JPH04160102A - 複合材料およびその製造方法 - Google Patents

複合材料およびその製造方法

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JPH04160102A
JPH04160102A JP2285638A JP28563890A JPH04160102A JP H04160102 A JPH04160102 A JP H04160102A JP 2285638 A JP2285638 A JP 2285638A JP 28563890 A JP28563890 A JP 28563890A JP H04160102 A JPH04160102 A JP H04160102A
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JP
Japan
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metal
oxide
composite material
powder
film
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JP2285638A
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Osamu Inoue
修 井上
Yasuhiro Sugaya
康博 菅谷
Takeshi Hirota
健 廣田
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766Fe-Si based alloys
    • H01F1/14791Fe-Si-Al based alloys, e.g. Sendust

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子部品・電子機器において使用される複合
材料に関するものである。
従来の技術 従来より電子部品・電子機器には樹脂を母相材料として
セラミックスを充填材としたものや、金属な母相材料と
してセラミックス等を複合材としたもの等の複合材料が
用いられてきた。これらのなかで、金属を分散粒子とし
て絶縁体で分離した複合材料は、例えば高飽和磁束密度
金属/絶縁体系のように、電気抵抗を大きくして高周波
領域の渦電流損失を低減させる等、金属と絶縁体の性質
を合わせ持つ、従来にない特性の新材料を作製しようと
するものであった。
発明が解決しようとする課題 しかしながら従来の金属/絶縁体系複合材料は、絶縁性
を充分にとるためには、母相となる絶縁体連続相の量を
多くしなければならず、金属粒子の間隔が大きいもので
あった。このような構成では、例えば前述の複合磁性体
材料で磁芯に利用する場合、磁性金属の持つ高い磁束密
度が絶縁材料により薄められてしまい、かつ絶縁材料の
磁気抵抗のために透磁率も大幅に低下するという問題点
があった。
そこで金属粒子の表面に絶縁体をこく薄くコーティング
した後これを高密度に充填することにより、金属本来の
特性が損なわれないようにする事も試みられているが、
絶縁体の割合が少なくなるほど、また高密度となるほど
分散粒子同士の直接接触が生じ易くなり、絶縁性が低下
して期待した特性が得られていなかった。さらに、ある
程度高電気抵抗の試料が得られた場合でも、これを熱処
理すると、抵抗低下が生しるという問題点があった。
本発明は、絶縁体の含有量を低くおさえたまま、高絶縁
性と高密度を合わせ持ち、また、熱処理を受けても電気
抵抗低下が生じにくい、複合材料およびその製造方法を
提供する事を目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、粒子状の金属または合金Aの表面が、金属ま
たは合金Aに含まれる成分の中で最も酸化物の生成自由
エネルギーの大きい金属元素よりも、より小さい酸化物
の生成自由エネルギーを持つ金属Bを含む絶縁性酸化物
で実質上覆われた事を特徴とする複合材料である。
また、本発明は、粉末粒子状の金属の表面に、その金属
よりも酸化物の生成自由エネルギーの小さい金属の絶縁
性酸化物の薄層をほぼ均一に覆うように形成して複合粉
末とし、この粉末を、高温高圧力下で、相対密度95パ
ーセント以上に成形する事を特徴とする複合材料の製造
方法である。
作用 本発明は、粒子状の金属または合金への表面が、金属ま
たは合金Aに含まれる成分の中で最も酸化物の生成自由
エネルギーの大きい金属元素よりも、より小さい酸化物
の生成自由エネルギーを持つ金属Bを含む絶縁性酸化物
で実質上覆われているので、酸化皮膜自身が絶縁皮膜が
破損して露出した箇所の金属表面にwI索を与える役割
をし、皮膜を修復する事により、絶縁性を保ったまま複
合材料を高密度化出来るものと考えられる。また、熱処
理による抵抗低下は、試料内部での皮膜の焼結等による
金属表面の露出と拡散等によるその接触によって生じる
と考えられるが、やはり同様に、皮膜が酸素を供給して
補修する効果があり、抵抗低下しにくい。
実施例 以下、本発明の実施例について説明する。
本発明に於て粉末粒子状金属をFe−5i−Al、Fe
−Ni、  Fe−5i、  Fe−AL  No−N
i−Fe等の磁性体を用いると、高周波においても高い
飽和磁束密度を有する複合磁性材料となる。一方、Al
、Si等とすると、IC基板等に有用な、高熱伝導性と
絶縁性を合わせ持った材料となる。以下、これらの材料
を例にとって本発明を説明する。
実施例1 組成がFe−84wt%、Si−10wt%、Al−6
wt%、のFe−5i−Al合金(センダスト合金)の
球状粉末(平均粒子径約20μm)を、700℃で0.
