(57)【要約】【課題】金属の連続相とセラミック粒子とからなる、熱伝導率の高い複合材料を実現する。【解決手段】複合材料は、セラミック粒子を４０〜８５容積％含み、前記セラミック粒子の粒子間の間隙に金属が連続相を形成し、当該複合材料の密度はＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上である。ただし、Ｃは前記セラミック粒子の密度、Ｖは当該複合材料の中で前記セラミック粒子の占める容積割合、Ｍは前記金属の密度を表す。セラミックは例えばＳｉＣであり、金属は例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。複合材料の表面に、アルミニウム等の金属溶射層や金属箔層を設けてもよい。【選択図】　　　図１
2004091862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性の複合材料であって、
セラミック粒子を４０〜８５容積％含み、前記セラミック粒子の粒子間の間隙に金属が連続相を形成し、当該複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上であることを特徴とする複合材料。ただし、Ｃは前記セラミック粒子の密度、Ｖは当該複合材料の中で前記セラミック粒子の占める容積割合、Ｍは前記金属の密度を表す。
【請求項２】
前記セラミック粒子が当該複合材料の表面に露出しないように表面が前記金属で覆われていることを特徴とする複合材料。
【請求項３】
前記セラミック粒子はＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢＮ、カーボンのうちから選ばれた少なくとも一種類の材料であることを特徴とする請求項１または２記載の複合材料。
【請求項４】
前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、マグネシウム、マグネシウム合金の何れかから選ばれた少なくとも一種類の材料であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の複合材料。
【請求項５】
前記セラミック粒子は密度３．２ｇ／ｃｍ３のＳｉＣであり、前記金属は、密度が２．６６のアルミニウム合金であり、当該複合体の密度は２．２４以上であることを特徴とする請求項１または２記載の複合材料。
【請求項６】
前記セラミック粒子の粒度は０．３〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項記載の複合材料。
【請求項７】
表面の少なくとも一部に金属溶射層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の複合材料。
【請求項８】
前記金属溶射層はアルミニウム溶射層であることを特徴とする請求項７記載の複合材料。
【請求項９】
表面の少なくとも一部に金属箔の層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の複合材料。
【請求項１０】
前記金属箔はアルミニウム箔であることを特徴とする請求項９記載の複合材料。
【請求項１１】
金型により形成されたキャビティにセラミック粒子を所定の容積％の量だけ充填する充填工程と、該充填したセラミック粒子の間隙に金属の溶湯を含浸させる含浸工程と、該含浸させた溶湯を凝固させる凝固工程とを含むことを特徴とする複合材料の製造方法。
【請求項１２】
前記充填工程では、前記セラミック粒子をキャビティの容積に対して４０〜８５容積％の量だけ充填することを特徴とする請求項１１記載の複合材料の製造方法。
【請求項１３】
前記含浸工程では、前記キャビティの内部を減圧させながら、当該キャビティに前記金属の溶湯を注入することを特徴とする請求項１１または１２記載の複合材料の製造方法。
【請求項１４】
前記キャビティの内壁を構成する金型面の少なくとも一部に、前記セラミック粒子が侵入できない程度の寸法の凹みを含んだ凹凸部を設けたことを特徴とする請求項１１〜１３のうち何れか１項記載の複合材料の製造方法。
【請求項１５】
前記凝固工程では、前記溶湯に圧力をかけた状態で凝固させることを特徴とする請求項１１〜１４のうち何れか１項記載の複合材料の製造方法。
【請求項１６】
前記凝固工程の後、表面に金属溶射を行うことを特徴とする請求項１１〜１５のうち何れか１項記載の複合材料の製造方法。
【請求項１７】
前記凝固工程の後、表面に金属箔の層を積層することを特徴とする請求項１１〜１５のうち何れか１項記載の複合材料の製造方法。
【請求項１８】
前記充填工程の前に、前記金型のキャビティ内壁面に金属箔を貼付しておくことを特徴とする請求項１１〜１５のうち何れか１項記載の複合材料の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のうち何れか１項記載の方法で製造した複合材料を、前記金属が半溶融状態になる温度まで加熱しながら圧力をかける工程を含むことを特徴とする複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＰＵやパワーモジュール等の半導体の放熱用基板や、小型パソコン、測定機器等の電子機器に用いられる筐体、ヒートシンク材、車両のブレーキ等に用いられる放熱特性の良いディスク等、各種放熱材料として用いるのに好適な高熱伝導性複合材料およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワー半導体素子は大電流駆動されるため発熱量が大きく、素子特性を維持するために放熱性に優れた放熱板を必要とする。特に、近年、高密度集積化や制御回路との混載による小型化・軽量化が進められているため、高密度熱流の放散が重要な課題となっている。このために、高熱伝導性の放熱基板が求められている。
