JP2019026920A

JP2019026920A - Manufacturing method of metal-carbon particle composite

Info

Publication number: JP2019026920A
Application number: JP2017151015A
Authority: JP
Inventors: 孝彦小野; Takahiko Ono; 南　和彦; Kazuhiko Minami; 和彦南
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-21

Abstract

To provide a manufacturing method of a metal-carbon particle composite small in anisotropy of physical properties such as heat property.SOLUTION: A manufacturing method of a metal-carbon particle composite has a process for obtaining a coated foil, in which a carbon particle layer is coated on a surface for coating of a metal foil, a process for forming a preform 40 at a state that a plurality of the coated foils are laminated, a buckling process for buckling deforming the preform 40 by compressing the preform 40, and a sintering process for sintering the preform 40 by heating the preform 40 with compression.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal-carbon particle composite material including a metal matrix and carbon particles dispersed in the metal matrix.

なお、本明細書では、特に文中に示した場合を除いて、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。 In the present specification, unless otherwise specified, the term “aluminum” is used to include both pure aluminum and aluminum alloys, and the term “copper” refers to both pure copper and copper alloys. Used to mean including.

金属−炭素粒子複合材は一般に高い熱伝導性と低い線膨張性を有している。この種の複合材の製造方法を開示した文献として、特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）及び特開２００６−１２３２号公報（特許文献２）がある。 Metal-carbon particle composite materials generally have high thermal conductivity and low linear expansion. Japanese Patent No. 5150905 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-1232 (Patent Document 2) are documents that disclose a method for manufacturing this type of composite material.

特許第５１５０９０５号公報は、シート状又はフォイル状の金属支持体上に炭素粒子としての炭素繊維を含有する皮膜が形成されたプリフォーム箔を形成し、これを複数積み重ねてプリフォーム積層体を形成し、当該プリフォーム積層体を加熱圧接することでプリフォーム同士を一体化させることにより、金属−炭素粒子複合材としての金属基炭素粒子複合材を製造する方法を開示している。 Japanese Patent No. 5150905 discloses that a preform foil in which a film containing carbon fibers as carbon particles is formed on a sheet-like or foil-like metal support is formed, and a plurality of these are stacked to form a preform laminate. And the method of manufacturing the metal group carbon particle composite material as a metal-carbon particle composite material by integrating preforms by carrying out the heating press-contact of the said preform laminated body is disclosed.

特開２００６−１２３２号公報は、結晶系カーボン材層と金属層とが積層され複合化された複合体をホットプレス焼結することにより、金属−炭素粒子複合材としての高熱伝導・低熱膨張複合材を製造する方法を開示している。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-1232 discloses a high thermal conductivity / low thermal expansion composite as a metal-carbon particle composite by hot pressing sintering a composite in which a crystalline carbon material layer and a metal layer are laminated and combined. A method of manufacturing a material is disclosed.

上記特許第５１５０９０５号公報に開示の製造方法で得られた金属−炭素粒子複合材は、金属マトリックスからなる金属層と金属マトリックス中に炭素繊維（炭素粒子として）が分散した炭素繊維分散層（炭素粒子分散層として）とが交互に複数積層した状態に接合一体化されたものである。 The metal-carbon particle composite material obtained by the manufacturing method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 5150905 includes a metal layer composed of a metal matrix and a carbon fiber dispersed layer (carbon particles) in which carbon fibers (as carbon particles) are dispersed. And as a particle dispersion layer) are joined and integrated in a state where a plurality of layers are alternately laminated.

ここで、以下では、上述のように金属層と炭素粒子分散層（炭素繊維分散層を含む）とが交互に複数積層した状態に接合一体化された金属−炭素粒子複合材において、金属層及び炭素粒子分散層の積層方向を複合材の厚さ方向と定義し、複合材の厚さ方向に対して垂直な面及びその方向をそれぞれ複合材の平面及び平面方向と定義する。 Here, in the following, in the metal-carbon particle composite material in which a plurality of metal layers and carbon particle dispersion layers (including carbon fiber dispersion layers) are alternately laminated as described above, The stacking direction of the carbon particle dispersion layer is defined as the thickness direction of the composite material, and the plane perpendicular to the thickness direction of the composite material and its direction are defined as the plane and the plane direction of the composite material, respectively.

なお、金属−炭素粒子複合材を開示したその他の文献として特開２０１５−２１７６５５号公報（特許文献３）がある。 In addition, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2015-217655 (patent document 3) as another literature which disclosed the metal-carbon particle composite material.

特許第５１５０９０５号公報Japanese Patent No. 5150905 特開２００６−１２３２号公報JP 2006-1232 A 特開２０１５−２１７６５５号公報JP2015-217655A

而して、一般に炭素粒子は熱特性（例：熱伝導率、線膨張係数）等の物性に異方性を有している。したがって、例えば上記特許第５１５０９０５号公報に開示の製造方法で得られた金属−炭素粒子複合材では、複合材中の炭素繊維（炭素粒子）が複合材の平面内で一方向に配向（配列）している場合、複合材の熱特性等の物性が複合材の平面内における炭素繊維の配向方向とその直角方向とで大きく相異する。そのため、複合材が加熱されたときに複合材が歪み易いという難点があった。また、用途によっては、物性の異方性が小さい複合材を要求される場合がある。 Thus, carbon particles generally have anisotropy in physical properties such as thermal characteristics (eg, thermal conductivity, linear expansion coefficient). Therefore, for example, in the metal-carbon particle composite material obtained by the manufacturing method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 5150905, the carbon fibers (carbon particles) in the composite material are oriented (arranged) in one direction within the plane of the composite material. In this case, the physical properties such as the thermal characteristics of the composite material are greatly different between the orientation direction of the carbon fiber in the plane of the composite material and the direction perpendicular thereto. Therefore, there has been a problem that the composite material is easily distorted when the composite material is heated. Depending on the application, a composite material with small anisotropy of physical properties may be required.

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、熱特性等の物性の異方性が小さい金属−炭素粒子複合材の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object thereof is to provide a method for producing a metal-carbon particle composite material having small physical property anisotropy such as thermal characteristics.

本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.

［１］金属箔の塗工予定表面に炭素粒子層が塗工された塗工箔を得る工程と、
前記塗工箔が複数積層された状態のプリフォームを形成する工程と、
前記プリフォームを加圧することにより前記プリフォームを座屈変形させる座屈工程と、
前記プリフォームを加圧しながら加熱することにより前記プリフォームを焼結する焼結工程と、を備えている金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [1] A step of obtaining a coating foil in which a carbon particle layer is coated on the surface of the metal foil to be coated;
Forming a preform in a state where a plurality of the coating foils are laminated;
A buckling step of buckling and deforming the preform by pressurizing the preform;
And a sintering step of sintering the preform by heating the preform while applying pressure. A method for producing a metal-carbon particle composite material.

［２］前記座屈工程と前記焼結工程を同時に行う前項１記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [2] The method for producing a metal-carbon particle composite material according to item 1, wherein the buckling step and the sintering step are performed simultaneously.

［３］前記座屈工程の後で前記焼結工程を行う前項１記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [3] The method for producing a metal-carbon particle composite material according to item 1, wherein the sintering step is performed after the buckling step.

［４］前記プリフォームを形成する工程では、前記塗工箔をロール状に複数回巻くことにより前記プリフォームとしてのロール体を形成し、
前記座屈工程では、前記ロール体をその軸方向に加圧することにより前記ロール体を座屈変形させる前項１〜３のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [4] In the step of forming the preform, a roll body as the preform is formed by winding the coating foil into a roll shape a plurality of times,
4. The method for producing a metal-carbon particle composite material according to any one of items 1 to 3, wherein in the buckling step, the roll body is buckled and deformed by pressurizing the roll body in an axial direction thereof.

［５］前記金属箔の前記塗工予定表面は、前記金属箔の厚さ方向の両表面のうち一方の表面であり、
前記プリフォームを形成する工程では、前記金属箔の他方の表面が前記ロール体の外周面側に向くように前記塗工箔をロール状に複数回巻くことにより前記ロール体を形成する前項４記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [5] The coating scheduled surface of the metal foil is one surface of both surfaces in the thickness direction of the metal foil,
5. In the step of forming the preform, the roll body is formed by winding the coating foil in a roll shape a plurality of times so that the other surface of the metal foil faces the outer peripheral surface side of the roll body. A method for producing a metal-carbon particle composite material.

