热膨胀抑制部件和抗热膨胀性部件制造技术

本发明专利技术提供具有负的热膨胀性质的热膨胀抑制部件和具有小的热膨胀的金属基抗热膨胀性部件。更具体地，本发明专利技术提供热膨胀抑制部件，其至少包括由以下通式(1)表示的氧化物，和抗热膨胀性部件，其包括在20℃下具有正的线膨胀系数的金属和至少包括由以下通式(1)表示的氧化物的固体，该金属与该固体彼此接合：(Bi1-xMx)NiO3(1)其中M表示选自La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和In中的至少一种金属；和x表示0.02≤x≤0.15的数值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热膨胀抑制部件和抗热膨胀性部件(anti-thermally-expansive member)，更具体地，涉及新型的抗热膨胀性部件，其包括与金属接合的具有负的热膨胀性质的氧化物。
技术介绍
通常，电子部件、光学部件和结构部件由材料例如金属、树脂、陶瓷和玻璃制成。由于它们正的热膨胀性质，因此取决于环境温度的上升或下降，这些常规材料膨胀或收缩。例如，在常规的金属基热辐射板(散热器)中，已广泛使用主要含有具有良好的热传导的铝和铜的金属部件。这些金属部件具有与待冷却的那些部件例如绝缘体、半导体和焊料大大不同的热膨胀，因此，存在金属部件具有由热应力应变引起的不利影响的问题。为了解决这样的问题，已提出了使用具有负的热膨胀性质的金属氧化物。例如，日本专利申请公开Νο.ΗΙΟ-096827公开了光纤元件，其中使用线膨胀系数在-4. 7X IO-6A -9. 4X IO-6A范围内的ZrW2O8来抑制热膨胀。但是，存在钨酸盐基金属氧化物的负的热膨胀材料仍具有小的线膨胀系数的绝对值的问题。PCT公开W006-011590A公开了包括氮化锰作为主要组分以使负的线膨胀系数最大增加到-60Χ1(Γ6/Κ的材料。但是，存在如下问题这样的包括氮化锰的负的热膨胀材料在窄的温度区域中显示负的热膨胀性质，具有较大的线膨胀系数的绝对值的材料在比实用温度区域低的温度区域中显示负的热膨胀性质。为了解决上述问题，已实现了本专利技术。本专利技术的目的是提供具有负的热膨胀性质的Bi基热膨胀抑制部件和包括与金属接合的热膨胀抑制部件的抗热膨胀性部件。
技术实现思路
用于解决上述问题的热膨胀抑制部件至少包括由以下通式(1)表示的氧化物(Bi1JMx)NiO3(1)其中M 表示选自 La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 禾口 In 中的至少一种金属；和χ表示0. 02 < χ < 0. 15的数值。抗热膨胀性部件包括在20°C下具有正的线膨胀系数的金属和至少包括由以下通式(1)表示的氧化物的固体(solid body)，该金属与该固体彼此接合(BihMx)NiO3(1)其中M 表示选自 La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 禾口 In 中的至少一种金属；和χ表示0. 02 < χ < 0. 15的数值。根据本专利技术，能够提供具有负的热膨胀性质的热膨胀抑制部件。此外，根据本专利技术，通过将本专利技术的热膨胀抑制部件与金属接合能够提供具有极小的热膨胀的金属基抗热膨胀性部件。由以下参照附图对示例性实施方案的说明，本专利技术进一步的特征将变得清楚。附图说明图1为表示本专利技术的热膨胀抑制部件的热膨胀性质的概念的示意图。图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G和2H为表示本专利技术的抗热膨胀性部件的实施方案的实例的纵截面示意图。具体实施例方式以下通过用于进行本专利技术的实施方案对本专利技术进行说明。根据本专利技术的热膨胀抑制部件至少包括由以下通式(1)表示的氧化物(Bi1JMx)NiO3 (1)(其中 M 表示选自 La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 禾口 In 中的至少一种金属；和χ表示0. 02 < χ < 0. 15的数值)。图1是概念上表示本专利技术的热膨胀抑制部件的热膨胀性质的图。图中的本专利技术的热膨胀抑制部件1在正常条件(标准条件)下具有负的热膨胀性质。其体积随着温度的增加而收缩并且随着温度的减小而膨胀。