【０００３】
また、小型パソコンや測定機器等の分野でも、半導体素子の高集積化が進むに従って、半導体素子の発熱量が増大する一方、機器の小型化によって放熱に困難な構造となる傾向にある。このため、筐体やヒートシンク材に対しても、高熱伝導性の放熱基板が求められている。
【０００４】
さらに、車両ブレーキ装置の分野においても、ブレーキディスクには高い放熱性が要求される。したがって、この分野でも高熱伝導性の基板が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、様々な分野で高熱伝導性の基板が求められており、従来より、基板やＳｉＣ／Ａｌ系複合材料が提案されている。しかしながら、金属板は熱膨張係数が大きいという問題があり、また、ＳｉＣ／Ａｌ系複合材では十分に高い熱伝導率が得られていないという問題がある。
【０００６】
従来、ＳｉＣ／Ａｌ系複合材料はアルミ溶湯の中にＳｉＣ粉末を分散させる方法や、ＳｉＣ粒子とアルミまたはアルミ合金粒子をバインダーや焼結助剤を加えて成形し、次いで、焼結する方法などがある。これらの方法で十分に高い熱伝導率が得られないのは、以下の理由によると考えられる。
（１）ＳｉＣの含有率が２０容積％と低いため。
（２）ＳｉＣの粒径が１０μｍ〜１００μｍと非常に細かいため、アルミとの界面が非常に多くなり、熱伝導率が低くなる。
（３）ＳｉＣとアルミとの界面にバインダーや焼結助剤の残留物が異物として残り、熱伝導を妨げる。
（４）ＳｉＣとアルミとの界面に空気を含んだ空間が存在し、これが熱伝導率を低くしている。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決して、高い熱伝導性を有する複合材料およびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の高熱伝導性の複合材料は、セラミック粒子を４０〜８５容積％含み、前記セラミック粒子の粒子間の間隙に金属が連続相を形成し、当該複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上であることを特徴とする。ただし、Ｃは前記セラミック粒子の密度、Ｖは当該複合材料の中で前記セラミック粒子の占める容積割合、Ｍは前記金属の密度を表す。
【０００９】
また、前記セラミック粒子が当該複合材料の表面に露出しないように表面が前記金属で覆われるようにすれば、表面の空隙が少なくなって、当該複合材料を放熱材として用いた際の放熱効果が高まる。
【００１０】
前記セラミック粒子としては、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢＮ、カーボンのうちから選ばれた少なくとも一種類の材料を用いることができる。
【００１１】
また、前記金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、マグネシウム、マグネシウム合金の何れかから選ばれた少なくとも一種類の材料を用いることができる。
【００１２】
前記セラミック粒子の粒度は好ましくは０．３〜２．０ｍｍである。
【００１３】
また、表面の少なくとも一部に金属溶射層を設けることにより、あるいは、表面の少なくとも一部に金属箔の層を設けることにより、複合材料表面の空隙を少なくすることができる。
【００１４】
また、本発明では、金型により形成されたキャビティにセラミック粒子を所定の容積％の量だけ充填する充填工程と、該充填したセラミック粒子の間隙に金属の溶湯を含浸させる含浸工程と、該含浸させた溶湯を凝固させる凝固工程とを含む方法により、複合材料を製造する。
【００１５】
この場合、前記含浸工程では、前記キャビティの内部を減圧させながら、当該キャビティに前記金属の溶湯を注入することとしてもよい。
【００１６】
また、前記キャビティの内壁を構成する金型面の少なくとも一部に、前記セラミック粒子が侵入できない程度の寸法の凹部を含んだ凹凸部を設けることで、製造された複合材料の表面にセラミック粒子が表面に露出しないように表面を金属で覆うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である高熱伝導性複合材料１を示す。同図に示すように、高熱伝導性複合材料１は、分散したセラミック粒子２の間に、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという）等の金属によりできるだけ隙間が無いように連続相３を形成し、複合材料の密度をＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上としたものである。ただし、Ｃは前記セラミック粒子の密度、Ｖは当該複合材料の中で前記セラミック粒子の占める容積割合、Ｍは前記金属の密度を表す。
【００１８】
