TW201418191A

TW201418191A - 金屬－碳複合材料、金屬－碳複合材料之製造方法，以及滑動部件

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Publication number: TW201418191A
Application number: TW102131768A
Authority: TW
Inventors: Fumishige Nakamura; Yoshinari Miyamoto
Original assignee: Toyo Tanso Co
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-05-16
Also published as: EP2894138A4; US20150218676A1; EP2894138A1; JP2014047127A; CN104603084A; WO2014038459A1

Abstract

本發明係提供一種加工性良好且碳的含有率高之金屬-碳複合材料及其製造方法。金屬-碳複合材料(1)包含：呈連續之金屬相(3)、以及分散於金屬相(3)中之碳粒子(2)。碳粒子(2)，具有：碳基材、以及被覆碳基材之陶瓷層。

Description

金屬-碳複合材料、金屬-碳複合材料之製造方法，以及滑動部件

本發明係關於金屬-碳複合材料及其製造方法。

碳材料為輕量，化學及熱穩定性高，非金屬且具有高熱傳導性、高電導性、自我潤滑性等優異特性之材料，而被廣泛地使用在各種用途。因應用途的不同，亦存在有欲使碳材料及金屬材料複合化使用之需求。

然而，碳材料中，乃具有與金屬之潤濕性差，難以與金屬材料複合化而呈脆性之問題。由於該問題，以往既已積極地進行與碳材料及金屬材料的複合化方法相關之研發。

金屬-碳複合材料之製造方法，為人所知者有將金屬含浸於碳材料之方法。例如在專利文獻1中，揭示一種將鋁含浸於多孔性碳材料之方法。在專利文獻2中，揭示一種將鋁、銅或此等之合金加壓含浸於石墨成形體之方法。

此外，金屬-碳複合材料之製造方法，為人所知者亦有混合金屬的熔液與粉末狀的碳材料之方法。例如在專利文獻3中，揭示一種攪拌混合鋁合金的熔液與石墨粉末之方法。在專利文獻4中，揭示一種將石墨粒子投入於鋁合金的熔液，然後進行壓模鑄造之方法。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-34587號公報

[專利文獻2]日本特開2010-67842號公報

[專利文獻3]日本特開平6-297131號公報

[專利文獻4]日本特開2003-138328號公報

然而，專利文獻1至4所揭示之方法中，具有難以製造出碳的含有率高之金屬-碳複合材料之問題。

本發明係鑒於該問題點而創作出，其目的在於提供一種加工性良好且碳的含有率高之金屬-碳複合材料及其製造方法。

本發明之金屬-碳複合材料包含有：呈連續之金屬相、以及碳粒子。碳粒子分散於金屬相中。碳粒子具有碳基材以及陶瓷層。陶瓷層被覆碳基材。

本發明中，「金屬」係包含合金。因此，「金屬相」包含「合金相」。本發明中，碳粒子亦可包含不介於金屬相而呈塊狀存在之粒子。

本發明之金屬-碳複合材料的陶瓷層，較佳是由選自由SiC、AlN、Al₂O₃、Si₃N₄、B₄C、TaC、NbC、ZrC、ZnO、SiO₂及ZrO₂所組成之群組的至少1種所構成。

本發明之金屬-碳複合材料之陶瓷層的厚度，較佳為1nm至20μm。

本發明之金屬-碳複合材料中，碳的含有率較佳為50體積%以上。

本發明之金屬-碳複合材料的金屬相，較佳含有選自由Al、Cu、Ag、Ni、Bi、Sb、及至少含有一種此等金屬之合金所組成之群組的至少一種。

本發明之金屬-碳複合材料的金屬相，較佳含有1質量%至20質量%的金屬矽。

本發明之金屬-碳複合材料之金屬相的厚度，較佳為10nm至100μm。

本發明之金屬-碳複合材料之碳粒子的粒徑，較佳位於50nm至500μm的範圍內。

本發明之金屬-碳複合材料之製造方法中，係藉由陶瓷被覆碳基材，而得到具有碳基材以及被覆碳基材之陶瓷層之碳粒子，然後進行：混合金屬粒子與碳粒子，而得到包含金屬粒子附著於表面之碳粒子之混合物之混合步驟。使混合物成形而得到成形體。並且鍛燒成形體。

