(57)【要約】  本出願は、複合材およびその製造方法を提供する。本出願では、金属フォームと高分子成分を含み、優れた熱伝導度を有し、耐衝撃性、加工性および絶縁性等の他の物性にも優れた複合材を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム形態の金属フォームと、前記金属フォームの表面または金属フォームの内部に存在する高分子成分とを含み、前記金属フォームの厚さＭＴおよび全体厚さＴの比率Ｔ／ＭＴが２．５以下であり、熱伝導度が０．４Ｗ／ｍＫ以上である複合材。
【請求項２】
金属フォームの厚さＭＴおよび全体厚さＴの比率Ｔ／ＭＴが、１．０１以上である、請求項１に記載の複合材。
【請求項３】
金属フォームの厚さＭＴおよび全体厚さＴの比率Ｔ／ＭＴが、２以下である、請求項１または２に記載の複合材。
【請求項４】
金属フォームは、熱伝導度が８Ｗ／ｍＫ以上の金属または金属合金を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項５】
金属フォームは、厚さが１０μｍ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項６】
金属フォームは、気孔度が１０〜９９％の範囲内にある、請求項１から５のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項７】
金属フォームは、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、鉄、コバルト、マグネシウム、モリブデン、タングステンおよび亜鉛よりなる群から選ばれるいずれか一つの金属または前記のうち２種以上を含む骨格を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項８】
高分子成分は、金属フォームの表面で表面層を形成している、請求項１から７のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項９】
高分子成分は、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アミノ樹脂およびフェノール樹脂よりなる群から選ばれる一つ以上を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項１０】
高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶが、１０以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載の複合材。
【請求項１１】
熱伝導度が８Ｗ／ｍＫ以上の金属または金属合金を含み、フィルム形態である金属フォームの表面または内部に硬化性高分子組成物が存在する状態で前記高分子組成物を硬化させる段階を含む、請求項１に記載の複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年９月１５日付けで提出された韓国特許出願第１０−２０１７−０１１８７３５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本出願は、複合材に関する。
【背景技術】
【０００３】
放熱素材は、多様な用途に用いられる。例えば、バッテリーや各種電子機器は、作動過程で熱が発生するため、このような熱を効果的に制御できる素材が要求される。
【０００４】
放熱特性が良い素材として、熱伝導度が良いセラミック素材等が知られているが、このような素材は、加工性が劣るので、高分子マトリックス内に高い熱伝導率を示す前記セラミックフィラー等を配合して製造した複合素材を使用することができる。
【０００５】
しかしながら、前記方法による場合、高い熱伝導度を確保するために、多量のフィラー成分が適用されなければならないので、多様な問題が発生する。例えば、多量のフィラー成分を含む素材の場合、素材自体が固くなる傾向にあり、この場合、耐衝撃性等が劣る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願は、複合材に関し、一例として、熱伝導特性に優れていながらも、耐衝撃性や加工性等の他の物性も良好に確保される複合材またはその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願は、複合材に関する。本出願で用語「複合材」は、金属フォームと高分子成分を含む材料を意味する。
【０００８】
本明細書で用語「金属フォームまたは金属骨格」は、金属を主成分として含む多孔性構造体を意味する。前記で金属を主成分とするというのは、金属フォームまたは金属骨格の全体重量を基準として金属の比率が５５重量％以上、６０重量％以上、６５重量％以上、７０重量％以上、７５重量％以上、８０重量％以上、８５重量％以上、９０重量％以上または９５重量％以上である場合を意味する。前記主成分として含まれる金属の比率の上限は、特に制限されず、例えば、１００重量％、９９重量％または９８重量％程度であってもよい。
