(57)【要約】本発明は、ポリマー材料のマトリクスと、前記マトリクス内に埋め込まれ且つ第１の溶融温度を有する金属で作られた網と、前記網内の前記第１の溶融温度よりも高い第２の溶融温度を有する金属粒子とを含む導電性の金属／プラスチック混成物に関する。更に、本発明はかかる金属／プラスチック混成物を製造する方法に関する。上述の種類の金属／プラスチック混成物は先行技術から既知であるが、高い導電性を得るために、より高い融点の金属粒子を高い割合で含有するため、金属／プラスチック混成物を高密度且つ高熱容量にしてしまう。本発明は、アルミニウムを金属粒子の成分として使用することにより、より低密度且つより低熱容量の金属／プラスチックを提供する。更に、かかる金属／プラスチック混成物を製造する方法が提供される。
2014527693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー材料（５）のマトリクスと、前記マトリクス内に埋め込まれ且つ第１の溶融温度を有する金属で作られた網と、前記網内の前記第１の溶融温度よりも高い第２の溶融温度を有する金属粒子（２）とを含む導電性の金属／プラスチック混成物（１）であって、前記金属粒子（２）がアルミニウムを含有することを特徴とする金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項２】
前記金属粒子（２）が主にアルミニウムによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項３】
前記金属粒子（２）が不純物を除いてはアルミニウムのみを含有し、前記不純物が前記粒子の好ましくは３重量％未満、より好ましくは１重量％未満を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項４】
アルミニウムを含有する前記金属粒子（２）が金属の少なくとも１つのコーティング層（６）によってコーティングされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項５】
少なくとも１つのコーティング層（６）が錫を含有することを特徴とする請求項４に記載の金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項６】
少なくとも１つのコーティング層（６）が亜鉛を含有することを特徴とする請求項４又は５のいずれか一項に記載の金属／プラスチック混成物（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の金属／プラスチック混成物（１）から少なくとも部分的に製作された少なくとも１つの導電性部分を含む電気又は電子素子。
【請求項８】
ポリマーマトリクスにおける金属の網が生じるように第１金属とポリマーを結合する工程を含む、導電性の金属／プラスチック混成物（１）を製造する方法であって、アルミニウム含有金属粒子と前記第１金属を結合して、後に前記金属粒子が前記金属の網に埋め込まれるようにすることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記方法が前記アルミニウム含有金属粒子（３）を金属のコーティング層（６）によってコーティングする工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の導電性の金属／プラスチック混成物（１）を製造する方法。
【請求項１０】
前記アルミニウム含有金属粒子（３）の前記コーティング層（６）が錫を含有することを特徴とする請求項９に記載の導電性の金属／プラスチック混成物（１）を製造する方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム含有金属粒子（３）の前記コーティング層（６）が亜鉛を含有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の導電性の金属／プラスチック混成物（１）を製造する方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのコーティング層（６）が、低融点金属の前記材料を特に前記低融点金属の更なる添加を不要にするのに十分な量だけ含有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の導電性の金属／プラスチック混成物（１）を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー材料のマトリクス、このマトリクスに埋め込まれた網（network）であって第１の溶融温度を有する金属から作製された網、及びこの網内の金属粒子であって第１の溶融温度よりも高い第２の溶融温度を有する金属粒子を含む導電性金属／プラスチック混成物に関する。