本發明之金屬-碳複合材料之製造方法中，在混合步驟中，較佳更混合黏合劑。

本發明之金屬-碳複合材料之製造方法中，金屬粒子的粒徑較佳位於碳粒子的粒徑之1/100至1/5的範圍內。

本發明之金屬-碳複合材料之製造方法中，較佳藉由冷均壓成形來進行混合物的成形。

本發明之滑動部件，具備有：呈連續之金屬相、以及分散於金屬相中之碳粒子。

本發明之滑動部件中，碳的含有率較佳為10體積%至90體積%。

本發明之滑動部件中，碳的含有率尤佳為50體積%至90體積%。

根據本發明，可提供一種加工性良好且碳的含量多之金屬-碳複合材料。

1‧‧‧金屬-碳複合材料

2‧‧‧碳粒子

21‧‧‧碳基材

22‧‧‧陶瓷層

3‧‧‧金屬相

第1圖係顯示依循本發明之一項實施形態之金屬-碳複合材料之示意剖面圖。

第2圖為碳粒子之示意剖面圖。

第3圖為實施例1中所得之金屬-碳複合材料之光學顯微鏡照片。

第4圖為藉由掃描型電子顯微鏡，對實驗例1中所得之金屬-碳複合材料中之碳粒子的剖面進行元素分析之照片。

第5圖係顯示實施例1中所得之金屬-碳複合材料之表面的X射線繞射結果之圖表。

第6圖係顯示比較例1中所得之金屬-碳複合材料之表面的X射線繞射結果之圖表。

第7圖係顯示實施例2、3中之滑動部件及比較材料的動摩擦係數之圖表。

以下係說明用以實施本發明之較佳形態的一例。惟下列實施形態僅為例示。本發明並不限定於下列實施形態。

在實施形態等之中所參考之圖面，係示意地記載，圖面中所描繪之物體的尺寸比率等，有時與實際之物體的尺寸比率等有所不同。具體之物體的尺寸比率等，須參酌以下說明來判斷。

第1圖係顯示依循本發明之實施形態之金屬-碳複合材料之示意剖面圖。第2圖為金屬-碳複合材料中所含有之碳粒子之示意剖面圖。第1圖中，就描繪的簡便上，係省略金屬相3的影線。

如第1圖所示，金屬-碳複合材料1具備有呈連續之金屬相3、以及複數個碳粒子2。該金屬-碳複合材料1構成滑動部件。亦即，構成滑動部件之金屬-碳複合材料1，具備有呈連續之金屬相3、以及分散於金屬相3中之碳粒子2。

複數個碳粒子2係分散於金屬相3中。碳粒子2，如第2圖所示，具有碳基材21及陶瓷層22。碳基材以碳為主成分。陶瓷層22係被覆碳基材21。碳基材21可含有碳以外的成分。碳基材21例如可藉由石墨粒子來構成。石墨粒子，例如較佳可使用天然石墨、介相瀝青石墨、人造石墨、凝析石墨、介相小球體的石墨化合物。碳基材21可僅含有1種碳粒子，或是含有複數種碳粒子。

形成陶瓷層22之陶瓷，例如較佳可使用SiC、AlN、Al₂O₃、Si₃N₄、B₄C(碳化硼)、TaC、NbC、ZrC、ZnO、SiO₂及ZrO₂等。陶瓷層22可僅含有1種陶瓷，或是含有複數種陶瓷。

