JP2002226925A - Method for manufacturing composite material - Google Patents
Method for manufacturing composite materialInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は例えば放熱板として
好適な複合材料の製造方法に係り、詳しくは金属をマト
リックス相とし、セラミックス製の粉末を分散相とし、
かつ分散相の体積率が複合材料の厚さ方向に変化する複
合材料の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a composite material suitable for use as, for example, a radiator plate, and more particularly, to a matrix phase of metal and a dispersed phase of ceramic powder.
The present invention also relates to a method for producing a composite material in which the volume fraction of the dispersed phase changes in the thickness direction of the composite material.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の放熱板(ヒートシンク)を
金属製とした場合は、金属と半導体装置の熱膨張率の差
が大きく、半導体装置が破損する虞があるため、従来、
放熱板として金属マトリックス相にセラミックス粉末
(セラミックス微粒子)を分散させたもの、例えばSi
C粉末をアルミニウム基材に分散させた複合材料が知ら
れている。前記複合材料製の放熱板を使用する場合、半
導体装置等は直接放熱板上に搭載されるのではなく、放
熱板上に絶縁基板を介して搭載される。前記放熱板はS
iCの含有率(体積率)が60〜70%と大きいため、
絶縁基板に対して半田やろう材で接合しようとしても、
半田等の濡れ性が悪いため、Niメッキ処理等の表面処
理が施された後、絶縁基板に対して半田等により接合さ
れる。しかし、複合材料の表層部のSiCの含有率(体
積率)が大きい状態では、メッキの接着性が悪く、ま
た、機械加工も困難であるという問題がある。さらに、
半田等を介して絶縁基板に接合されても、放熱板の熱膨
張率と絶縁基板の熱膨張率とのマッチングが取れていな
いため、温度サイクル、即ち温度変化による熱膨張及び
熱収縮による変化を受けた際の信頼性が劣る。2. Description of the Related Art When a heat sink (heat sink) of a semiconductor device is made of metal, the difference in coefficient of thermal expansion between the metal and the semiconductor device is large, and the semiconductor device may be damaged.
A radiator plate in which ceramic powder (ceramic fine particles) is dispersed in a metal matrix phase, for example, Si
A composite material in which C powder is dispersed in an aluminum substrate is known. When using the heat sink made of the composite material, the semiconductor device and the like are not mounted directly on the heat sink but mounted on the heat sink via an insulating substrate. The heat sink is S
Since the content (volume ratio) of iC is as large as 60 to 70%,
Even if you try to join it to the insulating substrate with solder or brazing material,
Since the wettability of the solder or the like is poor, the surface is subjected to a surface treatment such as a Ni plating process and then joined to the insulating substrate by the solder or the like. However, when the content (volume ratio) of SiC in the surface layer of the composite material is large, there is a problem that the adhesion of the plating is poor and the machining is difficult. further,
Even if it is joined to the insulating substrate via solder, etc., the thermal expansion coefficient of the heat sink and the thermal expansion coefficient of the insulating substrate are not matched, so the temperature cycle, that is, the change due to the thermal expansion and contraction due to the temperature change, Poor reliability when received.
【0003】この問題を解消する方法として、放熱板を
構成する複合材料として、内層部のセラミックス含有量
を大きくし、表層部のセラミックス含有量を小さくする
こと、即ち、放熱板の絶縁基板と接合される側の熱膨張
率を絶縁基板の熱膨張率に近づけることが提案されてい
る。例えば、特開平11−135896号公報には、表
層部の全体若しくは一部が内層部よりも気孔率の高い熱
膨張抑制材を成形する工程と、前記熱膨張抑制材を母材
の溶湯凝固温度以上に加熱する工程と、加熱した熱膨張
抑制材を200℃以上、前記溶湯凝固温度以下に保温し
た金型キャビティ内に配置し、該金型キャビティ内に前
記溶湯を加圧注入する工程とを備える放熱用基板の製造
方法が提案されている。前記熱膨張抑制材の予備成形体
を成形する際にはバインダが使用される。As a method for solving this problem, as a composite material constituting a heat sink, the ceramic content in the inner layer portion is increased and the ceramic content in the surface layer portion is reduced, that is, bonding to the insulating substrate of the heat sink. It has been proposed to make the thermal expansion coefficient on the side to be made close to the thermal expansion coefficient of the insulating substrate. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-135896 discloses a process of forming a thermal expansion suppressing material in which the entire surface or a part of the surface layer has a higher porosity than that of the inner layer, Heating the above, and placing the heated thermal expansion suppressing material in a mold cavity maintained at a temperature of 200 ° C. or higher and the melt solidification temperature or lower, and injecting the molten metal into the mold cavity under pressure. There has been proposed a method for manufacturing a heat radiation substrate provided. A binder is used when forming the preform of the thermal expansion suppressing material.
【0004】特開平10−280067号公報には、マ
トリックス金属の粉末と被複合材であるセラミックスと
を混合して形成したプリフォームに、マトリックス金属
の溶湯を含浸凝固させる複合材料の製造方法が提案され
ている。プリフォームを形成する際にはバインダが使用
される。また、被複合材としてセラミックス粉末を使用
することや、プリフォームの体積率を傾斜させることも
開示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-280067 proposes a method for producing a composite material in which a preform formed by mixing a matrix metal powder and a ceramic as a composite material is impregnated with a molten matrix metal and solidified. Have been. When forming the preform, a binder is used. It also discloses that ceramic powder is used as the composite material and that the volume ratio of the preform is inclined.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平10
−280067号公報及び特開平11−135896号
公報に開示された方法では、プリフォーム(予備成形
体)を成形した後、そのプリフォームに高圧鋳造で溶湯
を含浸させる(鋳込む)必要がある。従って、プリフォ
ームを成形する分、製造コストが高くなる。また、プリ
フォームを成形する際にバインダが使用されるため、バ
インダが溶湯の含浸時に焼失した場合でも、製造された
複合材料の物性値の劣化原因になるという問題がある。SUMMARY OF THE INVENTION However, Japanese Patent Application Laid-Open
According to the methods disclosed in Japanese Patent No. 280067 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-135896, after a preform (preformed body) is formed, it is necessary to impregnate (cast) the molten metal into the preform by high-pressure casting. Accordingly, the manufacturing cost is increased by molding the preform. In addition, since a binder is used when molding the preform, there is a problem that even if the binder is burned out during the impregnation with the molten metal, the physical property value of the manufactured composite material is deteriorated.