01%02ガス−残A「ガス雰囲気化または20%02
ガス−残Arガス雰囲気化で種々の時間処理し、その表
面に酸化膜を種々の厚みで形成させた。酸化膜の組成を
、熱処理時の重量増加およびオージェ分光分析/ A 
rスパッターによるデプスプロファイルにより評価した
。その結果、酸素濃度0.01%の雰囲気ガス中で熱処
理した膜は膜厚とは関係なくAlと0のみが検出され、
酸化膜中に他の金属成分は含まれておらず、酸化アルミ
ニウム皮膜となっていた。一方酸素濃度20%では、酸
化膜中にAlとO以外にFeがかなりの置台まれており
、一部鉄酸化物を含む皮膜となっていた。
これらの粉末を成形し、1000℃、1000J/c+
n2の圧力で2時閏、A「ガス雰囲気下ホットプレス焼
結を行い、相対密度約98%(気孔率約2%)の高密度
複合体を作製した。
得られた焼結体より、2XIX12mmの柱状試料を切
り出し、電気抵抗(テスターによる)、磁気特性を測定
した。また、これらの試料を950℃で1気圧のArガ
ス中で20時間熱処理し、再度抵抗を測定した。結果を
表1に示した。
(以下余白) 表1(複合体の緒特性) 表1より明かなように、高い酸素濃度で熱処理した、鉄
酸化物を含む粉末を緻密化したものは、AlとOのみの
絶縁膜を持つものよりも、同程度の酸化膜厚で比較した
場合、高い電気抵抗が得られ易く、この傾向は膜厚が薄
い場合はど高かった。
この結果、その比透磁率は、Fe含有膜被覆粉末より作
製した試料の方が、その測定周波数依存性が弱くなり、
膜厚55−1On程度でI MHzまで、はぼ1000
程度の比透磁率を示した。一方、Al−0系皮膜の物で
は、510nI11程度の膜厚では、まだ電気抵抗が十
分高くないために、渦電流損失によると考えられる、高
周波での透磁率の低下が顕著であフた。なお、飽和磁束
密度については、いずれの試料でもほとんど差が見られ
なかった。
次にそれぞれの試料を、熱処理した結果では、酸化皮膜
にFe成分を含まない試料のほうが、抵抗低下が顕著で
あった。
実施例2 平均粒径約10μ剛のSi金属粉末を1100℃で空気
中10時間熱処理し、その表面に酸化膜を形成させた。
また一方、Al、TiのイソプロポキシドおよびFe、
Coのアセチルアセトナートをそれぞれエタノールに溶
解した溶液を用意し、これらの溶液にSi粉末を投入し
て攪拌した後乾燥し、。
さらに600℃で空気中加熱処理した。この溶液処理/
熱処理は数回繰り返した行った。
これら5種類の粉末の表面近傍の組成を実施例1と同様
にオージェ分光分析/ A rスパッターによるデプス
プロファイルにより評価した。その結果、1100℃熱
処理の粉末では、その表面に5i02膜が、約0.21
1mの厚さで形成されていた。一方、有機金属溶液処理
/熱処理粉末の、オージェ分光分析では、表面層はそれ
ぞれの金属とOが主成分であり、これにSlも少置台ま
れていた。これらの粉末については、溶液処理/熱処理
の回数を変える事により、その厚さを酸化処理のみ場合
の膜厚約0.2μmにほぼ等しくなるように調整した。
これらの粉末、および比較のため無処理のSi粉末を1
370℃でI 000 kg/cm2の圧力、A「雰囲
気中で5時間ホットプレス焼結した。得られた焼結体よ
り、2XIX12mmの柱状試料を切り出し、その比重
、電気抵抗(テスターによる)を測定し、結果を表2に
示した。
(以下余白) 表2(複合体の緒特性) 表2より明らかなように、相対密度は無処理の物を除き
、いずれも96%前後であまり差がみられなかった。一
方、電気抵抗は、無処理の物が0.1Ω以下ときわめて
低かったのに対し、5i02のみの酸化皮膜の場合、お
よびT1またはAlを含む酸化皮膜の場合に約100Ω
程度で高くなったが、Coを含む酸化皮膜の場合に32
0にΩ、Feを含む酸化皮膜の場合は20j’lΩ以上
とさらに高くな□ った。このように、Siよりも酸化物生成自由エネルギ
ーの小さいFeやCoを含む酸化膜とした場合に、より
高い電気抵抗のものが得られた。なお、これらの試料の
熱膨張係数及び熱伝導率は、いずれも金属S1と同程度
であり、かつ高電気抵抗の材料であった。
次に、試料作製条件のうち、ホットプレス時間を短くす
ることによって焼結密度を92%程度に低下させ、これ
によっていずれの試料においても電気抵抗を20MΩ以
上とした後、真空条件下で1200℃で10時間熱処理
したところ、SiのみおよびAl、Ti処理した試料で
はいずれも数十にΩまて抵抗が低下したが、FeやCo
を含む酸化膜とした場合には、20MΩ以上であっり、
抵抗低下は見られなかった。
実施例3 平均粒径約201IIllのAl金属粉末を400℃で
空気中2時間熱処理し、その表面に酸化膜を形成させた
。また一方、Siエトキシドの0.01モル%エタノー
ル溶液1001を準備し、この溶液にAl粉末を投入し
、70℃で加熱還流しながら、水/エタノール1/3混
合溶液を、水の量が0.002モルとなるまで適下し、
3時間加熱還流した。
終了後、生成物をろ過し、得られた粉末を150℃で乾
