WO2023243225A1 - 結晶性グラファイト材と金属材の接合材およびその製造方法 - Google Patents

結晶性グラファイト材と金属材の接合材およびその製造方法 Download PDF

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metal
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metal material
crystalline
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直巳 西木
涼 桑原
崇 鶴田
秀敏 北浦
茂樹 坂口
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment

Definitions

  • the present disclosure relates to a bonding material for a crystalline graphite material and a metal material that can be used for heat diffusion materials, heat spreaders, etc. that require high thermal conductivity, and a method for manufacturing the same.
  • crystalline graphite material Since crystalline graphite material has high thermal conductivity, it is expected to be used as a heat diffusion material, heat spreader, etc. However, crystalline graphite materials have a strength difference of 50 times or more between the plane direction and the thickness direction, making it difficult to process screw holes and the like. Furthermore, since the crystalline graphite material is a sublimation material, it cannot be melted and bonded in a normal environment. Therefore, for installation, it is required that the crystalline graphite material be bonded to a metal material with high thermal conductivity that does not impair heat conduction.
  • the crystalline graphite material has a crystal structure in which six-membered ring crystal network structures are stacked.
  • the plane of the six-membered ring crystal network is called the basal plane 11. Since there are free bonds at the edge 12 of the basal surface, metal atoms can bond thereto. On the other hand, there are only ⁇ electrons in the plane of the basal plane 11, making it difficult to bond metal atoms.
  • the graphite material traditionally used is made by solidifying fine graphite powder by sintering, etc., and has bonding elements that can bond with metal atoms in all directions, so it can be used with metals, including coatings such as plating. It is possible to join with materials.
  • Patent No. 6590322 Japanese Patent Application Publication No. 2018-104251
  • a bonding material includes a crystalline graphite material and a metal material, and the crystalline graphite material has a carbon purity of 99.9% or more and a thermal conductivity in the in-plane direction of 600 W/m ⁇ K. or more, and the degree of anisotropy due to at least one of electrical conduction and thermal conduction in the in-plane direction and thickness direction of the basal surface is 50 or more, and the metal material is made of iron, nickel, tungsten, copper, or aluminum.
  • the crystalline graphite material contains at least one selected metal, and in the thickness direction of the basal plane of the crystalline graphite material, crystallinity
  • the graphite material is joined to the metal material, and at the end of the basal surface, the crystalline graphite material is joined to the metal material via the metal carbide.
  • a method for manufacturing a bonding material between a crystalline graphite material and a metal material includes placing the crystalline graphite material and the metal material in a heating furnace with the metal material overlaid on the basal surface of the crystalline graphite material. installation step, a step of heating and pressurizing the crystalline graphite material and metal material with the atmosphere inside the heating furnace mixed with inert gas and air, and a step of cooling the heating furnace to room temperature and heating it.
  • the heating and pressurizing step which includes the step of taking out the bonding material between the crystalline graphite material and the metal material from the furnace, 0.1 vol% to 4 vol% of air is mixed with the inert gas and flowed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a six-membered ring crystal network structure of a crystalline graphite material.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a bonding material in which a crystalline graphite material and a metal material are bonded together according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing Table 1 that summarizes a list of conditions and results for Examples and Comparative Examples.
  • the crystalline graphite material has a coefficient of thermal expansion of approximately "0" in the in-plane direction of the basal plane 11, while a coefficient of thermal expansion in the direction perpendicular to the basal plane 11 is comparable to that of metal.
  • a crystalline graphite material In order to bond a crystalline graphite material to a metal plate, which is one of the metal materials, it is necessary to raise the temperature. However, since the metal plate expands thermally, cracks occur due to the difference in thermal expansion between the metal plate and the crystalline graphite material, making it difficult to join the metal plate and the crystalline graphite material.
  • the present inventors have discovered that a metal oxide and a metal carbide are provided between the basal plane of the crystalline graphite material and the metal material as a layer to alleviate the difference in thermal expansion between the crystalline graphite material and the metal material. , resulting in the bonding material of the present disclosure.