［６］前記プリフォームを形成する工程では、前記塗工箔をジグザグ状に折曲することにより前記プリフォームとしての折曲体を形成し、
前記座屈工程では、前記折曲体を前記塗工箔の折曲部の稜線方向と平行な方向に加圧することにより前記折曲体を座屈変形させる前項１〜３のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [6] In the step of forming the preform, a folded body as the preform is formed by bending the coating foil in a zigzag shape,
In the buckling step, any one of the preceding items 1 to 3 in which the bent body is subjected to buckling deformation by pressurizing the bent body in a direction parallel to a ridge line direction of the bent portion of the coating foil. A method for producing a metal-carbon particle composite material.

［７］前記プリフォームを形成する工程では、前記塗工箔を複数積層することにより前記プリフォームとしての積層体を形成し、
前記座屈工程では、前記積層体を前記塗工箔の積層方向に垂直な方向に加圧することにより前記積層体を座屈変形させる前項１〜３のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [7] In the step of forming the preform, a laminate as the preform is formed by laminating a plurality of the coating foils,
4. The metal-carbon particle composite material according to any one of the preceding items 1 to 3, wherein in the buckling step, the laminate is buckled and deformed by pressurizing the laminate in a direction perpendicular to the lamination direction of the coating foil. Manufacturing method.

［８］前記座屈工程では、前記プリフォームを型枠内に配置した状態で前記プリフォームを加圧することにより前記プリフォームを座屈変形させ、
前記型枠は、前記型枠内に配置された前記プリフォームが前記プリフォームの加圧方向に対し外側方へ座屈変形するのを抑制する役割を有するものである前項１〜７のいずれかに記載の金属−炭素粒子複合材の製造方法。 [8] In the buckling step, the preform is buckled and deformed by pressurizing the preform in a state where the preform is placed in a mold.
Any one of the preceding items 1 to 7, wherein the mold has a role of suppressing buckling deformation of the preform arranged in the mold to the outside in a pressurizing direction of the preform. The manufacturing method of the metal-carbon particle composite material as described in 1 above.

本発明は以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.

前項１では、座屈工程においてプリフォームを座屈変形させることによりプリフォーム中の炭素粒子の配向（配列）が乱され、焼結工程においてプリフォームを加圧しながら加熱することによりプリフォームが良好に焼結される。したがって、前項１によれば、熱特性等の物性の異方性が小さく且つ焼結状態が良好な金属−炭素粒子複合材を製造できる。 In the preceding item 1, the orientation (arrangement) of the carbon particles in the preform is disturbed by buckling deformation of the preform in the buckling process, and the preform is good by heating while pressing the preform in the sintering process. To be sintered. Therefore, according to the preceding item 1, a metal-carbon particle composite material having a small anisotropy of physical properties such as thermal characteristics and a good sintered state can be produced.

前項２では、座屈工程と焼結工程を同時に行うことにより、複合材の製造プロセスを簡略化できる。 In the preceding item 2, the manufacturing process of the composite material can be simplified by simultaneously performing the buckling step and the sintering step.

前項３では、座屈工程の後で焼結工程を行う場合でも複合材を製造できる。 In the previous item 3, the composite material can be manufactured even when the sintering step is performed after the buckling step.

前項４では、塗工箔をロール状に複数回巻くことによりプリフォームとしてのロール体を形成できるので、プリフォームの形成を容易に行うことができる。 In the preceding item 4, since the roll body as the preform can be formed by winding the coating foil in a roll shape a plurality of times, the preform can be easily formed.

前項５では、金属箔の他方の表面がロール体の外周面側に向くように塗工箔をロール状に複数回巻くことにより、ロール体の外周面には塗工箔の炭素粒子層ではなく金属箔が露出し、この金属箔がロール体の外周面において炭素粒子層を覆った状態になる。そのため、座屈工程及び焼結工程においてロール体の外周面から炭素粒子が不慮に脱落するのをこの金属箔によって抑制することができる。 In the preceding paragraph 5, by winding the coating foil in a roll shape a plurality of times so that the other surface of the metal foil faces the outer peripheral surface side of the roll body, the outer peripheral surface of the roll body is not a carbon particle layer of the coating foil. The metal foil is exposed, and the metal foil covers the carbon particle layer on the outer peripheral surface of the roll body. Therefore, the metal foil can prevent the carbon particles from accidentally falling off from the outer peripheral surface of the roll body in the buckling step and the sintering step.

前項６では、塗工箔をジグザグ状に折曲することによりプリフォームとしての折曲体を形成できるので、プリフォームの形成を容易に行うことができる。 In the preceding item 6, since the folded body as the preform can be formed by bending the coating foil in a zigzag shape, the preform can be easily formed.

前項７では、塗工箔を複数積層することによりプリフォームとしての積層体を形成できるので、プリフォームを確実に形成することができる。 In the preceding item 7, since a laminate as a preform can be formed by laminating a plurality of coating foils, the preform can be reliably formed.

前項８では、座屈工程においてプリフォームがプリフォームの加圧方向に対し外側方へ座屈変形するのを型枠によって抑制することができる。そのため、例えばプリフォームが座屈変形している途中でプリフォーム中の炭素粒子がプリフォームの外側方へ脱落するのを抑制することができる。 In the preceding item 8, it is possible to suppress the preform from buckling and deforming outward in the buckling step with respect to the pressurizing direction of the preform. Therefore, for example, it is possible to suppress the carbon particles in the preform from falling off to the outside of the preform while the preform is buckling.

図１は、本発明の一実施形態に係る金属−炭素粒子複合材の製造方法の流れ図である。FIG. 1 is a flowchart of a method for producing a metal-carbon particle composite material according to an embodiment of the present invention. 図２は、塗工箔を得る工程を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of obtaining a coating foil. 図３は、プリフォームとしてのロール体を形成している途中の状態を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a state in the middle of forming a roll body as a preform. 図４ａは、ロール体の概略平面図である。FIG. 4 a is a schematic plan view of the roll body. 図４ｂは、図４ａ中のＡ部分の概略拡大図である。FIG. 4b is a schematic enlarged view of a portion A in FIG. 4a. 図５は、加圧加熱焼結装置によりロール体を焼結する場合の概略図である。FIG. 5 is a schematic view when a roll body is sintered by a pressure heating sintering apparatus. 図６は、ロール体を焼結する時の温度曲線の一例を示す図（グラフ）である。FIG. 6 is a diagram (graph) illustrating an example of a temperature curve when a roll body is sintered. 図７は、同複合材の概略斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view of the composite material. 図８は、プリフォームとしての折曲体の概略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view of a folded body as a preform. 図９は、プリフォームとしての積層体の概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view of a laminate as a preform. 図１０は、本発明のもう一つの実施形態に係る金属−炭素粒子複合材の製造方法の流れ図である。FIG. 10 is a flowchart of a method for manufacturing a metal-carbon particle composite material according to another embodiment of the present invention.

本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図７に示すように、本発明の一実施形態に係る金属−炭素粒子複合材２０は、金属マトリックス２３と金属マトリックス２３中に分散した炭素粒子１とを含むものである。炭素粒子１は金属マトリックス２３中に例えば三次元的に略ランダムに分散している。金属マトリックス２３中に分散している炭素粒子１の個数は多数である。 As shown in FIG. 7, a metal-carbon particle composite material 20 according to an embodiment of the present invention includes a metal matrix 23 and carbon particles 1 dispersed in the metal matrix 23. The carbon particles 1 are dispersed in the metal matrix 23, for example, approximately randomly in three dimensions. The number of carbon particles 1 dispersed in the metal matrix 23 is large.

複合材２０の製法方法について以下に説明する。 A method for producing the composite material 20 will be described below.

図１に示すように、複合材２０の製造方法は、塗工箔を得る工程Ｓ１と、プリフォームを形成する工程Ｓ２と、プリフォームを座屈変形させる座屈工程Ｓ３と、プリフォームを焼結する焼結工程Ｓ４とを備えている。 As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the composite material 20 includes a step S1 for obtaining a coating foil, a step S2 for forming a preform, a buckling step S3 for buckling and deforming the preform, and firing the preform. And a sintering step S4.