根据IEC60068-1规范(JIS C60068-1标准)“Environment Test Method-Electricity/Electron-General Rule”，电气制品和工业制品的试验中的正常条件如下温度20°C (293K)和大气压101. 3kPa。图中，尽管为了方便将热膨胀抑制部件1示为长方体，但对热膨胀抑制部件1的形状没有限制。例如，热膨胀抑制部件1的形状根据用途可以具有板状、粉末状或不确定形状的块状。本专利技术的热膨胀抑制部件1，为独立的物体时显示负的热膨胀行为，如图1中所示。此时在20°C下的线膨胀系数取决于其组成、晶粒直径和密度而在某种程度上变化并且约为-20X 10_6/K -85X 10_6/ K。晶粒直径越小并且密度越高，热膨胀抑制部件的线膨胀系数倾向于向负的方向增加。另一方面，将本专利技术的热膨胀抑制部件1与另一部件接合或者分散在另一部件中时，通过热膨胀抑制部件1与另一部件之间的界面处产生的热应力，使整个部件的热膨胀接近零或者根据需要使其为负。通式(1)所示的氧化物是指Bi、M和Ni的复合金属氧化物。换言之，由通式BiNiO3 表示的镍酸铋的铋位点的一部分被M置换。通式(1)中，表示氧化物的化学式以致作为理想的组成各位点的原子比为 1:1: 3。但是，实际上，即使各位点的原子比存在10%以内的过剩或不足，也显示相似的物性。对于环境温度或外部压力的变化，通式(1)表示的氧化物倾向于经历晶相转变。 为了便于说明，将比相转变点低的温度或低的压力下的晶相称为第一相并且将比相转变点高的温度或高的压力下的晶相称为第二相。第一相是反铁磁性绝缘体，其具有包括V 2aX V MX加的晶胞的三斜晶的钙钛矿结构。晶胞中，在电荷方面使Bi离子不均衡。即，一半的Bi离子为三价，其另一半为五价。其中省略了用M的置换的镍酸铋的化学式可以表示为Bi3+a5Bi5+a5Ni2+03。将压力能或热能施加于第一相时，在Bi5+与Ni2+之间发生电荷转移，并且发生向由 Bi3+Ni3+O3表示的第二相的相转变。第二相是具有通常称为GdFeO3型的斜方晶的钙钛矿结构的导体。相转变经历第一相和第二相的混合区域。第二相的晶胞体积比第一相的晶胞体积小约2. 6%。这是因为在二价和三价之间 Ni-O键的晶格长度不同。认为这是通式(1)所示的氧化物显示负的热膨胀性质的因素。通式(1)中的M 是选自 La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 禾口 I η 中的至少一种金属。任何这些元素的三价离子稳定并且能够置换Bi位点。通过用三价的M 部分地置换Bi位点，第二相的热稳定性增加。结果，能够使通式(1)所示的氧化物显示负的热膨胀性质的下限温度扩展到较低的温度。此外，M3+的离子半径越小，20°C下的线膨胀系数倾向于向负方向增大。应指出的是，表示M的取代原子比的参数χ在0.02彡χ彡0. 15的范围内。χ小于 0. 02时，在等于或低于发生向第二相的相转变的温度的温度下容易发生氧化物的热分解。 另一方面，X大于0. 15时，第二相的稳定性变得太大，并且相转变中涉及的体积收缩，即负的线膨胀系数变小。M3+Ni3+O3的斜方晶应变(b/a)小于Bi3+Ni3+O3时，第二相的稳定性进一步增加以对高温范围(例如，约250°C)内的热分解的抑制发挥作用。从该观点出发，M更优选地表示选自La、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd中的至少一种金属。对通式(1)所示氧化物的制备方法并无特别限制。优选能够合成金属元素形成均勻的固溶体的复合金属氧化物并且以任意形状将该氧化物成型的方法。例如，以与目标物相同的摩尔比将Bi、本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．热膨胀抑制部件，至少包括由以下通式（１）表示的氧化物：（Ｂｉ１－ｘＭｘ）ＮｉＯ３　　　（１）其中Ｍ表示选自Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ和Ｉｎ中的至少一种金属；和ｘ表示０．０２≤ｘ≤０．１５的数值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：久保田纯，三浦薫，薮田久人，松村喜彦，岛川祐一，东正树，
申请(专利权)人：佳能株式会社，国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：JP