將陶瓷層22形成於碳粒子的表面之方法，可列舉出CVR法、氣相法、液相法、機械混合法、或組合此等之方法。此外，形成陶瓷被覆粉末之其他方法，可列舉出藉由將碳粒子添加於陶瓷粒子的漿液中，使陶瓷粒子附著於碳粒子的表面以形成陶瓷層之方法。

陶瓷層22的厚度，較佳位於1nm至20μm的範圍內，尤佳位於200nm至10μm的範圍內，更佳位於500nm至5μm的範圍內。

碳粒子2的粒徑，較佳約為50nm至500μm，尤佳約為1μm至250μm，更佳約為5μm至100μm。當碳粒子2的粒徑過小時，碳粒子2容易凝聚。當碳粒子2過度凝聚時，不僅材料的加工性降低，有時亦導致強度的降低。當碳粒子2過大時，金屬相3的厚度變得不均一，使金屬-碳複合材料1的組織變得雜亂，有時會導致加工性與強度的降低。

金屬相3，較佳為難以與碳反應且形成碳化物之金屬所構成。可較佳地用作為金屬相3的構成材料之金屬的具體例，例如可列舉出Al、Cu、Ag、Ni、Bi、Sb等之金屬，及至少含有一種此等金屬之合金。此外，金屬相3可含有1質量%至20質量%的金屬矽。

金屬相3的厚度，較佳通常位於為10nm至100μm的範圍，尤佳位於為1μm至10μm的範圍。本發明中，「金屬相3的厚度」，為藉由光學顯微鏡或掃描型電子顯微鏡的組織觀察所測得之值。

金屬-碳複合材料1中之碳的含有率，較佳為10體積%以上，尤佳為50體積%以上。金屬-碳複合材料1中之碳的含有率，較佳約為50體積%至99體積%左右，尤佳約為60體積%至95體積%左右，更佳約為70體積%至90體積%左右。本發明中，金屬-碳複合材料1中之碳的含有率，是從原材料的調配比中算出之值。

金屬-碳複合材料1的金屬相3係具有連續構造。金屬相3較佳為具有三維網狀構造。金屬相3位於複數個碳粒子2之間。藉由金屬相3來連接複數個碳粒子2而呈一體化。亦即，金屬-碳複合材料1係具有呈連續之金屬相3包圍複數個碳粒子2之構造。因此，金屬-碳複合材料1可含有50體積%以上的碳。金屬相3可由呈連續之1個金屬相所構成，或是由呈孤立之複數個金屬相所構成。此外，金屬-碳複合材料1中，碳粒子2於金屬相3中可呈塊狀或分散。惟較佳係以能夠進行金屬-碳複合材料1的塑性加工的程度使碳粒子2分散於金屬相3中。

金屬-碳複合材料1具有優異的加工性。此可考量為在本實施形態之金屬-碳複合材料1中，起因於碳粒子2作為與金屬相3獨立之粒子存在之故。亦即，當外力施加於金屬-碳複合材料1時，金屬相3的塑性變形不會被碳粒子2妨礙之故。

金屬-碳複合材料1具有高強度。此可考量為在常溫中，不具有金屬的流動性，使金屬相3作用為骨架材料之故。

金屬-碳複合材料1含有50體積%以上的碳。因此，金屬-碳複合材料1為低比重，且具有作為碳的特性之自我潤滑性。

金屬-碳複合材料1係含有碳粒子2，且金屬相3呈連續。因此，金屬-碳複合材料1具有優異的導電性和優異的熱傳導率。

本實施形態之金屬-碳複合材料，由於具有上述優異特性，故可較佳地使用作為滑動部件、半導體用或LED用等之散熱材料、密封材料等。

金屬-碳複合材料1，由於具備有呈連續之金屬相3、以及分散於金屬相3中之碳粒子2，所以金屬相3作用為骨架材料，而具有高強度。此外，金屬-碳複合材料1具有優異的導電性和優異的熱傳導率。