  • the structure of the bonding material described above can be obtained by heating and pressurizing a metal material layered on the basal surface of a crystalline graphite material while mixing a small amount of air into an inert gas. The inventors have discovered that this can be done, and have arrived at a method for manufacturing a bonding material between a crystalline graphite material and a metal material according to the present disclosure.
  • the present disclosure aims to solve the conventional problems and to provide a bonding material in which a basal surface of a crystalline graphite material and a metal material are bonded together.
  • the bonding material according to the first aspect includes a crystalline graphite material and a metal material, and the crystalline graphite material has a carbon purity of 99.9% or more and an in-plane thermal conductivity of 600 W/m ⁇ K or more. and the degree of anisotropy due to at least one of electrical conduction and thermal conduction in the in-plane direction and the thickness direction of the basal surface is 50 or more, and the metal material is selected from iron, nickel, tungsten, copper, and aluminum.
  • the crystalline graphite material is formed through a metal oxide containing at least one metal and a metal carbide containing at least one metal. is joined to the metal material, and at the end of the basal surface, the crystalline graphite material is joined to the metal material via the metal carbide.
  • the carbon content of the metal carbide in contact with the crystalline graphite material may be 0.001 atm% to 10 atm%.
  • the metal oxide interposed between the metal carbide and the crystalline graphite material has an oxygen content of 0.1 atm% to 5 atm%. There may be.
  • a method for manufacturing a bonding material between a crystalline graphite material and a metal material includes placing the crystalline graphite material and the metal material in a heating furnace with the metal material being stacked on the basal surface of the crystalline graphite material. a step of heating and pressurizing the crystalline graphite material and metal material with the atmosphere in the heating furnace mixed with inert gas and air; and a step of cooling the heating furnace to room temperature and heating and pressurizing it. In the heating and pressurizing step, 0.1 vol% to 4 vol% of air is mixed with the inert gas and flowed.
  • the bonding material between a crystalline graphite material and a metal material according to the present disclosure enables processes such as screw hole drilling and soldering on the metal part, and the high thermal conductivity of the crystalline graphite material can be used as a heat diffusion material or a heat spreader. It will be widely used as a heat countermeasure material.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a bonding material obtained by bonding a crystalline graphite material 21 and a metal material 22 according to the first embodiment.
  • the bonding material according to the first embodiment includes a crystalline graphite material 21 and a metal material 22.
  • the crystalline graphite material 21 has a carbon purity of 99.9% or more, a thermal conductivity in the plane direction of 600 W/m ⁇ K or more, and at least electrical conduction and thermal conduction in the basal plane direction and the thickness direction. The degree of anisotropy on one side is 50 or more.
  • the metal material 22 includes at least one selected from iron, nickel, tungsten, copper, and aluminum. In the thickness direction of the basal surface 11 of the crystalline graphite material 21, the crystalline graphite material 21 is joined to the metal material 22 via the metal oxide layer 23 and the metal carbide layer 24. At the end portion 12 of the basal surface of the crystalline graphite material 21, the crystalline graphite material 21 is joined to the metal material 22 via the metal carbide layer 24.
  • ⁇ Crystalline graphite material> As the crystalline graphite material 21, for example, a graphite plate produced by using polyimide as a starting material and heating it at 2500° C. or higher may be used. Note that the material is not limited to this, and a graphite sheet, graphite plate, etc. having anisotropy may also be used. Anisotropy here means that when the conductivity (at least one of thermal conductivity and electrical conductivity) is compared in the in-plane direction and the thickness direction, the conductivity in the in-plane direction of the basal surface is higher than that in the thickness direction. The conductivity is more than 50 times that of . Further, it is desirable that the graphite plate has a thermal conductivity in the in-plane direction of 600 W/m ⁇ K or more, preferably 800 W/m ⁇ K or more.