【0006】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、セラミックス粉末を分散
相(強化材)として金属をマトリックス相とし、厚さ方
向で膨張係数が異なる複合材料を簡単にかつ低コストで
製造することができる複合材料の製造方法を提供するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a composite having a ceramic powder as a dispersed phase (reinforcing material), a metal as a matrix phase, and a different expansion coefficient in the thickness direction. An object of the present invention is to provide a method for producing a composite material, which can produce a material simply and at low cost.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め請求項1に記載の発明では、金属をマトリックス相と
し、セラミックス製の粉末を分散相とし、かつ分散相の
体積率が複合材料の厚さ方向に変化する複合材料の製造
方法であって、成形型内に前記粉末を充填した後、前記
粉末と同種のセラミックス製の粉末を混合した前記マト
リックス相となる金属の溶湯を前記成形型内に加圧状態
で供給して凝固させる。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a metal is used as a matrix phase, a ceramic powder is used as a dispersed phase, and the volume ratio of the dispersed phase is set to the composite material. A method for producing a composite material that changes in a thickness direction, wherein after filling the powder in a molding die, a molten metal of the matrix phase is formed by mixing a powder of the same type of ceramic as the powder with the molding die. It is supplied under pressure and solidified.
【0008】この発明では、成形型内にセラミックス粉
末が充填された状態で、前記粉末と同種のセラミックス
粉末がマトリックス相となる金属の溶湯に混合された溶
湯が成形型内に加圧状態で供給される。セラミックス粉
末が混合された溶湯中の溶融金属が、充填状態のセラミ
ックス粉末の隙間に浸透した後、溶湯が凝固されて複合
材料が形成される。複合材料の厚さ方向における分散相
の体積率は、溶湯を供給する前のセラミックス粉末の充
填時の体積率とほぼ同じ部分と、それより小さな部分と
の2段階に変化する状態になる。溶湯側から形成される
部分のセラミックス粉末の体積率は、供給前の溶湯中に
おける体積率より大きくなる。成形型内に充填されたセ
ラミックス粉末の隙間に侵入する溶融金属の量は、充填
セラミックス粉末の体積率から予め分かる。従って、セ
ラミックス粉末が混合された溶湯中のセラミックス粉末
の体積率を、製造後の複合材料において溶湯側から形成
される部分のセラミックス粉末の体積率に対応して調整
することにより、製造される複合材料中の分散相の体積
率を所望の値に設定することができる。In the present invention, in a state where the ceramic powder is filled in the molding die, a molten metal in which a ceramic powder of the same kind as the powder is mixed with a molten metal of a metal to be a matrix phase is supplied into the molding die in a pressurized state. Is done. After the molten metal in the molten metal mixed with the ceramic powder penetrates into the gaps between the filled ceramic powders, the molten metal is solidified to form a composite material. The volume ratio of the dispersed phase in the thickness direction of the composite material changes in two stages, that is, a portion substantially equal to the volume ratio at the time of filling the ceramic powder before supplying the molten metal and a portion smaller than the volume ratio. The volume ratio of the ceramic powder in the portion formed from the molten metal side is larger than the volume ratio in the molten metal before supply. The amount of the molten metal that enters the gap between the ceramic powders filled in the molding die can be known in advance from the volume ratio of the filled ceramic powders. Therefore, by adjusting the volume ratio of the ceramic powder in the molten metal mixed with the ceramic powder in accordance with the volume ratio of the ceramic powder in the portion formed from the molten metal side in the composite material after the production, The volume ratio of the dispersed phase in the material can be set to a desired value.
【0009】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載の発明において、前記溶湯に混合される粉末には、前
記成形型内に充填された粉末より粒径が大きなものが使
用されている。従って、この発明では、溶湯に混合され
たセラミックス粉末の粒径が成形型内に充填された粉末
の粒径より大きいため、成形型に供給された溶湯が充填
されたセラミックス粉末の隙間に加圧により浸透する際
に、溶湯中のセラミックス粉末は隙間に侵入せずに溶湯
のみが侵入する。その結果、溶湯が凝固されると、複合
材料の厚さ方向における分散相の体積率は、溶湯を供給
する前のセラミックス粉末の充填時の体積率と同じにな
る。また、溶湯側から形成される部分のセラミックス粉
末の体積率も目的とする値に調整し易くなる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the powder mixed with the molten metal has a larger particle diameter than the powder filled in the molding die. I have. Therefore, in the present invention, since the particle size of the ceramic powder mixed in the molten metal is larger than the particle size of the powder filled in the molding die, the gap between the ceramic powder filled with the molten metal supplied to the molding die is pressed. When the ceramic powder infiltrates, the ceramic powder in the molten metal does not enter the gap, but only the molten metal enters. As a result, when the melt is solidified, the volume ratio of the dispersed phase in the thickness direction of the composite material becomes the same as the volume ratio at the time of filling the ceramic powder before supplying the melt. Further, the volume ratio of the ceramic powder in the portion formed from the molten metal side can be easily adjusted to a target value.
【0010】請求項3に記載の発明では、金属をマトリ
ックス相とし、セラミックス製の粉末を分散相とし、か
つ分散相の体積率が複合材料の厚さ方向に少なくとも2
段階に変化する複合材料の製造方法であって、成形型内
に溶湯を供給する側から反対側に向かって前記粉末を少
なくとも2段階の密度差を有する状態で充填した後、前
記マトリックス相となる金属を溶融した溶湯を前記成形
型内に加圧状態で供給して凝固させる。According to the third aspect of the present invention, the metal is a matrix phase, the ceramic powder is a dispersed phase, and the volume ratio of the dispersed phase is at least 2 in the thickness direction of the composite material.
A method for producing a composite material that changes in stages, wherein the powder is filled in a state having a density difference of at least two stages from a side where a molten metal is supplied into a molding die toward an opposite side, and then becomes the matrix phase. The molten metal in which the metal has been melted is supplied into the mold under pressure and solidified.
【0011】この発明では、成形型内にセラミックス粉
末が充填された後、溶湯が加圧状態で供給されると、少
なくとも2段階の密度差を有する状態で充填されたセラ
ミックス粉末の隙間に溶湯が浸透する。そして、溶湯が
凝固されると、溶湯を供給する前のセラミックス粉末の
充填時の体積率に対応して、複合材料の厚さ方向に少な
くとも2段階に分散相の体積率が変化する複合材料が得
られる。According to the present invention, when the molten metal is supplied in a pressurized state after the ceramic powder has been filled in the molding die, the molten metal is filled in the gap between the filled ceramic powders with at least two levels of density difference. Penetrate. Then, when the molten metal is solidified, the composite material in which the volume ratio of the dispersed phase changes in at least two stages in the thickness direction of the composite material corresponding to the volume ratio at the time of filling the ceramic powder before supplying the molten metal is obtained. can get.
【0012】請求項4に記載の発明では、金属をマトリ
ックス相とし、セラミックス製の粉末を分散相とした複
合材料の製造方法であって、成形型内の溶湯を供給する
側と反対側に前記金属と同種の金属板を配置した状態で
前記成形型内に前記粉末を充填した後、前記マトリック
ス相となる金属を溶融した溶湯を前記成形型内に加圧状
態で供給し、前記金属板の少なくとも前記粉末と対向す
る側を溶融させて粉末の一部を溶融金属と混合させた
後、凝固させる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a composite material using a metal as a matrix phase and a ceramic powder as a dispersed phase, wherein the side opposite to the side where molten metal is supplied in a molding die is provided. After filling the powder into the molding die in a state where a metal plate of the same kind as the metal is arranged, a molten metal in which the metal to be the matrix phase is melted is supplied into the molding die in a pressurized state. At least the side facing the powder is melted, a part of the powder is mixed with the molten metal, and then solidified.
