JP2000247758A - 熱伝導体 - Google Patents
熱伝導体Info
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、熱膨張係数が比較的低く、熱伝導
率が少なくとも３００Ｗ／ｍＫである熱伝導度の高い材
料の提供。 【解決手段】 炭素繊維と銅、アルミニウム、銀、およ
び金からなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属と
からなり、熱伝導度が少なくとも３００Ｗ／ｍＫである
熱伝導体により上記目的を達成。
率が少なくとも３００Ｗ／ｍＫである熱伝導度の高い材
料の提供。 【解決手段】 炭素繊維と銅、アルミニウム、銀、およ
び金からなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属と
からなり、熱伝導度が少なくとも３００Ｗ／ｍＫである
熱伝導体により上記目的を達成。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、熱伝導効率が高
い複合材料であって、ヒートシンクや、ヒートパイプと
して好適に使用できる炭素繊維と熱伝導度の高い金属と
の複合材料に関する。
い複合材料であって、ヒートシンクや、ヒートパイプと
して好適に使用できる炭素繊維と熱伝導度の高い金属と
の複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】 現在、化石燃料の使用に伴う、炭酸ガ
スの発生、大気汚染物質であるＮＯｘ等の根本的な削減
が地球規模で問題となっている。化石燃料の有効利用を
図ることを目的に、化石燃料の燃焼時に発生する熱をエ
ネルギー源として有効に使用しようとする試みが各種な
されてきている。このような熱のエネルギー源としての
有効利用には、ヒートシンクやヒートパイプ等の材料と
して、熱伝導度に優れた材料の出現が求められてきてい
る。そのような材料としては、銅タングステン合金、銅
モリブデン合金等の合金や、炭化珪素系材料等が提案さ
れている。しかし、これらの材料では、最もよいもので
も、熱伝導度が高々２５０Ｗ／Ｋｍ程度で、充分に熱を
エネルギー源として利用するに至っていないのが現状で
ある。
スの発生、大気汚染物質であるＮＯｘ等の根本的な削減
が地球規模で問題となっている。化石燃料の有効利用を
図ることを目的に、化石燃料の燃焼時に発生する熱をエ
ネルギー源として有効に使用しようとする試みが各種な
されてきている。このような熱のエネルギー源としての
有効利用には、ヒートシンクやヒートパイプ等の材料と
して、熱伝導度に優れた材料の出現が求められてきてい
る。そのような材料としては、銅タングステン合金、銅
モリブデン合金等の合金や、炭化珪素系材料等が提案さ
れている。しかし、これらの材料では、最もよいもので
も、熱伝導度が高々２５０Ｗ／Ｋｍ程度で、充分に熱を
エネルギー源として利用するに至っていないのが現状で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、熱膨張係
数が比較的低く、熱伝導率が少なくとも３００Ｗ／ｍＫ
である熱伝導度の高い材料を提供するものである。
数が比較的低く、熱伝導率が少なくとも３００Ｗ／ｍＫ
である熱伝導度の高い材料を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 本発明者等は、上記の
様な現状に鑑みて種々検討した結果、炭素繊維と銅、ア
ルミニウム、銀、および金からなる群から選ばれた少な
くとも一種類の金属とからなり、熱伝導度が少なくとも
３００Ｗ／ｍＫである熱伝導体が上記目的を達成できる
ことを見いだして、本発明を完成させたものである。さ
らに、熱伝導度が少なくとも４００Ｗ／ｍＫであること
が好ましい。
様な現状に鑑みて種々検討した結果、炭素繊維と銅、ア
ルミニウム、銀、および金からなる群から選ばれた少な
くとも一種類の金属とからなり、熱伝導度が少なくとも
３００Ｗ／ｍＫである熱伝導体が上記目的を達成できる
ことを見いだして、本発明を完成させたものである。さ
らに、熱伝導度が少なくとも４００Ｗ／ｍＫであること
が好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】 本発明に係る熱伝導体は、一定
方向に積層、成形された炭素繊維と、炭素繊維と炭素繊
維との間隙に含浸された上記の高熱電導性金属とからな
る複合材料である。本発明に係る熱伝導体を製造するに
際しては、例えば、図１に模式的に示した所定の形状を
し、加圧手段を有する容器内に、図１に示したように炭
素繊維を一定方向に積層し、これを加圧手段、例えば、
図１に示したようにボルトなどの加圧手段により、圧縮
成型し、このものを所定の金属溶湯に容器ごと浸漬し、
外部から加圧して、金属を炭素繊維と炭素繊維との間隙
に含浸させればよい。炭素繊維としては、繊維表面に遊
離炭素の付着が実質的にないものを使用することが好ま
しい。このような炭素繊維にとしては、ピッチ系の炭素
繊維が挙げられる。また、金属と炭素繊維との濡れ性を
よくするためには、炭素繊維の表面にニッケルメッキが
施されているものを使用することが好ましい。炭素繊維
と炭素繊維との間隙に含浸させる金属としては、熱伝導
度が高い、銅、アルミニウム、銀、金等の金属が挙げら
れる。これらの金属は、単独で使用しても、場合によっ
ては、合金で使用してもよい。どの金属を使用するか
は、使用目的等を考慮して選択すればよい。熱伝導性と
コストなどからは、銅が好適に使用される。
方向に積層、成形された炭素繊維と、炭素繊維と炭素繊
維との間隙に含浸された上記の高熱電導性金属とからな
る複合材料である。本発明に係る熱伝導体を製造するに
際しては、例えば、図１に模式的に示した所定の形状を
し、加圧手段を有する容器内に、図１に示したように炭
素繊維を一定方向に積層し、これを加圧手段、例えば、
図１に示したようにボルトなどの加圧手段により、圧縮
成型し、このものを所定の金属溶湯に容器ごと浸漬し、
外部から加圧して、金属を炭素繊維と炭素繊維との間隙
に含浸させればよい。炭素繊維としては、繊維表面に遊
離炭素の付着が実質的にないものを使用することが好ま
しい。このような炭素繊維にとしては、ピッチ系の炭素
繊維が挙げられる。また、金属と炭素繊維との濡れ性を
よくするためには、炭素繊維の表面にニッケルメッキが
施されているものを使用することが好ましい。炭素繊維
と炭素繊維との間隙に含浸させる金属としては、熱伝導
度が高い、銅、アルミニウム、銀、金等の金属が挙げら
れる。これらの金属は、単独で使用しても、場合によっ
ては、合金で使用してもよい。どの金属を使用するか
は、使用目的等を考慮して選択すればよい。熱伝導性と
コストなどからは、銅が好適に使用される。
【０００６】 本発明に係る熱伝導体は、炭素繊維で基
本骨格が構成されているので、熱による膨張係数の変動
が少なく、その膨張係数は、銅タングステン合金、銅モ
リブデン合金とほぼ同じ、４×１０-6／℃以上〜８×１
０-6／℃以下の範囲とすることができる。熱膨張係数を
上記の範囲内に制御するには、積層する炭素繊維の密度
を所望の範囲内に調整すること、および、積層した炭素
繊維の積層体を圧縮するときに加える圧力を所定の値と
することにより行うことができる。通常は、圧縮後の炭
素繊維と炭素繊維との間に形成される空隙率が５％〜３
０％となるようにすればよい。５％未満では、含浸され
る金属の量が、所望とする熱伝導度を得るには、少なす
ぎ、また、３０％を超えると熱膨張係数が目的値よりも
大幅にずれるという問題がある。
本骨格が構成されているので、熱による膨張係数の変動
が少なく、その膨張係数は、銅タングステン合金、銅モ
リブデン合金とほぼ同じ、４×１０-6／℃以上〜８×１
０-6／℃以下の範囲とすることができる。熱膨張係数を
上記の範囲内に制御するには、積層する炭素繊維の密度
を所望の範囲内に調整すること、および、積層した炭素
繊維の積層体を圧縮するときに加える圧力を所定の値と
することにより行うことができる。通常は、圧縮後の炭
素繊維と炭素繊維との間に形成される空隙率が５％〜３
０％となるようにすればよい。５％未満では、含浸され
る金属の量が、所望とする熱伝導度を得るには、少なす
ぎ、また、３０％を超えると熱膨張係数が目的値よりも
大幅にずれるという問題がある。
【０００７】 本発明に係る熱伝導体は、熱による膨張
率の変動が少なく、熱伝導率も３００Ｗ／ｍＫ以上と高
いので、ヒートシンクやヒートパイプ用の材料として好
適である。
率の変動が少なく、熱伝導率も３００Ｗ／ｍＫ以上と高
いので、ヒートシンクやヒートパイプ用の材料として好
適である。
【０００８】 以下本発明の熱伝導体の製造例を挙げて
説明するが、本発明はこの製造例により何ら限定される
ものではない。
説明するが、本発明はこの製造例により何ら限定される
ものではない。
【０００９】（熱伝導体の製造例）図１に模式的に示し
た所定の形状をし、加圧手段を有する容器内に、炭素繊
維を容器の長手方向に平行に積層し、積層した炭素繊維
を容器の蓋（１）の四隅に取り付けられているボルトを
締め、蓋（１）の突出部を容器本体内に押し込み、炭素
繊維を圧縮成型した。このものを所定の金属溶湯に容器
ごと浸漬し、外部から加圧して、容器本体に設けられた
金属含浸用孔（５）から溶融した銅を炭素繊維と炭素繊
維との間隙に含浸させた。得られた複合材料の熱伝導度
と熱膨張係数を、それぞれ、アルゴン雰囲気下で、レー
ザーフラシュ法により測定した。図２（ａ）に示したよ
うに炭素繊維を粗に積層した場合と、図２（ｂ）の様に
密に積層したときの複合材料の熱伝導度と熱膨張係数
は、それぞれ、４５０Ｗ／ｍＫと５００Ｗ／ｍＫ、５×
１０-6／℃と８×１０-6／℃とであった。
た所定の形状をし、加圧手段を有する容器内に、炭素繊
維を容器の長手方向に平行に積層し、積層した炭素繊維
を容器の蓋（１）の四隅に取り付けられているボルトを
締め、蓋（１）の突出部を容器本体内に押し込み、炭素
繊維を圧縮成型した。このものを所定の金属溶湯に容器
ごと浸漬し、外部から加圧して、容器本体に設けられた
金属含浸用孔（５）から溶融した銅を炭素繊維と炭素繊
維との間隙に含浸させた。得られた複合材料の熱伝導度
と熱膨張係数を、それぞれ、アルゴン雰囲気下で、レー
ザーフラシュ法により測定した。図２（ａ）に示したよ
うに炭素繊維を粗に積層した場合と、図２（ｂ）の様に
密に積層したときの複合材料の熱伝導度と熱膨張係数
は、それぞれ、４５０Ｗ／ｍＫと５００Ｗ／ｍＫ、５×
１０-6／℃と８×１０-6／℃とであった。
【００１０】
【発明の効果】 本発明に係る熱伝導体は、基本骨格が
炭素繊維で構成されているために、金属、金属合金等と
比較して、著しく、熱膨張係数が低く、例えば、原材料