【０００９】
本明細書で用語「多孔性」は、気孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）が、少なくとも１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、７５％以上または８０％以上である場合を意味する。前記気孔度の上限は、特に制限されず、例えば、約１００％未満、約９９％以下または約９８％以下程度であってもよい。前記気孔度は、金属フォーム等の密度を計算して公知の方法で算出することができる。
【００１０】
前記複合材は、高い熱伝導度を有し、これによって、例えば、放熱素材のような熱の制御のための素材に用いられる。
【００１１】
例えば、前記複合材は、熱伝導度が、約０．４Ｗ／ｍＫ以上、０．４５Ｗ／ｍＫ以上、０．５Ｗ／ｍＫ以上、０．５５Ｗ／ｍＫ以上、０．６Ｗ／ｍＫ以上、０．６５Ｗ／ｍＫ以上、０．７Ｗ／ｍＫ以上、０．７５Ｗ／ｍＫ以上、０．８Ｗ／ｍＫ以上、０．８５Ｗ／ｍＫ以上、０．９Ｗ／ｍＫ以上、０．９５Ｗ／ｍＫ以上、１Ｗ／ｍＫ以上、１．５Ｗ／ｍＫ以上、２，Ｗ／ｍＫ以上２．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、３．５Ｗ／ｍＫ以上、４Ｗ／ｍＫ以上、４．５Ｗ／ｍＫ以上または５Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。前記複合材の熱伝導度が高いほど複合材が優れた熱制御機能を有し得るものであって、特に制限されず、一例として、約１００Ｗ／ｍＫ以下、９０Ｗ／ｍＫ以下、８０Ｗ／ｍＫ以下、７０Ｗ／ｍＫ以下、６０Ｗ／ｍＫ以下、５０Ｗ／ｍＫ以下、４０Ｗ／ｍＫ以下、３０Ｗ／ｍＫ以下、２０Ｗ／ｍＫ以下または１０Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。前記熱伝導度を測定する方法は、特に制限されず、例えば、後述する実施例で記載された方法で測定することができる。
【００１２】
前記複合材の熱伝導度は、後述する実施例で記述された方法により測定する。
【００１３】
本明細書で言及する物性のうち測定温度が当該物性に影響を及ぼす場合には、特に別途規定しない限り、その物性は、常温で測定したものである。用語「常温」は、加温または減温されない自然そのままの温度であり、例えば、約１０℃〜３０℃の範囲内のいずれか一つの温度、約２３℃または約２５℃程度の温度を意味する。
【００１４】
本出願の複合材は、前述のような優れた熱伝導特性を有すると同時に、加工性や耐衝撃性等の他の物性も安定的に確保され得、このような効果は、本明細書で説明する内容により達成され得る。
【００１５】
前記複合材に含まれる金属フォームの形態は、特に制限されないが、一例として、フィルム形状であってもよい。本出願の複合材では、前記フィルム形態の金属フォームの表面や内部に存在する高分子成分が追加される。
【００１６】
このような高分子成分は、前記金属フォームの少なくとも一つの表面上で表面層を形成しているか、または、金属フォーム内部の孔隙に充填されて存在することができ、場合によっては、前記表面層を形成すると共に、金属フォームの内部に充填されていてもよい。表面層を形成する場合、金属フォームの表面のうち少なくとも一つの表面、一部の表面またはすべての表面に対して高分子成分が表面層を形成していてもよい。一例として、少なくとも金属フォームの主表面である上部および／または下部の表面に前記高分子成分が表面層を形成していてもよい。前記表面層は、金属フォームの表面全体を覆うように形成されてもよく、一部の表面のみを覆うように形成されてもよい。
【００１７】
複合材において金属フォームは、気孔度が約１０％〜９９％の範囲内であってもよい。このような気孔度を有する金属フォームは、適切な熱伝達ネットワークを形成している多孔性の金属骨格を有し、したがって、当該金属フォームを少量適用する場合にも、優れた熱伝導度を確保することができる。他の例において、前記気孔度は、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上または５０％以上であるか、または９８％以下であってもよい。
【００１８】
前述したように、金属フォームは、フィルム形態であってもよい。この場合、フィルムの厚さは、後述する方法により複合材を製造するに際して、目的とする熱伝導度や厚さ比率等を考慮して調節され得る。前記フィルムの厚さは、目的とする熱伝導度を確保するために、例えば、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約４５μｍ以上、約５０μｍ以上、約５５μｍ以上、約６０μｍ以上、約６５μｍ以上または約７０μｍ以上であってもよい。前記フィルムの厚さの上限は、目的に応じて制御されるものであって、特に制限されるものではないが、例えば、約１，０００μｍ以下、約９００μｍ以下、約８００μｍ以下、約７００μｍ以下、約６００μｍ以下、約５００μｍ以下、約４００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下または約１５０μｍ以下程度であってもよい。
【００１９】
本明細書で厚さは、当該対象の厚さが一定でない場合には、その対象の最小厚さ、最大厚または平均厚さであってもよい。
【００２０】
前記金属フォームは、熱伝導度が高い素材であってもよい。一例として、前記金属フォームは、熱伝導度が、約８Ｗ／ｍＫ以上、約１０Ｗ／ｍＫ以上、約１５Ｗ／ｍＫ以上、約２０Ｗ／ｍＫ以上、約２５Ｗ／ｍＫ以上、約３０Ｗ／ｍＫ以上、約３５Ｗ／ｍＫ以上、約４０Ｗ／ｍＫ以上、約４５Ｗ／ｍＫ以上、約５０Ｗ／ｍＫ以上、約５５Ｗ／ｍＫ以上、約６０Ｗ／ｍＫ以上、約６５Ｗ／ｍＫ以上、約７０Ｗ／ｍＫ以上、約７５Ｗ／ｍＫ以上、約８０Ｗ／ｍＫ以上、約８５Ｗ／ｍＫ以上または約９０Ｗ／ｍＫ以上の金属または金属合金を含むか、それからなり得る。前記熱伝導度は、その数値が高いほど少ない量の金属フォームを適用しつつ、目的とする熱制御特性を確保することができるので、特に制限されるのではなく、例えば、約１，０００Ｗ／ｍＫ以下程度であってもよい。
【００２１】
前記金属フォームの骨格は、多様な種類の金属や金属合金からなり得、このような金属や金属合金のうち前記言及された範囲の熱伝導度を示すことができる素材が選択されればよい。このような素材としては、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、鉄、コバルト、マグネシウム、モリブデン、タングステンおよび亜鉛よりなる群から選ばれるいずれか一つの金属や前記のうち２種以上の合金等を例示することができるが、これらに制限されるものではない。
【００２２】
このような金属フォームは、多様に公知となっており、金属フォームを製造する方法も、多様に公知となっている。本出願では、このような公知の金属フォームや前記公知の方法で製造した金属フォームが適用され得る。
【００２３】
金属フォームを製造する方法としては、塩等の気孔形成剤と金属の複合材料を焼結する方法、高分子フォーム等の支持体に金属をコーティングし、その状態で焼結する方法やスラリー法等が知られている。また、前記金属フォームは、本出願人の先行出願である韓国出願第２０１７−００８６０１４号、第２０１７−００４０９７１号、第２０１７−００４０９７２号、第２０１６−０１６２１５４号、第２０１６−０１６２１５３号または第２０１６−０１６２１５２号等に開示された方法によっても製造され得る。
【００２４】
また、前記金属フォームは、前記先行出願に開示された方法のうち誘導加熱法で製造されることもでき、この場合、金属フォームは、導電性磁性金属を少なくとも含むことができる。この場合、金属フォームは、前記導電性磁性金属を、重量を基準として３０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、４５重量％以上または５０重量％以上含むことができる。他の例として、前記金属フォーム内の導電性磁性金属の比率は、約５５重量％以上、６０重量％以上、６５重量％以上、７０重量％以上、７５重量％以上、８０重量％以上、８５重量％以上または９０重量％以上であってもよい。前記導電性磁性金属の比率の上限は、特に制限されず、例えば、約１００重量％未満または９５重量％以下であってもよい。
【００２５】
本出願において用語「導電性磁性金属」は、所定の比透磁率と電気伝導度を有する金属であって、誘導加熱法により金属の焼結が可能となるほどに発熱が可能な金属を意味する。
【００２６】
一例として、前記導電性金属としては、比透磁率が９０以上の金属を使用することができる。比透磁率μｒは、当該物質の透磁率μと真空中の透磁率μ０の比率μ／μ０である。前記金属は、比透磁率が９５以上、１００以上、１１０以上、１２０以上、１３０以上、１４０以上、１５０以上、１６０以上、１７０以上、１８０以上、１９０以上、２００以上、２１０以上、２２０以上、２３０以上、２４０以上、２５０以上、２６０以上、２７０以上、２８０以上、２９０以上、３００以上、３１０以上、３２０以上、３３０以上、３４０以上、３５０以上、３６０以上、３７０以上、３８０以上、３９０以上、４００以上、４１０以上、４２０以上、４３０以上、４４０以上、４５０以上、４６０以上、４７０以上、４８０以上、４９０以上、５００以上、５１０以上、５２０以上、５３０以上、５４０以上、５５０以上、５６０以上、５７０以上、５８０以上または５９０以上であってもよい。比透磁率が高いほど、後述する誘導加熱のための電磁場の印加時にさらに高い熱を発生するので、その上限は、特に制限されない。一例として、前記比透磁率の上限は、例えば、約３００，０００以下であってもよい。
【００２７】
前記導電性磁性金属は、２０℃での電気伝導度が、約８ＭＳ／ｍ以上、９ＭＳ／ｍ以上、１０ＭＳ／ｍ以上、１１ＭＳ／ｍ以上、１２ＭＳ／ｍ以上、１３ＭＳ／ｍ以上または１４．５ＭＳ／ｍ以上であってもよい。前記電気伝導度の上限は、特に制限されず、例えば、前記電気伝導度は、約３０ＭＳ／ｍ以下、２５ＭＳ／ｍ以下または２０ＭＳ／ｍ以下であってもよい。
【００２８】
このような導電性磁性金属の具体的な例には、ニッケル、鉄またはコバルト等があるが、これらに制限されるものではない。
【００２９】
前記複合材は、前述したように、前記金属フォームの表面または金属フォームの内部に存在する高分子成分をさらに含むが、このような複合体の前記金属フォームの厚さＭＴおよび全体厚さＴの比率Ｔ／ＭＴは、２．５以下であってもよい。前記厚さの比率は、他の例として、約２以下、１．５以下、１．４以下、１．３以下、１．２以下、１．１５以下または１．１以下であってもよい。前記厚さの比率の下限は、特に制限されるものではないが、一例として、約１以上、約１．０１以上、約１．０２以上、約１．０３以上、約１．０４以上または約１．０５以上であってもよい。このような厚さ比率の下で目的とする熱伝導度が確保されると共に、加工性や耐衝撃性等に優れた複合材が提供され得る。
【００３０】
本出願の複合材に含まれる高分子成分の種類は、特に制限されず、例えば、複合材の加工性や耐衝撃性、絶縁性等を考慮して選択され得る。本出願で適用できる高分子成分の例としては、公知のアクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アミノ樹脂およびフェノール樹脂よりなる群から選ばれる一つ以上が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３１】
前記複合材の場合、前述した金属フォームを適用することによって、主に熱伝導度を確保する成分の比率を最小化しながらも、優れた熱伝導度を確保することができ、したがって、加工性や耐衝撃性等の損害なしに目的とする物性の確保が可能である。
【００３２】
一例として、前記複合材に含まれる高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、１０以下であってもよい。前記比率ＭＷ／ＰＶは、他の例として、９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下、２以下、１以下または０．５以下程度であってもよい。前記体積比率の下限は、特に制限されず、例えば、約０．１程度であってもよい。前記体積比率は、複合材に含まれる高分子成分と金属フォームの重量と当該成分の密度を用いて算出することができる。
【００３３】
また、本出願は、前記のような形態の複合材の製造方法に関する。前記製造方法は、前記金属フォーム、例えば、熱伝導度が８Ｗ／ｍＫ以上の金属または金属合金を含み、フィルム形態である金属フォームの表面または内部に硬化性高分子組成物が存在する状態で前記高分子組成物を硬化させる段階を含むことができる。
【００３４】
前記方法で適用される金属フォームに関する具体的な内容は、既に記述した通りであり、製造される複合材に関する具体的な事項も、前記記述した内容に従うことができる。
【００３５】
一方、前記で適用される高分子組成物も、硬化等を通じて前記言及した高分子成分を形成できるものであれば、特別な制限はなく、このような高分子成分は、当業界に多様に公知となっている。
【００３６】
すなわち、例えば、公知の成分のうち適切な粘度を有する材料を使用して、公知の方法を用いて硬化を行うことによって、前記複合材を製造することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本出願では、金属フォームと高分子成分を含み、優れた熱伝導度を有すると共に、耐衝撃性、加工性および絶縁性等の他の物性にも優れた複合材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例で製造された複合材の写真である。
【図２】実施例で製造された複合材の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、実施例および比較例を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲が下記実施例に制限されるものではない。
【００４０】
実施例１
金属フォームとしては、銅金属フォームであって、厚さが約７０μｍ程度であり、気孔度が約７０％であるフィルム形状の銅フォームを使用した。前記銅金属フォームを熱硬化性エポキシ化合物（ＫＵＫＤＯ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ社、ＹＤ１２８）と硬化剤（ＫＵＫＤＯ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ社、Ｇ６４０）を含む熱硬化性エポキシ樹脂組成物に含浸させ、アプリケーターを用いて最終複合材の厚さが約１２０μｍ程度になるように、過量の組成物を除去した。次に、前記材料を約８０℃のオーブンに約１時間程度維持して硬化させることによって、複合材を製造した。適用された高分子成分（エポキシ樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果、高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．２程度であった。図１は、前記製造された複合材の写真であり、この複合材の熱伝導度は、約０．４１１Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４１】
前記熱伝導度は、複合材の熱拡散度Ａ、比熱Ｂおよび密度Ｃを求めて、熱伝導度＝ＡＢＣの数式で求め、前記熱拡散度Ａは、レーザーフラッシュ法（ＬＦＡ装置、モデル名：ＬＦＡ４６７）を用いて測定し、比熱は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）装置を用いて測定し、密度は、アルキメデス法を用いて測定した。また、前記熱伝導度は、複合材の厚さ方向（Ｚ軸）に対する値である。
【００４２】
実施例２
高分子組成物として、熱硬化性シリコン組成物（ＰＤＭＳ，Ｓｙｌｇａｒｄ  １８３  ｋｉｔ）を使用し、硬化工程を２３０℃のオーブンで約１０分間行ったことを除いて、実施例１のような方法で複合材を製造した（最終複合材の厚さ：約１２０μｍ程度）。適用された高分子成分（シリコン樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果、高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．２程度であった。図２は、前記製造された複合材の写真であり、この複合材の熱伝導度を前記に言及された方法で測定した結果、約０．６７３Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４３】
実施例３
実施例２のような方法で複合材を製造するものの、最終複合材の厚さが約１００μｍ程度になるようにし、硬化工程を約１２０℃で約１０分間行った。適用された高分子成分（シリコン樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．２５程度であった。この複合材の熱伝導度を前記に言及された方法で測定した結果、約２．６３３Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４４】
実施例４
実施例２のような方法で複合材を製造するものの、最終複合材の厚さが約８０μｍ程度になるようにし、硬化工程を約１２０℃で約１０分間行った。適用された高分子成分（シリコン樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果、高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．３４程度であった。この複合材の熱伝導度を前記に言及された方法で測定した結果、約３．０６５Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４５】
実施例５
実施例２のような方法で複合材を製造するものの、高分子組成物を熱硬化性シリコン組成物（ＰＤＭＳ，Ｓｙｌｇａｒｄ  ５２７  ｋｉｔ）に変更し、硬化工程を約１２０℃で約９０分間行った。適用された高分子成分（シリコン樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果、高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．２５程度であった。この複合材の熱伝導度を前記に言及された方法で測定した結果、約３．４０３Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４６】
実施例６
実施例５のような方法で複合材を製造するものの、最終複合材の厚さが約８０μｍ程度になるようにした。適用された高分子成分（シリコン樹脂）と金属フォーム（銅金属フォーム）それぞれの密度および適用重量を基準として計算した結果、高分子成分の体積ＰＶと金属フォームの体積ＭＶの比率ＭＶ／ＰＶは、約０．３４程度であった。この複合材の熱伝導度を前記に言及された方法で測定した結果、約５．４７４Ｗ／ｍＫ程度であった。
【００４７】
比較例１
実施例１で適用した高分子組成物のみを硬化させて、厚さが約１２０μｍ程度であるフィルムを形成した。形成されたフィルムの熱伝導度は、約０．１９９Ｗ／ｍＫであった。
【００４８】
比較例２
実施例２で適用した高分子組成物のみを硬化させて、厚さが約１２０μｍ程度であるフィルムを形成した。形成されたフィルムの熱伝導度は、約０．２７０Ｗ／ｍＫであった。
【００４９】
比較例３
最終複合材の厚さが約２００μｍ程度になるようにしたことを除いて、実施例１と同一に複合材を形成した。形成された複合材の熱伝導度は、約０．３６７Ｗ／ｍＫ程度であった。
【図１】
2020533488.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
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2020533488.tif 000006
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