セラミック粒子２としては、ＳｉＣ、ＡｌＮ，ＢＮ，カーボン等の材料が用いられる。セラミック粒子２の粒度は０．１５ｍｍ（１００ｍｅｓｈふるい以上）あればよいが、製品の厚さなどを考慮に入れると、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ（４８〜４９ｍｅｓｈ）程度の粒度範囲が好ましい。粒度が０．１５ｍｍ未満であると、セラミック粒子２間の間隔が小さくなり過ぎて、金属の溶湯が入り込まなくなり、含浸不良を起こす。なお、セラミックは粒体だけでなく、繊維状のものを併用してもよい。
【００１９】
また、連続相３を構成する金属として、アルミニウムやアルミニウム合金のほか、銅、銅合金、鉄、鉄合金、マグネシウム、マグネシウム合金を用いることもできる。
【００２０】
セラミック粒子２の量は、４０〜８５容積％が好適である。４０容積％未満であれば、複合材料１の熱伝導率が十分に高くならず、８５容積％を超えると複合材料の強度が不十分となる。一方、金属の量は、セラミック粒子２に対応して１５〜６０容積％となるが、複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上となるように、できるだけ隙間のないように入れる必要がある。この密度に関する条件の根拠については後述する。
【００２１】
以上のように、粒度の比較的大きいセラミック粒子２を比較的多量に含有させたので、熱伝導率を２００Ｗ／ｍＫ以上、線膨張係数を９〜１２×１０−６程度にすることができる。
【００２２】
上記複合材料１の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６未満になると、複合材料内部又は表面の空隙が多くなり、この空隙が熱伝導性を阻害して熱伝導性の良好な複合材料が得られない。
【００２３】
上記セラミック粒子２は、複合材料表面に露出しないようにするのがより好ましい。そのためには、後述する複合材料１の成形用金型のキャビティ内壁に、セラミック粒子よりも小さい溝を縦横に設けてゆず肌模様とし、アルミニウムの溶湯だけが前記溝に流入するようにすることで、複合材料１の表面をアルミニウムで覆うこともできる。こうすることによって、複合材料１の表面の空隙を少なくして、熱伝導性を向上させることができる。また、空隙が少なくなれば、複合材料１の密度も大きくなる。
【００２４】
複合材料１は、図２に示すような装置で製造することができる。同図に示すように、この装置は、金型１０と、注湯部２０と、吸引部３０とにより構成される。金型１０は板状体１１，１２の間に形成されたキャビティ１０ａを有し、注湯部２０はキャビティ１０ａの上端に連通する湯道２１を有し、キャビティ１０ａの下端は真空ポンプＰによって吸引される真空ボックス３１に連通している。
【００２５】
金型１０のキャビティ１０ａの中に、粒径が０．１５ｍｍ以上のセラミック粒子２をキャビティ空間の４０容積％以上充填する。次に、キャビティ１０ａ内を真空ポンプＰによって真空引きし、セラミック粒子の間隙にある空気を排除し、そこに湯道２１からアルミニウムの溶湯を流し込んでセラミック粒子の間隙に溶湯を含浸させた後、溶湯を凝固させる。この凝固過程で溶湯が半凝固状態にあるときに十分な圧力をかけて凝固させ、形成される複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上になるようにする。また、別の方法として、アルミニウム溶湯を注入しているときに、同時にアルミニウム溶湯を加圧してもよい。
【００２６】
通常の凝固を行いセラミック粒子とアルミニウムとの界面に生じた真空の空隙によって、複合材料の密度が上記条件を満たさない場合には、以下に示す方法で処理することが有効である。
（１）当該複合材料をアルミニウムが半溶融状態になる温度まで加熱し、圧力をかけてアルミニウムを空隙を埋めてしまうことで複合材料の密度を大きくする。
（２）当該複合材料をアルミニウムが軟化する温度で押し出し加工する。押し出し加工時に軟化状態のアルミニウムが真空の空隙を埋めることで複合材料の密度が大きくなる。
（３）当該複合材料をアルミニウムが軟化する温度で熱間圧延する。
（４）当該複合材料をアルミニウムが軟化する温度で熱間鍛造する。
【００２７】
ここで、複合材料の加熱には、ヒーター加熱、高周波誘導加熱等の方法を利用することができる。
【００２８】
上記（１）〜（４）の何れの方法でも、セラミック粒子の粒度を０．１５ｍｍ以上と大きくできる。また、その含有量も４０容積％以上にできる。さらに、セラミック粒子とアルミニウム以外は何も使わなくてよい。そして最後にセラミック粒子とアルミニウムとの界面に生ずる空隙を除去して、複合材料の密度をＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上に大きくすることができる。これにより、高熱伝導性の複合材料の製造が可能となる。
【００２９】
アルミニウム溶湯として、溶融したアルミニウムの中にセラミック粒子を混入して攪拌したものを使用することにより、セラミック粒子の含有量をさらに多くすることができる。その結果、熱伝導率の向上につながる。また、セラミック粒子とアルミニウムとの濡れをよくするために、ニッケル等のメッキをセラミック粒子に施してもよい。
【００３０】
また、図３に示すように、複合材料１の表面に金属溶射層５を設けることにより、複合材料の表面近傍の空隙による熱伝導率の低下を防止することができる。溶射層の形成は、溶融した金属を吹き付けた後、加熱圧縮することにより行える。溶射する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、銀等の熱伝導性の良好な金属を用いることが効果的である。
【００３１】
また、表面への金属溶射に代えて、図４に示すように、複合材料１の表面に金属箔６を積層することにより、複合材料の表面近傍の空隙による熱伝導率の低下を防止することもできる。金属箔の積層は、複合材料１の表面に金属箔を載せ、加熱圧縮することにより行える。金属箔として、アルミニウム箔、銅箔等の熱伝導性の良い金属箔を用いることが効果的である。
【００３２】
以上のように、表面に金属を溶射し、あるいは、金属箔の層を設ける場合には、金型内壁を、小さい溝を縦横に設けたゆず肌模様としなくても、セラミック粒子が表面に露出するのを防止することができるから、金型の製造コストを低減できる。
【００３３】
なお、複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上であるという条件は、以下の検証実験により見出されたものである。
【００３４】
図２に示す装置において、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈ）の粒度のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５９％の量だけ充填した。次に、ＳｉＣの粒子の間隙（４１容積％）に、充填量を変えながらアルミニウムを充填して種々の試料を作成した。そして、各試料について、密度と熱伝導率を測定した。なお、本検証実験および以下の各実施例における熱伝導率の測定はレーザーフラッシュ法により行なった。その結果、図５に示すような密度と熱伝導率との関係が得られ、その実験式として、
Ｙ＝５９０．８７＊Ｘ−１４９７（Ｘ：密度、Ｙ：熱伝導率）
が得られた。
【００３５】
試料の密度Ｘとアルミニウムの充填率Ａとの関係は次式で表される。
Ｘ＝Ｃ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊Ａ
ただし、Ｃ：セラミックＳｉＣの密度＝３．２
Ｖ：ＳｉＣの充填量＝５９容積％
Ｍ：アルミニウムＡＣ３Ａの密度＝２．６６
である。
【００３６】
したがって、
Ｘ＝１．０９６＊Ａ＋１．８８８
が得られ、これを上記実験式に代入して
Ｙ＝６４４．４Ａ−３８１．４
が得られる。この式をグラフ化すると図６のようになる。
【００３７】
図６より、ＳｉＣ粒子の間隙へのアルミニウムの充填率Ａが０．６未満になると、熱伝導率は計算上０以下となる。したがって、充填率Ａは０．６以上であることが必要であり、好ましくはＡ＝０．８〜１．０である。そして、充填率Ａが大きいほど、複合材料の密度も大きくなることから、複合材料の密度がＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６以上という条件が得られることになる。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈ）の粒度のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５６％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内部を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒子の間隙にアルミニウム溶湯を含浸させた。ここまでは、金型の温度は５５０℃であり、次に、溶湯を凝固させるために金型温度を５３０℃にして３分間保持した。これにより、アルミニウムが流れ出さない程度に冷却されるので、この状態で金型を開き、複合材料の板状成形体を取り出して室温で完全に凝固させた。
【００３９】
この板状成形体について、密度と熱伝導率を測定した。その結果、複合材料の密度は２．７６ｇ／ｃｍ３で、熱伝導率は１５２Ｗ／ｍＫであった。
【００４０】
さらに、熱伝導率を向上させるために以下の処理を行った。
（１）アルミニウムＡＣ３Ａが半溶融状態又は軟化状態になる温度４５０℃、５００℃、５５０℃で１トン／ｃｍ２の圧力を５分間かけて処理した。その結果、板状成形体の密度および熱伝導率は以下のようになり、密度の増加および熱伝導率の向上が確認できた。
処理温度　　　　　密　度　　　　　　　　熱伝導率
４５０℃　　　２．８５ｇ／ｃｍ３　　　２１０Ｗ／ｍＫ
５００℃　　　２．９０ｇ／ｃｍ３　　　２５０Ｗ／ｍＫ
５５０℃　　　２．９８ｇ／ｃｍ３　　　２７０Ｗ／ｍＫ
（２）板状成形体を炉で４５０℃に加熱した後、炉から取り出して、圧延率１０％で厚さ１．３ｍｍまで圧延した。その結果、密度２．８０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率２０５Ｗ／ｍＫとなり、やはり、密度の増加および熱伝導率の向上が確認できた。
【００４１】
図７は、本実施例で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、板状成形体の表面にＳｉＣ粒子２が所々で露出する構造となった。また、板状成形体の内部において、ＳｉＣ粒子とアルミニウムとの界面の一部に空隙４が見られた。
【００４２】
なお、本実施例においてＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６の値は、２．４９ｇ／ｃｍ３であり、上記板状成形体の密度は何れもこの値より大きい。
【００４３】
（実施例２）
厚さ３ｍｍのキャビティを有し、表面に縦横の細かい溝が形成されたゆず肌模様の凹凸を有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈの粒度）のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５８％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒子の間隙にアルミニウムを含浸させた。ここまでは、金型の温度は５５０℃であり、次に、溶湯を凝固させるために金型温度を５３０℃にして、３分間保持した。これにより、アルミニウムが流れ出さない程度に冷却されるので、この状態で金型を開いて、板状成形体を取り出した。金型から取り出してすぐに、温度を５５０℃に設定したホットプレスに板を入れ、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し、加圧したまま冷却凝固を行った。そして、冷却凝固した板状成形体について密度および熱伝導率の測定を行った。その結果、密度は２．９５ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫとなった。
【００４４】
図８は、本実施例で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、板状成形体の表面は、両側共に０．５ｍｍ程度の厚さのアルミニウム単体の層で覆われており、ＳｉＣ粒子が表面に露出することはなかった。これは、表面にゆず肌模様を有する金型を用いたことで、金型とＳｉＣ粒子との間にアルミニウムが入り込んだことによるものである。ＳｉＣ粒子が表面に露出せず、表面の凹凸が少なくなることにより、複合材料の放熱材としての放熱特性が向上する。
【００４５】
（実施例３）
上記実施例１と同様の条件で製造した板状成形体の両面にアルミニウムを溶射した。溶射したアルミニウムの厚みは片面２５０μｍずつとした。
この板状成形体について、密度および熱伝導率を測定した。その結果、密度は２．７８ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は１６０Ｗ／ｍＫであった。さらに、熱伝導率を向上させるため、上記実施例１の（１）と同様に、アルミニウムＡＣ３Ａが半溶融状態又は軟化状態になる温度４５０℃、５００℃、５５０℃で１トン／ｃｍ２の圧力を５分間かけて処理した。その結果、板状成形体の密度および熱伝導率は以下のようになり、密度の増加および熱伝導率の向上が確認できた。
処理温度　　　　　密　度　　　　　　　　熱伝導率
４５０℃　　　２．８７ｇ／ｃｍ３　　　２１５Ｗ／ｍＫ
５００℃　　　２．９０ｇ／ｃｍ３　　　２６０Ｗ／ｍＫ
５５０℃　　　２．９６ｇ／ｃｍ３　　　２７０Ｗ／ｍＫ
【００４６】
図９は、本実施例により製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、表面は溶射アルミニウム５に覆われて、ＳｉＣ粒子が露出することはなかった。また、板状成形体の内部において、ＳｉＣ粒子とアルミニウムとの界面の一部に空隙４が見られた。
【００４７】
なお、本実施例においてＣ＊Ｖ＋Ｍ＊（１−Ｖ）＊０．６の値は、２．５３ｇ／ｃｍ３であり、上記した板状成形体の密度は何れもこの値より大きい。
【００４８】
（実施例４）
厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈ）の粒度）のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５８％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒子の間隙にアルミニウムを含浸させた。ここまでは、金型の温度は５５０℃であり、次に、溶湯を凝固させるために金型温度を５３０℃にして、３分間保持した。これにより、アルミニウムが流れ出さない程度に冷却されるので、この状態で金型を開いて、板状成形体を取り出した。金型から取り出してすぐにアルミニウムの溶射を両面に行った。溶射したアルミニウムの厚みは片面２５０μｍずつとした。その後、温度を５５０℃に設定したホットプレスに板を入れ、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し、この加圧状態で冷却凝固を行った。そして、冷却凝固した板状成形体について密度および熱伝導率の測定を行った。その結果、密度は２．９８ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２７５Ｗ／ｍＫとなった。
【００４９】
図１０は、本実施例で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、板状成形体の表面は、両側共に０．２ｍｍ程度の厚さのアルミニウム溶射層５で覆われており、ＳｉＣ粒子が表面に露出することはなかった。
【００５０】
（実施例５）
上記実施例１の製造条件において、流れ出さない程度に冷却して金型から取り出した直後の板状成形体の両面に、厚さ１２μｍのアルミニウム箔を積層した。アルミニウム箔の積層は、板状成形体の表面にアルミニウム箔を載せて加熱圧縮することにより行なった。加熱圧縮の条件として、例えば、圧力１０００ｋｇ／ｃｍ２のとき温度４００℃〜５００℃で５分間、圧力６０ｋｇ／ｃｍ２のとき温度５９０〜６２０℃で５分間等を用いた。