【0013】従って、この発明では、成形型内に加圧状
態で供給された溶湯が、所望の密度に充填されたセラミ
ックス粉末の隙間に浸透するとともに、溶湯の供給側と
反対側に配置された金属板と接触する状態となる。そし
て、溶湯の熱により金属板が溶融するとともに、金属板
側に充填されていたセラミックス粉末の一部が加圧され
た溶湯の圧力により溶融された金属板の部分と混合され
る。その結果、溶融金属が凝固された後、金属板が配置
されていた側のセラミックス粉末の体積率が小さく、セ
ラミックス粉末が充填されていた部分のセラミックス粉
末の体積率が大きな複合材料が得られる。Therefore, according to the present invention, the molten metal supplied in a pressurized state into the mold penetrates into the gap between the ceramic powders filled to a desired density and is arranged on the side opposite to the molten metal supply side. It comes into contact with the metal plate. Then, the metal plate is melted by the heat of the molten metal, and a part of the ceramic powder filled in the metal plate is mixed with a part of the metal plate melted by the pressure of the molten metal. As a result, after the molten metal is solidified, a composite material is obtained in which the volume ratio of the ceramic powder on the side where the metal plate is disposed is small and the volume ratio of the ceramic powder in the portion where the ceramic powder is filled is large.
【0014】請求項5に記載の発明では、請求項4に記
載の発明において、前記成形型はその底部に前記金属板
が配置され、前記溶湯が上部から供給される。従って、
この発明では、前記粉末の充填及び溶湯の供給を円滑に
行うことができる。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the metal plate is disposed at the bottom of the molding die, and the molten metal is supplied from above. Therefore,
According to the present invention, the filling of the powder and the supply of the molten metal can be performed smoothly.
【0015】請求項6に記載の発明では、請求項1〜請
求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記金属
はアルミニウム又はアルミニウム合金である。従って、
この発明では、軽量で半導体装置等の電子部品の放熱材
として使用するのに必要な熱伝導性を確保できる。ま
た、金属に銅を使用する場合と比較して、金属の溶融温
度が低いため、製造時に必要なエネルギー量を少なくで
きる。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the metal is aluminum or an aluminum alloy. Therefore,
According to the present invention, it is possible to secure the heat conductivity required for use as a heat radiator for electronic components such as semiconductor devices, which is lightweight. In addition, since the melting temperature of the metal is lower than when copper is used as the metal, the amount of energy required during manufacturing can be reduced.
【0016】請求項7に記載の発明では、請求項1〜請
求項6のいずれか一項に記載の発明において、前記セラ
ミックスは炭化ケイ素(SiC)である。従って、この
発明では、複合材料の熱伝導性が高い状態で熱膨張率を
半導体装置の熱膨張率に近づけることが容易になるとと
もに、所望の物性(熱伝導性が高い)のセラミックス粉
末を入手し易い。In the invention according to claim 7, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the ceramic is silicon carbide (SiC). Therefore, according to the present invention, it is easy to make the coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device in a state where the thermal conductivity of the composite material is high, and obtain a ceramic powder having desired physical properties (high thermal conductivity). Easy to do.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明を具体化した第1の実施の形態を図1に従って説明す
る。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0018】図1(c)はこの実施の形態の製造方法で
製造される複合材料の模式断面図である。複合材料1
は、金属をマトリックス相2とし、セラミックス製の粉
末を分散相3とする構成に形成されている。マトリック
ス相2の金属には高熱伝導率を有するもの、即ちアルミ
ニウムの熱伝導率と同程度以上の熱伝導率を有する金属
が使用されている。この実施の形態ではマトリックス相
2の金属にアルミニウム又はアルミニウム合金(以下、
単にアルミニウム合金と言う)が使用されている。分散
相3を構成するセラミックス粉末として炭化ケイ素の粉
末(SiC粉末4)が使用されている。分散相3はその
体積率、即ちSiC粉末4の体積率が複合材料1の厚さ
方向(図1(c)の上下方向)に2段階に変化するよう
に構成されている。FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of a composite material manufactured by the manufacturing method of this embodiment. Composite material 1
Is formed in such a configuration that a metal is used as a matrix phase 2 and a ceramic powder is used as a dispersed phase 3. As the metal of the matrix phase 2, a metal having a high thermal conductivity, that is, a metal having a thermal conductivity equal to or higher than that of aluminum is used. In this embodiment, the metal of the matrix phase 2 is aluminum or aluminum alloy (hereinafter, referred to as aluminum alloy).
Aluminum alloy). Silicon carbide powder (SiC powder 4) is used as the ceramic powder constituting the dispersed phase 3. The dispersed phase 3 is configured such that its volume ratio, that is, the volume ratio of the SiC powder 4 changes in two steps in the thickness direction of the composite material 1 (the vertical direction in FIG. 1C).
【0019】この実施の形態では図1(c)において上
側となる複合材料1の表層側にSiC粉末4の体積率が
小さな低密度部1aが形成され、下側となる内層側にS
iC粉末4の体積率の大きくなる高密度部1bが形成さ
れている。SiC粉末4の粒度や体積率は、複合材料に
要求される特性(物性)に応じて設定されるが、高密度
部1bはSiC粉末4の体積率が例えば70〜75%程
度に形成されている。高密度部1bの分散相3となるS
iC粉末4には、粗い粒子と細かい粒子との混合物が使
用され、粗い粒子としては粒子径が100μm程度のも
のが、細かい粒子としては粒子径が10μm程度のもの
が使用されている。そして、最密充填できるように粗い
粒子と細かい粒子の使用量が設定されている。低密度部
1aとなるSiC粉末4には、前記粗い粒子の粒子径以
上の粒子径のものが使用されている。低密度部1aの体
積率は目的に応じて設定される。In this embodiment, a low-density portion 1a having a small volume ratio of SiC powder 4 is formed on the surface layer side of composite material 1 on the upper side in FIG. 1C, and S is formed on the inner layer side on the lower side.
The high-density portion 1b in which the volume ratio of the iC powder 4 is increased is formed. The particle size and volume ratio of the SiC powder 4 are set in accordance with the characteristics (physical properties) required for the composite material, but the high-density portion 1b is formed such that the volume ratio of the SiC powder 4 is, for example, about 70 to 75%. I have. S to be dispersed phase 3 of high-density portion 1b
As the iC powder 4, a mixture of coarse particles and fine particles is used, and coarse particles having a particle diameter of about 100 μm and fine particles having a particle diameter of about 10 μm are used. The amount of use of coarse particles and fine particles is set so that packing can be carried out closest. As the SiC powder 4 serving as the low-density portion 1a, a powder having a particle diameter larger than that of the coarse particles is used. The volume ratio of the low density portion 1a is set according to the purpose.
