(57)【要約】本発明の実施形態は、熱分解グラファイト基板の表面の少なくとも一部の上に、アモルファスおよび／または微粒子の微細構造の金属を含む金属被覆層を配置する方法を含んでいる。金属は、ニッケル、鉄、ニッケル鉄合金、またはそれらの任意の組合せを含み、また、金属の粒子は、粒径が１ｍｍ〜１００００ｎｍである。また、本発明の実施形態は、被覆された熱分解グラファイト物品を包含する。被覆された基板は、被覆されていない基板の熱伝導率以上の熱伝導率を示す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解グラファイト基板の表面の少なくとも一部の上に、金属を含む金属被覆層を配置する方法であって、
前記金属は、ニッケル、鉄、ニッケル鉄合金、またはその任意の組合せを含み、
前記金属の粒子は粒径が１ｎｍ乃至１００００ｎｍであるか、前記金属がアモルファスであるか、またはその両方である、
方法。
【請求項２】
前記熱分解グラファイトは、高配向性熱分解グラファイト、化学蒸着で被着された熱分解グラファイト、またはその組合せである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被覆がＮａｎｏｖａｔｅ（標章）Ｎ２０４０被覆である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属の粒径が２ｎｍ乃至５０００ｎｍである、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記被覆が合金添加物を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記合金添加物がＢ、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｐ、Ｓおよびその組合せからなる群から選択されたものである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記被覆が、金属か、金属酸化物か、Ｂ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｗまたはその組合せの炭化物か、炭素か、ガラスか、ポリマー材料か、ＭｏＳ２か、またはその任意の組合せ、の固体粒子を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記被覆が最大で９５体積％の固体粒子を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属被覆層の厚さが１０μｍ乃至５０ｍｍである、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記金属被覆層が付着される前に、１つ以上の中間被覆層が付着される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記中間被覆層が、金属、ポリマー、または金属とポリマーの双方を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記中間被覆層の厚さが前記金属被覆層の厚さより小さい、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属被覆層が前記基板の外部表面の全てを覆う、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記金属被覆層が前記基板の外部表面の一部だけを覆う、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記金属被覆層で被覆された前記基板が、被覆されていない前記基板の熱伝導率以上の熱伝導率を示す、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記金属被覆層で被覆された前記基板が、被覆されていない前記基板の熱伝導率の約１０５％の熱伝導率、または被覆されていない前記基板の熱伝導率の１０５％以上の熱伝導率、かつ被覆されていない前記基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記金属被覆層で被覆された前記基板が、被覆されていない前記基板の熱伝導率の約１１０％の熱伝導率、または被覆されていない前記基板の熱伝導率の１１０％以上の熱伝導率、かつ被覆されていない前記基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記金属被覆層で被覆された前記基板が、被覆されていない前記基板の熱伝導率の約１１５％の熱伝導率、または被覆されていない前記基板の熱伝導率の１１５％以上の熱伝導率、かつ被覆されていない前記基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記金属被覆層が全ての方向に２５×１０−６Ｋ−１より小さい室温の線熱膨張係数を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
熱分解グラファイトの基板と、
前記熱分解グラファイト基板の表面の少なくとも一部の上に被着された、金属を含む金属被覆層と、
を含む物品であって、
前記金属は、ニッケル、鉄、ニッケル鉄合金、またはその任意の組合せを含み、
前記金属の粒子は粒径が１ｎｍ乃至１００００ｎｍであるか、前記金属がアモルファスであるか、またはその両方である、
物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解グラファイト（pyrolytic graphite：熱分解黒鉛）の基板に被覆（コーティング）を施す方法と、改善された熱伝導性を示すその被覆された熱分解グラファイトとに関する。その被覆された分解グラファイトは、或る装置からの熱を伝導させるための熱拡散器（ヒート・スプレッダ）として使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