【００５１】
こうしてアルミニウム箔を積層した板状成形体について、さらに、熱伝導率を向上させるため、上記実施例１の（１）と同様に、アルミニウムＡＣ３Ａが半溶融状態又は軟化状態になる温度４５０℃、５００℃、５５０℃で１トン／ｃｍ２の圧力を５分間かけて処理した。その結果、板状成形体の密度および熱伝導率は以下のようになった。
処理温度　　　　　密　度　　　　　　　　熱伝導率
４５０℃　　　２．８５ｇ／ｃｍ３　　　２１０Ｗ／ｍＫ
５００℃　　　２．８９ｇ／ｃｍ３　　　２５０Ｗ／ｍＫ
５５０℃　　　２．９５ｇ／ｃｍ３　　　２９０Ｗ／ｍＫ
【００５２】
図１１は、本実施例により製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、表面は厚さ約１２μｍのアルミニウム箔の層に覆われて、ＳｉＣ粒子が露出することはなかった。また、板状成形体の内部において、ＳｉＣ粒子とアルミニウムとの界面の一部に空隙４が見られた。
【００５３】
（実施例６）
厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型と、フラットの金型両方に、厚さ７μｍのアルミニウム箔を貼り付け、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈ）の粒度）のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５８％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒子の間隙にアルミニウムを含浸させた。ここまでは、金型の温度は５５０℃であり、次に、溶湯を凝固させるために金型温度を５３０℃にして、３分間保持した。これにより、アルミニウムが流れ出さない程度に冷却されるので、この状態で金型を開いて、板状成形体を取り出した。金型から取り出してすぐに、温度を５５０℃に設定したホットプレスに板を入れ、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し、この加圧状態で冷却凝固を行った。そして、冷却凝固した板状成形体について密度および熱伝導率の測定を行った。その結果、密度は２．９０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２７０Ｗ／ｍＫとなった。
【００５４】
図１２は、本実施例で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す。同図に示すように、板状成形体の表面は、両側共に１２μｍ程度の厚さのアルミニウム箔の層で覆われており、ＳｉＣ粒子が表面に露出することはなかった。
【００５５】
（比較例）
実施例１と同様に、厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度のＳｉＣ粒子をキャビティ容積の５８％の量だけ充填した。そして、実施例１とは異なり、キャビティを吸引することなく、金型上部より鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒子の間隙にアルミニウム溶湯を含浸させようとした。しかし、冷却凝固後に金型を開いたところアルミニウムは十分に含浸されていなかった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、金属の連続相とセラミック粒子とからなる複合材料の密度を所定の値以上とすることにより、熱伝導率が高い複合材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である高熱伝導性複合材料の断面を模式的に示す図である。
【図２】複合材料の製造装置を示す図である。
【図３】表面に金属溶射層を設けた複合材料の断面を模式的に示す図である。
【図４】表面に金属箔の層を設けた複合材料の断面を模式的に示す図である。
【図５】複合材料の密度と熱伝導率との関係を示す図である。
【図６】ＳｉＣの充填量と熱伝導率との関係を示す図である。
【図７】実施例１で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【図８】実施例２で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【図９】実施例３で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【図１０】実施例４で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【図１１】実施例５で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【図１２】実施例６で製造した複合材料の板状成形体の断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　複合材料
２　セラミック粒子
３　金属の連続相
１０　金型
１０ａ　キャビティ
２０　注湯部
３０　吸引部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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