  • the crystalline graphite material has a crystal structure in which six-membered ring crystal network structures are stacked.
  • FIG. 1 shows a six-membered ring crystal network structure having three layers, the structure is not limited to this.
  • the metal material may contain at least one selected from iron, nickel, tungsten, copper, and aluminum.
  • This bonding material between a crystalline graphite material and a metal material can be manufactured by the following steps.
  • the crystalline graphite material 21 and the metal plate 22 are placed in a heating furnace with, for example, a metal plate 22 stacked on the basal surface of the crystalline graphite material 21 as the metal material 22.
  • the thickness of the crystalline graphite material may be 0.1 mm or more and 10 mm or less, and preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less.
  • the thickness of the metal plate 22 may be 0.1 mm or more and 10 mm or less, and preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less.
  • both the crystalline graphite material and the metal plate can be joined even in larger sizes.
  • the size of the resulting bonding material is determined by the size of the heating furnace used during production.
  • the set maximum temperature varies depending on the metal material used, and after being maintained at the set maximum temperature for a certain period of time, the temperature is lowered to room temperature.
  • the pressure for controlling the thickness is preferably in the range of 1 MPa or more and 20 MPa or less per 1 cm square, preferably 5 MPa or more and 10 MPa or less.
  • the heat treatment is performed in an inert gas flow. Air is mixed with the inert gas until the maximum set temperature is maintained.
  • the amount of air mixed into the inert gas is preferably 0.1 vol% or more and 4 vol% or less, preferably 0.3 vol% or more and 2 vol% or less. This is to form a layer that alleviates the difference in thermal expansion between the crystalline graphite material and the metal material.
  • a metal oxide layer 23 and a metal carbide layer 24 are formed on the basal surface. On the other hand, only the metal carbide layer 24 may be formed at the end of the basal surface.
  • the metal carbide layer 24 contains carbon in the metal from 0.001 atm% to 10 atm%.
  • the metal oxide layer 23 contains oxygen atoms of 0.1 atm % or more and 5 atm % or less.
  • a bonding material containing a crystalline graphite material and a metal material was produced.
  • the crystalline graphite material was made by heat treating a polyimide film.
  • the crystalline graphite material has dimensions of 50 mm x 50 mm x 1 mm thickness.
  • a metal plate which is an example of a metal material, has dimensions of 60 mm x 60 mm x 2 mm thickness.
  • the temperature increase/decrease rate was 10° C./min, and the temperature was maintained at the set maximum temperature for 1 hour to stabilize the temperature.
  • Argon gas was used as the inert gas and was flowed at a flow rate of 1 L/min.
  • the evaluation was passed if both the crystalline graphite material and the metal material retained their shape, and when the pasted surface was peeled off, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal side with an area of 30% or more. .
  • Example 1 A basal surface of a crystalline graphite material was placed on an iron plate, which is a metal material, and heat treatment was performed at a set maximum temperature of 1500°C.
  • the maximum temperature setting is preferably 1400°C to 1600°C.
  • the crystalline graphite material was in close contact with the iron plate. When the crystalline graphite material was peeled off from the iron plate, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal material side.
  • Example 2 The basal surface of the crystalline graphite material was placed on a nickel plate, which is a metal material, and heat treatment was performed at a set maximum temperature of 1450°C. When using a nickel plate as the metal material, a suitable maximum temperature setting is 1400°C to 1550°C. The crystalline graphite material was in close contact with the nickel plate. When the crystalline graphite material was peeled off from the nickel plate, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal material side.
  • Example 3 A basal surface of a crystalline graphite material was placed on a tungsten plate, which is a metal material, and heat treatment was performed at a set maximum temperature of 1200°C. When using a tungsten plate as the metal material, a suitable maximum temperature setting is 1150°C to 1300°C. The crystalline graphite material was in close contact with the tungsten plate. When the crystalline graphite material was peeled off from the tungsten plate, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal material side.