【0020】次に前記のように構成された複合材料1の
製造方法を図1(a),(b)に基づいて説明する。成
形型としての金型5は有底四角筒状で、複数の成形型構
成片5a,5bに分解可能に構成され、図示しないボル
ト及びナットにより締付け固定されている。金型5の材
質にはアルミニウム合金より剛性の高い金属、例えば鉄
が使用されている。Next, a method of manufacturing the composite material 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). The mold 5 as a molding die is a bottomed square cylindrical shape, is configured to be disassembled into a plurality of molding die constituent pieces 5a and 5b, and is fixed by bolts and nuts (not shown). As a material of the mold 5, a metal having higher rigidity than an aluminum alloy, for example, iron is used.
【0021】この金型5を使用して、前記複合材料1を
製造する場合は、図1(a)に示すように、先ず金型5
内に内層側の分散相3となるSiC粉末4を、即ち粗い
粒子と細かい粒子との混合物を充填する。なお、図では
粒子の大小を区別せずに図示している。次に、溶融状態
のアルミニウム合金に表層側の分散相3となるSiC粉
末4を、即ち前記粗い粒子以上の粒径のSiC粉末4を
混合した溶湯6を加圧状態で供給(注入)する。SiC
粉末4の隙間をほぼ満たすとともに、金型5の開口側に
おいてSiC粉末4を覆う所定量のアルミニウム合金が
金型5内に注入された後、押湯圧としてダイカスト成形
と同程度の圧力(例えば、数十MPa〜百MPa)が加
えられる。即ち、所謂高圧鋳造が行われる。供給された
溶湯6中の溶融金属が、充填状態のSiC粉末4の隙間
に浸透した後、金型5が冷却されて溶湯が凝固、冷却さ
れた後、金型5が分解されて、複合材料1が取り出され
る。When the composite material 1 is manufactured using the mold 5, first, as shown in FIG.
The inside is filled with the SiC powder 4 to be the dispersed phase 3 on the inner layer side, that is, a mixture of coarse particles and fine particles. In the drawing, the size of the particles is shown without distinction. Next, SiC powder 4 to be the dispersed phase 3 on the surface layer side, that is, molten metal 6 mixed with SiC powder 4 having a particle size larger than the coarse particles is supplied (injected) to the molten aluminum alloy in a pressurized state. SiC
After a predetermined amount of aluminum alloy covering the SiC powder 4 on the opening side of the mold 5 is injected into the mold 5 while substantially filling the gap of the powder 4, a pressure similar to that of die casting is used as a feeder pressure (for example, , Several tens MPa to one hundred MPa) are applied. That is, so-called high-pressure casting is performed. After the molten metal in the supplied molten metal 6 penetrates into the gaps between the filled SiC powders 4, the mold 5 is cooled to solidify and cool the molten metal. 1 is taken out.
【0022】複合材料1の内層側(高密度部1b)の分
散相3の体積率、即ちSiC粉末4の体積率は、溶湯6
を供給する前のSiC粉末4の充填時の体積率とほぼ同
じになる。また、表層側(低密度部1a)のSiC粉末
4の体積率は供給前の溶湯6中における体積率より大き
くなる。金型5内に充填されたSiC粉末4の隙間に侵
入する溶融金属の量は、充填されたSiC粉末4の体積
率から予め分かる。従って、SiC粉末4が混合された
溶湯6中のSiC粉末4の体積率を、低密度部1aの体
積率に対応して調整することにより、複合材料1中の低
密度部1aの体積率が所望の値に設定される。The volume ratio of the dispersed phase 3 on the inner layer side (high-density portion 1b) of the composite material 1, that is, the volume ratio of the SiC powder 4, is
Is almost the same as the volume ratio at the time of filling the SiC powder 4 before the supply. Further, the volume ratio of the SiC powder 4 on the surface layer side (low density portion 1a) is larger than the volume ratio in the molten metal 6 before the supply. The amount of the molten metal entering the gap between the SiC powders 4 filled in the mold 5 can be known in advance from the volume ratio of the SiC powders 4 filled. Therefore, by adjusting the volume ratio of the SiC powder 4 in the molten metal 6 mixed with the SiC powder 4 in accordance with the volume ratio of the low density portion 1a, the volume ratio of the low density portion 1a in the composite material 1 is reduced. It is set to the desired value.
【0023】前記のようにして製造された複合材料1
は、例えば半導体装置用の放熱部材として使用される。
その場合、複合材料1は、セラミックス製の絶縁基板に
表層側の低密度部1aが対向するように半田又はろう材
を介して接合される。複合材料1の厚さを所定の値に形
成する場合は、表層側を切削加工する。The composite material 1 manufactured as described above
Is used, for example, as a heat dissipation member for a semiconductor device.
In this case, the composite material 1 is joined via a solder or a brazing material such that the low-density portion 1a on the surface layer faces the insulating substrate made of ceramics. When the thickness of the composite material 1 is formed to a predetermined value, the surface layer is cut.
【0024】なお、図1では複合材料1の形状を模式的
に四角柱状としたが、放熱部材は一般に扁平なブロック
状(板状)のものが多いため、目的とする放熱部材の形
状に合わせた形状の金型5を使用することにより、所望
の形状の複合材料1が形成される。Although the shape of the composite material 1 is schematically shown in FIG. 1 as a quadrangular prism, the heat dissipating member is generally in the form of a flat block (plate), and is generally adapted to the desired shape of the heat dissipating member. By using the mold 5 having a different shape, a composite material 1 having a desired shape is formed.
【0025】この実施の形態では以下の効果を有する。 (1) 成形型(金型5)内にSiC粉末4(セラミッ
クス粉末)を充填した後、SiC粉末4を混合したマト
リックス相2となる金属の溶湯6を加圧状態で供給して
凝固させることにより、SiC粉末4の体積率が複合材
料1の厚さ方向に変化する複合材料1を容易に製造でき
る。従って、プリフォームを成形せずに所望の複合材料
1を形成できるため、プリフォームを成形する方法に比
較して、生産性が向上するとともに、製造コストを低減
できる。また、プリフォーム成形時に使用されるバイン
ダを必要としないため、複合材料1の物性の劣化(低
下)を防止できる。This embodiment has the following effects. (1) After filling a molding die (die 5) with SiC powder 4 (ceramic powder), a molten metal 6 serving as a matrix phase 2 mixed with SiC powder 4 is supplied under pressure and solidified. Thereby, the composite material 1 in which the volume ratio of the SiC powder 4 changes in the thickness direction of the composite material 1 can be easily manufactured. Therefore, since the desired composite material 1 can be formed without forming the preform, the productivity can be improved and the manufacturing cost can be reduced as compared with the method of forming the preform. Further, since a binder used at the time of preform molding is not required, deterioration (decrease) of the physical properties of the composite material 1 can be prevented.
