガス、アンモニア分解ガス、窒素－水素混合ガス、アルゴン－水素混合ガス等の還元性ガスを用いてもよいし、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いても良い。１００Ｐａ以下の真空雰囲気としてもよい。
　焼結工程Ｓ０２により、銅繊維１１同士の接触部分で焼結が進行し、銅繊維１１同士が結合されて骨格部１２が形成される。
　本実施形態では、上述のように焼結工程Ｓ０２を加圧することなく還元性雰囲気、不活性雰囲気及び真空雰囲気で実施しているので、銅繊維１１のバルク形状や表面形状が大きく変化することはなく、焼結前後において断面の円形度Ｃは殆ど変化しない。
　以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質体１０によれば、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２００以下の範囲内とされた銅繊維１１が焼結されることで骨格部１２が形成されているので、銅繊維１１同士の間に十分な空隙が確保されるとともに、焼結時における収縮率を抑えることができ、気孔率Ｐが高く、かつ寸法精度に優れている。
　本実施形態では、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃが０．９２以上とされているので、銅繊維１１同士の接触点数が十分に確保され、焼結後の導電性及び熱伝導性を向上させることが可能となるとともに、銅繊維１１同士の間に空隙を確保することができ、気孔率Ｐを高くすることが可能となる。
　よって、本実施形態によれば、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内と高く、かつ、優れた導電性及び熱伝導性を有する銅多孔質体１０を提供することが可能となる。
（第二の実施形態）
　本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
　図６に、本実施形態である銅多孔質複合部材１００を示す。この銅多孔質複合部材１００は、銅又は銅合金からなる銅板１２０（部材本体）と、この銅板１２０の表面に接合された銅多孔質体１１０と、を備えている。
　本実施形態に係る銅多孔質体１１０は、第一の実施形態と同様に、複数の銅繊維が焼結されて骨格部が形成されたものである。そして、本実施形態に係る銅多孔質体１１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされている。
　骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
　骨格部を形成する銅繊維は、長さ方向に直交する断面の円形度Ｃが０．９２以上の範囲とされている。
　本実施形態では、銅繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。本実施形態である銅多孔質体１１０においては、その見掛け密度比ＤＡが銅繊維の真密度ＤＴの５０％以下とされている。
　本実施形態である銅多孔質複合部材１００を製造する方法について、図７のフロー図を参照して説明する。
　まず、部材本体である銅板１２０を準備する（銅板配置工程Ｓ１００）。次に、この銅板１２０の表面に銅繊維を分散させて積層配置する（銅繊維積層工程Ｓ１０１）。この銅繊維積層工程Ｓ１０１では、嵩密度ＤＰが銅繊維の真密度ＤＴの４０％以下となるように複数の銅繊維を積層配置する。
　次に、銅板１２０の表面に積層配置された銅繊維同士を焼結して銅多孔質体１１０を成形するとともに銅多孔質体１１０と銅板１２０とを結合する（焼結及び接合工程Ｓ１０２）。
　本実施形態における焼結及び接合工程Ｓ１０２の加熱条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、６００分以下の範囲内とされている。
　焼結及び接合工程Ｓ１０２における雰囲気は、還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気とされており、具体的には、水素ガス、ＲＸガス、アンモニア分解ガス、窒素－水素混合ガス、アルゴン－水素混合ガス等の還元性ガスを用いてもよいし、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。１００Ｐａ以下の真空雰囲気としてもよい。
　この焼結及び接合工程Ｓ１０２により、銅繊維同士が焼結して銅多孔質体１１０が形成されるとともに、銅繊維と銅板１２０が焼結されて、銅多孔質体１１０と銅板１２０とが接合され、本実施形態である銅多孔質複合部材１００が製造される。
　以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質複合部材１００によれば、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維の断面の円形度Ｃが０．９２以上の範囲とされているので、銅繊維同士の接触点数が十分に確保され、導電性及び熱伝導性を向上させることが可能となるとともに、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、銅多孔質体１１０の気孔率Ｐを高くすることが可能となる。
　その結果、銅多孔質複合部材１００を蒸発器などの熱交換部材に用いた場合の熱交換効率や保水性、蒸発効率等の各種特性を大幅に向上させることが可能となる。
　本実施形態である銅多孔質複合部材１００の製造方法によれば、銅及び銅合金からなる銅板１２０の表面に銅繊維を積層配置し、焼結及び接合工程Ｓ１０２によって焼結と接合を同時に実施しているので、製造プロセスを簡略化することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、図５に示す製造設備を用いて、銅多孔質体を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造設備を用いて銅多孔質体を製造してもよい。
　本発明においては、無酸素銅（例えばＪＩＳ　Ｃ１０２０）からなる銅繊維を用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、りん脱酸銅（例えばＪＩＳ　Ｃ１２０１、Ｃ１２２０）やタフピッチ銅（例えばＪＩＳ　Ｃ１１００）などの純銅、Ｃｒ銅（例えばＣ１８２００）やＣｒ－Ｚｒ銅（例えばＣ１８１５０）などの高導電性の銅合金を用いてもよい。
　さらに、第二の実施形態では、銅多孔質体と部材本体の接合部に焼結層が形成されている接合方法を望ましい方法として例示したが、これに限定されることはなく、各種溶接法(例えばレーザー溶接法、抵抗溶接法)や低温で溶融するロウ材を用いたロウ付け法による接合方法によって、銅多孔質体と部材本体を接合してもよい。
　第二の実施形態では、図６に示す構造の銅多孔質複合部材を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、図８から図１５に示すような構造の銅多孔質複合部材であってもよい。
　例えば、図８に示すように、銅多孔質体２１０の中に、部材本体として複数の銅管２２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材２００であってもよい。
　図９に示すように、銅多孔質体３１０の中に、部材本体としてＵ字状に湾曲された銅管３２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材３００であってもよい。
　図１０に示すように、部材本体である銅管４２０の内周面に銅多孔質体４１０を接合した構造の銅多孔質複合部材４００であってもよい。
　図１１に示すように、部材本体である銅管５２０の外周面に銅多孔質体５１０を接合した構造の銅多孔質複合部材５００であってもよい。
　図１２に示すように、部材本体である銅管６２０の内周面及び外周面に銅多孔質体６１０を接合した構造の銅多孔質複合部材６００であってもよい。
　図１３に示すように、部材本体である銅板７２０の両面に銅多孔質体７１０を接合した構造の銅多孔質複合部材７００であってもよい。
　図１４に示すように、部材本体である銅管８２０の内部に銅多孔質体８１０を接合した構造の銅多孔質複合部材８００であってもよい。
　図１５に示すように、部材本体である扁平銅管９２０の内面に銅多孔質体９１０を接合した構造の銅多孔質複合部材９００であってもよい。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　表１に示す焼結原料（銅繊維）を用いて、上述の実施形態で示した製造方法により、幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍの銅多孔質焼結体を製造した。原料となる銅繊維の直径Ｒ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、円形度Ｃは、以下のように測定した。
　また、得られた銅多孔質焼結体についても、骨格部を形成する銅繊維の断面の直径Ｒ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、円形度Ｃ、気孔率、気孔率規格化導電率について、以下のように評価した。評価結果を表２に示す。
（銅繊維の直径Ｒ）
　焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維の長さ方向に直交する断面を光学顕微鏡で観察し、撮影された画像から画像処理ソフト「Ｉｍａｇｅ　Ｊ」を用いて円換算径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）Ｒ＝（Ａ／π）０．５×２を算出した。同操作を、２０箇所の断面において実施し、それらの単純平均値を銅繊維の直径Ｒとした。
（長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ）
　銅繊維の長さＬは、焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維に対してマルバーン社製粒子解析装置「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ　Ｇ３」を用いて乾式粒子画像分析を測定個数が１００以上となるよう実施し、測定値の単純平均値から算出した。算出された長さＬと直径Ｒから、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを算出した。
（断面の円形度Ｃ）
　焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維の長さ方向に直交する断面を光学顕微鏡で観察し、撮影された画像から画像処理ソフト「Ｉｍａｇｅ　Ｊ」を用いて断面積Ａ（ｍｍ２）、及び周長Ｑ（ｍｍ）を算出した。同操作を、２０箇所の断面において実施し、それらの単純平均値を用いて円形度Ｃを以下の式で算出した。
　円形度Ｃ＝（４πＡ）０．５／Ｑ
（気孔率Ｐ）
　精密天秤を用いて水中法により真密度ＤＴ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式で気孔率Ｐを算出した。銅多孔質焼結体の質量をｍ（ｇ）、銅多孔質焼結体の体積をＶ（ｃｍ３）とした。