燥させた後、空気中400℃で1時間熱処理した。これ
らの粉末を実施例1と同様に、オージェ分光分析/ A
 rスパッターによるデプスプロファイルにより評価し
た。その結果、空気中熱処理のみの粉末はAlとOのみ
が検出され、酸化アルミニウムの皮膜が生成していた。
後者のSiエトキシド処理した粉末では、表面皮膜にA
lとともにSiが含まれていた。これらの粉末を800
℃で1000 kg/cwt2の圧力でホットプレス焼
結した。
これらの焼結体より、2XIX12mmの柱状試料を切
り出し、その比重、電気抵抗(テスターによる)、熱伝
導率を測定した。その結果、相対密度はどちらも97%
であったが、酸化アルミニウム皮膜の試料では、電気抵
抗は100Ω程度と低かったのに対して、酸化珪素を含
む皮膜の試料では20MΩ以上であった。またその熱伝
導率は180 W/m−degであり、金属アルミニウ
ムに近い値であった。
発明者等は、上記実施例以外にも種々の粉末組成・膜厚
・膜質で同様の実験を行ったが、やはり母相金属粒子よ
りも酸化物生成エネルギーの小さい成分を含む絶縁皮膜
組成とする事により、同一の絶縁体含有量では、従来よ
りもより1−2桁程度以上高い電気抵抗の試料を作製す
ることが可能であり、また、熱処理に対する安定性も高
いものとなった。その結果、従来得られていなかった優
れた特性の複合材料を合成することが可能であった。
金属粉体の表面が完全に絶縁体で覆われていても、これ
を加圧してほぼ100パーセント密度の成形体とする場
合、表面積の変化が生じて一部絶縁体膜が存在しない部
分が生じ、ために金属粒子同士が直接接触して電気抵抗
が低下すると考えられる。本発明の方法では、酸化皮膜
自身が絶縁皮膜が破損して露出した箇所の金属表面に酸
素を与える役割をし、皮膜を修復する事により、絶縁性
を保ったまま複合材料を高密度化出来るものと考えられ
る。また、熱処理による抵抗低下は、試料内部での皮膜
の焼結等による金属表面の露出と拡散等によるその接触
によって生じると考えられるが、やはり同様に、皮膜が
酸素を供給して補修する効果があり、抵抗低下しにくい
物と考えられる。
従ってAl/Fe2o3系のように、母相金属粒子と皮
膜形成金属の酸化物生成自由エネルギー差が大きいほど
この効果は顕著であった。
このように、発明者等は、金属粒子の表面に絶縁体をご
く薄くコーティングした後これを高密度に成形するとい
う従来の方法で作製した2種類の物質を含む複合材料に
ついて分析を行った。その結果、高密度化する最終の過
程で金属粒子の変形に伴う表面積拡大により絶縁体膜が
破損し、これによって絶縁破壊が生じ易い事を見いだし
、これに対して、最終的な緻密化の段階でも絶縁破壊を
生しにくい、また得られた複合焼結体が、熱処理に対し
て従来の物よりも安定である本発明を完成させた。
発明の効果 本発明は、粒子状の金属または合金Aの表面が、金属A
に含まれる成分の中で最も酸化物の生成自由エネルギー
の大きい金属元素よりも、より小さい酸化物の生成自由
エネルギーを持つ金属Bを含む絶縁性酸化物で実質上覆
われる事により、金属または合金Aの粒子同士が実質上
接触することが無いので、絶縁体の含有量を低くおさえ
たまま、高絶縁性と高密度を合わせ持つことが出来る。
また、本発明は、熱処理を受けても電気抵抗低下が生じ
にくいという長所を有する。
特に金属として磁性体を用いた場合、本発明の複合材料
は、優れた特性の磁芯用材料となる。
代理人 弁理士 松 1)正 道

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)粒子状の金属または合金Aの表面が、その金属ま
    たは合金Aに含まれる成分の中で最も酸化物の生成自由
    エネルギーの大きい金属元素よりも、より小さい酸化物
    の生成自由エネルギーを持つ金属Bを含む絶縁性酸化物
    で実質上覆われた事を特徴とする複合材料。(2)相対
    密度が95%以上であることを特徴とする請求項1記載
    の複合材料。 (3)粉末粒子状の金属が磁性体である事を特徴とする
    請求項1または2記載の複合材料。 (4)粉末粒子状の金属がAlを含む事を特徴とする請
    求項1または2記載の複合材料。(5)絶縁性金属酸化
    物がFeを含む事を特徴とする請求項1または2記載の
    複合材料。(6)粉末粒子状の金属がAlを含み、絶縁
    性金属酸化物がFeを含む事を特徴とする請求項1また
    は2記載の複合材料。 (7)粉末粒子状の金属の表面に、その金属よりも酸化
    物の生成自由エネルギーの小さい金属の絶縁性酸化物の
    薄層をほぼ均一に覆うように形成して複合粉末とし、こ
    の粉末を、高温高圧力下で、相対密度95パーセント以
    上に成形する事を特徴とする複合材料の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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