本実施形態では、後述するように座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４は同時に行われる。以下では、説明の便宜上、座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４をまとめてプリフォームの座屈焼結工程Ｓ５という。 In this embodiment, as will be described later, the buckling step S3 and the sintering step S4 are performed simultaneously. Hereinafter, for convenience of explanation, the buckling step S3 and the sintering step S4 are collectively referred to as a preform buckling sintering step S5.

図２に示すように、塗工箔を得る工程Ｓ１では、炭素粒子１を含む塗工液５を金属箔１０の塗工予定表面１０ａに塗工することにより、金属箔１０の塗工予定表面１０ａに炭素粒子層１１が塗工（形成）された塗工箔１２を得る。 As shown in FIG. 2, in the step S 1 for obtaining a coating foil, the coating liquid 5 containing the carbon particles 1 is applied to the coating surface 10 a of the metal foil 10, whereby the coating surface of the metal foil 10. A coated foil 12 having the carbon particle layer 11 coated (formed) on 10a is obtained.

本実施形態では、金属箔１０として金属箔１０の帯状条材１０Ａ（即ち帯状の長尺な金属箔１０）が用いられている。 In the present embodiment, a strip-shaped strip 10 A of the metal foil 10 (that is, a strip-shaped long metal foil 10) is used as the metal foil 10.

金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａは、金属箔１０の条材１０Ａの厚さ方向の両表面のうち少なくとも一方の表面である。本実施形態では、塗工予定表面１０ａは金属箔１０の条材１０Ａの厚さ方向の両表面のうち一方の表面だけであり、したがって金属箔１０の条材１０Ａの他方の表面１０ｂには塗工液５は塗工されない。 The planned coating surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is at least one surface of both surfaces of the strip 10A of the metal foil 10 in the thickness direction. In this embodiment, the planned coating surface 10a is only one of the two surfaces in the thickness direction of the strip 10A of the metal foil 10, and therefore the other surface 10b of the strip 10A of the metal foil 10 is coated. The working fluid 5 is not applied.

金属箔１０の金属材料は、複合材２０の金属マトリックス２３を形成するものである。金属箔１０の種類は限定されるものではないが、金属箔１０はアルミニウム箔又は銅箔であることが望ましい。その理由は、複合材２０の熱伝導率を高めることができるからである。さらに、金属箔１０は特にアルミニウム箔であることが望ましい。その理由は、複合材２０の軽量化を図ることができるし複合材２０の加工性を高めることができるからである。 The metal material of the metal foil 10 forms the metal matrix 23 of the composite material 20. The type of the metal foil 10 is not limited, but the metal foil 10 is preferably an aluminum foil or a copper foil. The reason is that the thermal conductivity of the composite material 20 can be increased. Further, the metal foil 10 is particularly preferably an aluminum foil. This is because the weight of the composite material 20 can be reduced and the workability of the composite material 20 can be improved.

金属箔１０の厚さは限定されるものではなく、通常５〜５００μｍ（望ましくは１０〜５０μｍ）である。 The thickness of the metal foil 10 is not limited and is usually 5 to 500 μm (desirably 10 to 50 μm).

塗工液５は、上述したように炭素粒子１を含んでいるものであり、詳述すると、炭素粒子１とバインダー２とバインダー２用溶剤３とを混合状態に含んでいるものである。 The coating liquid 5 contains the carbon particles 1 as described above. More specifically, the coating liquid 5 contains the carbon particles 1, the binder 2, and the binder 2 solvent 3 in a mixed state.

炭素粒子１の種類は限定されるものではない。具体的には、炭素粒子１として、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種を使用できる。 The kind of carbon particle 1 is not limited. Specifically, at least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, natural graphite particles, and artificial graphite particles can be used as the carbon particles 1.

炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などを使用できる。ＰＡＮ系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維のうち特にピッチ系炭素繊維を用いることが望ましい。その理由は、ピッチ系炭素繊維の最長軸方向（即ち繊維方向）の熱伝導率がＰＡＮ系炭素繊維のそれよりも大きく、そのため複合材２０の熱伝導率をより高めることができるからである。 As the carbon fiber, PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, or the like can be used. Of the PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, it is particularly desirable to use pitch-based carbon fibers. The reason is that the thermal conductivity of the pitch-based carbon fiber in the longest axial direction (that is, the fiber direction) is larger than that of the PAN-based carbon fiber, so that the thermal conductivity of the composite material 20 can be further increased.

カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標）を含む）などを使用できる。 As the carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, vapor-grown carbon fibers (including VGCF (registered trademark)), and the like can be used.

グラフェンとしては、単層グラフェン、多層グラフェンなどを使用できる。 As graphene, single layer graphene, multilayer graphene, or the like can be used.

天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子などを使用できる。鱗片状黒鉛粒子はなるべく高い熱伝導性を有するもの（即ち高熱伝導性鱗片状黒鉛粒子）であることが望ましい。 As the natural graphite particles, scaly graphite particles can be used. It is desirable that the scaly graphite particles have as high a thermal conductivity as possible (that is, highly heat conductive scaly graphite particles).

人造黒鉛粒子としては、等方性黒鉛粒子、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子などを使用できる。 As the artificial graphite particles, isotropic graphite particles, anisotropic graphite particles, pyrolytic graphite particles, and the like can be used.

炭素粒子１の大きさ（平均最長軸長さ、平均粒径など）は限定されるものではないが、炭素粒子１が例えば炭素繊維である場合、炭素繊維の平均最長軸長さ（即ち平均繊維長さ）は１ｍｍ以下であることが望ましい。炭素繊維の平均最長軸方向の長さの下限は限定されるものではなく、通常１０μｍである。 The size (average longest axis length, average particle diameter, etc.) of the carbon particles 1 is not limited, but when the carbon particles 1 are, for example, carbon fibers, the average longest axis length of carbon fibers (that is, average fibers) The length) is preferably 1 mm or less. The lower limit of the average longest axial length of the carbon fiber is not limited and is usually 10 μm.

また、炭素粒子１が例えば炭素繊維である場合、炭素繊維の繊維直径は限定されるものではなく、炭素繊維の平均繊維直径は例えば０．１μｍ〜２０μｍである。炭素繊維がＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維である場合は、炭素繊維は例えばチョップドファイバーやミルドファイバーであってその平均繊維直径は例えば５〜１５μｍである。 Moreover, when the carbon particle 1 is a carbon fiber, for example, the fiber diameter of the carbon fiber is not limited, and the average fiber diameter of the carbon fiber is, for example, 0.1 μm to 20 μm. When the carbon fiber is a PAN-based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber, the carbon fiber is, for example, a chopped fiber or a milled fiber, and the average fiber diameter is, for example, 5 to 15 μm.

炭素粒子１が気相成長カーボンナノファイバーである場合は、その平均繊維直径は例えば０．１ｎｍ〜２０ｎｍである。 When the carbon particles 1 are vapor grown carbon nanofibers, the average fiber diameter is, for example, 0.1 nm to 20 nm.

炭素粒子１が例えば鱗片状黒鉛粒子である場合、鱗片状黒鉛粒子の平均粒径は１００μｍ以上であることが望ましい。その理由は、鱗片状黒鉛粒子と金属マトリックス２３との間の界面熱抵抗を確実に低減し得て、これにより複合材２０の熱伝導率を確実に高めることができるからである。鱗片状黒鉛粒子のより望ましい平均粒径は２００μｍ以上であり、非常に望ましい平均粒径は４００μｍ以上である。鱗片状黒鉛粒子の平均粒径の上限は限定されるものではなく、通常１ｍｍである。鱗片状黒鉛粒子の平均アスペクト比は限定されるものではなく、例えば３０〜１００である。 When the carbon particles 1 are, for example, flaky graphite particles, the average particle diameter of the flaky graphite particles is preferably 100 μm or more. The reason is that the interfacial thermal resistance between the scaly graphite particles and the metal matrix 23 can be reliably reduced, and the thermal conductivity of the composite material 20 can be reliably increased. The more desirable average particle diameter of the scaly graphite particles is 200 μm or more, and the highly desirable average particle diameter is 400 μm or more. The upper limit of the average particle diameter of the scaly graphite particles is not limited and is usually 1 mm. The average aspect ratio of the scaly graphite particles is not limited and is, for example, 30 to 100.