  • Example 4 A basal surface of a crystalline graphite material was placed on a copper plate, which is a metal material, and heat treatment was performed at a set maximum temperature of 1100°C. When using a copper plate as the metal material, a suitable maximum temperature setting is 1050°C to 1150°C. The crystalline graphite material was in close contact with the copper plate. When the crystalline graphite material was peeled off from the copper plate, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal material side.
  • Example 5 A basal surface of a crystalline graphite material was placed on an aluminum plate, which is a metal material, and heat treatment was performed at a set maximum temperature of 660°C. When using an aluminum plate as the metal material, a suitable maximum temperature setting is 620°C to 700°C. The crystalline graphite material was in close contact with the aluminum plate. When the crystalline graphite material was peeled off from the aluminum plate, peeled pieces of the crystalline graphite material remained on the metal material side.
  • the bonding material between a crystalline graphite material and a metal material according to the present disclosure can be used for heat diffusion materials, heat spreaders, etc. that require high thermal conductivity.

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Abstract

接合材は、結晶性グラファイト材と金属材とを含む。結晶性グラファイト材は、炭素純度９９．９％以上で、面方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、ベーサル面の面内方向と厚さ方向との電気伝導および熱伝導の少なくとも一方による異方度が５０以上であり、金属材は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種の金属を含み、結晶性グラファイト材のベーサル面の厚さ方向には、少なくとも１種の金属を含む金属酸化物と少なくとも１種の金属を含む金属炭化物とを介して結晶性グラファイト材が金属材と接合され、ベーサル面の端部では、金属炭化物を介して結晶性グラファイト材が金属材と接合されている。

Description

結晶性グラファイト材と金属材の接合材およびその製造方法
　本開示は、高熱伝導を必要とする熱拡散材やヒートスプレッダー等に使用可能な結晶性グラファイト材と金属材の接合材およびその製造方法に関する。
　結晶性グラファイト材は、高い熱伝導率を有するので、熱拡散材やヒートスプレッダー等として活用が期待されている。しかし、結晶性グラファイト材は、面方向と厚さ方向との強度差が５０倍以上あり、ネジ穴等の加工が難しい。また、結晶性グラファイト材は、昇華物質なので、通常の環境では、溶融させて接合することができない。そこで、取り付けのために、結晶性グラファイト材は、熱伝導を損なわない熱伝導率の高い金属材との貼合わせが求められている。
