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    • 专利摘要:
    Durch die Erfindung sind ein Material auf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnung und hoher Wärmeleitfähigkeit sowie guter Bearbeitbarkeit und Anpassbarkeit an einen Nickelplattierungsvorgang sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Materials geschaffen. Das Material auf Kupferbasis wird durch die folgenden Schritte hergestellt: Zusetzen von 5 bis 60 Masse-% eines Legierungspulvers auf Eisenbasis mit einem bestimmten Wärmeexpansionskoeffizienten zu einem Matrixpulver in Form eines Pulvers einer reinen Kupferphase und/oder eines Pulvers einer durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierung; Vermischen der Pulver miteinander, Verdichten des erhaltenen Pulvergemischs zu einem ungebrannten Verdichtungskörper und Sintern desselben bei einer Temperatur von 400 bis 600 DEG C.
    公开号:DE102004020833A1
    申请号:DE102004020833
    申请日:2004-04-28
    公开日:2004-11-25
    发明作者:Zenzo Kashiwa Ishijima
    申请人:Hitachi Powdered Metals Co Ltd；
    IPC主号:B22F3-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Material mit niedriger Wärmeausdehnung und hoher Wärmeleitfähigkeitauf Kupferbasis, das zum Herstellen z. B. einer Wärmesenkegeeignet ist, fürdie ein niedriger Wärmeexpansionskoeffizientvergleichbar mit den Eigenschaften von Siliciumchips und Keramikplattensowie effiziente Wärmeabgabeeigenschaftenerforderlich sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zumHerstellen eines solchen Materials.
    [0002] Für ein Materialzum Herstellen z. B. einer Wärmesenkesind die Eigenschaften eines niedrigen Wärmeexpansionskoeffizientenund hoher Wärmeabgabeerforderlich. Als derartiges Material wird allgemein eine Legierungauf Kupfer-Molybdän-Basisoder auf Kupfer-Wolfram-Basis verwendet. Diese Materialien werden eingesetzt,um sowohl die hohe Wärmeleitfähigkeitvon Kupfer als auch den niedrigen Wärmeexpansionskoeffizientenvon Molybdänoder Wolfram auszunutzen. Zum Beispiel ist es in Japan Patent GazetteJPA No. S62-284032 (1987) (Stand der Technik 1) offenbart, dassein Material, das eine Dispersion einer Molybdänphase in einer Kupfermatrixenthält,dadurch erhalten werden kann, dass ein Pulvergemisch von Kupferund Molybdänunter Druck verdichtet wird und der erhaltene ungebrannte Verdichtungskörper beieiner Temperatur zum Erzeugen einer Flüssigphase von Kupfer gesintertwird. In Japan Patent Gazette JPA No. 559-21032 (1984) (Stand derTechnik 2) sind Materialien offenbart, die eine Kupferdispersionin einem Molybdän-oder Wolframskelett enthalten, das dadurch hergestellt wird, dassMolybdän-oder Wolframpulver bei hoher Temperatur gesintert wird und danneiner Kupferinfiltration unterzogen wird.
    [0003] Beiderartigen Materialien besteht jedoch ein Problem dahingehend, dassdie Kosten zu ihrer Herstellung hoch sind, da die dabei verwendetenPulver von Molybdänund Wolfram teuer sind. Das im Stand der Technik 1 offenbarte Materialneigt zu Verformung, und die Größen hergestellterProdukte sind ungleichmäßig, dasie durch Flüssigphasensinterunghergestellt werden. Daher muss das erhaltene Material nach dem Sintervorgangeiner Bearbeitung unterzogen werden. Jedoch ist das Material wegender Härtevon Molybdännicht gut bearbeitbar. Demgemäß ist einMaterial, das eine Dispersion einer derartigen Phase enthält, nichtgut bearbeitbar. Bei den im oben genannten Stand der Technik 2 offenbartenMaterialien ist es schwierig, Kupfer in alle Hohlräume desSkeletts zu infiltrieren. Daher ist das Material hinsichtlich derWärmeleitfähigkeitminderwertig, und es zeigt die Tendenz einer großen Ungleichmäßigkeitder Qualität.Darüberhinaus sind die Herstellkosten hoch, da der Schritt zum Infiltrierenvon Kupfer nach dem Sintern auf hoher Temperatur erforderlich ist.Die Probleme hinsichtlich der Bearbeitbarkeit von Produkten sind ähnlich wiebeim Stand der Technik 1. Ferner besteht ein anderes Problem dahingehend,dass eine Nickelplattierung schwierig ist, da Molybdän und/oderWolfram nach der Bearbeitung freiliegt. Eine Nickelplattierung isthäufigfür einenLötvorgangerforderlich, wenn eine Wärmesenkehergestellt wird.
    [0004] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit,bei dem die Dimensionsgenauigkeit und die Bearbeitbarkeit gut sindund eine Nickelplattierung akzeptierbar herstellbar ist, ohne Verwendungteurer Materialien wie Molybdänund Wolfram, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materialszu schaffen.
    [0005] DieseAufgabe ist hinsichtlich des Materials durch die Lehre der beigefügten unabhängigen Ansprüche 1 und2 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre der beigefügten unabhängigen Ansprüche 4 und5 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstandjeweiliger abhängigerAnsprüche.
    [0006] Daserfindungsgemäße Materialauf Kupferbasis zeigt hervorragende Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeitund einen niedrigen Wärmeexpansionskoeffizienten,niedrige Herstellkosten und gute Bearbeitbarkeit, da das Legierungspulverauf Eisenbasis, das geringfügigin der Matrix dispergiert ist, auf effektive Weise die Wärmeausdehnungder Matrix unterdrückt.Das Material mit dem Matrixpulver, das die Dispersion einer durchAusfällungshärtung erzieltenKupferlegierungsphase enthält,verfügt über hervorragendeHärte undFestigkeit. Ferner ist beim Herstellprozess eine zusätzlicheLösungs-oder Alterungsbehandlung erforderlich, so dass die Herstellung mittelsvereinfachter Prozesse ohne Schwierigkeiten ausgeführt werdenkann.
    [0007] ZurHerstellung des erfindungsgemäßen Materialsauf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnung undhoher Wärmeleitfähigkeitwird eine Matrix in Form einer reinen Kupferphase, in Form einerdurch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungsphase oder einer Mischmatrix aus diesen beiden verwendet.