電子部品（コンポーネント、構成要素）はより小さくなり、その一方で熱放散（heat dissipation：放熱）の必要性（要求）がより大きくなっている。これらの電子部品によって発生された熱を放散または放出させるために、その電子部品とヒート・シンク（吸熱部、放熱器）の間に熱拡散器が使用される。熱拡散器は固体（ソリッド）の熱伝導性金属で形成することができる。固体伝導性金属は、熱を拡散する能力に限界（限度）があり、また熱伝導特性にも限界がある。
【０００３】
参照による組込み
本明細書で挙げた全ての刊行物、特許および特許出願を、各個々の刊行物、特許または特許出願が具体的にかつ個々に参照により本明細書に組み込まれるように表示されているものとして、および各個々の刊行物、特許または特許出願が図面を含めて全て本明細書に記載されているものとして、同程度に、参照により本明細書に組み込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８０８５５３１号明細書
【特許文献２】米国特許第７８２９８４８号明細書
【特許文献３】米国特許第７８０８７８７号明細書
【発明の開示】
【０００５】
発明の概要
本発明の非限定的な実施形態を、ラベル（[...]）を付した以下の段落で説明する。
【０００６】
[0001]  本発明の実施形態は、熱分解グラファイト基板の表面の少なくとも一部の上に、金属を含む金属被覆層を配置する方法を含み、その金属は、ニッケル、鉄、ニッケル−鉄合金、またはそれらの任意の組合せを含むものであり、その金属の粒子が１ｎｍ（ナノメートル）乃至１００００ｎｍの粒径（サイズ）を有するか、その金属がアモルファス（非晶質）であるか、またはその両方である。
【０００７】
[0002]  本発明の実施形態は、熱分解グラファイト基板の表面の少なくとも一部の上に配置された、金属を含む金属被覆層、を含む物品を含み、その金属は、ニッケル、鉄、ニッケル−鉄合金、またはそれらの任意の組合せを含むものであり、その金属の粒子が１ｎｍ乃至１００００ｎｍの粒径を有するか、その金属がアモルファス（非晶質）であるか、またはその両方である。
【０００８】
[0003]  非限定的に、例えば段落[0001]に記載の方法または段落[0002]に記載の物品のような、本発明の実施形態において、熱分解グラファイト基板は、高配向性（highly oriented：高い配向性の）熱分解グラファイト、化学蒸着によって被着された熱分解グラファイト、またはその組合せである。
【０００９】
[0004]  非限定的に、例えば段落[0001]に記載の方法または段落[0002]に記載の物品のような、本発明の実施形態において、熱分解グラファイト基板は、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）（パイロイド）ＨＴ、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＳＮ、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＣＮ、またはその組合せである。
【００１０】
[0005]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0004]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、その基板上に配置されたナノヴェート（Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章））Ｎ２０４０の被覆は、金属被覆層を含んでいる。
【００１１】
[0006]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0005]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層は、金属粒径（粒子サイズ）２ｎｍ乃至５０００ｎｍの微細な粒状金属を含んでいる。
【００１２】
[0007]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0006]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆は、金属粒径５ｎｍ乃至１０００ｎｍの微細な粒状金属を含んでいる。
【００１３】
[0008]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0007]に記載の方法または物品のいずれにかのような、本発明の実施形態において、金属被覆は、金属粒径１０ｎｍ乃至５００ｎｍの微細な粒状金属を含んでいる。
【００１４】
[0009]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0005]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆は、２ｎｍ、５ｎｍ、および１０ｎｍから選択された最小粒径を有し１００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、５０００ｎｍ、および１００００ｎｍから選択された最大粒径を有する範囲の金属粒径の微細な粒状金属を含んでいる。
【００１５】
[0010]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0009]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、被覆は合金添加物（添加剤）（alloying addition）を含んでいる。
【００１６】