　気孔率Ｐ（％）＝（１－（ｍ／（Ｖ×ＤＴ）））×１００
（気孔率規格化導電率）
　幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍの板状に切り出したサンプルを用いて、ＪＩＳ　Ｃ　２５２５（ＩＥＣ６０４６８を参考）に準拠し、日置電機社製マイクロオームハイテスター３２２７を用いて、電圧端子間隔１５０ｍｍ、測定電流０．５Ａの条件にて４端子法により導電率σＰ（％ＩＡＣＳ）を測定した。そして、以下の式により、気孔率規格化導電率σＮを算出した。
　気孔率規格化導電率σＮ（％ＩＡＣＳ）＝σＰ×（１／ＤＡ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明例１－１２、比較例１－６のいずれにおいても、焼結原料となる銅繊維と、銅多孔質焼結体から取り出された銅繊維とで、直径Ｒ、長さＬと前記直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、断面の円形度Ｃについて、大きく変化していないことが確認された。
　銅繊維の直径Ｒが０．００５ｍｍとされた比較例１及び銅繊維の直径Ｒが１．２０ｍｍとされた比較例２においては、銅多孔質焼結体の気孔率規格化導電率が低くなっていることが確認される。
　銅繊維の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが３とされた比較例３においては、気孔率Ｐが４７％と低くなった。
　銅繊維の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２５０とされた比較例４においては、気孔率規格化導電率が低くなっている。これは、部分的に空隙が大きな箇所が存在し、内部の伝導パスの均一性が大幅に低下したためと推測される。
　銅繊維の断面の円形度Ｃが０．８０とされた比較例５及び円形度Ｃが０．５３とされた比較例６においては、気孔率規格化導電率が低くなった。これは銅繊維同士の接触点が少なくなったためと推測される。
　これに対して、本発明例の銅多孔質焼結体においては、気孔率が５０％以上と高く、かつ、気孔率規格化導電率も十分に確保されていた。なお、本発明例の銅多孔質焼結体においては、電気伝導と同じく自由電子をキャリアとする熱伝導率においても優れていることになる。
　以上のことから、本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な導電性及び熱伝導性を有する高品質の銅多孔質焼結体を提供可能であることが確認された。
　本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な導電性及び熱伝導性を有する銅多孔質体、この銅多孔質体が部材本体に接合された銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することができる。
１０、１１０　銅多孔質体
１１　銅繊維
１２　骨格部
１００　銅多孔質複合部材
１２０　銅板（部材本体）

Claims (6)

  1. 　複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体であって、
    　前記骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．９２以上とされており、
    　気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされていることを特徴とする銅多孔質体。
  2. 　部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材であって、
    　前記銅多孔質体が請求項１に記載の銅多孔質体であることを特徴とする銅多孔質複合部材。
  3. 　前記部材本体のうち前記銅多孔質体との接合面が銅又は銅合金で構成され、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされていることを特徴とする請求項２に記載の銅多孔質複合部材。
  4. 　複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体の製造方法であって、
    　直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、その断面の円形度が０．９２以上とされた前記銅繊維を積層する銅繊維積層工程と、
    　積層された複数の前記銅繊維同士を焼結する焼結工程と、を備えていることを特徴とする銅多孔質体の製造方法。
  5. 　部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材の製造方法であって、
    　請求項１に記載の銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えていることを特徴とする銅多孔質複合部材の製造方法。
  6. 　前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記接合工程は、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することを特徴とする請求項５に記載の銅多孔質複合部材の製造方法。
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