    [0008] ReinesKupfer verfügt über hervorragendeWärmeleitfähigkeit,so dass dann, wenn es fürdie Matrix verwendet wird, ein Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeithergestellt werden kann. Indessen verfügt eine durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungsphase übereine Struktur, die eine feine und gleichmäßige Dispersion der ausgefällten übersättigtenLegierungskomponente in der Matrix enthält. Eine derartige Kupferlegierungist hinsichtlich der Härteund der Festigkeit hervorragend, wobei sie jedoch hinsichtlich derWärmeleitfähigkeitreinem Kupfer etwas unterlegen ist. Insbesondere ist die durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungsphase zur Verwendung in einem Material auf Kupferbasismit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeit,das fürPresssitzelemente verwendet wird, geeignet. Im Fall des Gemischsaus der reinen Kupferphase und der durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungsphasekönnendie Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeitdes Materials durch Regulieren der Mischungsverhältnisse entsprechend Verwendungserfordernissenkontrolliert werden.
    [0009] Alsdurch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungsphasen könnensolche verwendet werden, wie sie für Leiterrahmen eingesetzt werden.Beispiele sind Legierungen auf Cu-Zr-, auf Cu-Fe-P-, auf Cu-Ni-Fe-P-, aufCu-Cr- und auf Cu-Cr-Sn-Basis.
    [0010] Diebei der Erfindung verwendete Legierung auf Eisenbasis mit einemWärmeexpansionskoeffizienten von6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, ist z.B. Invar (Fe-36Ni), Superinvar (Fe-31Ni-5Co), rostfreies Invar (Fe-52,3Co-10,4Cr),Kovar (Fe-29Ni-17Co), die Legierung 42 (Fe-42Ni) und die LegierungFe-17B. Diese Legierungen sind billiger und zeigen bessere Bearbeitbarkeitals Molybdänund Wolfram, wie sie oben genannt sind.
    [0011] Dasoben genannte Legierungspulver auf Eisenbasis mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, ist inder oben genannten Matrix dispergiert, und die Oberflächen vonLegierungspulvern reagieren geringfügig mit der Matrix. Demgemäß unterdrückt dasLegierungspulver auf Eisenbasis auf starke Weise die Wärmeausdehnungder Matrix aufgrund der starken Bindung zwischen ihm und der Matrix,wodurch insgesamt die Wärmeausdehnungdes Materials verringert wird.
    [0012] Beimerfindungsgemäßen Herstellverfahrenwerden, um den oben genannten Diffusionszustand des Legierungspulversauf Eisenbasis in der Matrix zu erzielen, dasselbe und ein Matrixpulvermiteinander vermischt und unter Druck zu einem ungebrannten Verdichtungskörper verdichtetund bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 600°C gesintert.
    [0013] Wenndie Sintertemperatur unter 400°Cliegt, sind die Wärmeleitfähigkeitund die Festigkeit der Sintererzeugnisse wegen unzureichender Diffusionder Matrix selbst nicht gut. Wenn die Sintertemperatur über 600°C liegt,ist der Unterdrückungseffektbetreffend die Wärmeausdehnungbeeinträchtigt,und die Wärmeleitfähigkeitder Matrix ist als Ergebnis einer übermäßigen Reaktion des Legierungspulversauf Eisenbasis mit der Matrix behindert. Insbesondere dann, wennein Nickel enthaltendes Legierungspulver auf Eisenbasis verwendetwird, kommt es zu unerwünschtenErgebnissen, da Kupfer und Nickel eine kontinuierliche Feststofflösung bildenkönnenund da Nickel übermäßig in dieMatrix diffundiert. Im oben genannten Temperaturbereich wird keineFlüssigphasevon Kupfer erzeugt, so dass die Dimensionsgenauigkeit hervorragendist.
    [0014] Mitzunehmendem Umfang der Dispersion des oben genannten Legierungsmaterialsauf Eisenbasis in der Matrix nimmt der Effekt einer Unterdrückung derWärmeausdehnungzu. Jedoch führtdies zu einer Verringerung der Relativmenge der Matrix, wodurchdie Wärmeleitfähigkeitabnimmt. Wenn der Gehalt des Legierungspulvers auf Eisenbasis wenigerals 5 beträgt,ist der Effekt betreffend die Unterdrückung der Wärmeausdehnung unzureichend.Wenn der Gehalt des Legierungspulvers auf Eisenbasis 60 % überschreitet,nimmt die Relativmenge der Matrix ab, und die Wärmeleitfähigkeit fällt merklich. Demgemäß liegtder Gehalt des Legierungspulvers auf Eisenbasis vorzugsweise imBereich von 5 bis 60 %.
    [0015] Wennbeim erfindungsgemäßen Herstellverfahrendie Matrix die durch Ausfällungshärtung erzielte Kupferlegierungsphaseenthält,könnendie folgenden Vorteile erwartet werden. Bei einem üblichenHerstellverfahren füreine durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierung wird die Legierungskomponente in einer übersättigtenFeststofflösungdurch eine Lösungsbehandlungin einer Matrix nach einem Gießvorganggebildet, und sie wird dann durch eine Alterungsbehandlung ausgefällt. Jedochist die Erfindung dahingehend von Vorteil, dass sich das durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver in einem Zustand genau wie nach einer Lösungsbehandlungbei einem Feinzerkleinerungsprozess befindet, weswegen diese Behandlung weggelassenwerden kann.
    [0016] Wennnach der Lösungsbehandlungeine Behandlung zum Verleihen von Spannungen vor der Alterungsbehandlungerfolgt, ist es wünschenswert,dass die Spannungen die Ausfällungwährendder Alterung beschleunigen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wirken die Spannungenauf effektive Weise, da sie sich während des Verdichtens des Pulversin den Pulverteilchen ansammeln. Wenn in diesem Fall ein schnellverfestigtes Pulver verwendet wird, liefert die Komponente der übersättigtenFeststofflösungSpannungen in den Pulverteilchen, so dass sich viele Spannungenansammeln, um einen besseren Effekt zu erzeugen.
    [0017] Darüber hinausliegt beim erfindungsgemäßen Verfahrendie Sintertemperatur im Bereich von 400 bis 600°C, wie oben beschrieben, derfür dieAlterungsbehandlung ziemlich effektiv ist, so dass in der Matrixdurch den Alterungseffekt währenddes Sintervorgangs eine Ausfällungerzeugt wird. Demgemäß können sowohlder Verbindungsvorgang durch Diffusion als auch die Alterungsbehandlungder Pulverteilchen durch Sintern gleichzeitig bewerkstelligt werden.So ist kein zusätzlicherAlterungsprozess erforderlich, was einen Vorteil darstellt.