特に炭素粒子１は炭素繊維及び鱗片状黒鉛粒子の少なくとも一方であることが望ましい。その理由は、複合材２０の熱特性を効果的に向上できるからである。 In particular, the carbon particles 1 are desirably at least one of carbon fibers and scaly graphite particles. The reason is that the thermal characteristics of the composite material 20 can be effectively improved.

バインダー２は、炭素粒子１に金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａへの付着力を付与し、これにより炭素粒子層１１中の炭素粒子１が塗工予定表面１０ａから脱落するのを抑制するためのものであり、通常、樹脂からなる。 The binder 2 gives the carbon particles 1 adhesion to the planned coating surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, whereby the carbon particles 1 in the carbon particle layer 11 fall off from the planned coating surface 10a. Is usually made of resin.

さらに、バインダー２は、非酸化雰囲気中にて２００〜４５０℃の温度で炭化せずに昇華、分解などにより消失するものを用いることが望ましい。そのようなバインダー２として、アクリル系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、ブチレンゴム樹脂、フェノール樹脂、セルロース系樹脂などが好適に使用される。これらのバインダー２は一般に常温で固形である。 Furthermore, it is desirable to use a binder 2 that disappears by sublimation, decomposition, etc. without carbonizing at a temperature of 200 to 450 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. As such a binder 2, an acrylic resin, a polyethylene glycol resin, a butylene rubber resin, a phenol resin, a cellulose resin, or the like is preferably used. These binders 2 are generally solid at room temperature.

溶剤３は、バインダー２を常温で溶解するものであることが望ましく、水、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤などが好適に使用される。 The solvent 3 is desirably one that dissolves the binder 2 at room temperature, and water, alcohol solvents, hydrocarbon solvents, ester solvents, ether solvents, and the like are preferably used.

塗工液５は、炭素粒子１とバインダー２を質量比で７５：２５〜９９．５：０．５の割合で含有していることが望ましい。この場合には、炭素粒子１を金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａに確実に付着させることができるし、プリフォーム（４０、図４ａ参照）を焼結する際にバインダー２をプリフォーム４０から確実に消失除去することができる。特に望ましくは、塗工液５は炭素粒子１とバインダー２を質量比で８０：２０〜９９：１の割合で含有していることが良い。 The coating liquid 5 desirably contains the carbon particles 1 and the binder 2 in a mass ratio of 75:25 to 99.5: 0.5. In this case, the carbon particles 1 can be surely adhered to the coating scheduled surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10, and the binder 2 is used when the preform (40, see FIG. 4a) is sintered. It can be surely removed from the preform 40. It is particularly desirable that the coating liquid 5 contains the carbon particles 1 and the binder 2 in a mass ratio of 80:20 to 99: 1.

塗工液５は例えば次のようにして得られる。 The coating liquid 5 is obtained as follows, for example.

すなわち、図２に示すように、塗工液５は、炭素粒子１とバインダー２と溶剤３を混合容器７内に入れこれらを撹拌混合器（例：ディスパー、プラネタリーミキサー、ビーズミル）８により混合することにより、得られる。必要に応じて、塗工液５には分散剤（図示せず）、表面調整剤（図示せず）などが添加される。 That is, as shown in FIG. 2, the coating liquid 5 is a mixture of a carbon particle 1, a binder 2 and a solvent 3 in a mixing container 7, and these are mixed by a stirring mixer (eg, disper, planetary mixer, bead mill) 8. Is obtained. If necessary, a dispersant (not shown), a surface conditioner (not shown) and the like are added to the coating liquid 5.

塗工液５を金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａに塗工する方法及びその塗工装置は限定されるものではない。例えば、塗工液５の塗工装置として、ロールコーター、ナイフコーター、ダイコーター、スプレーコーター、カーテンコーターなどが用いられる。ロールコーターとしては、グラビアコーター、３本ロールコーター（オフセットタイプ）、ロールコーター（２本ロール）、リバースロールコーターなどが用いられる。 The method and the coating apparatus for coating the coating liquid 5 on the planned coating surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 are not limited. For example, a roll coater, a knife coater, a die coater, a spray coater, a curtain coater, or the like is used as a coating apparatus for the coating liquid 5. As the roll coater, a gravure coater, a three roll coater (offset type), a roll coater (two rolls), a reverse roll coater, or the like is used.

本実施形態では、図２に示すように、塗工液５の塗工は、金属箔１０の条材１０Ａを巻き出す巻出しロール３６と金属箔１０の条材１０Ａを巻き取る巻取りロール３７とを用いたロールｔｏロール方式の塗工装置により行われる。この場合における塗工液５の塗工方法は次のとおりである。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the coating of the coating liquid 5 is performed by an unwinding roll 36 for unwinding the strip 10 A of the metal foil 10 and a winding roll 37 for winding the strip 10 A of the metal foil 10. And a roll-to-roll type coating apparatus using The coating method of the coating liquid 5 in this case is as follows.

巻出しロール３６と巻取りロール３７の間には、塗工装置３０と乾燥炉３８が金属箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｆに並んで設置されている。 Between the unwinding roll 36 and the winding roll 37, a coating device 30 and a drying furnace 38 are installed side by side in the feeding direction F of the strip 10 A of the metal foil 10.

塗工装置３０は例えばロールコーターであり、詳述すると、アプリケーターロール３１、バックアップロール３２、ピックアップロール３３、塗工液５用パン３４などを備えている。 The coating device 30 is, for example, a roll coater, and more specifically, includes an applicator roll 31, a backup roll 32, a pickup roll 33, a pan 34 for the coating liquid 5, and the like.

塗工液５はパン３４内に入っている。ピックアップロール３３の周面の周方向の一部はパン３４内の塗工液５に接触している。そして、ピックアップロール３３の回転により塗工液５がピックアップロール３３の周面からアプリケーターロール３１の周面に付着される。 The coating liquid 5 is in the pan 34. A part of the circumferential surface of the pickup roll 33 is in contact with the coating liquid 5 in the pan 34. Then, the coating liquid 5 is attached to the peripheral surface of the applicator roll 31 from the peripheral surface of the pickup roll 33 by the rotation of the pickup roll 33.

巻出しロール３６から巻き出された金属箔１０の条材１０Ａは、塗工装置３０のアプリケーターロール３１とバックアップロール３２との間を通過する。この際に金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａに塗工液５がアプリケーターロール３１によって金属箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｆに連続的に層状に塗工される。これにより、金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａに塗工液５からなる炭素粒子層１１が塗工（形成）された塗工箔１２の条材１２Ａが得られる。 The strip 10 A of the metal foil 10 unwound from the unwinding roll 36 passes between the applicator roll 31 and the backup roll 32 of the coating apparatus 30. At this time, the coating liquid 5 is continuously applied in a layered manner in the feeding direction F of the strip 10 A of the metal foil 10 by the applicator roll 31 on the planned coating surface 10 a of the strip 10 A of the metal foil 10. Thereby, the strip 12A of the coating foil 12 in which the carbon particle layer 11 made of the coating solution 5 is applied (formed) to the coating planned surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is obtained.

そして、塗工箔１２の条材１２Ａが乾燥炉３８内を通過することにより、炭素粒子層１１が乾燥されて炭素粒子層１１中の溶剤３が炭素粒子層１１から蒸発除去される。その後、塗工箔１２の条材１２Ａが巻取りロール３７に巻き取られる。 Then, the strip 12 A of the coating foil 12 passes through the drying furnace 38, whereby the carbon particle layer 11 is dried and the solvent 3 in the carbon particle layer 11 is removed from the carbon particle layer 11 by evaporation. Thereafter, the strip 12 A of the coating foil 12 is taken up by the take-up roll 37.

金属箔１０の条材１０Ａの塗工予定表面１０ａへの塗工液５の塗工量は限定されるものではない。特に、塗工液５は、炭素粒子１の塗工量が３０ｇ／ｍ^２以下になるように塗工予定表面１０ａに塗工されることが望ましい。炭素粒子１の塗工量の下限は限定されるものではなく、望ましくは２ｇ／ｍ^２である。 The coating amount of the coating solution 5 on the planned coating surface 10a of the strip 10A of the metal foil 10 is not limited. In particular, it is desirable that the coating liquid 5 is applied to the planned coating surface 10a so that the coating amount of the carbon particles 1 is 30 g / m ² or less. The lower limit of the coating amount of the carbon particles 1 is not limited and is preferably 2 g / m ² .