金屬-碳複合材料1可較佳地適用作為滑動部件。在金屬-碳複合材料1中，於滑動時，可顯現出金屬-碳複合材料1中所含有之碳粒子2的自我潤滑性，且具有連續構造之金屬相3，可促進滑動時所產生之摩擦熱或靜電從滑動面中去除。因此，在涵蓋極長時間的滑動時，可提升動摩擦係數的降低程度和耐磨耗性。此外，藉由具有連續構造之金屬相3，可顯著地提升金屬-碳複合材料1的強度，而降低滑動時所產生之部分性缺陷、或是因荷重所造成之破損的疑慮。

當金屬-碳複合材料1構成滑動部件時，金屬-碳複合材料1中之碳的含有率較佳為10至90體積%。當碳的含有率低於10體積%時，難以發揮碳的自我潤滑性，當碳的含有率高於90體積%時，金屬相3難以形成連續構造，有時難以顯現出上述效果。此外，碳的含有率，從顯現碳的自我潤滑性之觀點來看，尤佳為50至90體積%。本發明中，金屬-碳複合材料1中之碳的含有率，是從原材料的調配比中算出之值。

以下係說明金屬-碳複合材料1之製造方法的一例。

(陶瓷層被覆步驟)

首先藉由陶瓷被覆碳基材21，而形成具有碳基材21以及被覆碳基材21之陶瓷層22之碳粒子2。碳基材21可使用上述者。陶瓷層22的形成方法，可列舉出氣相法、液相法、機械混合法、或組合此等之方法，或者是將碳基材 21添加於陶瓷粒子的漿液中，使陶瓷粒子附著於碳粒子的表面以形成陶瓷層22之方法等，但較佳為使用CVR法，如此可在碳基材21的周圍形成均一的陶瓷層22。CVR法，例如將粉體狀的碳基材21與金屬氧化物粉放入於石墨坩堝內，於真空中加熱並保持一定時間，使蒸發後之金屬氧化物中的金屬與碳基材21的表面反應，使碳基材21的表面被轉換為陶瓷而形成陶瓷層22。

(混合步驟)

接著進行混合步驟。混合步驟中，混合碳粒子2與金屬粒子，而得到包含金屬粒子附著於表面之碳粒子2之混合物。

金屬粒子是由構成金屬相3之金屬所構成之粒子。金屬粒子的粒徑，較佳位於碳粒子的粒徑之1/100至1/5的範圍內。此時，碳粒子2的表面實質上可由金屬粒子覆蓋其全體。金屬粒子的粒徑，尤佳位於碳粒子2的粒徑之1/50至1/10的範圍內，更佳位於碳粒子2的粒徑之1/40至1/20的範圍內。

碳粒子2與金屬粒子之混合比，可因應所欲得到之金屬-碳複合材料1中之碳的含有率來適當地設定。在欲得到碳的含有率較高之金屬-碳複合材料1時，只需增加碳粒子2相對於金屬粒子之比率即可。惟當碳粒子2相對於金屬粒子之比率過多時，金屬-碳複合材料1中之金屬的含有率變得過低。因此，有時無法適當地形成金屬相3。從可適當地形成金屬相3之觀點來看，碳粒子2與金屬粒子之混合比，較佳為碳粒子2的表面全體實質上可由金屬粒子所覆蓋之程度。

金屬粒子，除了形成金屬相3之金屬之外，亦可混合金屬矽。藉由混合金屬矽，可使形成金屬相3之金屬與碳粒子2中的碳反應，而降低形成碳化金屬之程度。

金屬粒子與碳粒子2之混合，例如可藉由機械混合法、漿液法或組合此等之方法來進行。

機械混合法，為機械性地混合金屬粒子與碳粒子2之方法。機械混合法的具體例，例如可列舉出使用自轉及公轉混合機來混合金屬粒子與碳粒子2之方法。

為了使金屬粒子均一地附著於碳粒子2的表面，除了碳粒子2與金屬粒子之外，較佳係混合黏合劑。黏合劑例如可使用一般所知者。可較佳地使用之黏合劑的具體例，例如可列舉出PVA(聚乙烯醇)、PVB(聚乙烯丁醛)等。