    [0018] ImErgebnis is beim erfindungsgemäßen Verfahrendie Verwendung einer durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierung angesichts der Tatsache extrem wirkungsvoll, dassdie Alterungsausfällungeffektiv erfolgen kann und die Verfestigung der Matrix leicht erzieltwerden kann, ohne dass jeglicher gesonderter Alterungsprozess hinzuzufügen wäre. Wennals durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierung ein schnell verfestigtes Pulver verwendet wird,wird der Effekt zum Verbessern der Festigkeit durch die Beschleunigung derVoralterung dank der Zunahme der Spannungen in den Pulverteilchenerzeugt.
    [0019] Dasvorstehend genannte Material auf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeitenthälteine Dispersion von 5 bis 60 % eines Legierungspulvers auf Eisenbasismit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, in derMatrix der reinen Kupferphase. Das Pulver auf Eisenbasis diffundiertgeringfügigin die Matrix, und es unterdrücktstark die Wärmeausdehnungderselben, um ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedriger Wärmeausdehnungzu bilden.
    [0020] Wenndie Matrix die durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungsphase enthält,ist zwar die Wärmeleitfähigkeitetwas niedriger als in einer reinen Kupfermatrix, jedoch existiertimmer noch eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit, und zusätzlich verfügt das Material über eineniedrige Wärmeausdehnung, hoheHärte undhohe Festigkeit. Das erzielte Material ist zur Herstellung verschiedenerElemente mit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeitgeeignet wie solchen, die bei Presssitzen verwendet werden, da dieVerformung beim Presssitzvorgang gering ist.
    [0021] Wenndie Matrix ein Gemisch aus einer reinen Kupferphase und einer durchAusfällungshärtung erzieltenKupferlegierungsphase enthält,ist es zweckdienlich, dass die Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit undder Wärmeleitfähigkeitdes Materials entsprechend den Anwendungserfordernissen kontrolliertwerden können.In diesem Fall kann die Wärmeleitfähigkeitdes Materials verbessert werden, ohne dass die Festigkeit abnimmt,wenn die Matrix die dispergierte Phase aus reinem Kupfer mit einerMenge von 75 % oder weniger enthält.Es ist wünschenswert,dass die reine Kupferphase in Form eines Netzwerks in der Matrixdispergiert ist.
    [0022] DurchErhöhendes Anteils der reinen Kupferphase in der Matrix wird die Wärmeleitfähigkeitverbessert. Wenn der Anteil mehr als 50 % beträgt, ist jedoch der Verbesserungseffekthinsichtlich der Wärmeleitfähigkeitmit zunehmender Menge nicht mehr allzu auffällig.
    [0023] Indessenhat die Härtebis zu einem Anteil von ungefähr50 der reinen Kupferphase in der Matrix einen beinahe konstantenWert, währendoberhalb von 50 % die Tendenz einer Abnahme besteht. Wenn der Gehalt derreinen Kupferphase 75 überschreitet,fällt dieHärte abrupt.Demgemäß muss derAnteil der reinen Kupferphase in der Matrix 75 % oder weni ger bezogenauf die Masse sein. Der Anteil der reinen Kupferphase liegt angesichtsdes ausgeprägtenVerbesserungseffekts bei der Wärmeleitfähigkeitvorzugsweise im Bereich von 25 bis 75 %.
    [0024] Einderartiges Material auf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeit kannohne Schwierigkeiten dadurch erhalten werden, dass 75 oder wenigerMassen%, vorzugsweise 25 bis 75 Massen%, an reinem Kupferpulvermit durch Ausfällungshärtung erzieltemKupferlegierungspulver als Rest gemischt werden, um ein Matrixpulvergemischzu erzielen.
    [0025] Beimerfindungsgemäßen Herstellverfahrenwird das Sintern bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 600°C ausgeführt, umdie Diffusion des Legierungspulvers auf Eisenbasis in die Matrixzu unterdrücken.In diesem Temperaturbereich ergibt sich keine Flüssigphase von Kupfer, so dassdas Pulvergemisch nicht effektiv verdichtet wird. Daher ist es,um eine Matrix mit hoher Wärmeleitfähigkeitzu erzielen, erforderlich, zuvor einen ungebrannten Verdichtungskörper miteiner relativen Dichte von 93 % oder mehr aus dem Pulvergemischherzustellen.
    [0026] Wennein Matrixpulver von einem Kupferpulver, einer durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierung oder einem Gemisch hieraus verwendet wird, kanndie Diffusion beim Sintervorgang dadurch beschleunigt werden, dassdas Matrixpulver einer Größenverringerungzu einem feinen Pulver unterzogen wird, wodurch das Wachstum anBerührungsstellenzwischen Teilchen erhöhtwird. Ferner können,wenn die Teilchengröße des Matrixpulverskleiner als die des Legierungspulvers auf Eisenbasis gemacht wird,die Matrixteilchen eine hoch kontinuierliche Struktur bilden, umdie Wärmeleitfähigkeitzu verbessern.
    [0027] Indessenkommt es, wenn auch die Teilchengröße des Legierungspulvers aufEisenbasis verkleinert wird, zu Problemen nicht nur hinsichtlicheiner Verringerung des Fließvermögens undeines Fressens des Formwerkzeugs, sondern auch zu einer Zunahmeder Diffusionsmenge hinsichtlich der Matrix wegen zunehmendem Wachstuman Berührungsstellenzwischen Teilchen, zu einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit der Matrix und einerZunahme des Wärmeexpansionskoeffizientendes Legierungspulvers auf Eisenbasis aufgrund einer Änderungder Zusammensetzung des letzteren, und zwar selbst dann, wenn dieMenge der diffundierten Phase klein ist, wie oben genannt. Wenndagegen die Teilchengröße des Pulversinsgesamt zu groß ist,könnendie Teilchen nicht gleichmäßig in dieMatrix diffundieren. Demgemäß nimmtder Effekt einer Unterdrückungder Wärmeausdehnunglokal ab, und im Ergebnis kann keine ausreichende Unterdrückung derWärmeausdehnungerzielt werden.
    [0028] Ausdem obigen Grund verfügtdas Legierungspulver auf Eisenbasis vorzugsweise über eineTeilchengröße unter100 mesh (Durchtrittsöffnungvon 100 mesh), und bevorzugter verfügen 40 % oder mehr des Pulvers über eineTeilchengröße von 50 μm oder mehr.Wenn die Menge des Legierungspulvers auf Eisenbasis mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrunter 40 liegt, ist die Menge an feinem Pulver zu groß, und der Effektder Unterdrückungder Wärmeausdehnungist verringert, wobei zusätzlichdie Wärmeleitfähigkeitder Matrix niedrig wird.