図３、４ａ及び４ｂに示すように、プリフォーム４０を形成する工程Ｓ２において、プリフォーム４０は塗工箔１２が複数積層された状態のものであり、全く焼結していないものである。本実施形態では、図３に示すように、巻取りロール３７から巻き解かれた塗工箔１２の条材１２Ａをロール状に複数回巻くことにより形成されたロール体４１がプリフォーム４０として用いられる。 As shown in FIGS. 3, 4a and 4b, in the step S2 of forming the preform 40, the preform 40 is in a state where a plurality of coating foils 12 are laminated, and is not sintered at all. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a roll body 41 formed by winding the strip 12 A of the coating foil 12 unwound from the winding roll 37 into a roll shape is used as the preform 40. It is done.

ロール体４１において塗工箔１２の条材１２Ａは金属製巻き芯４１ａに巻かれている。したがって、ロール体４１は、詳述すると塗工箔１２の条材１２Ａが巻き芯４１ａにロール状に複数回巻かれることにより形成されたものである。このように、塗工箔１２の条材１２Ａを巻く際に巻き芯４１ａを用いることにより、塗工箔１２の条材１２Ａを容易に且つ確実にロール状に巻くことができ、即ちロール体４１の形成を容易に且つ確実に行うことがきる。 In the roll body 41, the strip material 12A of the coating foil 12 is wound around a metal core 41a. Therefore, in detail, the roll body 41 is formed by winding the strip 12A of the coating foil 12 a plurality of times in a roll shape around the winding core 41a. Thus, by using the winding core 41a when winding the strip material 12A of the coating foil 12, the strip material 12A of the coating foil 12 can be easily and reliably wound into a roll shape, that is, the roll body 41. Can be formed easily and reliably.

巻き芯４１ａの材料は限定されるものではなく、通常、金属箔１０の金属材料と同種である。すなわち、金属箔１０が例えばアルミニウム箔である場合、巻き芯４１ａはアルミニウム製であり、金属箔１０が例えば銅箔である場合、巻き芯４１ａは銅製である。 The material of the winding core 41a is not limited and is usually the same type as the metal material of the metal foil 10. That is, when the metal foil 10 is, for example, an aluminum foil, the winding core 41a is made of aluminum. When the metal foil 10 is, for example, a copper foil, the winding core 41a is made of copper.

巻き芯４１ａは中空状（例：パイプ状）のものであっても良いし中実なものであっても良い。本実施形態では、巻き芯４１ａは中実なものでありその断面形状は円形状である。巻き芯４１ａの直径は限定されるものであるが、なるべく小さい方が望ましく、通常５〜８ｍｍである。 The winding core 41a may be hollow (eg, pipe-shaped) or solid. In the present embodiment, the winding core 41a is solid and its cross-sectional shape is circular. The diameter of the winding core 41a is limited, but is preferably as small as possible, usually 5 to 8 mm.

図４ｂに示すように、ロール体４１において、塗工箔１２の条材１２Ａは、金属箔１０の条材１０Ａの厚さ方向の両表面のうち塗工予定表面１０ａではない方の表面１０ｂがロール体４１の外周面４１ｂ側に向くようにロール状に巻かれている。 As shown in FIG. 4 b, in the roll body 41, the strip material 12 A of the coating foil 12 has a surface 10 b that is not the coating-planned surface 10 a among both surfaces in the thickness direction of the strip material 10 A of the metal foil 10. The roll body 41 is wound in a roll shape so as to face the outer peripheral surface 41b side.

さらに、塗工箔１２の条材１２Ａがロール状に巻かれた状態において、塗工箔１２の条材１２Ａの外端部１２ｃがロール体４１の外周面４１ｂに溶接（その溶接部１３）により固着されている。これにより、塗工箔１２の条材１２Ａが不慮に巻き解かれないように塗工箔１２の条材１２Ａの巻き形状がロール状に保持されている。 Furthermore, in a state where the strip material 12A of the coating foil 12 is wound in a roll shape, the outer end portion 12c of the strip material 12A of the coating foil 12 is welded to the outer peripheral surface 41b of the roll body 41 (the welded portion 13). It is fixed. Thereby, the winding shape of strip material 12A of coating foil 12 is hold | maintained at roll shape so that strip material 12A of coating foil 12 may not be unwound unintentionally.

座屈工程Ｓ３では、プリフォーム４０としてのロール体４１を加圧することによりロール体４１を座屈変形させる。換言するとこの工程Ｓ３では、ロール体４１が座屈変形するようにロール体４１を加圧する。 In the buckling step S3, the roll body 41 is buckled and deformed by pressurizing the roll body 41 as the preform 40. In other words, in this step S3, the roll body 41 is pressurized so that the roll body 41 is buckled and deformed.

焼結工程Ｓ４では、プリフォーム４０としてのロール体４１を加圧しながら加熱することによりロール体４１を焼結する。 In the sintering step S4, the roll body 41 is sintered by heating while pressing the roll body 41 as the preform 40.

プリフォーム４０の座屈焼結工程Ｓ５は、座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４を含むものであり、詳述すると、ロール体４１を加圧することによりロール体４１を座屈変形させながら加熱することによりロール体４１を焼結する。このように座屈焼結工程Ｓ５が行われることにより、座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４が同時に行われる。 The buckling and sintering step S5 of the preform 40 includes a buckling step S3 and a sintering step S4. More specifically, the roll body 41 is heated while being buckled and deformed by pressurizing the roll body 41. Thus, the roll body 41 is sintered. By performing the buckling sintering step S5 in this way, the buckling step S3 and the sintering step S4 are simultaneously performed.

本実施形態では、両工程Ｓ３、Ｓ４は、図５に示すように加圧加熱焼結装置５０により同時に行われる。 In the present embodiment, both steps S3 and S4 are performed simultaneously by the pressure heating and sintering apparatus 50 as shown in FIG.

焼結装置５０は、ロール体４１（プリフォーム４０）を一方向に加圧可能で且つロール体４１（プリフォーム４０）を加熱可能なものであり、詳述すると、押圧パンチ５１、受けダイ５２、型枠５３、ヒーター５４などを備えている。符号「５５」は焼結装置５０の炉壁である。 The sintering apparatus 50 can pressurize the roll body 41 (preform 40) in one direction and heat the roll body 41 (preform 40). , A mold 53, a heater 54, and the like. Reference numeral “55” denotes a furnace wall of the sintering apparatus 50.

型枠５３は、剛性を有する筒状（例えば円筒状）のものであり、型枠５３内に配置されたロール体４１が押圧パンチ５１によるロール体４１の加圧方向Ｐに対し外側方へ座屈変形するのを抑制する役割を有するものである。 The mold 53 is cylindrical (for example, cylindrical) having rigidity, and the roll body 41 disposed in the mold 53 is seated outward with respect to the pressing direction P of the roll body 41 by the press punch 51. It has a role to suppress bending deformation.

型枠５３の内径はロール体４１の直径と同じか僅かに大きく設定されており、これにより、型枠５３は型枠５３内にロール体４１を適合状態に配置しうるように構成されている。 The inner diameter of the mold 53 is set to be the same as or slightly larger than the diameter of the roll body 41, whereby the mold 53 is configured so that the roll body 41 can be disposed in an appropriate state within the mold 53. .

型枠５３の材質は、ロール体４１の焼結温度での線膨張が小さく、且つ、ロール体４１の焼結時にロール体４１と型枠５３との間で反応（例：化学反応）が生じない又は生じにくいものであることが望ましく、例えば、セラミックス（例：アルミナ）、炭素材（黒鉛材を含む）である。 The material of the mold 53 has a small linear expansion at the sintering temperature of the roll body 41, and a reaction (eg, chemical reaction) occurs between the roll body 41 and the mold 53 when the roll body 41 is sintered. For example, ceramics (eg, alumina) and carbon materials (including graphite materials) are desirable.