【0026】(2) 溶湯6に混合されるSiC粉末4
には、金型5内に充填されたSiC粉末4より粒径が大
きなものが使用されている。従って、SiC粉末4が混
合された溶湯6を金型5内に加圧状態で供給した際、溶
湯6中のSiC粉末4が充填されたSiC粉末4の隙間
に溶湯6とともに侵入するのが阻止される。その結果、
製造された複合材料1の内層側のSiC粉末4の体積率
を充填時の値とほぼ同じにでき、内層側(高密度部1
b)及び表層側(低密度部1a)のSiC粉末4の体積
率の調整が簡単になる。(2) SiC powder 4 mixed with molten metal 6
Used is larger in particle size than the SiC powder 4 filled in the mold 5. Therefore, when the molten metal 6 mixed with the SiC powder 4 is supplied into the mold 5 in a pressurized state, the molten metal 6 is prevented from entering the gap between the SiC powder 4 filled with the SiC powder 4 and the molten metal 6 together. Is done. as a result,
The volume ratio of the SiC powder 4 on the inner layer side of the manufactured composite material 1 can be made almost the same as the value at the time of filling, and the inner layer side (high-density portion 1)
b) and the volume ratio of the SiC powder 4 on the surface layer side (low-density portion 1a) can be easily adjusted.
【0027】(3) 予め金型5内に充填されるSiC
粉末4として、粗い粒子と細かい粒子との混合物が使用
されているため、SiC粉末4として粒子径が一定のも
のを使用する場合に比較して充填率、即ち体積率を大き
な状態で充填するのが容易になる。(3) SiC previously filled in the mold 5
Since a mixture of coarse particles and fine particles is used as the powder 4, the filling ratio, that is, the volume ratio is larger than when the SiC powder 4 has a constant particle diameter. Becomes easier.
【0028】(4) 複合材料1の表層側のSiC粉末
4の体積率が小さいため、表層側の切削加工は比較的簡
単になる。従って、製造された複合材料1の厚さを調整
する際、表層側を切削加工することにより、SiC粉末
4の体積率が全体に均一で大きなものに比較して簡単に
厚さ調整ができる。(4) Since the volume ratio of the SiC powder 4 on the surface layer of the composite material 1 is small, cutting on the surface layer becomes relatively simple. Therefore, when the thickness of the manufactured composite material 1 is adjusted, by cutting the surface layer side, the thickness can be easily adjusted as compared with the SiC powder 4 having a uniform and large volume ratio as a whole.
【0029】(5) マトリックス相2としてアルミニ
ウムの熱伝導率と同程度以上の熱伝導率を有する金属が
使用されているため、半導体装置等の電子部品の放熱材
として使用するのに好適となる。(5) Since a metal having a thermal conductivity equal to or higher than that of aluminum is used as the matrix phase 2, it is suitable for use as a heat radiating material for electronic parts such as semiconductor devices. .
【0030】(6) マトリックス相2がアルミニウム
合金であるため、軽量で必要な熱伝導性を確保できると
ともに、銅等の熱伝導率の高い他の金属に比較して溶融
温度が低いため、鋳造時のエネルギー使用量を少なくで
きる。(6) Since the matrix phase 2 is an aluminum alloy, it is possible to secure necessary heat conductivity at a low weight, and since the melting temperature is lower than that of other metals having high heat conductivity such as copper, the casting is performed. Energy consumption at the time can be reduced.
【0031】(7) 分散相3を構成するセラミックス
製の粉末としてSiC粉末4が使用されているため、分
散相3の充填率を高めて複合材料1の熱膨張率を半導体
装置の熱膨張率により近づけた場合でも複合材料1の熱
伝導率を高くでき、放熱材として使用したときの放熱効
率が向上する。(7) Since the SiC powder 4 is used as the ceramic powder constituting the dispersed phase 3, the filling rate of the dispersed phase 3 is increased to reduce the thermal expansion coefficient of the composite material 1 to the thermal expansion coefficient of the semiconductor device. The thermal conductivity of the composite material 1 can be increased even when the distance is closer to the above, and the heat radiation efficiency when used as a heat radiating material is improved.
【0032】(8) 強化材として繊維ではなくて粉末
が使用されているため、繊維に比較して高密度に充填す
るのが容易になる。また、繊維より入手し易い。 (9) 高圧鋳造で溶融金属が含浸されるため、ダイカ
スト成形に比較して、収縮巣やガス欠陥が少なくなる。(8) Since powder is used instead of fiber as the reinforcing material, it is easier to fill the fiber at a higher density than fiber. It is more easily available than fiber. (9) Since the molten metal is impregnated by high pressure casting, shrinkage cavities and gas defects are reduced as compared with die casting.
【0033】(第2の実施の形態)次に第2の実施の形
態を図2に従って説明する。この実施の形態では複合材
料1の製造時に、溶湯としてセラミックス粉末(SiC
粉末4)が混合されていない溶湯7を使用する点と、金
型5内にSiC粉末4をその体積率が複合材料の厚さ方
向に2段階に変化するように充填する点が前記実施の形
態と大きく異なっている。前記実施の形態と同一部分は
同一符号を付して詳しい説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, at the time of manufacturing the composite material 1, ceramic powder (SiC) is used as a molten metal.
The point of using the molten metal 7 in which the powder 4) is not mixed and the point of filling the mold 5 with the SiC powder 4 so that the volume ratio thereof changes in two steps in the thickness direction of the composite material. It is very different from the form. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0034】図2(c)はこの実施の形態の製造方法で
製造される複合材料1の模式断面図である。複合材料1
の表層側(図2(c)の上側)には、溶湯7がSiC粉
末4の充填層を覆う状態で凝固したSiC粉末4の体積
率が0%の金属層2aが存在する。FIG. 2C is a schematic sectional view of the composite material 1 manufactured by the manufacturing method according to this embodiment. Composite material 1
2 (c), there is a metal layer 2a having a volume fraction of 0% of the SiC powder 4 solidified in a state where the molten metal 7 covers the filling layer of the SiC powder 4.
【0035】この複合材料1を製造する場合は、図2
(a)に示すように、先ず金型5内に溶湯を供給する側
から反対側に向かってSiC粉末4を2段階の密度差を
有する状態で充填する。この実施の形態では内層側(金
型5の底部側)が高密度で表層側(金型5の開口側)が
低密度となるようにSiC粉末4を充填する。When manufacturing this composite material 1, FIG.
As shown in (a), first, a mold 5 is filled with SiC powder 4 in a state having a two-stage density difference from the side supplying the molten metal to the opposite side. In this embodiment, the SiC powder 4 is filled so that the inner layer side (the bottom side of the mold 5) has a high density and the surface layer side (the opening side of the mold 5) has a low density.
【0036】高密度に充填されるSiC粉末4は前記実
施の形態と同様に、粗い粒子(粒子径100μm程度)
と細かい粒子(粒子径10μm程度)との混合物が使用
され、充填密度が70〜75%程度に充填される。低密
度に充填される表層側のSiC粉末4の充填密度は目的
に応じて設定され、SiC粉末4も粒子径の異なるもの
の混合物を使用する場合や、同じ粒子径のものだけを使
用する場合がある。The SiC powder 4 packed at high density has coarse particles (particle diameter of about 100 μm) as in the above embodiment.