漿液法，為將碳粒子2與金屬粒子形成為漿液來混合碳粒子2與金屬粒子之方法。漿液法的具體例，例如可列舉出凝膠鑄造法、泥漿鑄造法等。凝膠鑄造法例如可進行如下。

凝膠鑄造法中，混合金屬粒子、液體的溶劑及黏合劑而形成漿液，將碳粒子2添加於漿液中並混合後，進行乾燥而得到固體混合物。例如，於加入有丙烯醯胺與N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺作為黏合劑之異丙醇有機溶劑中，加入金屬粒子與碳粒子2，在自轉及公轉混合機中進行攪拌以調整漿液，並將該漿液注入於模具內並乾燥，而得到固體混合物。

(成形步驟)

接著使混合物成形而得到成形體。混合物的成形，例如可藉由採用冷均壓成形(CIP成形)等的成形機之模壓成形來進行。

可同時進行混合步驟的混合以及成形步驟的成形。例如在混合步驟中，藉由凝膠鑄造法混合碳粒子2與金屬粒子並一同成形為期望形狀。

成形機中，作為模具所使用之成形模的構成材料並無特別限定。較佳例如可使用由石墨所構成之成形模。

(鍛燒步驟)

接著鍛燒成形體。藉此可得到具有在呈連續之金屬相3中分散有複數個碳粒子2之構造之金屬-碳複合材料1。成形體的鍛燒溫度和鍛燒時間、鍛燒環境氣體的種類、鍛燒環境氣體的壓力等，可因應金屬粒子和碳粒子2的材質或形狀、大小等來適當地設定。成形體的鍛燒溫度，例如可設為構成金屬粒子之金屬的軟化溫度至熔解溫度。成形體的鍛燒時間，例如可設為1分鐘至100分鐘。鍛燒環境氣體的種類，例如可構成為真空或氮氣、氬氣等之惰性氣體環境。鍛燒環境氣體的壓力，例如可設為0.2MPa至100MPa。

(可塑加工步驟)

亦可對所得之金屬-碳複合材料1進一步進行可塑加工步驟。可塑加工步驟，為一邊擠壓至成形模等一邊進行加熱及加壓以改變金屬-碳複合材料1的形狀之步驟。例如，鍛燒後之成形體的形狀，可預先形成為適合於鍛燒之形狀，然後在可塑加工步驟中加工為期望形狀，藉此可容易地得到適合於鍛燒且具有期望形狀之金屬-碳複合材料1。

可塑加工步驟中的加工溫度，設為構成金屬粒子之金屬的軟化溫度至熔解溫度。可塑加工步驟中施加於金屬-碳複合材料1之壓力，例如可設為0.2MPa至100MPa左右。

(接合步驟)

金屬-碳複合材料1包含包圍碳粒子2之金屬相3。亦即，於金屬-碳複合材料1之表面的至少一部分上暴露出金屬相3。因此，例如在製作出複數個金屬-碳複合材料1後，可一邊使此等複數個金屬-碳複合材料1接觸一邊進行加熱及加壓，而容易地接合。因此，大型的金屬-碳複合材料1，可在製作出複數個金屬-碳複合材料後，接合此等複數個金屬-碳複合材料而容易製造。

接合時的加熱溫度和壓力，可因應金屬相3的種類和所接合之金屬-碳複合材料1的大小、接合面積等而適當地設定。接合時的加熱溫度，例如可設為構成金屬粒子之金屬的軟化溫度至熔解溫度。接合時所施加之壓力，例如可設為0.2MPa至100MPa。

