2015 Fiscal Year Research-status Report
持続型固-液共存状態を利用したパルス通電焼結による金属系放熱材料の開発
| Project/Area Number |
26420751
|
|---|
| Research Institution | Osaka Municipal Technical Research Institute |
|---|
Principal Investigator |
水内 潔 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 加工技術研究部, 部長 (60416344)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井藤 幹夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00294033)
上利 泰幸 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 企画部, 研究フェロー (70416288)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 材料加工・組織制御工学 / 粉末プロセス・粉末冶金 / 放熱材料 / パルス通電 / 複合材料 / ダイヤモンド |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
1. Al/cBN系については以下のことを明らかにした。(1) cBN粉末，純Al粉末，及び，Al-5 mass%Si粉末の混合粉末は，SPSにより加圧力80-300 MPa，室温から813 Kまでの昇温速度1.08 K/s，813 Kから878 Kまでの昇温速度0.05 K/sの条件で緻密化できる. (2)モノモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が50 vol%を越えると相対密度が99 ％以下に低下するが，バイモーダル複合材料の場合，cBN粒子体積分率60 vol%まで99 ％以上の相対密度を維持できた．(3)モノモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が45 vol%において最高の熱伝導率305 W/mKが得られた．一方，バイモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が60 vol%において最高の熱伝導率325 W/mKが得られた．(4)モノモーダル複合材料とバイモーダル複合材料を組み合わせることにより，cBN粒子体積分率40～70 vol%の範囲で，300 W/mK以上の熱伝導率を維持できる．2. Cu/ダイヤモンド系については以下のことを明らかにした。(1)ダイヤモンド粉末，Cu粉末，及び，Cr粉末の混合粉末は，SPSにより加圧力80 MPa，昇温速度1.67 K/s，焼結温度1173 K，保持時間600 sの条件で緻密化できる.(2) Crを含有しないCu-50vol.%ダイヤモンド複合材料の相対密度は89.7 ％であった．(3)Crを添加すると複合材料の相対密度はやや増加し，Cr添加量2.5～9.8 vol%の範囲で，94.1～95.6 vol%の相対密度が得られる．(4)SEM観察及びX線回折結果からは，Cu/ダイヤモンド界面反応層の存在は確認できなかった．(5)Cr添加によりCu/ダイヤモンド複合材料の熱伝導率の向上が認められ，(Cu-2.5-8.6 vol％Cr)-50 vol%ダイヤモンド複合材料に対して，518～584 W/mKの熱伝導率が得られた．(6)曲げ試験の結果，Cu/ダイヤモンド複合材料の界面密着性がCr添加により改善されることが示唆された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究代表者及び分担者の長期病欠もなく、使用機器の故障もなく、研究は予定通り進行しており、以下の成果が得られた。Al/cBN系については以下のことを明らかにした。cBN粉末，純Al粉末，及び，Al-5 mass%Si粉末の混合粉末は，SPSにより2 Paの真空中で，加圧力80-300 MPa，室温から813 Kまでの昇温速度1.08 K/s，813 Kから878 Kまでの昇温速度0.05 K/sの条件で緻密化できる.モノモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が50 vol%を越えると相対密度が99 ％以下に低下するが，バイモーダル複合材料の場合，cBN粒子体積分率60 vol%まで99 ％以上の相対密度を維持できた．モノモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が45 vol%において最高の熱伝導率305 W/mKが得られた．一方，バイモーダル複合材料では，cBN粒子体積分率が60 vol%において最高の熱伝導率325 W/mKが得られた．モノモーダル複合材料とバイモーダル複合材料を組み合わせることにより，cBN粒子体積分率40～70 vol%の範囲で，300 W/mK以上の熱伝導率を維持できる．
Cu/ダイヤモンド系については以下のことを明らかにした。ダイヤモンド粉末，Cu粉末，及び，Cr粉末の混合粉末は，SPSにより加圧力80 MPa，昇温速度1.67 K/s，焼結温度1173 K，保持時間600 sの条件で緻密化できる. Crを含有しないCu-50vol.%ダイヤモンド複合材料の相対密度は89.7 ％であった．Crを添加すると複合材料の相対密度はやや増加し，Cr添加量2.5～9.8 vol%の範囲で，94.1～95.6 vol%の相対密度が得られる．SEM観察及びX線回折結果からは，Cu/ダイヤモンド界面反応層の存在は確認できなかった．Cr添加によりCu/ダイヤモンド複合材料の熱伝導率の向上が認められ，(Cu-2.5-8.6 vol％Cr)-50 vol%ダイヤモンド複合材料に対して，518～584 W/mKの熱伝導率が得られた．曲げ試験の結果，Cu/ダイヤモンド複合材料の界面密着性がCr添加により改善されることが示唆された．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は以下を遂行する ①金属/cBN複合材料の高熱伝導率と低熱膨張係数の両立及び界面構造の検討。①-1：Al/cBN系：熱伝導率300W/mK以上を維持しつつ、12ppm以下の低熱膨張係数を達成する。①-2：Ag/cBN系および①-3：Cu/cBN系：高熱伝導率と低熱膨張係数の両立を図る 。②Cu/ダイヤモンド系複合材料の低熱膨張化を図り、8ppm以下の熱膨張係数を達成する。③高熱伝導性金属基複合材料の低熱膨張化と金属/充填粒/界面構造の解明：Al/ダイヤモンド系、Al/α-SiC系、Ag/ダイヤモンド系複合材料について高熱伝導率と低熱膨張係数の両立に成功したので、充填粒子/マトリックス界面構造を検討する。
|
| Causes of Carryover |
2016年3月末までに掲載のはずの論文が、2016年5月となったため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
5月掲載後投稿料として支払われる。
|