And a mixture of fine particles (with a particle diameter of about 10 μm) and a packing density of about 70 to 75%. The filling density of the SiC powder 4 on the surface layer to be filled at a low density is set according to the purpose, and the SiC powder 4 may be a mixture of particles having different particle diameters, or a case of using only the same particle diameter. is there.
【0037】次に図2(b)に示すように、溶融状態の
アルミニウム合金からなる溶湯7が加圧状態で注入され
る。供給された溶湯7が、充填状態のSiC粉末4の隙
間に浸透した後、金型5が冷却されて溶湯7が凝固、冷
却された後、金型5が分解されて、複合材料1が取り出
される。そして、図2(c)に示す複合材料1が得られ
る。得られた複合材料1は表層の金属層2aが切削加工
で除去されて、半導体装置用の放熱部材として使用され
る。なお、場合によっては金属層2aを薄く残した状態
で使用される。Next, as shown in FIG. 2B, a molten metal 7 made of an aluminum alloy in a molten state is injected under pressure. After the supplied molten metal 7 penetrates into the gaps between the filled SiC powders 4, the mold 5 is cooled to solidify and cool the molten metal 7, the mold 5 is decomposed, and the composite material 1 is taken out. It is. Then, the composite material 1 shown in FIG. 2C is obtained. The obtained composite material 1 is used as a heat dissipating member for a semiconductor device by removing the surface metal layer 2a by cutting. In some cases, it is used with the metal layer 2a left thin.
【0038】この実施の形態では前記実施の形態の
(4)〜(9)と同様な効果の他に次の効果を有する。 (10) 金型5内に溶湯7を供給する側から反対側に
向かってSiC粉末4を2段階の密度差を有する状態で
充填した後、マトリックス相となる溶湯7を加圧状態で
供給して凝固させることにより、所望の値で体積率が変
化する複合材料1を簡単に製造できる。This embodiment has the following effects in addition to the effects similar to (4) to (9) of the above embodiment. (10) After filling the SiC powder 4 in the mold 5 from the side where the molten metal 7 is supplied to the opposite side with a two-stage density difference, the molten metal 7 serving as a matrix phase is supplied under pressure. By solidifying the composite material, the composite material 1 in which the volume ratio changes at a desired value can be easily manufactured.
【0039】(11) SiC粉末4の体積率の小さな
表層側(低密度部1a側)に金属層2aが形成されるた
め、複合材料1の表層側に金属層2aを薄く残すように
切削加工して使用することにより、半田等に対する接合
力が向上する。(11) Since the metal layer 2a is formed on the surface layer (low density portion 1a side) where the volume ratio of the SiC powder 4 is small, cutting is performed so that the metal layer 2a remains thin on the surface layer side of the composite material 1. By using it, the bonding strength to solder or the like is improved.
【0040】(12) 金型5内に高密度で充填される
SiC粉末4として、粗い粒子と細かい粒子との混合物
が使用されているため、SiC粉末4として粒子径が一
定のものを使用する場合に比較して充填率、即ち体積率
を大きな状態で充填するのが容易になる。(12) Since a mixture of coarse particles and fine particles is used as the SiC powder 4 filled into the mold 5 at a high density, a SiC powder 4 having a constant particle diameter is used. As compared with the case, it is easy to fill the filling rate, that is, the volume ratio in a large state.
【0041】(第3の実施の形態)次に第3の実施の形
態を図3に従って説明する。この実施の形態では、金型
5内に一定の高密度でSiC粉末4を充填する点は第1
の実施の形態と同様である。しかし、溶湯にはSiC粉
末4を混合せず、金型5内に配置された金属板8を溶湯
7で溶融させてその溶融金属に、充填されたSiC粉末
4の一部を混合させて低密度部1aを形成する点が異な
っている。(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the point that the mold 5 is filled with the SiC powder 4 at a constant high density is the first point.
This is the same as the embodiment. However, the SiC powder 4 is not mixed with the molten metal, but the metal plate 8 disposed in the mold 5 is melted with the molten metal 7 and a part of the filled SiC powder 4 is mixed with the molten metal to reduce the molten metal. The difference is that the density portion 1a is formed.
【0042】複合材料1を製造する場合は、先ず図3
(a)に示すように、金型5の底部、即ち金型5内の溶
湯を供給する側と反対側にマトリックス金属(アルミニ
ウム合金)と同種の金属板8を配置した状態で、金型5
内にSiC粉末4を所定の密度に充填する。次にマトリ
ックス金属を溶融した溶湯7を金型5内に加圧状態で供
給する。図3(b)に示すように、溶湯7は充填された
SiC粉末4を覆う量供給される。そして、金属板8の
少なくともSiC粉末4と対向する側が溶融されてSi
C粉末4の一部が溶融金属と混合された後、金型5が冷
却されて溶湯7が凝固、冷却された後、金型5が分解さ
れて、複合材料1が取り出される。When manufacturing the composite material 1, first, FIG.
As shown in (a), the mold 5 is placed in a state where a metal plate 8 of the same type as the matrix metal (aluminum alloy) is arranged at the bottom of the mold 5, that is, on the side opposite to the side where the molten metal is supplied in the mold 5.
Is filled with SiC powder 4 to a predetermined density. Next, the molten metal 7 in which the matrix metal is melted is supplied into the mold 5 in a pressurized state. As shown in FIG. 3B, the molten metal 7 is supplied in an amount that covers the filled SiC powder 4. Then, at least the side of the metal plate 8 opposed to the SiC powder 4 is melted and
After a part of the C powder 4 is mixed with the molten metal, the mold 5 is cooled and the molten metal 7 is solidified and cooled. Then, the mold 5 is decomposed and the composite material 1 is taken out.
【0043】そして、充填されたSiC粉末4を覆うよ
うに供給された溶湯7のみが凝固された部分が切削除去
されて、図3(c)に示すような複合材料1が形成され
る。即ち、表層側(図3(c)の下側)にSiC粉末4
の体積率の小さな低密度部1aが存在し、内層側にSi
C粉末4の体積率の大きな高密度部1bが存在する複合
材料1が得られる。低密度部1aのSiC粉末4の体積
率は金属板8の厚さ、溶湯7を供給する前のSiC粉末
4の充填密度及び溶湯7を供給する際の加圧力の大きさ
等によって調整される。Then, the solidified portion of only the melt 7 supplied so as to cover the filled SiC powder 4 is cut and removed to form the composite material 1 as shown in FIG. 3 (c). That is, the SiC powder 4 is formed on the surface layer (the lower side of FIG. 3C).
A low-density portion 1a having a small volume ratio of
The composite material 1 having the high-density portion 1b having a large volume ratio of the C powder 4 is obtained. The volume ratio of the SiC powder 4 in the low-density portion 1a is adjusted by the thickness of the metal plate 8, the filling density of the SiC powder 4 before the supply of the molten metal 7, the magnitude of the pressing force when supplying the molten metal 7, and the like. .