　結晶性グラファイト材は、図１のように、六員環結晶網目構造が積み重なった結晶構造を有している。その六員環結晶網目の面がベーサル面１１と呼ばれている。ベーサル面の端部１２には自由な結合子があるため、金属原子が結合できる。一方、ベーサル面１１の面内にはπ電子しかなく、金属原子の結合が難しい。従来からグラファイト材として使用されているものは、グラファイト微小粉を焼結等で固めたものであり、金属原子と結合できる結合子がどの方向にも出ているのでメッキ等のコーティングを含め、金属材との接合が可能である。
　これに対して、結晶性グラファイト材のベーサル面１１と他材料とを接合する方法としては、例えば、特許文献１では、結晶性グラファイト材のベーサル面１１とシリコン板とを接合している。また、結晶性グラファイト粉末のベーサル面の端部１２と金属材との接合は、例えば、特許文献２に記載がある。
特許第６５９０３２２号公報 特開２０１８－１０４２５１号公報
　本開示の一態様に係る接合材は、結晶性グラファイト材と金属材と、を備え、結晶性グラファイト材は、炭素純度９９．９％以上で、面方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、ベーサル面の面内方向と厚さ方向との電気伝導および熱伝導の少なくとも一方による異方度が５０以上であり、金属材は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種の金属を含み、結晶性グラファイト材のベーサル面の厚さ方向では、少なくとも１種の金属を含む金属酸化物と少なくとも１種の金属を含む金属炭化物とを介して結晶性グラファイト材が金属材と接合され、ベーサル面の端部では、金属炭化物を介して結晶性グラファイト材が金属材と接合されている。
　本開示の一態様に係る結晶性グラファイト材と金属材との接合材の製造方法は、結晶性グラファイト材のベーサル面に金属材を重ねた状態で結晶性グラファイト材および金属材を加熱炉内に設置するステップと、加熱炉内の雰囲気を不活性ガスに空気を混入させた状態として、結晶性グラファイト材および金属材に加熱および加圧を行うステップと、加熱炉を室温まで降温させて、加熱炉から結晶性グラファイト材と金属材との接合材を取り出すステップと、を含み、加熱および加圧を行うステップにおいて、不活性ガスに０．１ｖｏｌ％～４ｖｏｌ％の空気を混入して流す。
結晶性グラファイト材の六員環結晶網目構造の模式図である。 実施の形態１に係る結晶性グラファイト材と金属材とを接合した接合材の断面構造を示す模式断面図である。 実施例と比較例との条件及び結果の一覧をまとめた表１を示す図である。
　（本発明に至る経緯）
　高熱伝導性を必要とする熱拡散材やヒートスプレッダー等に使用するために、結晶性グラファイト材のベーサル面１１と金属材とを貼合わせた板が求められる。
　結晶性グラファイト材は、ベーサル面１１の面内方向の熱膨張率がほぼ“０”であり、その一方、ベーサル面１１と垂直方向には金属並みの熱膨張率を有している。結晶性グラファイト材を金属材の一つである金属板と貼合わせるためには、温度を上げる必要がある。しかし、金属板は熱膨張するため、金属板と結晶性グラファイト材の熱膨張差による亀裂が発生し、金属板と結晶性グラファイト材の接合が難しいという課題があった。
　本発明者らは、結晶性グラファイト材のベーサル面と金属材との間に金属酸化物と金属炭化物とを結晶性グラファイト材と金属材との間の熱膨張差の緩和層として設けることを見出し、本開示の接合材に至った。また、結晶性グラファイト材のベーサル面に金属材を重ねた状態で、不活性ガスに微量の空気を混入させた状態として、加熱および加圧を行うことによって、上記接合材の構造を得ることができることを見出し、本開示に係る結晶性グラファイト材と金属材との接合材の製造方法に至った。
　本開示は、従来課題を解決するもので、結晶性グラファイト材のベーサル面と金属材とを貼り合わせた接合材を提供することを目的とする。
　第１の態様に係る接合材は、結晶性グラファイト材と金属材とを備え、結晶性グラファイト材は、炭素純度９９．９％以上で、面方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、ベーサル面の面内方向と厚さ方向との電気伝導および熱伝導の少なくとも一方による異方度が５０以上であり、金属材は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種の金属を含み、結晶性グラファイト材のベーサル面の厚さ方向では、少なくとも１種の金属を含む金属酸化物と少なくとも１種の金属を含む金属炭化物とを介して結晶性グラファイト材が金属材と接合され、ベーサル面の端部では、金属炭化物を介して結晶性グラファイト材が金属材と接合されている。
　第２の態様に係る接合材は、上記第１の態様において、結晶性グラファイト材に接する金属炭化物の炭素含有量は、０．００１ａｔｍ％～１０ａｔｍ％であってもよい。
　第３の態様に係る接合材は、上記第１又は第２の態様において、金属炭化物と結晶性グラファイト材との間に介在する金属酸化物の酸素含有量は、０．１ａｔｍ％～５ａｔｍ％であってもよい。