の一つである銅のそれと比較しても、約３分の１から約
２分の１程度である。一方、熱伝導度は、３００Ｗ／ｍ
Ｋ以上と高く、極めて熱伝導性に優れている。それ故、
ヒートシンクやヒートパイプ等の材料として好適に使用
される。
炭素繊維で構成されているために、金属、金属合金等と
比較して、著しく、熱膨張係数が低く、例えば、原材料
の一つである銅のそれと比較しても、約３分の１から約
２分の１程度である。一方、熱伝導度は、３００Ｗ／ｍ
Ｋ以上と高く、極めて熱伝導性に優れている。それ故、
ヒートシンクやヒートパイプ等の材料として好適に使用
される。
【図１】 本発明に係る熱伝導体を製造するときに使用
する装置であって、炭素繊維の積層状況を示すために、
一部を省略した模式図である。
する装置であって、炭素繊維の積層状況を示すために、
一部を省略した模式図である。
【図２】 （ａ）は、本発明に係る熱伝導体を製造する
ときに、炭素繊維を容器内に粗に積層したときの縦断面
を、（ｂ）は、本発明に係る熱伝導体を製造するとき
に、炭素繊維を容器内に密に積層したときの縦断面を模
式に示す図である。
ときに、炭素繊維を容器内に粗に積層したときの縦断面
を、（ｂ）は、本発明に係る熱伝導体を製造するとき
に、炭素繊維を容器内に密に積層したときの縦断面を模
式に示す図である。
１…蓋、２…本体、３…ボルト、４…炭素繊維、５…金
属の含浸用の孔。
属の含浸用の孔。
Claims (6)
- 【請求項１】 炭素繊維と銅、アルミニウム、銀、およ
び金からなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属と
からなり、熱伝導度が少なくとも３００Ｗ／ｍＫである
ことを特徴とする熱伝導体。 - 【請求項２】 前記炭素繊維がニッケルメッキされたも
のであることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導体。 - 【請求項３】 熱伝導方向と炭素繊維の長手方向とをほ
ぼ一致させたことを特徴とする請求項１または２に記載
の熱伝導体。 - 【請求項４】 熱膨張係数が４×１０-6／℃以上〜８×
１０-6／℃以下の範囲となるように炭素繊維の積層密度
を調整したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の熱伝導体。 - 【請求項５】 請求項１〜４に記載の熱伝導体からなる
ことを特徴とするヒートシンク。 - 【請求項６】 請求項１〜４に記載の熱伝導体からなる
ことを特徴とするヒートパイプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4905099A JP2000247758A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 熱伝導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4905099A JP2000247758A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 熱伝導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000247758A true JP2000247758A (ja) | 2000-09-12 |
| JP2000247758A5 JP2000247758A5 (ja) | 2006-04-27 |
Family
ID=12820268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4905099A Pending JP2000247758A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 熱伝導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000247758A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008202491A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Edwards Kk | クライオパネル冷却構造とその冷却方法 |
| CN102721313A (zh) * | 2011-03-30 | 2012-10-10 | 青岛立德热能设备有限公司 | 内含碳纳米管的管芯及其制造方法和制成的热管 |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP4905099A patent/JP2000247758A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008202491A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Edwards Kk | クライオパネル冷却構造とその冷却方法 |
| CN102721313A (zh) * | 2011-03-30 | 2012-10-10 | 青岛立德热能设备有限公司 | 内含碳纳米管的管芯及其制造方法和制成的热管 |
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