押圧パンチ５１は、ロール体４１を一方向に加圧するものであり、型枠５３内において受けダイ５２に対し対向状に配置されている。押圧パンチ５１によるロール体４１の加圧方向Ｐは、ロール体４１の中心軸方向である。 The pressing punch 51 pressurizes the roll body 41 in one direction, and is disposed in the mold 53 so as to face the receiving die 52. The pressing direction P of the roll body 41 by the pressing punch 51 is the central axis direction of the roll body 41.

ヒーター５４は、ロール体４１を加熱するものであり、型枠５３の外側において型枠５３を包囲する態様に配置されている。 The heater 54 heats the roll body 41, and is arranged in a form surrounding the mold 53 on the outside of the mold 53.

座屈焼結工程Ｓ５では、ロール体４１をその中心軸（図示せず）が押圧パンチ５１の押圧軸Ｑと平行（望ましくは同軸）になるように型枠５３内に配置するとともに、ロール体４１を受けダイ５２で受ける。また、型枠５３内を所定の焼結雰囲気にする。そして、押圧パンチ５１によりロール体４１をその中心軸方向に加圧（その方向Ｐ）することによりロール体４１を型枠５３内にて座屈変形させながらヒーター５４により加熱する。これによりロール体４１を焼結する。その結果、図７に示した上述した複合材２０が得られる。その後、複合材２０は型枠５３内から取り出される。 In the buckling sintering step S5, the roll body 41 is arranged in the mold 53 so that the central axis (not shown) is parallel (preferably coaxial) to the pressing axis Q of the pressing punch 51, and the roll body is arranged. 41 is received by die 52. Further, the inside of the mold 53 is set to a predetermined sintering atmosphere. Then, the roll body 41 is heated by the heater 54 while being buckled and deformed in the mold 53 by pressurizing the roll body 41 in the central axis direction by the pressing punch 51 (the direction P). Thereby, the roll body 41 is sintered. As a result, the above-described composite material 20 shown in FIG. 7 is obtained. Thereafter, the composite material 20 is taken out from the mold 53.

焼結雰囲気は非酸化雰囲気であることが望ましい。非酸化雰囲気は、不活性ガス雰囲気（例：窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気）、真空雰囲気などを含む。 The sintering atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere includes an inert gas atmosphere (eg, nitrogen gas atmosphere, argon gas atmosphere), a vacuum atmosphere, and the like.

この工程Ｓ５において、もしロール体４１がその内部に空隙が残った状態で焼結すると、当該空隙の部分が複合材２０の内部欠陥になる。この欠陥の発生を抑制するため、焼結雰囲気は真空雰囲気であることが特に望ましい。この場合の真空度は１×１０^−１〜１×１０^−６Ｐａであることが望ましい。 In this step S 5, if the roll body 41 is sintered in a state where voids remain therein, the void portions become internal defects of the composite material 20. In order to suppress the occurrence of this defect, the sintering atmosphere is particularly preferably a vacuum atmosphere. The degree of vacuum in this case is desirably 1 × 10 ⁻¹ to 1 × 10 ⁻⁶ Pa.

ロール体４１を焼結する際におけるロール体４１の圧下率は、ロール体４１の直径などに応じて決定されるものであり限定されるものではなく、通常３０〜５０％である。 The rolling reduction of the roll body 41 when the roll body 41 is sintered is determined according to the diameter of the roll body 41 and the like and is not limited, and is usually 30 to 50%.

ロール体４１の焼結温度は限定されものではなく、通常、金属箔１０の金属材料の融点以下であり、特に金属材料の融点と当該融点よりも約５０℃低い温度との間の温度に設定されることが望ましい。その理由は、ロール体４１を確実に焼結できるからである。具体的には、金属箔１０が例えばアルミニウム箔である場合、ロール体４１の焼結温度は５５０〜６２０℃の範囲に設定されることが望ましい。 The sintering temperature of the roll body 41 is not limited, and is usually set to a temperature that is lower than or equal to the melting point of the metal material of the metal foil 10 and particularly between the melting point of the metal material and about 50 ° C. lower than the melting point. It is desirable that The reason is that the roll body 41 can be sintered reliably. Specifically, when the metal foil 10 is, for example, an aluminum foil, the sintering temperature of the roll body 41 is preferably set in the range of 550 to 620 ° C.

ロール体４１中のバインダー２は、座屈焼結工程Ｓ５（焼結工程Ｓ４）においてロール体４１の温度が略室温から焼結温度まで上昇するようにロール体４１を加熱する途中で昇華、分解などにより消失してロール体４１から除去される。このようなバインダー２の除去について図６を参照して以下に説明する。 The binder 2 in the roll body 41 is sublimated and decomposed while the roll body 41 is heated so that the temperature of the roll body 41 rises from substantially room temperature to the sintering temperature in the buckling sintering step S5 (sintering step S4). And disappears from the roll body 41. Such removal of the binder 2 will be described below with reference to FIG.

図６中のＴ１〜Ｔ２（但し、Ｔ１＜Ｔ２）の温度範囲は、バインダー２が昇華、分解などにより消失する範囲であり、通常２００〜４５０℃である。Ｔ３はロール体４１の焼結温度であり、Ｔ２よりも高い温度である（即ちＴ３＞Ｔ２）。 The temperature range of T1 to T2 (where T1 <T2) in FIG. 6 is a range in which the binder 2 disappears due to sublimation, decomposition, etc., and is usually 200 to 450 ° C. T3 is a sintering temperature of the roll body 41 and is higher than T2 (that is, T3> T2).

この工程Ｓ５では、ロール体４１の温度が略室温から焼結温度Ｔ３まで上昇するようにロール体４１を加熱する途中におけるロール体４１の温度がＴ１〜Ｔ２の範囲内である時に、バインダー２が昇華、分解などにより消失してロール体４１から除去される。 In this step S5, when the temperature of the roll body 41 in the middle of heating the roll body 41 so that the temperature of the roll body 41 rises from substantially room temperature to the sintering temperature T3, the binder 2 is in the range of T1 to T2. It disappears by sublimation, decomposition, etc. and is removed from the roll body 41.

ロール体４１の温度がＴ１〜Ｔ２の温度範囲内である時間Δｔは、バインダー２をロール体４１から除去しうる時間であれば限定されるものではなく、ヒーター５４によるロール体４１の昇温速度、ロール体４１中のバインダー２の全量、ロール体４１の質量、焼結雰囲気などに応じて設定されるものであり、通常１０ｍｉｎ以上に設定される。 The time Δt during which the temperature of the roll body 41 is within the temperature range of T1 to T2 is not limited as long as it is a time during which the binder 2 can be removed from the roll body 41, and the heating rate of the roll body 41 by the heater 54 is not limited. The total amount of the binder 2 in the roll body 41, the mass of the roll body 41, the sintering atmosphere, and the like are set, and are usually set to 10 min or more.

また、ロール体４１の温度がＴ１〜Ｔ２の温度範囲内である時に昇温を一旦停止したり昇温速度を緩やかにしたりすることにより上記時間Δｔを長くし、これによりバインダー２の除去を確実に行うようにすることも可能である。 In addition, when the temperature of the roll body 41 is within the temperature range of T1 to T2, the time Δt is lengthened by temporarily stopping the temperature increase or slowing the temperature increase rate, thereby reliably removing the binder 2. It is also possible to do so.

なお本発明では、バインダー２の除去は、ロール体４１を焼結する前に行われても良い。この場合、バインダー２の除去は、ロール体４１を型枠５３内に配置した後であって且つロール体４１を座屈変形させる前（即ち座屈工程Ｓ３を行う前）に行うことが望ましい。その理由は、ロール体４１を型枠５３内に配置する際にロール体４１中の炭素粒子１がロール体４１から脱落するのを確実に抑制できるからである。 In the present invention, the removal of the binder 2 may be performed before the roll body 41 is sintered. In this case, it is desirable to remove the binder 2 after the roll body 41 is placed in the mold 53 and before the roll body 41 is buckled and deformed (that is, before the buckling step S3 is performed). The reason is that the carbon particles 1 in the roll body 41 can be reliably prevented from dropping from the roll body 41 when the roll body 41 is disposed in the mold 53.