　第４の態様に係る結晶性グラファイト材と金属材との接合材の製造方法は、結晶性グラファイト材のベーサル面に金属材を重ねた状態で結晶性グラファイト材および金属材を加熱炉内に設置するステップと、加熱炉内の雰囲気を不活性ガスに空気を混入させた状態として、結晶性グラファイト材および金属材に加熱および加圧を行うステップと、加熱炉を室温まで降温させて、加熱炉から結晶性グラファイト材と金属材との接合材を取り出すステップと、を含み、加熱および加圧を行うステップにおいて、不活性ガスに０．１ｖｏｌ％～４ｖｏｌ％の空気を混入して流す。
　本開示に係る結晶性グラファイト材と金属材との接合材は、金属部分にネジ穴加工やはんだ付け等の加工が可能となり、結晶性グラファイト材の高い熱伝導率を熱拡散材やヒートスプレッダー等の熱対策材として広く活用できるようになる。
　以下、本開示の実施の形態に係る結晶性グラファイト材と金属材との接合材及びその製造方法について説明する。
　（実施の形態１）
　＜結晶性グラファイト材と金属材との接合材＞
　図２は、実施の形態１に係る結晶性グラファイト材２１と金属材２２とを接合した接合材の断面構造を示す模式断面図である。
　実施の形態１に係る接合材は、結晶性グラファイト材２１と金属材２２とを備える。結晶性グラファイト材２１は、炭素純度９９．９％以上で、面方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、ベーサル面方向と厚さ方向との電気伝導および熱伝導の少なくとも一方による異方度が５０以上である。金属材２２は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種を含む。結晶性グラファイト材２１のベーサル面１１の厚さ方向では、金属酸化物層２３と金属炭化物層２４とを介して結晶性グラファイト材２１が金属材２２と接合されている。結晶性グラファイト材２１のベーサル面の端部１２では、金属炭化物層２４を介して結晶性グラファイト材２１が金属材２２と接合されている。
　以下に、この接合材の構成を説明する。
　＜結晶性グラファイト材＞
　結晶性グラファイト材２１は、例えば、ポリイミドを出発原料とし、２５００℃以上で加熱することにより作製したグラファイト板を用いてもよい。なお、これに限られず、異方性を有するグラファイトシート、グラファイトプレート等でも可能である。ここでいう異方性とは、伝導率（熱伝導率および電気伝導率の少なくとも一方）を面内方向と厚さ方向とで比較した場合、ベーサル面の面内方向の伝導率が厚さ方向の伝導率の５０倍以上あることである。また、そのグラファイト板の面方向の熱伝導率は、６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは８００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あることが望ましい。
　また、結晶性グラファイト材は、図１に示すように、六員環結晶網目構造が積み重なった結晶構造を有する。図１では、六員環結晶網目構造が３層になったものを示しているが、これに限られない。
　＜金属材＞
　金属材は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種を含んでいればよい。
　＜結晶性グラファイト材と金属材との接合材の製造方法＞
　この結晶性グラファイト材と金属材との接合材は、以下のステップによって製造することができる。
　（１）結晶性グラファイト材２１のベーサル面に金属材２２として、例えば、金属板２２を重ねた状態で結晶性グラファイト材２１および金属板２２を加熱炉内に設置する。
　結晶性グラファイト材の厚さは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればよく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が望ましい。金属板２２の厚さは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればよく、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が望ましい。ただし、結晶性グラファイト材および金属板は、共に、それ以上のサイズでも接合可能である。
　（２）加熱炉内の雰囲気を不活性ガスに微量の空気を混入させた状態として、結晶性グラファイト材２１および金属板２２に加熱および加圧を行う。
　得られる接合材の大きさは作製する際の加熱炉の大きさより決定される。設定最高温度は用いる金属材によって異なり、設定最高温度で一定時間保持の後、室温まで降温する。
　厚み制御を行うための加圧は、例えば、１ｃｍ２角当たり１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の範囲内がよく、好ましくは５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が望ましい。