    [0029] Hinsichtlichdes fürdas Matrixpulver verwendeten reinen Kupferpulvers ist es bevorzugt,dass es über eineTeilchengröße unter100 mesh verfügtund dass 60 % oder weniger des Pulvers eine Teilchengröße von 50 μm oder mehraufweisen, so dass die Teilchengröße des reinen Kupferpulverskleiner als die des oben genannten Pulvers auf Eisenbasis ist. Betreffenddas durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver ist es bevorzugt, dass die Teilchengröße kleinerals 100 mesh ist und dass 70 % oder weniger des Pulvers über eineTeilchengröße von 50 μm oder mehrverfügen,so dass das durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver eine geringere Teilchengröße als das oben genannte Legierungspulverauf Eisenbasis aufweist.
    [0030] Wennsowohl ein durch Ausfällungshärtung erzieltesKupferlegierungspulver als auch reines Kupferpulver gleichzeitigverwendet werden, ist es bevorzugt, das letztere mit feinerer Teilchengröße als daserstere zu verwenden. Durch Herstellen eines Matrixpulvergemischsauf die obige Weise nimmt die Möglichkeitdes Vorliegens von Pulverteilchen aus reinem Kupfer im durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver und/oder im Legierungspulver auf Eisenbasiszu. Durch Verdichten und Sintern eines derartigen Matrixpulverskann eine Netzwerkstruktur betreffend die Dispersion der reinenKupferphase erzeugt werden, was im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeitwünschenswertist.
    [0031] Angesichtsdieser Tatsache ist es dann, wenn sowohl ein durch Ausfällungshärtung erzieltesKupferlegierungspulver als auch reines Kupferpulver gleichzeitigverwendet werden, bevorzugt, dass das letztere eine Teilchengröße unter100 mesh aufweist, und dass 40 % oder weniger des Pulvers eine Teilchengröße von 50 μm oder mehraufweisen. Wenn der Gehalt an Teilchen mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrgrößer als40 % ist, ist die Teilchengrößenverteilungzur groben Seite verschoben, und die Netzwerkstruktur der reinenKupferphase wird nur schwer gebildet.
    [0032] DurchRegulieren der Teilchengrößen desLegierungspulvers auf Eisenbasis und des Matrixpulvers auf die obengenannte Weise ist es möglich,eine effiziente Wärmeleitfähigkeitzu erzielen und die Wärmeausdehnungju unterdrücken.
    [0033] DieErfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungendetaillierter beschrieben.
    [0034] 1 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehungen zwischen der Zusatzmenge eines Legierungspulvers aufEisenbasis in Kupferpulver und einerseits der Wärmeleitfähigkeit und andererseits demWärmeexpansionskoeffizientenzeigt.
    [0035] 2 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der Wärmeleitfähigkeit inAbhängigkeitvon der Zusatzmenge des Legierungspulvers auf Eisenbasis im Kupferpulverzeigt.
    [0036] 3 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Sintertemperatur und dem Wärmeexpansionskoeffizientenin Abhängigkeitvon der Zusatzmenge des Legierungspulvers auf Eisenbasis im Kupferpulver zeigt.
    [0037] 4 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Art des Legierungspulvers auf Eisenbasis undeinerseits der Wärmeleitfähigkeitsowie andererseits dem Wärmeexpansionskoeffizientenzeigt.
    [0038] 5 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehungen zwischen der Zusatzmenge eines Legierungspulvers aufEisenbasis in durch Ausfällungshärtung erzieltemKupferlegierungspulver und einerseits der Wärmeleitfähigkeit sowie andererseitsdem Wärmeexpansionskoeffizientenzeigt.
    [0039] 6 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeitund dem Mischungsanteil von reinem Kupferpulver in einem Matrixpulverzeigt, das als Rest ein durch Ausfällungshärtung erzieltes Kupferlegierungspulverenthält,wobei der Gehalt an Legierungspulver auf Eisenbasis konstant ist.
    [0040] 7 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Härteund dem Mischungsanteil von reinem Kupferpulver in einem Matrixpulverzeigt, das als Rest ein durch Ausfällungshärtung erzieltes Kupferlegierungspulverenthält,wobei der Gehalt an Legierungspulver auf Eisenbasis konstant ist.
    [0041] 8 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Sintertemperatur und einerseits der Wärmeleitfähigkeitsowie andererseits dem Wärmeexpansionskoeffizientenbei konstanten Mischungsanteilen des durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungspulversund des Legierungspulvers auf Eisenbasis zeigt.
    [0042] 9 ist ein Kurvenbild, dasdie Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der Härte beikonstanten Mischungsanteilen des durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungspulversund des Legierungspulvers auf Eisenbasis zeigt.
    [0043] 10 ist ein Kurvenbild, daseinen Vergleich von Wärmeleitfähigkeitenreinen Kupferpulvers und verschiedener Arten von durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvern zeigt, die verschiedene Arten von Legierungspulvernauf Eisenbasis enthalten.
    [0044] 11 ist ein Kurvenbild, daseinen Vergleich von Wärmeexpansionskoeffizientenreinen Kupferpulvers und verschiedener Arten von durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvern zeigt, die verschiedene Arten von Legierungspulvernauf Eisenbasis enthalten.
    [0045] 12 ist ein Kurvenbild, daseinen Vergleich von Härte reinenKupferpulvers und verschiedener Arten von durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvern zeigt, die verschiedene Arten von Legierungspulvernauf Eisenbasis enthalten.
    [0046] 13 ist ein Kurvenbild, dasden Einfluss des Gehalts an Pulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrin einem durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver auf sowohl die Wärmeleitfähigkeit als auch die Härte für den Fallzeigt, dass als Matrixpulver ein Vorabgemisch aus durch Ausfällungshärtung erzieltemKupferlegierungspulver und reinem Kupferpulver verwendet werden.
    [0047] 14 ist ein Kurvenbild, dasden Einfluss des Gehalts an Pulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrin einem durch reines Kupferpulver auf sowohl die Wärmeleitfähigkeitals auch die Härtefür denFall zeigt, dass als Matrixpulver ein Vorabgemisch aus durch Ausfällungshärtung erzieltemKupferlegierungspulver und reinem Kupferpulver verwendet werden.
    [0048] 15 ist ein Kurvenbild, dasden Einfluss des Gehalts an Pulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrin einem Legierungspulvershärtungauf Eisenbasis auf sowohl die Wärmeleitfähigkeitals auch die Härtefür denFall zeigt, dass als Matrixpulver ein Vorabgemisch aus durch Ausfällungshärtung erzieltemKupferlegierungspulver und reinem Kupferpulver verwendet werden.