更に、本発明はこのような金属／プラスチック混成物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の種類の金属／プラスチック混成物は、先行技術から既知であるが、高い導電率を達成するために、より高い融点の金属粒子を高い割合で含有する。これらのより高い融点の金属は、通常、非常に密度が高いため、金属／プラスチック混成物全体も非常に高密度である。更に、より高い融点の金属粒子に使用される金属は高価な場合があり、金属／プラスチック混成物の価格が増す。また、これらの金属は一般的に熱容量が高く、それによって、結果的に生じる金属／プラスチック混成物は特に成形プロセスにおいて処理することが難しくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、より低い密度を示す金属／プラスチック混成物を提供することである。本発明の更なる目的は、より安価な金属／プラスチック混成物を提供することである。本発明の更に他の目的は、特に成形プロセスにおいて処理が容易な金属／プラスチック混成物を提供することである。
【０００４】
本発明によれば、前記目的は、より高い融点の金属粒子としてアルミニウムを含有する金属粒子を使用することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
アルミニウムを金属粒子の材料として使用することによって、結果的に生じる金属／プラスチック混成物の密度を大幅に減少することができる。また、アルミニウムは、通常、金属粒子に使用される金属、例えば銅、ニッケル、鉄、又は銀よりも安価である。更に、アルミニウムは熱容量が低いので、アルミニウムを含有する金属／プラスチック混成物は処理が容易であり、結果的に生じる金属／プラスチック混成物のより低い体積熱容量のため、より微細な構造体を生成することができる。特に、熱の悪影響を最小限にすることができるので、二段階処理がより容易に行われることができる。特に、繊細かつ小さな構造体を作製しなければならない場合、このより低い熱容量によってより良好な結果が得られる。
【０００６】
アルミニウム及びアルミニウム含有化合物は、金属／プラスチック混成物に一般的に採用される材料よりも低毒性であり、結果的に健康及び環境に対して有益である。
【０００７】
本発明に従う解決策は、以下の更なる有利な実施形態の一つ又は幾つかと夫々任意の方法で組み合わせることができる。
【０００８】
本発明の第１の有利な態様（development）において、金属粒子は、主にアルミニウムを含むこと、このことは、アルミニウムが主成分であることを意味する。
【０００９】
本発明の一態様において、金属粒子は、アルミニウム及び不可避的不純物のみから構成される。不純物の割合は、重量の好ましくは３％未満、より好ましくは１％未満である。
【００１０】
アルミニウム含有金属粒子は第２の金属によってコーティングされることができる。好ましくは、金属粒子のコーティングは粒子が低融点金属に混合される前に行われる。このようなコーティングは、例えば金属粒子の外側に存在する酸化物層を減少又は除去することによって、金属粒子と低融点金属とのより良好な接触を促すことができる。特に、このコーティングは低融点金属内にも見つけられることができる金属を含有することができる。非常に特定の例として、金属粒子のコーティングは１つの元素だけを含有し、低融点金属はこの元素とその他の元素との混合である。
【００１１】
アルミニウム含有金属粒子のコーティングは、幾つかの方法で達成することができる。好ましくは、金属粒子は化学的方法によって、例えば亜鉛めっきによってコーティングされる。しかし、その他のコーティング方法、例えば物理気相成長法（ＰＶＤ）、原子層成長法（ＡＬＤ）、又はスパッタリングが使用されてもよい。
【００１２】
本発明の好ましい態様では、アルミニウム含有金属粒子のコーティングとしては亜鉛が挙げられる。亜鉛は多くの金属にとって、特にアルミニウムにとって一般的なコーティング材料である。従って、このような亜鉛コーティングを生成する幾つかの方法には広く知られているものもあり、対応する物質又は装置は容易に入手可能である。更に、蓄積された知識、例えば特定の厚みを実現するためのプロセスパラメータは既に利用可能である。このようなコーティングは例えば湿式化学的法によって又は物理的方法によって達成することができる。アルミニウムと亜鉛は混晶を形成する傾向があるため、アルミニウムと亜鉛は密着し、アルミニウム含有金属粒子に亜鉛が良好に付着することができる。