【0044】この実施の形態では、第1の実施の形態の
(3)〜(9)と、第2の実施の形態の(11),(1
2)と同様な効果の他に次の効果を有する。 (13) 金属板8の厚さとSiC粉末4の充填量を調
整することで、低密度部1aの体積率を調整できる。In this embodiment, (3) to (9) of the first embodiment and (11) and (1) of the second embodiment
In addition to the effect similar to 2), the following effect is obtained. (13) By adjusting the thickness of the metal plate 8 and the filling amount of the SiC powder 4, the volume ratio of the low-density portion 1a can be adjusted.
【0045】実施の形態は前記に限定されるものではな
く、例えば次のように構成してもよい。 ○ 体積率の大きな分散相3を構成するためにSiC粉
末4を高密度で充填する場合、粗い粒子のSiC粉末4
と細かい粒子のSiC粉末4との2種類を混合したもの
を使用せず、粒子径が同程度のものを使用したり、粒子
の粗さの異なる3種以上の粒子を混合したものを使用し
てもよい。The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example. When the SiC powder 4 is packed at a high density to constitute the dispersed phase 3 having a large volume ratio, the SiC powder 4 having coarse particles is used.
Do not use a mixture of two kinds of fine particles and SiC powder 4 and use a mixture of particles having the same particle diameter or a mixture of three or more kinds of particles having different particle roughness. You may.
【0046】○ 第1の実施の形態で溶湯6に混合する
SiC粉末4の粒子径を予め金型5内に充填されたSi
C粉末4の粒子径より小さなものを使用してもよい。し
かし、粒子径の大きなものが好ましい。In the first embodiment, the particle size of the SiC powder 4 to be mixed with the molten metal 6
A powder smaller than the particle diameter of the C powder 4 may be used. However, those having a large particle diameter are preferred.
【0047】○ 第1の実施の形態において、予め金型
5内に充填するSiC粉末4の充填密度を、底面側が高
く開口側が低くなるように設定してもよい。この場合は
複合材料1として、分散相3の体積率が複合材料1の厚
さ方向に3段階に変化するものが得られる。In the first embodiment, the filling density of the SiC powder 4 to be filled in the mold 5 may be set in advance so that the bottom side is high and the opening side is low. In this case, a composite material 1 in which the volume ratio of the dispersed phase 3 changes in three steps in the thickness direction of the composite material 1 is obtained.
【0048】○ 第2の実施の形態において、金型5内
に予め充填するSiC粉末4の充填密度(体積率)を複
合材料1の厚さ方向に3段階以上に順に変化するように
充填してもよい。しかし、複合材料1を放熱板として使
用する場合に、放熱板の熱膨張率と絶縁基板の熱膨張率
とのマッチングをとるには、2段階に変化させることで
十分である。In the second embodiment, the mold 5 is filled so that the filling density (volume ratio) of the SiC powder 4 to be filled in advance is changed in three or more steps in the thickness direction of the composite material 1 in order. You may. However, when the composite material 1 is used as a heat sink, it is sufficient to change the thermal expansion coefficient of the heat sink to the thermal expansion coefficient of the insulating substrate in two stages in order to match the thermal expansion coefficient.
【0049】○ 第2の実施の形態において、金型5内
にSiC粉末4を充填する際、底面側を高密度に充填す
る代わりに底面側を低密度に充填してもよい。この場
合、金型5内に供給される溶湯7の量を多くして、開口
側に金属層2aを厚く形成し、金属相にフィンを加工す
ることにより、放熱効率がより向上した放熱部材として
機能する。In the second embodiment, when filling the mold 5 with the SiC powder 4, the bottom side may be filled with low density instead of filling the bottom side with high density. In this case, the amount of the molten metal 7 supplied into the mold 5 is increased, the metal layer 2a is formed thick on the opening side, and the metal phase is processed with fins, thereby providing a heat radiation member with improved heat radiation efficiency. Function.
【0050】○ 第2の実施の形態において、金型5内
にSiC粉末4を充填する際、充填密度を底面側と開口
側が低く、中間部が高くなるように対称に充填してもよ
い。この場合、厚さ方向で分散相3の体積率が対称な複
合材料が得られるため、放熱板として使用する際に、取
付面を間違える虞がない。In the second embodiment, when filling the mold 5 with the SiC powder 4, the filling density may be symmetrical so that the bottom side and the opening side are low and the middle part is high. In this case, a composite material in which the volume ratio of the dispersed phase 3 is symmetric in the thickness direction can be obtained, so that there is no possibility that the mounting surface is mistaken when used as a heat sink.
【0051】○ マトリックス相2の金属はアルミニウ
ムと同程度以上の熱伝導率を有するものであればよく、
アルミニウム合金に限らず他の金属例えば銅を使用して
もよい。この場合、熱伝導率がアルミニウム合金より高
いため、複合材料1を放熱材として使用する際に放熱効
率が向上する。The metal of the matrix phase 2 only needs to have a thermal conductivity equal to or higher than that of aluminum.
Not limited to aluminum alloys, other metals such as copper may be used. In this case, since the heat conductivity is higher than that of the aluminum alloy, the heat dissipation efficiency is improved when the composite material 1 is used as a heat dissipation material.
【0052】○ セラミックス製の粉末としてSiC粉
末4以外のセラミックス粉末を使用してもよい。 ○ 複合材料1の使用方法としては、半導体装置の放熱
部材や電子部品搭載基材に限らない。放熱部材以外の用
途に使用する場合は、強化材として熱伝導率を考慮せず
に硬度が大きな他の材質、例えば、窒化ホウ素(B
N)、炭化チタン、炭化タングステン等を使用してもよ
い。A ceramic powder other than the SiC powder 4 may be used as the ceramic powder. The method of using the composite material 1 is not limited to the heat dissipation member of the semiconductor device or the electronic component mounting base material. When used in applications other than heat dissipating members, other materials having high hardness, such as boron nitride (B
N), titanium carbide, tungsten carbide, or the like may be used.
【0053】○ 成形型は金属製の金型に限らず、セラ
ミックス製としてもよい。前記実施の形態から把握され
る発明(技術的思想)について、以下に記載する。The mold is not limited to a metal mold, but may be a ceramic mold. The invention (technical idea) grasped from the embodiment will be described below.
【0054】(1) 請求項1,2,4,5のいずれか
に記載の発明において、前記成形型内に溶湯の加圧供給
前に充填される粉末は、粗い粒子と細かい粒子との混合
物が使用されている。(1) In the invention according to any one of claims 1, 2, 4, and 5, the powder to be charged into the molding die before the molten metal is supplied under pressure is a mixture of coarse particles and fine particles. Is used.
【0055】(2) 請求項1又は請求項2に記載の発
明において、前記成形型内に充填される粉末には粗い粒
子と細かい粒子との混合物が使用され、前記溶湯に混合
される粉末はほぼ同じ粒子径のものが使用されている。(2) In the invention according to claim 1 or 2, a mixture of coarse particles and fine particles is used as the powder filled in the molding die, and the powder mixed with the molten metal is Those having almost the same particle size are used.