    [0049] Diefolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung weiter, sollendieselbe jedoch nicht beschränken.
    [0050] Wiees in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist, wurden Legierungspulverauf Eisenbasis mit einer Teilchengröße unter 100 mesh, mit einemAnteil des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr von 40 % hergestellt,und es wurden die jeweiligen Werte des Wärmeexpansionskoeffizientenunter 100°Cgemessen.
    [0051] Eswurden Kupferpulver mit einer Teilchengröße von unter 100 mesh hergestellt,wobei 40 % des Pulvers eine Teilchengröße von 50 μm oder mehr aufwiesen. Die obengenannten Legierungspulver auf Eisenbasis wurden mit den in derTabelle 2 angegebenen Anteilen zu den Kupferpulvern gemischt. DiePulvergemische wurden einer Verdichtung bei einem Druck von 1470MPa unterzogen, um ungebrannte Verdichtungskörper zu erhalten, die bei denin der Tabelle 2 angegebenen Temperaturen in einer Atmosphäre aus dissoziiertem Ammoniakgasgesintert wurden, um Proben 1-01 bis 1-31 zu erhalten. Es wurdendie Wärmeleitfähigkeiten unddie Wärmeexpansionskoeffizientendieser Proben gemessen, und die Ergebnisse sind ebenfalls in derTabelle 2 angegeben. Die aus den in der Tabelle 2 angegebenen Ergebnissenerstellten Kurvenbilder sind diejenigen der 1 bis 4.
    [0052] Beiden Beispielen 1-01 bis 1-09 in der Tabelle 2 sind die Mengen desLegierungspulvers auf Eisenbasis (Fe-36Ni) relativ zur Menge desKupferpulvers variiert. Durch Vergleich dieser Proben ergibt sichder Einfluss des Gehalts an Legierungspulver auf Eisenbasis aufdie Wärmeleitfähigkeitund den Wärmeexpansionskoeffizienten.Diese Einflüssesind in der 1 als Kurvenbilddargestellt. Es ist erkennbar, dass die Probe 1-02, die 5 Massen%eines Legierungspulvers auf Eisenbasis enthält, eine kleinere Wärmeleitfähigkeitund einen kleineren Wärmeexpansionskoeffizientenals die Probe 1-01 aufweist, die kein Legierungspulver auf Eisenbasis(d.h. 100 % Kupfer) enthält,so dass der Wärmeexpansionskoeffizientverbessert war.
    [0053] Beizunehmendem Anteil des Legierungspulvers auf Eisenbasis bestehtdie Tendenz einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeitund des Wärmeexpansionskoeffizienten.Jedoch zeigt die Probe 1-09,die 60 Massen% eines Legierungspulvers auf Eisenbasis enthält, im Gegensatzhierzu einen erhöhtenWärmeexpansionskoeffizienten.Als Grund fürdie Änderungauf eine Zunahme des Wärmeexpansionskoeffizientenwird angenommen, dass beim Sintern bei 500°C eine Überschussmenge an nicht gebundenemLegierungspulver auf Eisenbasis erzeugt wurde, wobei die Ausdehnungdes Kupfers nicht unterdrücktwerden konnte. Anders gesagt, werden zwar mit den Kupferpulverteilchenin Kontakt stehende Teilchen des Legierungspulvers auf Eisenbasis andie Oberflächender Kupferpulverteilchen gebunden, jedoch verbinden sich die Teilchendes Legierungspulvers auf Eisenbasis nicht miteinander. Demgemäß wird davonausgegangen, dass der Effekt einer Unterdrückung der Wärmeausdehnung wegen des Auftretenseines Schlupfs zwischen den Grenzflächen der nicht gebundenen Teilchendes Legierungspulvers auf Eisenbasis während der Wärmeausdehnung von Kupfer nicht erzeugtwerden kann.
    [0054] Beiden Proben 1-10 bis 1-14, 1-15 bis 1-19 sowie 1-20 bis 1-24 betragendie Anteile des Legierungspulvers auf Eisenbasis (Fe-36Ni-5Co) 30,40 bzw. 50 Massen%, wobei die Sintertemperaturen variiert wurden. DurchVergleich dieser Proben ergibt sich der Einfluss der Sintertemperaturauf die Wärmeleitfähigkeitund den Wärmeexpansionskoeffizienten.Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den 2 und 3 alsKurvenbilder dargestellt. Wenn die Sintertemperatur erhöht wird,besteht die Tendenz einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit im Temperaturbereichvon 400°C,500°C und600°C. DieWärmeleitfähigkeitfällt bei1000°C merklich.Andererseits nimmt der Wärmeexpansionskoeffizientim Temperaturbereich von 400°Cbis 500°Cab, währender anschließendbei höherenTemperaturen eine Zunahmetendenz zeigt. Bei einer Temperatur von1000°C steigt derWärmeexpansionskoeffizientmerklich an. Es wird davon ausgegangen, dass das Kupferpulver unddas Legierungspulver auf Eisenbasis ineinander diffundierten unddie Eigenschaften des Materials beim Sintern bei 1000°C beeinträchtigt wurden.Beim Sintern bei einer Temperatur von 300°C war die Stärke schlechter, da der Sintervorgangder Matrix nicht fortschritt. Unabhängig vom Gewichtsanteil desLegierungspulvers auf Eisenbasis zeigten alle Proben eine ähnlicheTendenz. Angesichts der obigen Ergebnisse zeigt es sich, dass die geeigneteSintertemperatur im Bereich von 400°C bis 600°C liegt.
    [0055] DieProben 1-06, 1-17, 1-26, 1-29 und 1-31 wurden bei einem Gehalt von40 Massen% von Legierungspulvern auf Eisenbasis verschiedener Zusammensetzungenbei einer Temperatur von 500°Cgesintert. Durch Vergleich dieser Proben ergibt sich der Einflussder Art des Legierungspulvers auf Eisenbasis auf die Wärmeleitfähigkeitund den Wärmeexpansionskoeffizienten.Derartige Einflüssesind in der 4 veranschaulicht.Bei jeder der Proben, die ein Legierungspulver auf Eisenbasis miteinem Wärmeexpansionskoeffizienten von 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, enthalten,sind die Werte der Wärmeleitfähigkeitunabhängigvon der Art des Legierungspulvers auf Eisenbasis beinahe gleich,und der Wärmeexpansionskoeffizient warauf niedrige Werte gesenkt.
    [0056] Angesichtsder vorstehenden Ergebnisse wurde geklärt, dass die im Temperaturbereichvon 400 bis 600°Cgesinterten Proben, die 5 bis 60 Massen% eines dispergierten Legierungspulversauf Eisenbasis mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, enthalten,das in der Kupfermatrix dispergiert war, einen kleinen Wärmeexpansionskoeffizientzeigen, ohne dass die Wärmeleitfähigkeit übermäßig verringertwäre.