[0011]  非限定的に、例えば段落[0010]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、合金添加物（添加剤）は、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、およびその組合せを含む群から選択される。
【００１７】
[0012]  非限定的に、例えば段落[0010]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、合金添加物（添加剤）は、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびその組合せを含む群から選択される。
【００１８】
[0013]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0012]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、被覆は固体粒子または固形粒子を含み、固体粒子は、金属；金属酸化物；Ｂ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｗまたはその組合せの炭化物（カーバイド）；炭素；ガラス；ポリマー材料；ＭｏＳ２；またはその任意の組合せである。
【００１９】
[0014]  非限定的に、例えば段落[00013]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、ポリマー材料は、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）、ポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride）、ポリエチレン（polyethylene）、ポリプロピレン（polypropylene）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（acrylonitrile-butadiene-styrene）、エポキシ樹脂（epoxy resin）、およびその組合せからなる群から選択される。
【００２０】
[0015]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0014]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、被覆は最大で９５体積％の固体粒子を含んでいる。
【００２１】
[0016]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0014]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、被覆は１体積％乃至９５体積％の固体粒子を含んでいる。
【００２２】
[0017]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0016]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層の厚さは１０μｍ乃至５０ｍｍである。
【００２３】
[0018]  非限定的に、例えば段落[0017]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層の厚さは２５μｍ乃至２５ｍｍである。
【００２４】
[0019]  非限定的に、例えば段落[0018]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層の厚さは３０μｍ乃至５ｍｍである。
【００２５】
[0020]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0019]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、１つ以上の中間被覆層が、金属被覆層が付着または被着される前に基板に付着または被着される（applied）。
【００２６】
[0021]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0020]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、その中間被覆層の少なくとも１つは、金属、ポリマー、または金属とポリマーの双方を含んでいる。
【００２７】
[0022]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0021]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、中間被覆層の厚さは前述の金属被覆層の厚さよりも少なくとも２０％小さい。
【００２８】
[0023]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0022]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層および中間被覆層は、それが存在する場合に、基板の外部表面の全てを被覆する。
【００２９】
[0024]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0022]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層および中間被覆層は、それが存在する場合に、基板の外部表面の一部だけを被覆する。
【００３０】
[0025]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0024]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、被覆された熱分解グラファイトの熱伝導率は、被覆されてない熱分解グラファイト基板の熱伝導率以上である。
【００３１】
[0026]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0025]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層で被覆された基板は、被覆されてない基板の熱伝導率の約１０５％の熱伝導率、またはその被覆されてない基板の熱伝導率の１０５％以上の熱伝導率、およびその被覆されてない基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す。
【００３２】
[0027]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0026]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層で被覆された基板は、被覆されてない基板の熱伝導率の約１１０％の熱伝導率、またはその被覆されてない基板の熱伝導率の１１０％以上の熱伝導率、およびその被覆されてない基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す。
【００３３】
[0028]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0027]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層で被覆された基板は、被覆されてない基板の熱伝導率の約１１５％の熱伝導率、またはその被覆されてない基板の熱伝導率の１１５％以上の熱伝導率、およびその被覆されてない基板の熱伝導率の２５０％以下の熱伝導率を示す。
【００３４】
[0029]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0028]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層で被覆された基板は、被覆されてない基板の曲げ強度より大きい曲げ強度（flexural strength）を示す。
【００３５】
[0030]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0029]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層で被覆された基板は、被覆されてない基板の曲げ強度の約１１０％の曲げ強度、またはその被覆されてない基板の曲げ強度の１１０％以上の曲げ強度、およびその被覆されてない基板の曲げ強度の２０００％以下の曲げ強度を示す。
【００３６】
[0031]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0030]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層は、全ての方向に２５×１０−６Ｋ−１より小さい室温の線熱膨張係数を有する。
【００３７】
[0032]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0030]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、金属被覆層は、全ての方向に５．０×１０−６Ｋ−１乃至２５×１０−６Ｋ−１の範囲の室温の線熱膨張係数を有する。
【００３８】
[0033]  非限定的に、例えば段落[0001]-[0032]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、基板は熱拡散器である。
【００３９】
[0034]  非限定的に、例えば段落[0033]に記載の方法または物品のいずれかのような、本発明の実施形態において、熱拡散器は、米国特許第８０８５５３１号、米国特許第７８５９８４８号、米国特許第７８０８７８７号、および米国特許第８０５９４０８号のいずれかに記載されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、グラファイト・シートの構造体の例を示している。
【図２】図２は、高配向性熱分解グラファイトの製造方法を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
請求の範囲を含めて本明細書では、明示的に記載しない限り、単数形の使用は複数形の場合（意味）を含み、また複数形の使用は単数形の場合（意味）を含む。即ち、冠詞“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、その単語が修飾する１つ以上のものを表す。例えば、“an article”（単数形の物品）は、１つの物品、２つの物品、等を表し得る。同様に、単語は、限定なしでは、明示的に記載しない限り、またはそのように意図されていないことが文脈から自明でない限り、例えば“articles”（複数形の物品）は１つの物品および複数の物品を表す。
【００４２】
本明細書で使用するとき、近似を表す単語、例えば、“約”、“実質的に”、“基本的に”、および“およそ”（approximately：近似的に）は、非限定的に、その用語によって修飾される単語または句が、記載された単語または句の通り正確である必要はなく、記載された記述から或る程度異なっていてもよいことを意味する。記載の文言通りの意味から、即ち絶対的または完全な形態から記述が異なってもよい度合は、どの程度の大さの変更が、設定できるか、およびこの分野の専門家に、その修飾（変更）されたものを、修飾された単語または句の性質、特性および機能を持ち続けるものとして認識させることができるか、に応じて決まる。一般的に、先の説明を念頭に置いて、近似を表す単語によって修飾される本明細書における数値は、明示的に記載しない限り、記述された値から±１５％異なってもよい。
【００４３】
本明細書で使用するとき、提示されるいずれの範囲も、その両端点を含む。例えば、“１０℃と３０℃の間の温度”または“１０℃乃至３０℃の温度”は、１０℃および３０℃、並びにその両温度の間の任意の温度を含む。
【００４４】
本明細書で使用するとき、示された基板“の上に配置された”（disposed over）層またはフィルム（膜）（例えば、被覆）として記載された材料は、例えば、基板の表面の少なくとも一部の上に直接的または間接的に被着または堆積された材料の被覆を表す。所与の材料の“層”または“フィルム”は、長さと幅の双方と比較して小さい厚さのその材料の領域である（例えば、長さおよび幅の寸法が共に、幾つかの実施形態における厚さ寸法の少なくとも５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍またはそれより大きい倍数であってもよい）。直接的被着は、被覆が基板の表面に直接施されまたは付着されることを意味する。間接的被着は、被覆が基板上に直接的または間接的に被着された中間層に施されまたは付着されることを意味する。被覆は、被覆が基板の表面上に直接的にまたは間接的に被着されるかどうかに関係なく、基板の表面によって支持される。本明細書で使用するとき、層は、平面状である必要はなく、例えば、下地の基板の外形（contour：輪郭）を呈するまたはなぞる（taking on：取る、有する）ものである。各層は、不連続とすることができる。層は、不均一な厚さのものであってもよい。用語“被覆”、“層”および“被覆層”は、入れ替えても同じように使えるものであり、この段落で説明したように、層、フィルム（膜）、または被覆を表す。
【００４５】
本明細書で使用するとき、用語“被覆厚さ”（coating thickness）または“層厚さ”（layer thickness）は、被着方向での深さを表す。
【００４６】
次に、本発明を、以下の明細書および非限定的例を参照して詳しく説明する。敷衍しない限り、この分野の専門家であれば、先の説明を用いて、本発明を最大限に利用することができるものと考えられる。従って、以下の実施形態は、単なる例示であり、いずれのいかなる場合でも開示内容の残りの部分を限定するものではない。
【００４７】
本発明の実施形態に含まれる方法は、金属、または金属マトリックス（母材）複合体（metal matrix composite）（ＭＭＣ）、またはその双方を含む１つ以上の金属被覆層を、熱分解グラファイトを含む基板に付着させることを含むものである。金属被覆層の金属の微細構造体は、アモルファス（非晶質）の金属、細粒の（fine-grained）金属、またはその組合せであってもよい。本明細書において、用語“細粒の金属”は、平均の粒径、粒子サイズまたは粒度（grain size）１乃至５０００ｎｍを有する金属である。本明細書において、用語“金属マトリックス（母材）複合体”（ＭＭＣ）は、細粒のおよび／またはアモルファスの金属マトリックス（平均粒径１乃至５０００ｎｍの金属）に埋め込まれた粒状物として規定される。金属被覆層は、全ての方向に２５×１０−６Ｋ−１より小さい、例えば５．０×１０−６Ｋ−１乃至２５×１０−６Ｋ−１の範囲の、室温の線熱膨張係数（coefficient of linear thermal expansion、線熱膨張率）（ＣＬＴＥ）を有する。また、本発明の実施形態は、被覆された熱分解グラファイト品、特に熱拡散器を包含する。
【００４８】
細粒金属、アモルファス金属またはその双方を含む被覆、およびそれを付着する方法は、２０１０年２月４日付け米国特許出願公開第２０１０／００２８７１４号、２０１３年３月１２日付け発行の米国特許第８３９４５０７号に記載されている。そのような被覆は、カナダ、トロントのインテグラン・テクノロジーズ社（Integran Technologies, Inc.）からナノヴェート（Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章））被覆として市販されている。好ましい実施形態において、その被覆は、カナダ、トロントのインテグラン・テクノロジーズ社から市販されているナノヴェート（Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章））Ｎ２０４０被覆であり、これは高強度の低い熱膨張係数のナノ構造化されたニッケル−鉄被覆である。
【００４９】
熱分解グラファイトの基板、特にＰＹＲＯＩＤ（商標）ＨＴ熱分解グラファイトの基板に、カナダ、トロントのインテグラン・テクノロジーズ社から市販されているナノヴェート（Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章））Ｎ２０４０被覆である、高強度の低い熱膨張係数のナノ構造化されたニッケル−鉄被覆を施すと、試料の熱伝導率が約１０％増大した。全ての以前の作業では、熱分解グラファイトの被覆によって、その被覆の耐熱性の増大に起因して、熱伝導率が減少した。さらに、ナノヴェート（Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章））Ｎ２０４０被覆は、非限定的に例えば試料の曲げ強度のような機械的特性を増大させた。
【００５０】
ＭＭＣ（金属マトリックス複合体）を形成できるのは、例えば、適した被覆（メッキ）槽において粒子を浮遊させて粒状物を包含（inlucsion）により電着物中に組み入れることによる電気メッキ処理を用いる場合、または、例えば、変形可能でない微粒子を粉末供給物に加えることによって冷噴射（スプレイ）する場合である。金属被覆層を形成する他の方法には、直流またはパルス電着、無電極被着、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）、およびガス凝縮、または類似の方法が含まれる。幾つかの例示的方法には、２００５年９月２２日付け米国特許出願公開第２００５／０２０５４２５号Ａ１、２００８年６月１７日付け発行の米国特許第７３８７５７８号、および独国特許第１０２８８３２３号に記載されたものが含まれる。
【００５１】
固体粒子材料は、ＭＣＣ（金属マトリックス複合体）を形成するのに使用されてもよいものであり、金属（Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ）；金属酸化物（Ａｇ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２，ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ）；Ｂ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｗのカーバイド（炭化物）；炭素（カーボン・ナノチューブ、ダイヤモンド、グラファイト、グラファイト・ファイバ）；ガラス；ポリマー材料（ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル（ポリビニルクロリド）、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンおよびエポキシ樹脂）；および自己潤滑材料、例えば非限定的にＭｏＳ２を含む。固体粒子は、最大で９５体積％の被覆、好ましくは１体積％乃至９５体積％の被覆、より好ましくは５体積％乃至７５体積％の被覆、さらにより好ましくは１０体積％乃至５０体積％の被覆であってもよい。
【００５２】
合金添加物が、金属被覆層に用いられてもよく、米国特許出願公開第２０１０／００２８７１４号、および２０１３年３月１２日付け発行の米国特許第８３９４５０７号に記載されている。
【００５３】
基板表面と金属被覆層の間に１つ以上の中間被覆層があってもよい。中間被覆層には、非限定的に、金属、ポリマー、または金属とポリマーの双方が含まれてもよい。中間被覆層に使用される材料は、米国特許第８３９４５０７号、および米国特許出願公開第２０１０／００２８７１４号に記載されている。
【００５４】
基板の表面は、米国特許第８３９４５０７号に記載されているように、用語“固着構造”（anchoring structures）または“アンカー部位”（anchoring sites）と称される特定の表面形態（morphlogies）を形成するよう互いに合うまたは一致する（mated）ようにされた両表面のうちの少なくとも一方の表面を適切にザラザラにし（roughen）または粗い構造にする（texture）ことによって、予備処理してもよい。
【００５５】
使用される基板について、米国特許第８３９４５０７号では、基板として重合体のまたはポリマーの複合体が説明されているが、炭素基板は開示されていない。米国特許出願公開第２０１０／００２８７１４号には、“グラファイト、グラファイト・ファイバ、およびカーボン・ナノチューブからなる群から選択された炭素系材料”の基板が開示されている。
【００５６】
グラファイトは、複数の炭素原子の六角形配列または六角形の網からなる複数の層平面で形成されている。これらの六角形状に配置された炭素原子の複数の層平面は、実質的に平坦であり、互いに実質的に平行におよび等距離になるよう配向しまたは方向付けられている。炭素原子のその実質的に平坦で平行な複数の層は、底面（basal planes）と称され、結晶の形態に配置された複数の群の形態で共に連結されまたは結合されている。通常のまたは電解（electrolytic）のグラファイトは、微結晶または晶子の無秩序な配列（random order）を有する。高い秩序の配列のグラファイトは、高度の好ましい結晶配向性を有する。図１に見られるように、グラファイト・シート２は、積層された結晶構造の六角形の共有結合を有し、各グラファイト・シート２の複数のグラファイト層はファンデルワールス力で互いに結合している。グラファイト・シート２は、グラファイト・シート２の厚さ方向（即ちＺ方向）の熱伝導率の値より大きい値のグラファイト・シート２のＸ−Ｙ平面における熱伝導率を有する。グラファイトを特徴づける別の方法は、２つの主軸を有し、その“ｃ”軸または方向は炭素の層に垂直な軸または方向として一般的に識別され、その各“ａ”軸または方向は炭素層に平行な軸または方向でありｃ軸に直角（transverse to：に対して横断方向）である。また、この代替的な用語体系が図１に示されている。“ｃ”軸はＺ方向と同等であり、２つの“ａ”軸はＸ−Ｙ平面と同等である。本明細書では、グラファイト・シートの各軸を参照して、用語“ＸＹ”は“ａ”または“ａ−ａ”と入れ替えても同じであるように使用され、用語“Ｚ”は“ｃ”と入れ替えても同じであるように使用される。
【００５７】
高度の配向性を示すグラファイト材料には、天然グラファイト、および合成または熱分解グラファイトが含まれる。天然グラファイトは、薄片またはフレーク（小板）または粉末の形態で市販されている。熱分解グラファイトは、高温で適した基板上で炭素質ガスの熱分解によって生成される。要約すると、熱分解析出（pyrolytic deposition：熱分解被着）プロセスは、加熱炉内で適切な圧力で行われてもよく、その際、炭化水素ガス、例えば、メタン、天然ガス、アセチレン、等が加熱炉に導入され、例えば任意の所望の形状のグラファイトのような、適した組成の基板の表面で熱的に分解される。基板は、熱分解グラファイトから取り出されまたは分離されてもよい。次いで、熱分解グラファイトは、さらに高温で熱的にアニール（焼きなまし、徐冷）されて、ＨＯＰＧと一般的に称される高配向性（highly oriented）熱分解グラファイトが形成される。
【００５８】