　熱処理は、不活性ガスフロー中で行われる。設定最高温度の保持途中まで空気が不活性ガスに混入される。空気の混入量は不活性ガスに対して０．１ｖｏｌ％以上４ｖｏｌ％以下が良く、好ましくは０．３ｖｏｌ％以上２ｖｏｌ％以下が望ましい。これは、結晶性グラファイト材と金属材との熱膨張差の緩和層を形成させるためである。ベーサル面には、金属酸化物層２３と金属炭化物層２４とが形成される。一方、ベーサル面の端部には金属炭化物層２４だけが形成されてもよい。
　（３）加熱炉を室温まで降温させて、加熱炉から結晶性グラファイト材と金属材との接合材を加熱炉から取り出す。
　以上によって、結晶性グラファイト材と金属材との接合材を得ることができる。
　金属炭化物層２４は、金属内に炭素を０．００１ａｔｍ％以上１０ａｔｍ％以下含有している。金属酸化物層２３は、酸素原子を０．１ａｔｍ％以上５ａｔｍ％以下含有している。
　この実施例及び比較例では、結晶性グラファイト材および金属材を含む接合材を作製した。結晶性グラファイト材は、ポリイミドフィルムを加熱処理して作製された。結晶性グラファイト材は、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの寸法を有する。金属材の一例である金属板は、６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚さ２ｍｍの寸法を有する。昇降温速度は１０℃／分であり、設定最高温度で温度を安定させるために１時間保持を行った。不活性ガスにはアルゴンガスを用い、１Ｌ／分の流量で流した。空気の混入は１ｖｏｌ％で、設定最高温度到達後に混入を停止しアルゴンガスだけを流した。厚み制御を行うための加圧は２００ＭＰａで行った。実施例と比較例との条件及び評価結果の一覧を図３の表１にまとめた。
　評価は、結晶性グラファイト材も金属材も形状を保持しており、かつ、貼り付け面を剥がした時、結晶性グラファイト材の剥離片が金属側に面積で３０％以上残るものを合格とした。
　（実施例１）
　金属材である鉄板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は１５００℃で熱処理を行った。金属材として鉄板を用いる場合、設定最高温度は、１４００℃～１６００℃が適している。結晶性グラファイト材は鉄板に密着していた。鉄板から結晶性グラファイト材を引き剥がすと、結晶性グラファイト材の剥離片が金属材側に残留した。
　（実施例２）
　金属材であるニッケル板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１４５０℃で熱処理を行った。金属材としてニッケル板を用いる場合、設定最高温度は、１４００℃～１５５０℃が適している。結晶性グラファイト材はニッケル板に密着していた。ニッケル板から結晶性グラファイト材を引き剥がすと、結晶性グラファイト材の剥離片が金属材側に残留した。
　（実施例３）
　金属材であるタングステン板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１２００℃で熱処理を行った。金属材としてタングステン板を用いる場合、設定最高温度は、１１５０℃～１３００℃が適している。結晶性グラファイト材はタングステン板に密着していた。タングステン板から結晶性グラファイト材を引き剥がすと、結晶性グラファイト材の剥離片が金属材側に残留した。
　（実施例４）
　金属材である銅板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１１００℃で熱処理を行った。金属材として銅板を用いる場合、設定最高温度は、１０５０℃～１１５０℃が適している。結晶性グラファイト材は銅板に密着していた。銅板から結晶性グラファイト材を引き剥がすと、結晶性グラファイト材の剥離片が金属材側に残留した。
　（実施例５）
　金属材であるアルミニウム板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、６６０℃で熱処理を行った。金属材としてアルミニウム板を用いる場合、設定最高温度は、６２０℃～７００℃が適している。結晶性グラファイト材はアルミニウム板に密着していた。アルミニウム板から結晶性グラファイト材を引き剥がすと、結晶性グラファイト材の剥離片が金属材側に残留した。
　（比較例１－１）
　金属材である鉄板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１３５０℃で熱処理を行った。結晶性グラファイト材と鉄板の間に空隙があり、これらは密着していなかった。
　（比較例１－２）