    [0057] Gemischeeines Kupferpulvers mit einer Teilchengröße unter 100 mesh und einesLegierungspulvers auf Eisenbasis in Form von Fe-36Ni mit einer Teilchengröße von 100mesh wurden einem Verdichtungsvorgang bei einem Druck von 1470 MPaunterzogen. Diejenigen Zusammensetzungen, die verschiedene Mengen anPulvermaterialien mit den spezifizierten Teilchengrößen enthalten,sind in der folgenden Tabelle 3 als Proben 1-06 sowie 1-32 bis 1-39angegeben, wobei die Mischungsanteile der jeweiligen Proben dieselbenwie der Mischungsanteil der Probe 1-06 beim Beispiel 1 waren, d.h. 60 Massen% an reinem Kupferpulver und 50 Massen% eines Legierungspulversauf Eisenbasis. Die erhaltenen ungebrannten Verdichtungskörper wurdenbei 500°Cin einer Atmosphäreaus dissoziiertem Ammoniakgas gesintert. Es wurden die Wärmeleitfähigkeiten unddie Wärmeexpansionskoeffizientendieser Proben gemessen, und die zugehörigen Ergebnisse sind ebenfallsin der Tabelle 3 angegeben.
    [0058] DieProben 1-06 und 1-32 bis 1-36 enthalten ein Kupferpulver, von dem60 % der Teilchen eine Teilchengröße von 50 μm oder mehr aufweisen, sowieein Legierungspulver auf Eisenbasis mit verschiedenen Pulvermengenmit einer Teilchengröße von 50 μm oder weniger.Durch Vergleichen dieser Proben ergibt sich der Einfluss des Anteilsvon Pulver mit 50 μmoder weniger der Teilchengröße im Pulverauf Eisenbasis auf die Wärmeleitfähigkeitund den Wärmeexpansionskoeffizienten.Aus den Ergebnissen in der Tabelle 3 ist es erkennbar, dass beieiner Abnahme des Gehalts von Pulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder weniger betreffenddie Legierungspulver auf Eisenbasis die Wärmeleitfähigkeit verbessert ist, wobeijedoch der Wärmeexpansionskoeffizientkonstant ist. Insbesondere zeigten die Proben mit 60 % oder wenigerder Teilchen mit einer Teilchengröße von 50 μm oder weniger betreffend dieLegierungspulver auf Eisenbasis gute Wärmeleitfähigkeiten von 100 W/m·K.
    [0059] DieProben 1-06 sowie 1-37 bis 1-39 enthalten ein Legierungspulver aufEisenbasis, bei dem 40 % des Pulvers über eine Teilchengröße von 50 μm oder wenigerverfügen,wobei verschiedene Mengen von Kupferpulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrvorliegen. Durch Vergleichen dieser Proben ergibt sich der Einflussdes Anteils von Kupferpulver mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrauf die Wärmeleitfähigkeitund den Wärmeexpansionskoeffizienten.Es ist erkennbar, dass mit zunehmendem Gehalt an Kupferpulver miteiner Teilchengröße von 50 μm oder mehrdie Wärmeleitfähigkeitabnimmt. Proben mit 60 % oder weniger an Kupferpulver mit einerTeilchengröße von 50 μm oder mehrzeigten gute Wärmeleitfähigkeitenvon mehr als 100 W/m·K.
    [0060] Angesichtsder vorstehenden Ergebnisse war es ersichtlich, dass dann, wennein Matrixpulver eine Teilchengröße von unter100 mesh aufweist und es zu 60 % oder weniger über Teilchen mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrverfügt,und wenn das oben genannte Legierungspulver auf Eisenbasis eineTeilchengröße von unter100 mesh aufweist und 60 % oder weniger der Teilchen des Pulverseine Teilchengröße von 50 μm oder wenigeraufweisen, der Effekt besonders hoch ist.
    [0061] Eswurden mehrere durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver mit unter 100 mesh, bei denen 70 % der Teilcheneine Teilchengröße von 50 μm oder mehraufwiesen, so hergestellt, wie es in den Tabellen 4 und 6 angegebenist. Indessen wurden auch reine Kupferpulver mit 100 mesh, bei denen40 % der Teilchen eine Teilchengröße von 50 μm oder mehr aufwiesen, hergestellt.Dann wurden die in der Tabelle 1 angegebenen Legierungspulver aufEisenbasis mit den hergestellten, durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungspulvernund den hergestellten Kupferpulvern mit den in den Tabellen 4 und6 angegebenen Verhältnissenvermischt. Die Pulvergemische wurden dann einem Verdichtungsvorgangbei einem Druck von 1470 MPa unterzogen, und die erhaltenen ungebranntenVerdichtungskörperwurden in einer Atmosphäredissoziierten Ammoniakgases bei den in den Tabelle 5 und 7 angegebenenTemperaturen gesintert, um Proben 2-01 bis 2-37 zu erhalten. Für jede dieserProben wurden die Wärmeleitfähigkeit,der Wärmeexpansionskoeffizientund die Härtegemessen, wobei die zugehörigenErgebnisse ebenfalls in den Tabellen 5 und 7 angegeben sind.
    [0062] DieProben 2-01 bis 2-05, 2-10 sowie 2-17 bis 2-19 bestanden aus einemdurch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver (Cu-0,3Ni-0,3Fe-0,15P) und einem Legierungspulverauf Eisenbasis (Fe-36Ni), wobei die Mischungsverhältnissejeweils zueinander variiert waren. Durch Vergleichen dieser Probenergibt sich der Einfluss des Gehalts des Legie rungspulvers auf Eisenbasisauf die Wärmeleitfähigkeit,den Wärmeexpansionskoeffizientenund die Härte.Das Kurvenbild der 5 zeigtdie Beziehung zwischen den Zusatzmengen an Legierungspulver aufEisenbasis und sowohl der Wärmeleitfähigkeitals auch dem Wärmeexpansionskoeffizienten.
