铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法技术

一种包含铝母相和分散体的铝系复合材料，该分散体分散在所述铝母相中并且形成为使得部分或者全部添加物与该铝母相中的铝反应，所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔210nm以下。

【技术实现步骤摘要】
铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法相关申请的交叉引用本申请基于2017年10月20日提交的日本专利申请No.2017-203551并要求其优先权，该专利的全文通过引用并入本申请。
本专利技术涉及一种铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法。更具体地，本专利技术涉及一种具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。
技术介绍
已经主要使用铜作为汽车用线束中使用的电线等的导体材料，不过作为导体减重的要求的结果铝也已经引起了注意。然而，虽然铝是轻量的，但是仍然存在与铜相比强度和导电率低的问题。因此，已经研究了通过结合铝和其他材料而提高强度和导电率的方法。日本专利No.5296438描述了一种铝碳材料复合体的制造方法，包括在酸性溶液中用超声波处理碳材料的过程和将获得的碳材料与铝混合的过程。此外，日本专利No.5296438中的铝碳材料复合体的制造方法描述了包括通过在惰性气体环境下球磨获得的混合物而将碳材料包封在铝中的过程。随后，在日本专利No.5296438中，描述了将碳纳米管用作碳材料，并且为了使碳纳米管功能化而使用硝酸处理碳纳米管。
技术实现思路
然而，在日本专利No.5296438中，目标是在不破坏碳纳米管的结构的情况下维持碳纳米管的结晶度，并且存在碳纳米管不能微细地分散的可能性。此外，在日本专利No.5296438中，碳纳米管的添加量高达5重量％，并且存在碳纳米管聚集在铝中的可能性。因此，即使添加碳纳米管，也存在铝碳材料复合体的强度不够强并且导电率降低的可能性。已经鉴于这样的传统技术的问题做出本专利技术。本专利技术的目的是提供一种具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。根据本专利技术第一方面的铝系复合材料包含铝母相和分散体，分散体在铝母相中分散并且形成为使得部分或者全部添加物与铝母相中的铝反应，所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔210nm以下。根据本专利技术的第二方面的铝系复合材料涉及根据第一方面的铝系复合材料，其中所述添加物为选自由碳纳米管、碳纳米角、碳黑、碳化硼、和氮化硼组成的组中的至少一者。根据本专利技术的第三方面的电线包括根据第一或者第二方面的铝系复合材料。根据本专利技术的第四方面的铝系复合材料的制造方法是根据第一或者第二方面的铝系复合材料的制造方法，并且包括：将纯度99质量％以上的铝粉末与所述添加物混合以获得互相邻近的所述添加物之间的间隔为300nm以下的这样的混合粉末，通过压实所述混合粉末而制备生压坯，并且在600至660℃的温度下加热所述生压坯以使部分或者全部的所述添加物与所述铝粉末中的铝反应，以在所述铝母相内部分散由碳化铝形成的分散体。根据本专利技术，能够提供具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。附图说明图1是示出碳纳米管的添加量和通过添加碳纳米管的铝系复合材料拉伸强度的增强量之间的关系的图表；图2是示出对通过熔融加工形成的纯铝的拉伸强度增强的贡献的柱状图；图3是根据本实施例的铝系复合材料中碳纳米管含量(以碳量计)和导电率之间的关系的图表；图4是示出根据本实施例的铝系复合材料的制造方法的流程图；图5是示出铝的导电率和铝中包含的氧的量之间的关系的图表；图6是示出铝中包含的氧的量和铝粉末的表面积之间的关系的图表；图7是实例1的横截面的电子显微照片；以及图8是实例2的横截面的电子显微照片。具体实施方式以下，将参考附图详细描述根据本专利技术的实施例的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法。为了便于说明，附图中的尺寸比例是夸大的并且可能不同于实际比例。