本實施形態之金屬-碳複合材料1之製造方法中，藉由調整附著於碳粒子2之金屬粒子相對於碳粒子2之比率，可調整金屬-碳複合材料1中之碳、金屬的含有率。金屬粒子，只要存在有在鍛燒步驟中可接合複數個碳粒子2之程度即可。因此，可將成形體中之金屬粒子的含有率設為50體積%以下。因此可得到碳的含有率為50體積%以上之金屬-碳複合材料1。

本實施形態之金屬-碳複合材料1之製造方法中，在使金屬粒子附著於碳粒子2的表面後，使碳粒子2與金屬粒子之混合物成形並予以鍛燒。因此，所得到之金屬-碳複合材料1，係成為呈連續之金屬相3包圍複數個碳粒子2之構造。藉此可得到碳粒子2均一地分散於金屬相3中之金屬-碳複合材料1。尤其是，藉由使金屬粒子的粒徑位於碳粒子2的粒徑之1/100至1/5的範圍內，以使碳粒子2的表面實質上可由金屬粒子覆蓋其全體，藉此可進一步提高金屬相3的連續性。藉此，於加熱時可藉由金屬的流動性而具有可塑性，並且可使材料全體的熱傳導性及電導性達到良好。

以下根據具體的實施例來更詳細地說明本發明。惟本發明並不限定於下列實施例。在不變更本發明的主旨之範圍內，可適當地變更來實施。

(實施例1)

使用平均粒徑300μm的SiO粉末作為金屬氧化物粉末。使用平均粒徑20μm的人造石墨粒子作為碳基材。均一地調配SiO粉末與人造石墨粒子後，配置於石墨坩鍋內，在20Pa以下的氣壓中，將加熱溫度設為1500℃，加熱時間設為2小時來進行熱處理，藉此得到在由石墨所構成之碳基材表面上均一地形成有由SiC所構成之陶瓷層之平均粒徑20μm的碳粒子。碳粒子中所佔有之SiC的含量為20重量%，陶瓷層的厚度為1μm。

將粒徑1μm的鋁粉末(3.56g)及粒徑1μm的金屬矽粉末(0.48g)、丙烯醯胺(8g)、N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺(1g)溶解於異丙醇(45g)而得到黏合劑溶液，藉由自轉及公轉混合來攪拌黏合劑溶液(4.5g)而得到混合物。自轉及公轉混合係以2000rpm進行60秒。將前述碳粒子10g添加於所得之混合物，並藉由自轉及公轉混合，在2000rpm中攪拌180秒以混合。接著在80℃中將混合物乾燥8小時，而得到乾燥物。藉由冷均壓成形(CIP成形)使乾燥物成形而得到成形體。CIP成形時的壓力設為200MPa。

將所得之成形體放入圓柱形的石墨模，在熱模壓爐中進行鍛燒而得到金屬-碳複合材料。該鍛燒步驟，首先以20℃/分從室溫加熱至700℃，在700℃保持20分鐘後，以10至15℃/分，在大約2小時內冷卻至室溫。所得之金屬-碳複合材料的形狀，為高10mm、直徑30mm之圓柱。金屬-碳複合材料中之碳的含量為75體積%。

(比較例1)

使用未形成陶瓷層者作為碳粒子，並將金屬矽粉末全部取代為鋁粉末，除此之外，其他與實施例1相同而得到比較例1之金屬-碳複合材料。金屬-碳複合材料中之碳的含量為75體積%。

第3圖係顯示實施例1中所得之鋁-碳複合材料之光學顯微鏡照片。第3圖中，顏色較濃的部分為碳粒子，顏色較淡的部分為鋁。從第3圖所示之照片中，可得知碳粒子由鋁所被覆，且鋁形成呈連續之相。

此外，當藉由鍛燒或燒結來製作金屬-碳複合材料時，會生成金屬碳化物。金屬碳化物中，亦可能與空氣中的水分反應而轉化為氫氧化物，在本實施例中，鋁粉與碳基材反應而生成Al₄C₃。當該Al₄C₃與空氣中的水分反應而轉化為氫氧化鋁時，會有引起龜裂的產生或材料的破壞之隨時間經過所導致的劣化之疑慮。