    [0063] Angesichtsdieser Ergebnisse ergibt es sich, dass die Probe 2-02, die 5 Massen%eines Legierungspulvers auf Eisenbasis enthält, eine kleinere Wärmeleitfähigkeitund einen kleineren Wärmeexpansionskoeffizientenals die Proben 2-01 aufweist, die kein Legierungspulver auf Eisenbasisenthält.Bei zunehmender Zusatzmenge des Legierungspulvers auf Eisenbasisbesteht die Tendenz einer Abnahme der Werte der Wärmeleitfähigkeitund des Wärmeexpansionskoeffizienten.Jedoch ist bei der Probe 2-19, die mehr als 60 Massen% eines Legierungspulversauf Eisenbasis enthält,im Gegensatz hierzu der Wärmeexpansionskoeffizienterhöht. Eswird davon ausgegangen, dass die Tendenz einer Zunahme des Wärmeexpansionskoeffizientenauf dem Grund beruht, dass beim Sintern bei 500°C eine Überschussmenge an Legierungspulverauf Eisenbasis ohne Bindung erzeugt wird, so dass es nicht möglich war,die Expansion der Matrix der durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungzu unterdrücken.Anders gesagt, sind zwar die Legierungspulver auf Eisenbasis in derKontaktoberflächenschichtmit dem durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver verbunden, jedoch sind die Legierungspulverteilchenauf Eisenbasis nicht miteinander verbunden.
    [0064] Demgemäß wird davonausgegangen, dass der Unterdrückungseffektbetreffend die Wärmeausdehnungbei der Wärmeausdehnungvon Kupfer wegen des Auftretens eines Schlupfs zwischen den Grenzflächen dernicht verbundenen Legierungspulverteilchen auf Eisenbasis nichterzeugt werden kann.
    [0065] DieProben 2-05 bis 2-09 sowie 2-10 bis 2-16 enthalten je weils dieselbeMenge eines Legierungspulvers auf Eisenbasis (Fe-36Ni). Die Mischungsanteilebetreffend das durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver (Cu-0,3Ni-0,3Fe-0,15P) und das reine Kupferpulverwurden variiert. Wenn diese Proben miteinander verglichen werden,zeigt sich der Einfluss des Mischungsanteils von reinem Kupferpulverim Matrixpulver auf die Wärmeleitfähigkeit,den Wärmeexpansionskoeffizientenund die Härte.Die Beziehung zwischen dem Mischungsanteil des reinen Kupferpulversund der Wärmeleitfähigkeitist im Kurvenbild der 6 dargestellt,und die Beziehung zwischen dem Mischungsanteil des reinen Kupferpulversund der Härteist im Kurvenbild der 7 dargestellt.
    [0066] Angesichtsdieser Ergebnisse zeigt es sich, mittels der Tabellen 4 und 5, dassder Wärmeexpansionskoeffizientselbst dann konstant ist, wenn reines Kupferpulver zum durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver zugesetzt wird, dass jedoch die Wärmeleitfähigkeitbei einem Zusatz von 25 Massen% reinen Kupferpulvers zunimmt, wiees aus der 6 erkennbarist. Jedoch zeigt es sich, dass ein Zusatz von mehr als 50 Massen%bezogen auf die erhöhteZusatzmenge nur zu einer kleinen Verbesserung der Wärmeleitfähigkeitführt.Indessen bleibt die Härtebis zu einer Zusatzmenge von 50 Massen% reinen Kupferpulvers auf einemkonstant hohen Wert, währendeine Tendenz der Abnahme dieses Werts besteht, wenn die Zusatzmenge50 Massen% übersteigt.Wenn die Zusatzmenge größer als75 Massen% ist, fälltdie Härtemerklich, wie es aus der 7 erkennbarist. Daraus ergibt es sich, dass der Zusatz von reinem Kupferpulverzum durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver die Wärmeleitfähigkeitverbessern kann, dass jedoch eine Zusatzmenge von 75 Massen% oderweniger im Hinblick auf die Härtegeeignet ist.
    [0067] DieSintertemperaturen wurden bei den Proben 2-20 bis 2-24 variiert,die aus einem Pulvergemisch von 60 Massen% eines durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers (Cu-0,3Ni-0,3Fe-0,15P) und 40 Massen% einesLegierungspulvers auf Eisenbasis (Fe-36Ni) bestanden. Durch Vergleichendieser Proben ergibt sich der Einfluss der Sintertemperatur aufdie Wärmeleitfähigkeit,den Wärmeexpansionskoeffizientenund die Härte.Die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und einerseits der Wärmeleitfähigkeitsowie andererseits dem Wärmeexpansionskoeffizientenist im Kurvenbild der 8 dargestellt,und die Beziehung zwischen den Sintertemperaturen und der Härte istin der 9 dargestellt.
    [0068] Ausdiesen Ergebnissen ist es ersichtlich, dass die Wärmeleitfähigkeitdann verbessert wird, wenn die Sintertemperatur auf 400°C erhöht wird,währendsich im Bereich von 500°Cbis 600°Ceine Abnahmetendenz zeigt, mit einer weiteren Abnahme im Bereichbis zu einer Sintertemperatur von 1000°C. Indessen nimmt der Wärmeexpansionskoeffizientmit einem Anstieg der Sintertemperatur bis auf 400°C ab, wobeier danach eine Zunahmetendenz zeigt, mit einer weiteren merklichenZunahme nahe 1000°C.Betreffend die Härte,zeigt diese bei einem Anstieg der Sintertemperatur einen Anstiegbis zu einem Spitzenwert bei 500°C,und überdieser Temperatur zeigt sich eine Abnahmetendenz mit einem merklichverringerten Wert bei 1000°C.Es wird davon ausgegangen, dass diese Effekte durch die Tatsacheverursacht werden, dass das Kupferpulver und das Legierungspulverauf Eisenbasis beim Sintern bei 1000°C ineinander diffundieren, wodurchdie Eigenschaften beeinträchtigtwerden. Übrigenswar die Festigkeit bei einer Sintertemperatur von 300°C nicht gut,da es zu keinem Fortschreiten des Sinterns der Matrix kam.
    [0069] Unabhängig vonden Zusatzmengen wurden dieselben Tendenzen beobachtet, so dassdavon ausgegangen wird, dass die bevorzugte Sintertemperatur imBereich von 400°Cbis 600°Cliegt.
    [0070] Beiden Proben 2-10, 2-22, 2-25 bis 2-27, 2-28 bis 2-32 sowie 2-33 bis2-37 wurden jeweils verschiedene Arten von Legierungspulvern aufEisenbasis mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C bezogenauf dasselbe durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver variiert. Beim Beispiel 2-16 erfolgte derVergleich mit reinem Kupferpulver ohne Verwendung eines durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers. Durch Vergleich dieser Proben ergibt sichdie Änderungder Wärmeleitfähigkeit,des Wärmeexpansionskoeffizientenund der Härteabhängigvon einer Variation der Art des Legierungspulvers auf Eisenbasis.Die Beziehungen sind in den Balkendiagrammen in den 10 bis 12 dargestellt.Die Zahlen oben an den Balken geben die jeweiligen Probennummernan.