【００１３】
本発明の他の有利な態様では、金属粒子のコーティング材料として錫が使用される。アルミニウムと錫は固相では混合しないので、錫を使用することによってコーティング金属がアルミニウム粒子に拡散することが避けられる。錫は、低融点金属の成分として採用されることが多い。従って、コーティング材料として錫を使用することによって、粒子と低融点金属の良好な接触を促すことができる。錫コーティングは、幾つかの方法によって、例えば化学的又は物理的に塗布することができる。
【００１４】
本発明の更なる有利な態様では、アルミニウム含有金属粒子は２つ又はそれ以上のコーティング層を含有することができる。例えば、アルミニウム含有金属粒子は、第１工程にて亜鉛がコーティングされ、第２工程にて錫がコーティングされることができる。アルミニウムと亜鉛の固相での混合により、亜鉛はアルミニウム粒子に容易に付着する。亜鉛と錫は共晶系を形成することができるので、約２００℃という低い温度でこのような粒子を更に処理することが可能になる。この低温度により、特に低融点金属の成分として錫が使用される場合、金属／プラスチック混成物の製造が更に容易になる。更に、錫がアルミニウム粒子に拡散することはない。
【００１５】
本発明の更なる有利な実施形態では、金属粒子は第１工程において錫が、第２工程において亜鉛がコーティングされる。特に金属／プラスチック混成物がより高温で処理される場合、このような組み合わせが有利である可能性がある。低融点金属が錫を含有する場合、第２層として亜鉛を使用することによって、金属粒子と低融点金属の良好な接触が促される。
【００１６】
半田において採用される材料例えば錫をコーティング材料として使用することによって、例えば半田付けによって、接触用の付加的な半田によってコーティング材料との接触が直ちに行われるので、この金属／プラスチック混成物への接触が容易になる。
【００１７】
本発明の更に他の態様では、金属粒子のコーティング層は低融点金属を含有する。十分な低融点金属が金属粒子に塗布された場合、他の工程において更なる低融点金属を付加する工程を避けることができ、金属粒子がポリマー材料と直接混合されることができる。
【００１８】
本発明の他の有利な態様では、アルミニウム含有金属粒子の第１又は付加的なコーティング材料として銅を使用することができる。化学的方法によって銅を塗布することは難しいので、この場合は物理的方法による付着が好ましい。
【００１９】
本発明の更に他の有利な態様では、ポリマー材料としては熱可塑性プラスチックが挙げられ、第１金属は１００℃乃至４００℃の範囲で溶融することができる。
【００２０】
本発明の有利な態様では、特にアルミニウム含有金属粒子がコーティングされない場合、金属／プラスチック混成物にフラックスを追加することによって、前記フラックスがアルミニウム含有金属粒子に存在する酸化物層を除去することができ且つ液相において低融点金属の流動特性を向上できるので、アルミニウム含有金属と低融点金属との良好な接触を促すことができる。
【００２１】
本発明に従う金属／プラスチック混成物を少なくとも部分的に備える成形体、特に電気又は電子素子は、広範囲の用途に使用することができる。特に、これらの成形体は、電気回路において、電気又は電磁シールドとして、成形性（moldable）プラグ、ハウジング、高周波（ＲＦ）コネクタ又はアンテナとして、使用されることができる。
【００２２】
以下、有利な実施形態を用いて図面を参照し、より詳細に且つ一例として本発明を記述する。記述される実施形態は単に考え得る構成であって、上述した個々の特徴は、互いに独立して提供されても省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従う金属／プラスチック混成物の第１の実施形態の概略的な断面図である。
【図２】本発明に従う金属／プラスチック混成物の第２の実施形態の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１では、本発明に従う金属／プラスチック混成物１が断面図で描かれている。本発明に従う金属粒子２はアルミニウム含有金属粒子３として形成され、低融点金属４に埋め込まれる。金属粒子２は基本的に球形を有することができる。しかし、金属粒子２は任意の他の形状を有することができ、特に、繊維状、立方体状、フレーク状、棒状、コイン状が考えられる。金属粒子２は低融点金属４と共に導電相を形成し、金属／プラスチック混成物１全体が導電性になるように金属／プラスチック混成物１内に導電性の網（network）を形成することができる。本書では、従来通り、金属を導電性であることによって定義する。従って、金属としては、基本的に、合金、化合物、又は金属との混合物が考えられる。金属／プラスチック混成物１は、例えば熱可塑性プラスチックや樹脂等の高温で塑性変形可能な１つ又はそれ以上のプラスチック材料を含むことができるポリマー材料５も含むことができる。本発明によれば、金属粒子２はアルミニウムを含有し、特にアルミニウムは主な又は唯一の成分とすることができる。しかしながら、金属粒子にはその他の元素が存在していてもよい。アルミニウムを金属粒子２の成分の一つとして使用することによって、金属粒子２の密度を減少することができる。アルミニウムの更なる利点は、一般的に、例えば銅、ニッケル、鉄、又は銀等の金属／プラスチック混成物に採用されるその他の金属よりも安価であることである。
【００２５】
更なる利点として、アルミニウムは低熱容量を有し、このような金属／プラスチック混成物１を含む部品の製造の円滑化を促すことができる。特に、この部品のその他の成分が熱による悪影響を受ける場合、本発明に従う金属／プラスチック混成物１を使用することによって、この部品の製造をより少ない労力と時間でより容易にすることが促され、それによりコストを削減し、更に、本発明に従う金属／プラスチック混成物１を加熱するにはより少ないエネルギーで済むので、エネルギーを削減することができる。更に、本発明に従う金属／プラスチック混成物によって、その低熱容量により、極細構造体を生成することができる。特に、第２の部品が熱又は温度による悪影響を受ける可能性がある処理、又はより低い温度又はより少ない熱が有利である処理を、より効率的に、廃棄物をより少なく、より高速に、且つより少ないエネルギーで行うことができる。
【００２６】
本発明の有利な実施形態では、金属／プラスチック混成物１はフラックスを含有してもよい。フラックスは、アルミニウム粒子上に存在する可能性があり金属粒子２と低融点金属４の接続を行うことを困難又は不可能にする可能性がある酸化物層の除去を促すことができる。更に、このようなフラックスによってより高粘度の低融点金属４を得ることができ、金属粒子２と低融点金属４の相互接続を更に向上する。
【００２７】
金属粒子２のサイズは、好適な実施形態では、２００μｍ未満である。極細構造体を製造しなければならない場合、金属粒子２のサイズを更に小さくすることができる。しかし、例えばより高い体積対表面積率が望ましい場合、アルミニウム含有粒子３のサイズを増加することができる。金属粒子のより効率的なパッキング従ってより高いローディング及び／又はより容易な処理のために、様々なサイズ、例えば微粒子及び粗粒子の混合を使用することもできる。
【００２８】
図１ではアルミニウム含有金属粒子３は金属／プラスチック混成物１内での最終的な状態にある粒子の周囲がコーティング層６によって被覆されていないが、製造プロセス中にアルミニウム含有金属粒子３をコーティングすることが有利である可能性がある。例えば、アルミニウム含有金属粒子３は、外側に酸化物層を生じる可能性があるが、錫でコーティングすることができる。このようなコーティングは、例えば、亜鉛めっきのような湿式化学的方法によってまたは物理気相成長法（ＰＶＤ）のような物理的方法によって得ることができる。錫は金属／プラスチック混成物１の低融点金属４に含有されることが多いので、錫のコーティング層６は低融点金属４内の錫と混ざり合うことができる。このようなコーティング工程によって、アルミニウム含有金属粒子と低融点金属４とのより良好な接触を促すことができる。
【００２９】
本発明の有利な実施形態では、コーティング層６の内の一つが低融点金属４を、好ましくは大量に、含有する。このように、コーティング層６が十分な低融点金属４を提供するので、低融点金属４の追加又は金属粒子２の低融点金属４との混合を行わないようにすることができる。従って、これらのコーティングされた粒子がポリマー材料と混合又はポリマー材料に溶け込ませることができ、製造プロセスにおいて１つの工程を省略することができる。
【００３０】
硬ろう又は鉛のような低融点金属をコーティング材料として使用することにより、この材料を外側の部品に接続することがより容易になる。
【００３１】
図２には、本発明のその他の有利な実施形態が描かれている。この概略的な断面図において、本発明に従う金属／プラスチック混成物１は、アルミニウム含有金属粒子３と低融点金属４との間の接触面上に位置する追加のコーティング層６を備えるアルミニウム３を含有する金属粒子を含む。更に、ポリマー材料５、例えば、熱可塑性プラスチック材料又は樹脂がみられる。
【００３２】