熱拡散器における使用に関して、１５００Ｗ／ｍ°Ｋより高い熱伝導率を有する高配向性熱分解グラファイトを使用することが好ましく、特に使用に適した例は、ニューヨーク州ニューヨークのミンテック・インターナショナル社（MINTEQ InternationalInc.）によって製造された商品名ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴである。一般的に、熱伝導性は自由電子および格子振動によって生じる。ダイヤモンドの高い熱伝導率（１０００〜２０００Ｗ／ｍ°Ｋ）は格子振動によって生じ、一方、極端な異方性のＨＴグラファイトの熱伝導率は、自由電子と格子振動の双方に起因するダイヤモンドの熱伝導率と等しいかまたはそれより低い。
【００５９】
しかし、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトは、多くの有用な特性を有し、例えば、密度２．２２ｇ/ｃｃ、引張強度（tensile strength）２８９００ｋＰａ（ＸＹ方向）、弾性係数（elastic modulus）５０ＧＰａ（ＸＹ方向）、曲げ弾性率（flexural modulus）３３２００ＭＰａ（ＸＹ方向）、熱膨張係数０．６×１０−６／℃（ＸＹ方向）、２５×１０−６／℃（Ｚ方向）、熱伝導率１７００Ｗ／ｍ°Ｋ（ＸＹ方向）、７Ｗ／ｍ°Ｋ（Ｚ方向）、電気比抵抗５．０×１０−４Ωｃｍ（ＸＹ方向）、０．６Ωｃｍ（Ｚ方向）、酸化閾値６５０℃（ＸＹ方向）、および透過性１０−６ｍｍＨｇを有する。
【００６０】
ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトのＸＹ方向の熱伝導率は、他の材料の熱伝導率と比較して、極端に高く、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびベリリア（ＢｅＯ）の各値の約６倍、および特に材料銅（Ｃｕ）の全体の熱拡散の値の約４倍である。
【００６１】
ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトは、図２に示されたＣＶＤ法によって生成される。真空ポンプ２１によって真空状態下にあるチャンバ２０において、シリンダ２２から原材料ガスとして供給される炭化水素は、ヒータ２３によって２０００℃より高い温度までそのガスが加熱されることによって分解され、また、微細な炭素核Ｃが基板２４上に堆積または被着して結晶化し、堆積して層状に被着し、その間に、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトが生成される。ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトは、厚さ０．２５ｍｍ乃至２０ｍｍのものが入手可能であり、堆積および被着時間を制御することによって３００ｍｍ程度の大きさの正方（四角）形状構造の種々のサイズの板材として生成することができる。
【００６２】
また、ニューヨーク州ニューヨークのミンテック・インターナショナル社は、ＣＶＤプロセスによっても生成されるＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＳＮ（核形成された基板）およびＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＣＮ（連続核形成されたもの）の各種類または各等級の熱分解グラファイトを製造している。これらのグラファイトは、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトよりも低い熱伝導率を有する。
【００６３】
また、本発明の実施形態は、被覆された熱分解グラファイト品を包含する。被覆された熱分解グラファイトの具体的用途は、熱拡散器である。好ましい実施形態において、ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトが使用されるが、他の種類または等級のＰＹＲＯＩＤ（登録商標）グラファイト、または他の種類または等級の熱分解グラファイトが使用されてもよい。これらの実施形態において、熱拡散器は、全ての外部表面上または実質的に全ての外部表面上が、１つ以上の金属被覆層で被覆され、それ（層）は任意に１つ以上の中間層を含む。被覆は、熱拡散器を完全に包囲しまたは封入しまたは実質的に完全に包囲しまたは封入する。被覆され得る熱拡散器の例には、米国特許第８０８５５３１号、第７８５９８４８号、第７８０８７８７号、および第８０５９４０８号に記載されたもののいずれかが含まれる。好ましい実施形態において、被覆は、固体微粒子、好ましくはポリマー材料である固体微粒子を任意に含む、細粒金属、アモルファス金属、またはその組合せとしての、ニッケル−鉄合金を含む。好ましい実施形態において、細粒金属は、存在する場合には、粒径が２ｎｍ乃至５０００ｎｍである。好ましい実施形態において、金属層被覆の厚さは、１０乃至５００μｍである。
【００６４】
好ましい実施形態において、基板はＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトである。この熱分解グラファイトは、熱拡散器として使用され、全ての表面または実質的に全ての表面上が被覆され、また、２５乃至５０μｍのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）Ｎ２０４０被覆であるカナダ、トロントのインテグラン・テクノロジーズ社によって市販されている高強度の低い熱膨張係数のナノ構造のニッケル−鉄の被覆で、およびＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトを全ての表面または実質的に全ての表面上に２５乃至５０μｍのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）Ｎ２０４０被覆で被覆する方法で、被覆される。