在700℃中，由鋁與碳、鋁與碳化矽之反應所產生之反應熱，如下列式(1)、(2)所示。

4/3Al+C → 1/3Al₄C₃ △G₉₇₃=-58kJ/mol．．．(1)

4/3Al+SiC → 1/3Al₄C₃+Si △G₉₇₃=-6kJ/mol．．．(2)

反應速度係與反應熱的大小相依，反應熱愈小，反應速度愈慢。因此，由以SiC所構成之陶瓷層所被覆之金屬-碳複合材料，可較未被覆之金屬-碳複合材料更不易產生Al₄C₃，故可考量為能夠抑制如上述般之因轉化為氫氧化鋁所導致之缺失的產生。

第4圖為藉由掃描型電子顯微鏡，對實施例1之金屬-碳複合材料之碳粒子的剖面進行元素分析之照片。顏色較濃的部分為Al及C，顏色較淡的部分為Si。在此可明確的顯示出，由於由Si所包圍之圓形狀的部位為碳基材，所以SiC可完全被覆碳基材的周圍，而不易產生Al₄C₃。

第5圖係顯示實施例1之金屬-碳複合材料表面的X射線繞射結果之圖表，而第6圖係顯示比較例1之金屬-碳複合材料表面的X射線繞射結果之圖表。第5圖中，幾乎未觀察到來自Al₄C₃之峰值，表示出可顯著地抑制Al₄C₃的生成。相對於此，第6圖中，明確地觀察到來自Al₄C₃之峰值，表示出在鍛燒或燒結時產生Al₄C₃的生成。

(實施例2)

將粒徑1μm的鋁粉末(4.04g)、丙烯醯胺(8g)、N,N'-亞甲基雙丙烯醯胺(1g)溶解於異丙醇(45g)而得到黏合劑溶液，藉由自轉及公轉混合來攪拌黏合劑溶液(4.5g)而得到混合物。自轉及公轉混合，係在2000rpm中進行60秒。將粒徑20μm的介相石墨粒子10g添加於所得之混合物，並藉由自轉及公轉混合，在2000rpm中攪拌180秒以混合。接著在80℃中將混合物乾燥8小時，而得到乾燥物。藉由冷均壓成形(CIP成形)使乾燥物成形而得到成形體。CIP成形時的壓力設為200MPa。

接著將所得之成形體放入於圓柱形的石墨模，在熱模壓爐中進行鍛燒而得到金屬-碳複合材料。該鍛燒步驟，首先以20℃/分鐘從室溫加熱至700℃，在700℃保持20分鐘後，以10至15℃/分鐘，在大約2小時內冷卻至室溫。所得之滑動部件的形狀，為高10mm、直徑30mm之圓柱。滑動部件中之碳的含量為75體積%。

(實施例3)

除了將所添加之介相石墨粒子的量變更為3.3g之外，其他與實施例2相同而得到實施例3之滑動部件。該滑動部件中之碳的含量為25體積%。

對實施例2及實施例3之滑動部件進行切削加工，而形成φ4mm×高9mm的圓筒形狀。將該滑動部件的圓形端面，施加既定的荷重而按壓於鋁(材質：A1050)製碟盤上，並且使碟盤旋轉，藉此使滑動部件以800mm/sec的速度與鋁材料產生滑動。測定試驗時所產生之摩擦力，並對每個所施加之荷重算出動摩擦係數。並對石墨材料(東洋炭素股份有限公司製IG-11)及鋁材料(材質：A1050)進行同樣的試驗。該結果如第7圖所示。