この場合も、アルミニウム含有金属粒子３の好適なサイズ範囲は２００μｍ未満である。しかしながら、一定の厚みのコーティング層６においてアルミニウム含有金属粒子３のサイズを変化させることによって、コーティング材料のアルミニウム含有金属粒子３に対する比率を変化させることができる。
【００３３】
本発明の第１の実施形態では、アルミニウムは金属粒子の主成分であり、金属粒子の密度を更に減少する。
【００３４】
本発明の好適な実施形態では、アルミニウムは金属粒子２における唯一の成分である。このような単純な粒子は、容易に製造又はすぐに購入することができ、製造時間及びコストを減少する。
【００３５】
本発明の好適な実施形態では、アルミニウム含有金属粒子３は、亜鉛を含有するコーティング層６を有する。このような亜鉛コーティングは幾つかの方法で、例えば湿式化学方法によって又は物理的方法によって得ることができる。このような方法は既知であり広く使用されているので、これらのプロセスに関する広い知識が存在し、このプロセスに必要な材料は容易に入手可能である。アルミニウム及び亜鉛は混晶を形成することによって容易に混ざり合うことができるので、金属粒子内のアルミニウムとコーティング層６が密着される。
【００３６】
多くの場合、錫は低融点金属の成分であり、亜鉛と錫は約２００℃という低い融点の共晶系を形成することができるので、亜鉛をコーティング層６として用いることが更に有利になる。このような低融点により、金属／プラスチック混成物１の製造プロセスに用いられるエネルギーの最小化が促される。更に、製造時間及び労力も、このような低融点によって減少する。
【００３７】
本発明の他の有利な実施形態では、錫がアルミニウム含有金属粒子３のコーティング層６として使用される。アルミニウムと錫は固相では混ざり合わないので、アルミニウム含有金属粒子３のアルミニウムへの錫の経時的な拡散が避けられる。このように、金属／プラスチック混成物１から製造される部品の寿命期間中の金属／プラスチック混成物１の一定の性質を期待することができる。更に、多くの場合、錫が低融点金属４の成分として使用されるので、アルミニウム含有金属粒子３の低融点金属への容易な接触が促進されることができる。アルミニウム含有金属粒子３の錫によるコーティングは、化学的方法又は物理的方法等の様々な方法で行うことができる。
【００３８】
本発明の更に有利な実施形態では、アルミニウム含有金属粒子３は、２つ以上のコーティング層６によってコーティングされることができる。例えば、第１のコーティング層が亜鉛であり、アルミニウムと混晶を形成し、従ってその他の成分との良好な接触を行う。第２層は錫から生成され、亜鉛と共に共晶系を形成することができ、低融点を有し錫層に対する亜鉛の良好な接続を行う。錫は低融点金属４の成分として使用されることが多いので、錫を第２のコーティング層６として使用することによって、第２層と低融点金属４との良好な接触も得られる。特に低融点金属４が錫を成分として含有する場合、金属／プラスチック混成物の製造プロセスには第２のコーティング層６のみが存在してもよい。
【００３９】
また、コーティング層６として銅を使用することができる。コーティング材料として銅が使用される場合、湿式化学的方法のような化学的方法で銅を塗布することは困難な場合があるので、物理気相成長方法（ＰＶＤ）のような物理的なコーティングプロセスが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に従う金属／プラスチック混成物１から製造される又は少なくとも部分的に含む部品又は成形体は様々な用途において使用される可能性がある。かかる金属／プラスチック混成物１は、その導電性により、特に電気回路又は電気部品がこれらの電気回路又は部品の特に高温での塑性加工を含む方法によって製造されなければならない場合、電気回路において容易に使用されることができる。更に、この方法は、本発明に従う金属／プラスチック混成物１が低熱容量を有し、より少ないエネルギー及びより高い精度でのより高速且つより効率的な処理が可能になるので、２Ｋ又は２ショット成形方法のような２段階のプロセスにおいて非常に有利である。この金属／プラスチック混成物１から作製される部品は、電場又は電磁場の遮蔽体としても使用される可能性がある。かかる金属／プラスチック混成物１から製作された部品の他の例示的用途として、電気回路の導電素子上に成形されたプラグ、高周波（ＲＦ）コネクタ、アンテナ又はケーシングが考えられる。
【図１】
2014527693.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2014527693.tif 000005
2014527693.tif 000006