さらに、この場合、バインダー２をロール体４１から除去した後であって且つロール体４１を焼結する前においては、型枠５３内の雰囲気を非酸化雰囲気にしておくこと又は／及び型枠５３内に配置されたロール体４１の温度を３００℃以下に設定しておくことが望ましい。その理由は、ロール体４１中の炭素粒子１の酸化消耗を確実に抑制できるし、金属箔１０がアルミニウム箔である場合においてアルミニウム箔の酸化を確実に抑制できるからである。 Furthermore, in this case, after the binder 2 is removed from the roll body 41 and before the roll body 41 is sintered, the atmosphere in the mold 53 is set to a non-oxidizing atmosphere and / or the mold 53. It is desirable to set the temperature of the roll body 41 arranged in the interior to 300 ° C. or lower. The reason is that the oxidation consumption of the carbon particles 1 in the roll body 41 can be reliably suppressed, and the oxidation of the aluminum foil can be reliably suppressed when the metal foil 10 is an aluminum foil.

座屈焼結工程Ｓ５では、ロール体４１が上述のように焼結装置５０により加圧加熱されることにより、ロール体４１の金属箔１０及び巻き芯４１ａの金属材料の一部が炭素粒子層１１内に浸透して炭素粒子層１１内に存在する微細な空隙（例：炭素粒子層１１中の炭素粒子１、１間の隙間）に充填されて、当該空隙が略消滅する。さらに、ロール体４１の金属箔１０及び巻き芯４１ａの金属材料は複合材２０の金属マトリックス２３になるとともに、ロール体４１中の炭素粒子１の配向（配列）はロール体４１が座屈変形されることによって乱されて、その結果、図７に示すように炭素粒子１が複合材２０の金属マトリックス２３中に例えば三次元的に略ランダムに配向した状態に分散する。 In the buckling sintering step S5, the roll body 41 is pressurized and heated by the sintering apparatus 50 as described above, so that the metal foil 10 of the roll body 41 and a part of the metal material of the winding core 41a become a carbon particle layer. 11 is filled into fine voids (for example, gaps between the carbon particles 1 and 1 in the carbon particle layer 11) that penetrate into the carbon particle layer 11 and substantially disappear. Furthermore, the metal foil 10 of the roll body 41 and the metal material of the winding core 41a become the metal matrix 23 of the composite material 20, and the orientation (arrangement) of the carbon particles 1 in the roll body 41 causes the roll body 41 to be buckled and deformed. As a result, as shown in FIG. 7, the carbon particles 1 are dispersed in the metal matrix 23 of the composite material 20, for example, in a three-dimensionally orientated state.

本実施形態の複合材２０の製造方法には次の利点がある。 The manufacturing method of the composite material 20 of the present embodiment has the following advantages.

座屈焼結工程Ｓ５では、ロール体４１を加圧することによりロール体４１を座屈変形させながら加熱することによりロール体４１を焼結するので、ロール体４１中の炭素粒子１の配向（配列）を乱すことができるしロール体４１を良好に焼結することができる。したがって、熱特性（例：熱伝導率、線膨張係数）等の物性の異方性が小さく且つ焼結状態が良好な金属−炭素粒子複合材２０を製造できる。 In the buckling sintering step S5, the roll body 41 is sintered by heating the buckling body 41 while pressurizing the roll body 41, so that the orientation of the carbon particles 1 in the roll body 41 (arrangement) ) And the roll body 41 can be sintered satisfactorily. Therefore, the metal-carbon particle composite material 20 having a small anisotropy of physical properties such as thermal characteristics (eg, thermal conductivity, linear expansion coefficient) and a good sintered state can be produced.

さらに、座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４が同時に行われるので、複合材２０の製造プロセスを簡略化できる。 Furthermore, since the buckling step S3 and the sintering step S4 are performed simultaneously, the manufacturing process of the composite material 20 can be simplified.

さらに、塗工箔１２（詳述すると塗工箔１２の条材１２Ａ）をロール状に複数回巻くことによりプリフォーム４０としてのロール体４１を形成するので、プリフォーム４０の形成を容易に行うことができる。 Furthermore, since the roll body 41 as the preform 40 is formed by winding the coating foil 12 (more specifically, the strip material 12A of the coating foil 12) in a roll shape, the preform 40 is easily formed. be able to.

さらに、ロール体４１において、塗工箔１２の条材１２Ａは、上述したように、金属箔１０の条材１０Ａの厚さ方向の両表面のうち塗工予定表面１０ａではない方の表面１０ｂがロール体４１の外周面４１ｂ側に向くようにロール状に巻かれているので、ロール体４１の外周面４１ｂには塗工箔１２の炭素粒子層１１ではなく金属箔１０が露出し、この金属箔１０がロール体４１の外周面４１ｂにおいて炭素粒子層１１を覆った状態になる。そのため、座屈焼結工程Ｓ５においてロール体４１の外周面４１ｂからの炭素粒子１の不慮の脱落をこの金属箔１０によって抑制することができる。したがって、炭素粒子１の含有量が多い複合材２０を確実に製造できるし、複合材２０中の炭素粒子１の含有量を設計量に合致させ易い。 Further, in the roll body 41, the strip material 12A of the coating foil 12 has, as described above, the surface 10b which is not the coating-planned surface 10a among both surfaces in the thickness direction of the strip material 10A of the metal foil 10. Since it is wound in a roll shape so as to face the outer peripheral surface 41 b side of the roll body 41, the metal foil 10 is exposed on the outer peripheral surface 41 b of the roll body 41 instead of the carbon particle layer 11 of the coating foil 12. The foil 10 is in a state of covering the carbon particle layer 11 on the outer peripheral surface 41 b of the roll body 41. Therefore, inadvertent dropping of the carbon particles 1 from the outer peripheral surface 41b of the roll body 41 in the buckling sintering step S5 can be suppressed by the metal foil 10. Therefore, the composite material 20 having a large content of the carbon particles 1 can be reliably manufactured, and the content of the carbon particles 1 in the composite material 20 can be easily matched with the design amount.

さらに、ロール体４１を型枠５３内に配置した状態でロール体４１を加圧することによりロール体４１を座屈変形させるので、ロール体４１が押圧パンチ５１によるロール体４１の加圧方向Ｐに対し外側方へ座屈変形するのを型枠５３によって抑制することができる。そのため、ロール体４１が座屈変形している途中でロール体４１中の炭素粒子１がロール体４１の外側方へ脱落するのを抑制することができる。したがって、炭素粒子１の含有量が多い複合材２０を更に確実に製造できるし、複合材２０中の炭素粒子１の含有量を設計量に更に合致させ易い。 Furthermore, since the roll body 41 is buckled and deformed by pressurizing the roll body 41 in a state where the roll body 41 is disposed in the mold 53, the roll body 41 is pressed in the pressing direction P of the roll body 41 by the press punch 51. On the other hand, buckling deformation to the outside can be suppressed by the mold 53. Therefore, it is possible to prevent the carbon particles 1 in the roll body 41 from falling off the roll body 41 while the roll body 41 is buckling. Therefore, the composite material 20 having a large content of the carbon particles 1 can be more reliably manufactured, and the content of the carbon particles 1 in the composite material 20 can be easily matched to the design amount.

本実施形態の複合材の製造方法により製造された複合材２０は、炭素粒子１を含んでいるので高い熱伝導率を有しており且つ熱特性の異方性が小さいので、発熱体を冷却する冷却器（例：パワーモジュール用冷却器）の構成層や構成部材の材料に好適に使用可能である。さらに、複合材２０は、照明機器、携帯・モバイル端末、ヒートスプレッダー、ヒートパイプ、電池モジュールなどの構成部材の材料としても使用可能である。 Since the composite material 20 manufactured by the composite material manufacturing method of the present embodiment includes the carbon particles 1, the composite material 20 has high thermal conductivity and has low thermal property anisotropy. It can be used suitably for the material of the constituent layer and constituent member of the cooler (eg, cooler for power module). Furthermore, the composite material 20 can also be used as a material for components such as lighting devices, portable / mobile terminals, heat spreaders, heat pipes, and battery modules.

上記実施形態では、プリフォーム４０としてロール体４１を用いる場合について説明したが、本発明では、プリフォーム４０としてその他に例えば図８や図９に示したものを用いても良い。 In the above embodiment, the case where the roll body 41 is used as the preform 40 has been described. However, in the present invention, for example, the preform 40 shown in FIGS. 8 and 9 may be used.