使用鋁材料者，在所施加之荷重為0.2MPa時之動摩擦係數為0.7，相對於此，其他材料的動摩擦係數停留在0.3以下。在所施加之荷重位於0.1至1.0MPa的範圍中，實施例2及實施例3相對於鋁材料乃具有明顯的優勢，且具有與石墨材料同等之動摩擦係數，故表示出實施例2及實施例3之金屬-碳複合材料具備高機械強度，並且具備與石墨材料同等之滑動性。

此外，在所施加之荷重位於1.2MPa至3.2MPa的範圍中，實施例2之金屬-碳複合材料，與其他部件相比，動摩擦係數較小，表示出實施例2之金屬-碳複合材料在高壓力下的滑動性優異。此外，當比較實施例2與實施例3的磨耗性時，實施例2的磨耗性顯著地小，從耐磨耗性之觀點來看，可考量為實施例2具有優勢。

(產業利用可能性)

本發明之金屬-碳複合材料中，將金屬相構成為Ag且將金屬含量設為75至90體積%者、將金屬相構成為Ag-10Ni且將金屬含量設為75至80體積%者、將金屬相構成為Cu且將金屬含量設為90至99體積%者，可適當地使用作為電接點。將金屬相構成為Cu-4.5Sn-2Pb且將金屬含量設為85至95體積%者，可適當地使用作為高速軸承。將金屬相構成為Al-Si且將金屬含量設為90至99體積%者，可適當地使用作為滑動部件、軸承、活塞。將金屬相構成為Al-4.5Cu且將金屬含量設為50至95體積%者，可適當地使用作為滑動部件。將金屬相構成為Al-4.5Cu且將金屬含量設為95至99體積%者，可適當地使用作為軸承。

1‧‧‧金屬-碳複合材料

2‧‧‧碳粒子

3‧‧‧金屬相

Claims

一種金屬-碳複合材料，包含：呈連續之金屬相、以及分散於前述金屬相中之碳粒子；前述碳粒子具有：碳基材、以及被覆前述碳基材之陶瓷層。
如申請專利範圍第1項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述陶瓷層是由選自由SiC、AlN、Al₂O₃、Si₃N₄、B₄C、TaC、NbC、ZrC、ZnO、SiO₂及ZrO₂所組成之群組的至少1種所構成。
如申請專利範圍第1或2項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述陶瓷層的厚度為1nm至20μm。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之金屬-碳複合材料，其中，碳的含有率為50體積%以上。
如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述金屬相係含有選自由Al、Cu、Ag、Ni、Bi、Sb、及至少含有一種此等金屬之合金所組成之群組的至少一種。
如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述金屬相含有1質量%至20質量%的金屬矽。
如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述金屬相的厚度為10nm至100μm。
如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之金屬-碳複合材料，其中，前述碳粒子的粒徑位於50nm至500μm的範圍內。
一種金屬-碳複合材料之製造方法，包含：藉由陶瓷被覆碳基材，而得到具有碳基材以及被覆前述碳基材之陶瓷層之碳粒子之步驟；混合金屬粒子與前述碳粒子，而得到包含前述金屬粒子附著於表面之前述碳粒子之混合物之混合步驟；使前述混合物成形而得到成形體之步驟；以及鍛燒前述成形體之步驟。
如申請專利範圍第9項所述之金屬-碳複合材料之製造方法，其中，在前述混合步驟中，進一步混合黏合劑。
如申請專利範圍第9或10項所述之金屬-碳複合材料之製造方法，其中，前述金屬粒子的粒徑係在前述碳粒子的粒徑之1/100至1/5的範圍內。
如申請專利範圍第9至11項中任一項所述之金屬-碳複合材料之製造方法，其中，藉由冷均壓成形來進行前述混合物的成形。
一種滑動部件，包含：呈連續之金屬相、以及分散於前述金屬相中之碳粒子。
如申請專利範圍第13項所述之滑動部件，其中，碳的含有率為10至90體積%。
如申請專利範圍第14項所述之滑動部件，其中，碳的含有率為50至90體積%。