【0056】(3) 金属をマトリックス相とし、セラ
ミックス製の粉末を分散相とし、かつ分散相の体積率が
複合材料の厚さ方向に変化する複合材料であって、前記
分散相の体積率が大きな部分の粉末として粗い粒子と細
かい粒子との混合物が使用され、前記体積率が小さな部
分の粉末として前記粗い粒子より粒子径が大きなものが
使用されている。(3) A composite material in which metal is a matrix phase, ceramic powder is a dispersed phase, and the volume ratio of the dispersed phase changes in the thickness direction of the composite material. A mixture of coarse particles and fine particles is used as a large part of the powder, and a particle having a larger particle diameter than the coarse particles is used as the part of the powder having a small volume ratio.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上詳述したように請求項1〜請求項7
に記載の発明によれば、セラミックス粉末を分散相(強
化材)として金属をマトリックス相とし、厚さ方向で膨
張係数が異なる複合材料を簡単にかつ低コストで製造す
ることができる。As described in detail above, claims 1 to 7 are provided.
According to the invention described in (1), it is possible to easily and inexpensively produce a composite material having a different expansion coefficient in a thickness direction by using a ceramic powder as a dispersed phase (reinforcement) and a metal as a matrix phase.
【図1】 第1の実施の形態を示し、(a)は金型にS
iC粉末が充填された状態の模式断面図、(b)は溶湯
が供給された状態の模式断面図、(c)は複合材料の模
式断面図。FIGS. 1A and 1B show a first embodiment, and FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a state where iC powder is filled, (b) is a schematic cross-sectional view of a state where a molten metal is supplied, and (c) is a schematic cross-sectional view of a composite material.
【図2】 第2の実施の形態を示し、(a)は金型にS
iC粉末が充填された状態の模式断面図、(b)は溶湯
が供給された状態の模式断面図、(c)は複合材料の模
式断面図。FIGS. 2A and 2B show a second embodiment, in which FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a state where iC powder is filled, (b) is a schematic cross-sectional view of a state where a molten metal is supplied, and (c) is a schematic cross-sectional view of a composite material.
【図3】 第3の実施の形態を示し、(a)は金型に金
属板がセットされてSiC粉末4が充填された状態の模
式断面図、(b)は溶湯が供給された状態の模式断面
図、(c)は複合材料の模式断面図。3A and 3B show a third embodiment, wherein FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a state in which a metal plate is set in a mold and filled with SiC powder 4, and FIG. 3B is a state in which a molten metal is supplied. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view, and (c) is a schematic cross-sectional view of a composite material.
1…複合材料、2…マトリックス相、3…分散相、4…
セラミックス製の粉末としてのSiC粉末、5…成形型
としての金型、6,7…溶湯、8…金属板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite material, 2 ... Matrix phase, 3 ... Disperse phase, 4 ...
SiC powder as ceramic powder, 5 as a mold, 6, 7 as molten metal, 8 as metal plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 恭一 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 河野 栄次 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Fターム(参考) 4K020 AA22 AB01 AC01 BA08 BB26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kyoichi Kinoshita 2-1-1 Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor Eiji Kawano 2-1-1 Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Shares F-term in Toyota Industries Corporation (reference) 4K020 AA22 AB01 AC01 BA08 BB26
Claims (7)
ス製の粉末を分散相とし、かつ分散相の体積率が複合材
料の厚さ方向に変化する複合材料の製造方法であって、
成形型内に前記粉末を充填した後、前記粉末と同種のセ
ラミックス製の粉末を混合した前記マトリックス相とな
る金属の溶湯を前記成形型内に加圧状態で供給して凝固
させる複合材料の製造方法。1. A method for producing a composite material, wherein a metal is a matrix phase, a ceramic powder is a dispersed phase, and a volume ratio of the dispersed phase changes in a thickness direction of the composite material.
Production of a composite material in which after filling the molding powder with the powder, a molten metal of the matrix phase, which is a mixture of the same type of ceramic powder as the powder and is supplied to the molding die under pressure, is solidified. Method.
形型内に充填された粉末より粒径が大きなものが使用さ
れている請求項1に記載の複合材料の製造方法。2. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the powder mixed with the molten metal has a larger particle diameter than the powder filled in the molding die.
ス製の粉末を分散相とし、かつ分散相の体積率が複合材
料の厚さ方向に少なくとも2段階に変化する複合材料の
製造方法であって、成形型内に溶湯を供給する側から反
対側に向かって前記粉末を少なくとも2段階の密度差を
有する状態で充填した後、前記マトリックス相となる金
属を溶融した溶湯を前記成形型内に加圧状態で供給して
凝固させる複合材料の製造方法。3. A method for producing a composite material, wherein a metal is a matrix phase, a ceramic powder is a dispersed phase, and a volume ratio of the dispersed phase changes in at least two steps in a thickness direction of the composite material. After filling the powder in a state having a density difference of at least two steps from the side where the molten metal is supplied into the mold to the opposite side, the molten metal in which the matrix phase metal is melted is pressed into the molding die. A method for producing a composite material which is supplied and solidified by the method.
ス製の粉末を分散相とした複合材料の製造方法であっ
て、成形型内の溶湯を供給する側と反対側に前記金属と
同種の金属板を配置した状態で前記成形型内に前記粉末
を充填した後、前記マトリックス相となる金属を溶融し
た溶湯を前記成形型内に加圧状態で供給し、前記金属板
の少なくとも前記粉末と対向する側を溶融させて粉末の
一部を溶融金属と混合させた後、凝固させる複合材料の
製造方法。4. A method for producing a composite material using a metal as a matrix phase and a ceramic powder as a dispersed phase, wherein a metal plate of the same type as the metal is provided on a side opposite to a side in which a molten metal is supplied in a molding die. After filling the molding die with the powder in the arranged state, a molten metal in which the matrix phase metal is melted is supplied into the molding die in a pressurized state, and at least a side of the metal plate facing the powder. A method for producing a composite material in which a part of the powder is melted, a part of the powder is mixed with the molten metal, and then solidified.
置され、前記溶湯が上部から供給される請求項4に記載
の複合材料の製造方法。5. The method for manufacturing a composite material according to claim 4, wherein the metal plate is arranged at a bottom of the molding die, and the molten metal is supplied from an upper portion.
ム合金である請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載
の複合材料の製造方法。6. The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the metal is aluminum or an aluminum alloy.
C)である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の
複合材料の製造方法。7. The ceramic is made of silicon carbide (Si).
The method for producing a composite material according to any one of claims 1 to 6, which is C).
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JP2001027024A JP2002226925A (en) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | Method for manufacturing composite material |
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EP1717333A1 (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-02 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Method of manufacturing composite material |
CN103406519A (en) * | 2013-07-25 | 2013-11-27 | 北京工业大学 | Coated alloy powder used for casting surface alloying and alloying method |
-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001027024A patent/JP2002226925A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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CN103406519B (en) * | 2013-07-25 | 2015-06-03 | 北京工业大学 | Coated alloy powder used for casting surface alloying and alloying method |
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