复合材料制造技术

一种复合材料，具备：含有钨且以钨为第一成分的第一部件；含有铜且以铜为第一成分、并与第一部件接合的第二部件；以及存在于第二部件内的、含有选自由钛、锆及铪组成的组中的至少一种的金属，从第一部件与第二部件的接合界面向第二部件侧前进5μm的位置处的金属的浓度超过0原子％且为5.0原子％以下。度超过0原子％且为5.0原子％以下。度超过0原子％且为5.0原子％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料


[0001]本公开涉及复合材料。本申请要求基于2021年7月6日提出的日本专利申请特愿2021
‑
112169号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照援引到本说明书中。

技术介绍

[0002]以往，例如在日本特开昭60
‑
187494号公报(专利文献1)、日本特开昭60
‑
187640号公报(专利文献2)、以及日本特开2020
‑
101452号公报(专利文献3)中公开了钨
‑
铜系复合材料。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开昭60
‑
187494号公报
[0006]专利文献2：日本特开昭60
‑
187640号公报
[0007]专利文献3：日本特开2020
‑
101452号公报

技术实现思路

[0008]根据本公开的复合材料具备：含有钨且以钨为第一成分的第一部件；含有铜且以铜为第一成分、并与第一部件接合的第二部件；以及存在于第二部件内的、含有选自由钛、锆及铪组成的组中的至少一种的金属，从第一部件与第二部件的接合界面向第二部件侧前进5μm的位置处的金属的浓度超过0原子％且为5.0原子％以下。
附图说明
[0009][图1]图1为根据实施方式的复合材料1的剖面图。
[0010][图2]图2为示出图1中的复合材料1的剪切试验的图。r/>[0011][图3]图3为示出图1中的复合材料1的耐热试验的图。
具体实施方式
[0012][本公开所要解决的课题][0013]在钨
‑
铜系复合材料中，存在接合部的耐热性低的问题。
[0014][本公开的实施方式的说明][0015]首先，列举本公开的实施方式并进行说明。以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。
[0016]图1为根据实施方式的复合材料1的剖面图。复合材料1具备：含有钨且以钨为第一成分的第一部件10；含有铜且以铜为第一成分、并与第一部件接合的第二部件20；以及存在于第二部件20内的、含有选自由钛、锆及铪组成的组中的至少一种的金属(嵌入(insert)金属)，从第一部件10与第二部件20的接合界面30向第二部件侧前进5μm的位置处的金属的浓
度超过0原子％且为5.0原子％以下。第一成分是指在质量比中比例最多的成分。
[0017]钨在所有金属中具有最高的熔点，耐热性高，放射线的遮蔽性也高。另一方面，从热传导率的观点来看，在实用金属中铜系金属最高，被广泛用作散热材料。作为兼顾这样的特征、并兼顾耐热性能和冷却性能的结构，对铜系金属等的冷却部件与耐热性高的钨的复合结构进行了研究。
[0018]以往，钨与铜系金属的复合结构可以通过在铜系金属中钎焊钨来制作。然而，在使熔点低于母材的金属熔融、凝固的原理上，利用钎焊的接合关于耐热性存在课题。也考虑使用熔点较高的镍系钎料，但是镍对人体有害，操作受到限制。从这样的课题出发，还研究了：通过放电等离子体烧结等方法将钨与铜系金属接合的方法；或者通过直接浇铸熔融在钨内的铜系金属以制备不产生低熔点层的复合结构的方法。然而，这样的方法存在前者的形状受限、后者的铜系金属被限定为纯铜之类的课题。
[0019]在本公开中，通过将适当的嵌入金属导入到铜系金属内，并在利用各部件之间产生的冶金学反应的同时控制界面结构，从而实现了具有充分的耐热性的复合结构。
[0020]具有本公开的接合状态的本复合结构与现有技术的复合结构相比，接合部的熔点高，复合结构的耐热性提高。
[0021]复合材料1为钨
‑
铜系合金复合材料，从作为钨部件的第一部件10正下方的接合界面30向第二部件20侧前进5μm的位置处的嵌入金属成分的浓度超过0原子％且为5.0原子％以下。在嵌入金属的浓度超过5.0原子％的情况下，接合部的熔点降低，复合材料的耐热性降低。
[0022]嵌入金属成分的浓度测定方法如下所述。
[0023]在钨
‑
铜系合金复合材料的剖面中，利用电子束微分析仪(日本电子(株)制JXA
‑
8200)观察接合界面30，通过波长分散型X射线分析来进行。首先，对从作为含钨层的第一部件10的某一点至作为铜系合金的第二部件20的某一点这2点之间进行线分析，将含钨层的构成元素的总和与铜系合金的构成元素的总和相等的部位定义为钨
‑
铜系合金复合材料的接合界面30。在从该接合界面30向铜系合金侧前进5μm的位置处，按照ISO 22489：2016的要领进行点分析。对照射加速电压为15kV、射束电流为50nA、点直径为10μm的电子束时的特征X射线的光谱进行分光，进行ZAF法以计算各元素的构成比，从而以原子％的形式算出嵌入金属成分的浓度。
[0024]从作为钨
‑
铜系合金复合材料的钨部件的第一部件10正下方的接合界面30向第二部件20侧前进5μm的位置处的嵌入金属成分的浓度更优选为0.1原子％以上。
[0025]如果浓度为0.1原子％以上，则接合界面的强度变得更大。需要说明的是，对于浓度小于0.1原子％的情况，从避免形成脆弱的金属间化合物和耐热性的观点来看是优选的。
[0026]从作为钨
‑
铜系合金复合材料的钨部件的第一部件10正下方的接合界面30向第二部件20侧前进5μm的位置处的嵌入金属成分的浓度更优选为1.0原子％以下。
[0027]通过将浓度设为1.0原子％以下，通过接合部获得了高的耐热性。另外，通过避免形成脆弱的金属间化合物、并且使嵌入金属成分一定量固溶在铜系合金中，铜系合金的接合界面正下方的区域的强度增加，从而钨
‑
铜系合金复合材料的强度可能会提高。
[0028]作为钨
‑
铜系合金复合材料的嵌入金属，由选自钛、锆及铪中的任意1种、或多种元素构成。这些金属在与铜系金属的反应中生成液相，并在界面处广泛地润湿扩展，从而有助
于接合。此外，由于与氧的亲和性强，预期具有有效地除去可能成为接合的障碍的两部件的最表面的氧化物的吸气剂效果(getter effect)，因此优选。
[0029]对于钨
‑
铜系合金复合材料的嵌入金属，钛是最优选的。钛向铜系金属的固溶度高，因此难以形成脆弱的金属间化合物，复合材料的机械可靠性增加。
[0030]作为中间层的嵌入金属的导入方法，有箔的插入、镀覆、蒸镀、溅射等。
[0031]钨
‑
铜系合金复合材料的接合时导入的嵌入金属的厚度优选为50μm以下。在厚度超过50μm的情况下，在接合后的界面正下方的铜系金属侧生成脆性的金属间化合物层，钨
‑
铜系合金复合材料的机械可靠性有可能会降低，另外，残留在接合后的界面正下方的铜系金属侧的嵌入金属浓度超过5.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，具备：含有钨且以钨为第一成分的第一部件；含有铜且以铜为第一成分、并与所述第一部件接合的第二部件；以及存在于所述第二部件内的、含有选自由钛、锆及铪组成的组中的至少一种的金属，从所述第一部件与所述第二部件的接合界面向所述第二部件侧前进5μm的位置处的所述金属的浓度超过0原子％且为5.0原子％以下。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述金属为钛。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，从所述第一部件与所述第二部件的接合界面向所述第二部件侧前进5μm的位置处的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：松田直也，
申请(专利权)人：联合材料公司，
类型：发明
国别省市：