【００６５】
例
このセクションで提示される複数の例は、本発明の例示としてのみ提示され、いずれのいかなる場合にも、本発明の範囲を限定することを意図するものでも、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるものでもない。
【００６６】
例１
ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトの１０個の試料が、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１の熱伝導率測定のためのフラッシュ法を用いて、熱伝導率について試験された。表１において、最初の５つの試料について、熱伝導率がＸＹ方向に測定され、次の５つの試料について、熱伝導率がＺ方向に測定された。表１に示されているように、熱伝導率λ［Ｗ／ｍ・Ｋ］は、ＸＹ方向に、１５６７乃至１７３７の範囲に及ぶ。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
例２
ＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイトの５つの試料が、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１の熱伝導率測定のためのフラッシュ法を用いて、熱伝導率について試験された。ＵＡ１０５１、ＵＡ１０５２およびＵＡ１０５３と表示された試料＃１〜＃３は、それぞれ、被覆厚さ２５μｍ、５０μｍおよび５０μｍの、Ｎａｎｏｖａｔｅ（標章）のニッケル−鉄合金の被覆で被覆された。試料＃４および＃５は被覆されなかった。試料＃１および＃２の熱伝導率はＸＹ方向で測定された。試料＃３〜＃５について、熱伝導率がＺ方向に測定された。表２に示されているように、ＸＹ方向に測定された２つの被覆された試料＃１と＃２の各々のλ［Ｗ／ｍ・Ｋ］が、例１における測定された５つの被覆されていない試料のいずれよりも高かった。さらに、Ｚ方向の熱伝導率は、被覆された試料＃３の熱伝導率が、被覆されていない試料＃４および＃５と比較してより高かった。
【００６９】
【表２】
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【００７０】
例３
ＡＳＴＭ Ｄ７９０試験手順を用いて、厚さ０．０６２５インチ、幅０．５６２５インチ、長さ０．９０インチの、１０個の被覆されていないＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイト試料のＸＹ方向の屈曲伸展（flexure extension）が、温度７３°Ｆ、相対湿度５０％で、測定された。１０個の試料の測定結果が表３に示されている。
【００７１】
【表３】
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【００７２】
例４
ＡＳＴＭ Ｄ７９０試験手順を用いて、厚さ０．０６２５インチ、幅０．５６２５インチ、長さ０．９０インチの、４つの被覆されていないＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイト試料のＺ方向の屈曲伸展（flexure extension）が、温度７３°Ｆ、相対湿度５０％で、測定された。４つの試料の測定結果が表４に示されている。
【００７３】
【表４】
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【００７４】
例５
ＡＳＴＭ Ｄ７９０試験手順を用いて、厚さ０．０６２５インチ、幅０．５６２５インチ、長さ０．９０インチの、４つの被覆されたＰＹＲＯＩＤ（登録商標）ＨＴ熱分解グラファイト試料のＺ方向の屈曲伸展（flexure extension）が、温度７３°Ｆ、相対湿度５０％で、測定された。試料＃１は、厚さ２５ミクロンのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）のニッケル−コバルト合金被覆で被覆された。試料＃２は、厚さ２５ミクロンのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）のニッケル−鉄合金被覆で被覆された。試料＃３は、厚さ５０ミクロンのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）のニッケル−コバルト合金被覆で被覆された。試料＃４は、厚さ５０ミクロンのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）のニッケル−鉄合金の被覆で被覆された。それぞれのＮａｎｏｖａｔｅ（標章）の被覆は、インテグラン・テクノロジーズ社によって供給され適用された。４つの試料の測定結果が表５に示されている。
【００７５】
【表５】
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【００７６】
表５から分かるように、表５における４つの試料の各々について曲げ応力（flexure stress）は、表４に示された試料と比較して、より高かった。表５における全ての試料について、降伏歪みは、試料＃１の場合を除いて、より高かった。
【００７７】
従って、本発明の上述の説明は、この分野の専門家によって大幅な変形、変更および適応化が可能であり、このような変形、変更および適応化についても、添付されたクレームに定められている本発明の範囲に含まれることを意図している、と理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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