図８は、プリフォーム４０としての折曲体４３の概略図である。この折曲体４３は、プリフォーム４０を形成する工程Ｓ２において、塗工箔１２の条材１２Ａをジグザグ状に折曲することにより形成される。 FIG. 8 is a schematic view of a bent body 43 as the preform 40. The bent body 43 is formed by bending the strip 12A of the coating foil 12 in a zigzag shape in the step S2 of forming the preform 40.

折曲体４３を座屈変形させる場合には、折曲体４３を塗工箔１２の条材１２Ａの折曲部４３ａの稜線方向Ｒと平行な方向に加圧し、これにより折曲体４３を座屈変形させる。矢印Ｐは、折曲体４３を座屈変形させるための折曲体４３の加圧方向を示している。 When the bent body 43 is buckled and deformed, the bent body 43 is pressed in a direction parallel to the ridge line direction R of the bent portion 43a of the strip 12A of the coating foil 12, and thereby the bent body 43 is pressed. Buckling deformation. An arrow P indicates the pressing direction of the bent body 43 for buckling deformation of the bent body 43.

この場合では、塗工箔１２の条材１２Ａをジグザグ状に折曲することによりプリフォーム４０としての折曲体４３を形成するので、プリフォーム４０の形成を容易に行うことができる。 In this case, since the bent body 43 as the preform 40 is formed by bending the strip 12A of the coating foil 12 in a zigzag shape, the preform 40 can be easily formed.

図９は、プリフォーム４０としての積層体（詳述すると平坦状積層体）４５の概略斜視図である。この積層体４５は、プリフォーム４０を形成する工程Ｓ２において、塗工箔１２（詳述すると塗工箔１２の条材１２Ａ）を所定形状（同図では方形状）に切断して得られた切断片からなる平坦状の塗工箔１２を複数積層することにより形成される。積層される複数の塗工箔１２は同形及び同寸である。 FIG. 9 is a schematic perspective view of a laminated body (in detail, a flat laminated body) 45 as the preform 40. The laminate 45 was obtained by cutting the coating foil 12 (specifically, the strip 12A of the coating foil 12 in detail) into a predetermined shape (rectangular shape in the figure) in the step S2 of forming the preform 40. It is formed by laminating a plurality of flat coating foils 12 made of cut pieces. The plurality of coating foils 12 to be laminated have the same shape and the same size.

積層体４５を座屈変形させる場合には、積層体４５を塗工箔１２の積層方向Ｓに垂直な方向に加圧し、これにより積層体を座屈変形させる。矢印Ｐは、積層体４５を座屈変形させるための積層体４５の加圧方向を示している。 When the laminated body 45 is buckled and deformed, the laminated body 45 is pressed in a direction perpendicular to the laminating direction S of the coating foil 12, thereby buckling and deforming the laminated body. An arrow P indicates a pressing direction of the stacked body 45 for buckling deformation of the stacked body 45.

この場合では、塗工箔１２を複数積層することによりプリフォーム４０としての積層体４５を形成するので、プリフォーム４０を確実に形成することができる。 In this case, since the laminated body 45 as the preform 40 is formed by laminating a plurality of coating foils 12, the preform 40 can be reliably formed.

ここで、上述した実施形態では、座屈工程Ｓ３と焼結工程Ｓ４を同時に行う場合について説明したが、本発明では、その他に、図１０に示すように座屈工程Ｓ３の後で焼結工程Ｓ４を行っても良い。 Here, in the above-described embodiment, the case where the buckling step S3 and the sintering step S4 are performed at the same time has been described. However, in the present invention, in addition, the sintering step is performed after the buckling step S3 as shown in FIG. S4 may be performed.

以上で本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明では、塗工箔を得る工程において炭素粒子層（塗工液）が塗工される金属箔は、上述した実施形態に示したように金属箔の条材であることが望ましいが、これに限定されるものではなく、その他に例えば条材状ではない金属箔（例えば、予め設定された長さ寸法及び幅寸法を有する略方形状の金属箔）であっても良い。 In the present invention, the metal foil to which the carbon particle layer (coating liquid) is applied in the step of obtaining the coating foil is preferably a metal foil strip as shown in the above-described embodiment. The metal foil is not limited to the above, and may be, for example, a metal foil that is not in the shape of a strip (for example, a substantially rectangular metal foil having preset length and width dimensions).

また本発明では、金属箔の塗工予定表面は、上述した実施形態に示したように金属箔の厚さ方向の両表面のうち一方の表面だけであることが望ましいが、これに限定されるものではなく、その他に例えば金属箔の一方の表面と他方の表面であっても良い。この場合、塗工箔を得る工程では、金属箔（金属箔の条材）の一方の表面と他方の表面にそれぞれ炭素粒子層が塗工された塗工箔（塗工箔の条材）が得られる。 Further, in the present invention, it is desirable that the planned coating surface of the metal foil is only one of the two surfaces in the thickness direction of the metal foil as shown in the above-described embodiment, but is limited to this. In addition, for example, one surface and the other surface of a metal foil may be used. In this case, in the process of obtaining the coating foil, a coating foil (coating foil strip) in which a carbon particle layer is coated on one surface and the other surface of the metal foil (metal foil strip) is provided. can get.

本発明は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属−炭素粒子複合材の製造方法に利用可能である。 The present invention is applicable to a method for producing a metal-carbon particle composite material including a metal matrix and carbon particles dispersed in the metal matrix.

１：炭素粒子
５：塗工液
１０：金属箔
１０Ａ：金属箔の条材
１０ａ：塗工予定表面
１１：炭素粒子層
１２：塗工箔
１２Ａ：塗工箔の条材
２０：金属−炭素粒子複合材
３０：塗工装置
４０：プリフォーム
４１：ロール体
４３：折曲体
４３ａ：折曲部
４５：積層体
５０：加圧加熱焼結装置
５３：型枠 1: Carbon particle 5: Coating liquid 10: Metal foil 10A: Strip material 10a of metal foil: Planned coating surface 11: Carbon particle layer 12: Coating foil 12A: Strip material 20 of coating foil: Metal-carbon particles Composite material 30: Coating device 40: Preform 41: Roll body 43: Folded body 43a: Folded part 45: Laminated body 50: Pressure heating and sintering apparatus 53: Formwork

Claims

A step of obtaining a coating foil in which a carbon particle layer is coated on the surface of the metal foil to be coated;
Forming a preform in a state where a plurality of the coating foils are laminated;
A buckling step of buckling and deforming the preform by pressurizing the preform;
And a sintering step of sintering the preform by heating the preform while applying pressure. A method for producing a metal-carbon particle composite material.

The method for producing a metal-carbon particle composite material according to claim 1, wherein the buckling step and the sintering step are performed simultaneously.

The method for producing a metal-carbon particle composite material according to claim 1, wherein the sintering step is performed after the buckling step.

In the step of forming the preform, a roll body as the preform is formed by winding the coating foil in a roll shape a plurality of times,
The method for producing a metal-carbon particle composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein in the buckling step, the roll body is buckled and deformed by pressurizing the roll body in an axial direction thereof.

The coating scheduled surface of the metal foil is one of both surfaces in the thickness direction of the metal foil,
5. In the step of forming the preform, the roll body is formed by winding the coating foil in a roll shape a plurality of times so that the other surface of the metal foil faces the outer peripheral surface side of the roll body. The manufacturing method of the metal-carbon particle composite material of description.

In the step of forming the preform, a folded body as the preform is formed by bending the coating foil in a zigzag shape,
In the said buckling process, the said bending body is buckled and deformed by pressurizing the said bending body in the direction parallel to the ridgeline direction of the bending part of the said coating foil. A method for producing a metal-carbon particle composite material.

In the step of forming the preform, a laminate as the preform is formed by laminating a plurality of the coating foils,
The metal-carbon particle composite according to any one of claims 1 to 3, wherein in the buckling step, the laminate is buckled and deformed by pressurizing the laminate in a direction perpendicular to the lamination direction of the coating foil. A method of manufacturing the material.

In the buckling step, the preform is buckled and deformed by pressurizing the preform in a state where the preform is placed in a mold,
The said formwork has a role which suppresses that the said preform arrange | positioned in the said formwork buckles outwardly with respect to the pressurization direction of the said preform. A method for producing a metal-carbon particle composite material according to claim 1.