　金属材である鉄板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１７００℃で熱処理を行った。鉄板が溶解し、結晶性グラファイト材上で鉄材が玉になった。
　（比較例２－１）
　金属材であるニッケル板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１３００℃で熱処理を行った。結晶性グラファイト材とニッケル板との間に空隙があり、これらは密着していなかった。
　（比較例２－２）
　金属材であるニッケル板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１６００℃で熱処理を行った。ニッケル板が溶解し、結晶性グラファイト材上でニッケル材が玉になった。
　（比較例３－１）
　金属材であるタングステン板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１１００℃で熱処理を行った。結晶性グラファイト材とタングステン板との間に空隙があり、これらは密着していなかった。
　（比較例３－２）
　金属材であるタングステン板に結晶性グラファイト材を重ね、設定最高温度は、１３５０℃で熱処理を行った。タングステン板が溶解し、結晶性グラファイト材上でタングステン材が玉になった。
　（比較例４－１）
　金属材である銅板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１０００℃で熱処理を行った。結晶性グラファイト材と銅板との間に空隙があり、これらは密着していなかった。
　（比較例４－２）
　金属材である銅板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、１２００℃で熱処理を行った。銅板が溶解し、結晶性グラファイト材上で銅材が玉になった。
　（比較例５－１）
　金属材であるアルミニウム板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、６００℃で熱処理を行った。結晶性グラファイト材とアルミニウム板との間に空隙があり、これらは密着していなかった。
　（比較例５－２）
　金属材であるアルミニウム板に結晶性グラファイト材のベーサル面を重ね、設定最高温度は、７３０℃で熱処理を行った。アルミニウム板が溶解し、結晶性グラファイト材上でアルミニウム材が玉になった。
　本開示に係る結晶性グラファイト材と金属材の接合材は、高熱伝導を必要とする熱拡散材やヒートスプレッダー等に使用することができる。
　１１　　　ベーサル面
　１２　　　ベーサル面の端部
　１３　　　炭素原子
　２１　　　結晶性グラファイト材
　２２　　　金属材（金属板）
　２３　　　金属酸化物層
　２４　　　金属炭化物層

Claims (4)

  1. 　結晶性グラファイト材と、
    　金属材と、を備え、
    　前記結晶性グラファイト材は、炭素純度９９．９％以上で、面方向の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、ベーサル面の面内方向と厚さ方向との電気伝導および熱伝導の少なくとも一方による異方度が５０以上であり、
    　前記金属材は、鉄、ニッケル、タングステン、銅、アルミニウムから選択される少なくとも１種の金属を含み、
    　前記結晶性グラファイト材の前記ベーサル面の厚さ方向には、前記少なくとも１種の金属を含む金属酸化物と前記少なくとも１種の金属を含む金属炭化物とを介して前記結晶性グラファイト材が前記金属材と接合され、前記ベーサル面の端部では、前記金属炭化物を介して前記結晶性グラファイト材が前記金属材と接合されている、結晶性グラファイト材と金属材との接合材。
  2. 　前記結晶性グラファイト材に接する前記金属炭化物の炭素含有量は、０．００１ａｔｍ％～１０ａｔｍ％である、請求項１に記載の結晶性グラファイト材と金属材との接合材。
  3. 　前記金属炭化物と前記結晶性グラファイト材との間に介在する前記金属酸化物の酸素含有量は、０．１ａｔｍ％～５ａｔｍ％である、請求項１又は２に記載の結晶性グラファイト材と金属材との接合材。
  4. 　結晶性グラファイト材のベーサル面に金属材を重ねた状態で前記結晶性グラファイト材および前記金属材を加熱炉内に設置するステップと、
    　前記加熱炉内の雰囲気を不活性ガスに空気を混入させた状態として、前記結晶性グラファイト材および前記金属材に加熱および加圧を行うステップと、
    　前記加熱炉を室温まで降温させて、前記加熱炉から結晶性グラファイト材と金属材との接合材を取り出すステップと、
    を含み、
    　前記加熱および加圧を行うステップにおいて、不活性ガスに０．１ｖｏｌ％～４ｖｏｌ％の空気を混入して流す、結晶性グラファイト材と金属材との接合材の製造方法。
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