[铝系复合材料]根据本实施例的铝系复合材料包含铝母相和分散体，分散体在铝母相中分散并且形成为使得部分或者全部添加物与铝母相中的铝反应。通过传统的熔融加工制备的纯铝材料仅具有约85MPa的拉伸强度。此外，即使为了增加强度而添加碳，碳与铝仍具有不良的可湿性，并且因此难以在铝中均匀地分散碳。因此，即使使用这样的传统的铝材料，也难以抑制高温环境下的应力松弛。与之相反，在根据本实施例的铝系复合材料中，分散体在铝母相内部高度分散并且铝的晶粒微细化。这样，能够通过使用使铝的凝固结构微细化和均匀化这样的铝系复合材料而增加强度。作为铝系复合材料中的铝母相，优选使用具有99质量％以上纯度的铝。对于铝母相，在日本工业标准JISH2102(用于重熔的铝锭)规定的未合金的铝锭中，也优选使用1型铝锭以上纯度的铝锭。更具体地，能够引用具有99.7质量％纯度的1型铝锭、具有99.85质量％以上纯度的特2型铝锭以及具有99.90质量％以上纯度的特1型铝锭。通过使用这样的铝作为铝母相，能够提高获得的铝系复合材料的导电率。顺便提及，铝母相可能包含原材料中以及在制造阶段混入的不可避免的杂质。可能包含在铝母相中的不可避免的杂质的实例包括锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)、铷(Rb)、铬(Cr)、钛(Ti)、锡(Sn)、钒(V)、镓(Ga)、硼(B)以及钠(Na)等。这些杂质不抑制本实施例的效果并且在不显著地影响根据本实施例的铝系复合材料的特征的范围内不可避免地包含。预先包含在待使用的铝锭中的元素也包括在此处提及的不可避免的杂质中。铝系复合材料中不可避免的杂质的总量优选为0.07质量％以下，更优选为0.05质量％以下。在根据本实施例的铝系复合材料中，通过铝和添加物之间的反应形成的分散体在铝母相中高度分散。即，通过烧结将添加物结合至铝母相中的铝而形成分散体。不特别限定这样的添加物，但是优选为选自由碳纳米管、碳纳米角、碳黑、碳化硼(B4C)和氮化硼(BN)组成的组中的至少一者。这样的添加物容易与铝反应，并且因此，能够微细化铝的晶粒。不特别限定铝母相中分散的分散体的形状，但是分散体的形状优选为棒状或者针状。利用棒状或者针状的分散体，提高铝母相内部的分散性，使得铝系复合材料的晶粒能够进一步微细化。当分散体为棒状或者针状时，长度(L)与直径(D)的比率优选为：长度(L)/直径(D)＝1-30。此外，长度(L)优选为0.01nm至500nm，并且直径(D)优选为0.01nm至200nm。通过将分散体的长度和直径设定在上述范围内，能够通过铝母相中分散的分散体充分提高拉伸强度。分散体的长度和直径能够通过在电子显微镜下观察铝系复合材料的横截面而测量。铝母相中分散的分散体的平均粒径在20nm以下。通过将分散体的平均粒径设定在20nm以下，能够通过碳纳米管的分散体而提高铝系复合材料的强度。不特别限定铝母相中分散的分散体的平均粒径的下限，但是一般地为0.4nm以上。从提高强度的观点出发，铝母相中分散的分散体的平均粒径为10nm以下。分散体的平均粒径(D50)表示当基于体积的晶粒大小分布的累积值为50％时的颗粒大小，并且能够通过例如激光衍射/散射法测量。还能够通过例如在电子显微镜下观察测量的平均颗粒大小而确定分散体的平均粒径。在根据本实施例的铝系复合材料中，更优选的是由棒状或者针状碳化铝(Al4C3)制成的分散体在铝母本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含铝母相和分散体的铝系复合材料，所述分散体分散在所述铝母相中并且形成为使得部分或者全部添加物与所述铝母相中的铝反应，其中所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔为210nm以下。

【技术特征摘要】
2017.10.20 JP 2017-2035511.一种包含铝母相和分散体的铝系复合材料，所述分散体分散在所述铝母相中并且形成为使得部分或者全部添加物与所述铝母相中的铝反应，其中所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔为210nm以下。2.根据权利要求1所述的铝系复合材料，其中，所述添加物为选自由碳纳米管、碳纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚泰史，吉永聪，
申请(专利权)人：矢崎总业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP