[发明专利]金属基碳纤维复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基碳纤维复合材料及其制造方法。详细地 讲，涉及适于在从常温到数百℃下运作的装置的放热中的具有 高热导率的金属基碳纤维复合材料及其制造方法，更详细地讲， 涉及具备金属层和含有碳纤维的金属层交替重叠的结构的金属 基碳纤维复合材料及其制造方法。

背景技术

目前，作为使用半导体的电子装置或功率模块的散热部件 (底板、散热器、传热器等)或者机械装置的发热部周边部件， 铝、铜或它们的合金由于其优异的加工性和比较高的热导率而 主要被使用。另外，在要求更优异的导热性和/或绝缘性的情况 下，使用石墨、或氧化铍、氮化硅、氮化铝、碳化硅等高导热 材料，但这些材料由于成本高，因而尚未被广泛使用。然而， 伴随着前述装置的高性能化，这些装置的发热量增大的倾向显 著。此外，伴随着这些装置的小型轻量化，要求散热部件的小 型轻量化，进而还要求高性能且廉价的放热部件。

关于该问题，使用具有比铝、铜等金属或合金更高的热导 率的石墨，但存在从石墨产生和飞散的炭粉给周边的电子电路 带来妨碍的问题。另外，氮化硅等高导热性陶瓷也被用于混合 型车控制部的LSI用散热器等，但使用者要求更优异的导热性和 大幅度的降价，陶瓷类材料处于无法适应这种需求的状况。

鉴于这种现状，使用了具有优异的导热性且重量轻的碳纤 维的金属基碳纤维复合材料受到注目。这样的金属基碳纤维复 合材料一般通过如下所述的熔液浸渍法形成，即，对于通过排 列、整齐排列、织入等而固定有碳纤维的预成型体(preform)， 在加压或非加压下，向其中浸渍铝等金属的熔液(参考专利文 献1)。

通过熔液浸渍法形成金属基碳纤维复合材料时的问题在于 金属碳化物的生成，该金属碳化物的生成是由于金属熔液具有 高的温度而引起的碳纤维与熔液中的金属进行化学反应所导致 的。例如，在使用铝的情况下，铝熔液具有约700℃的高温，熔 液中的铝与碳纤维的反应会导致生成Al₄C₃。已知所生成的 Al₄C₃等碳化物通过与常温下的水或水蒸气接触，变质成甲烷等 烃类气体和金属氢氧化物，在碳纤维与母材(基体)金属之间 产生空隙，复合材料的强度和热导率大大降低。

作为用于抑制熔液浸渍法中形成碳化物的方法，研究了对 碳纤维施加陶瓷涂层(参考专利文献2)或氟涂层(参考专利文 献3)之类的表面处理的方法。或者，还研究了使用以碳作为主 要成分的粘合剂(沥青类树脂等)形成碳纤维的预成型体的方 法(参考专利文献4)，或者将用作熔液的金属进行合金化，使 熔液的温度降低，从而抑制熔液浸渍时的反应的方法(参考专 利文献5)。

然而，如前述那样对碳纤维施加涂布的方法、以及使用以 碳作为主要成分的粘合剂形成预成型体的方法需要追加的工序 和材料等，有可能导致复合材料的成本增加。另外，在使用合 金作为熔液的方法中，需要准备该合金的工序。另外，在这些 方法中，为了将用作基体的金属或合金制成熔液，都需要高温、 并且需要很多能量。

专利文献1：日本特开2002-194515号公报

专利文献2：日本特开2001-300717号公报

专利文献3：日本特开平5-125562号公报

专利文献4：日本特开2000-303155号公报

专利文献5：日本特开平11-256254号公报

发明内容

鉴于以上现有技术，本发明的课题在于提供一种金属基碳 纤维复合材料，其可以使用通常所使用的廉价的材料，利用比 用于熔液法更低的能量就可制造，并且具有宽范围的尺寸和形 状(特别是大面积)，导热性优异且重量轻。这样的金属基碳纤 维复合材料可以应用于寻求放热对策的个人计算机、液晶面板、 等离子显示面板等。

另外，本发明的其它课题在于提供一种金属基碳纤维复合 材料的制造方法，其可以使用通常所使用的廉价的材料，抑制 或消除在熔液法中成为问题的金属碳化物的生成，利用更少的 能量就可实施，并且可以得到宽范围的尺寸和形状(特别是大 面积)。