    [0071] Ausdiesen Ergebnissen ergibt es sich, dass sich die Wärmeleitfähigkeitabhängigvon einer Änderung derWärmeleitfähigkeitder Matrix ändert,jedoch kaum durch die Art des Legierungspulvers auf Eisenbasis beeinflusstwird. Ferner ist der Wärmeexpansionskoeffizientniedriger als dann, wenn kein Legierungspulver auf Eisenbasis verwendetwird, und es werden beinahe gleiche Werte erzielt, wenn eine beliebigeArt eines Legierungspulvers auf Eisenbasis verwendet wird. Es wurdeauch geklärt,dass die Härtebei der Verwendung eines beliebigen durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungspulversund eines Legierungspulvers auf Eisenbasis größer als bei Verwendung vonreinem Kupfer und einem Legierungspulver auf Eisenbasis ist.
    [0072] Ausden vorstehenden Ergebnissen ergibt es sich, dass Proben, die 5bis 60 Massen% einer Dispersion eines Legierungspulvers auf Eisenbasismit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, in derKupfermatrix hohe Wärmeleitfähigkeitenund kleine Wärme expansionskoeffizientenaufweisen. Es wurde auch geklärt,dass im Temperaturbereich von 400°Cbis 600°Cgesinterte Proben hohe Wärmeleitfähigkeiten,kleine Wärmeexpansionskoeffizientenund erhöhteHärtewerteaufweisen.
    [0073] Fernerwurde geklärt,dass selbst dann, wenn die Art des Legierungspulvers auf Eisenbasismit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, geändert wird,die erhaltenen Materialien beinahe dieselben Werte wie des Wärmeexpansionskoeffizientenund der Härte,unabhängigvon der Art des durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers, zeigen, wobei jedoch die Wärmeleitfähigkeitabhängigvon den Eigenschaften des durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungspulversvariiert. Die oben genannte Variation der Wärmeleitfähigkeit aufgrund des durchAusfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers kann durch Zusetzen von 75 Massen% oderweniger reinen Kupferpulvers verbessert werden, wodurch insgesamtder Effekt der Erfindung klargestellt werden konnte.
    [0074] Wiees in der Tabelle 8 angegeben ist, wurden reines Kupferpulver, durchAusfällungshärtung erzieltes Kupferlegierungspulverin Form der Legierung Cu-0,3Ni-0,3Fe-015P sowie Legierungspulverauf Eisenbasis in Form von Fe-36Ni mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder darunter, gemessen unter 100°C, verwendet.Pulvergemische wurden dadurch hergestellt, dass 30 Massen% einesdurch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers, 30 Massen% reinen Kupferpulvers und 40Massen% eines Legierungspulvers auf Eisenbasis gemischt wurden.Ungebrannte Verdichtungskörperder Kupfergemische wurden durch Verdichten bei einem Druck von 1470MPa hergestellt, gefolgt von einem Sintern in einer Atmosphäre dissoziiertenAmmoniakgases bei einer Temperatur von 500°C, um Proben 2-38 bis 2-50 zuerhalten. Es wurden die Wärmeleitfähigkeitund die Härtejeder Probe gemessen, wobei die zugehörigen Ergebnisse in der Tabelle8 gemeinsam mit den Ergebnissen der Probe 2-13 beim Beispiel 3 angegebensind.
    [0075] DurchVergleichen der Proben 2-13 sowie 2-38 bis 2-42 ergeben sich dieEinflüssedes Gehalts des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr im durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver auf die Wärmeleitfähigkeitund die Härte,wobei diese Einflüsseim Kurvenbild der 13 dargestellt sind.Die Wärmeleitfähigkeitnimmt bei einer Zunahme des Gehalts des Pulvers mit einer Teil chengröße von 50 μm oder mehrim durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver in gewissem Ausmaß zu, jedoch nimmt sie ab,wenn der Gehalt über75 % beträgt.
    [0076] Eswird davon ausgegangen, dass die obige Tatsache auf dem Grund beruht,dass die Teilchen im durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver mit kleinerer Größe größere Oberflächen aufweisen und für vielewechselseitige Kontaktpunkte sorgen, oder für viele Kontaktpunkte zwischenihnen und den Teilchen des reinen Kupferpulvers oder des Legierungspulversauf Eisenbasis sorgen. So beschleunigen die vielen Kontaktpunktedie Diffusion, und sie machen die Matrix dicht, mit dem Ergebniseiner verbesserten Wärmeleitfähigkeitder Matrix. Wenn die Teilchengröße des durchAusfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers kleiner als diejenige des Kupferpulversist, ist davon auszugehen, dass die Erzeugung eines Netzwerks einerreinen Kupferphase behindert ist und dass es zu einer Isolierungund Dispersion eines Teils der reinen Kupferphase kommt, was zueiner geringfügigenAbnahme der Wärmeleitfähigkeitführt.
    [0077] Indessennimmt, wenn der Gehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrim durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver über75 % beträgt,der Anteil desselben lokal zu, und es wird eine gleichmäßige Wärmeübertragungunterdrückt.Angesichts dieser Ergebnisse ist klargestellt, dass der Gehalt desPulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrim durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver vorzugsweise 70 % oder weniger beträgt.
    [0078] DurchVergleich der Proben 2-13 und 2-43 bis 2-46 ergibt sich der Einflussdes Gehalts eines Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr in reinem Kupferpulverauf die Wärmeleitfähigkeitund die Härte. Die 14 ist ein Kur venbild, dasdie Einflüssedarstellt. Angesichts dieser Ergebnisse zeigt es sich, dass dann,wenn der Gehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr im reinen Kupferpulver40 % oder weniger beträgt,die Wärmeleitfähigkeiteinen beinahe konstanten Wert zeigt, mit der Tendenz einer geringfügigen Abnahmebei einem Überschreitenvon 40%.
    [0079] Eswird davon ausgegangen, dass der Grund für diese Tatsache darin liegt,dass bei einem reinen Kupferlegierungspulver mit kleinerer Teilchengröße die Teilcheneine größere Oberfläche aufweisenund sie übermehr Kontaktpunkte zwischen ihnen oder zwischen ihnen und den Teilchendes durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers oder den Teilchen des Legierungspulversauf Eisenbasis aufweisen. Dies beschleunigt die wechselseitige Diffusionder Pulver und macht die Matrix dicht, wodurch im Ergebnis die Wärmeleitfähigkeitder Matrix verbessert ist. Außerdembesteht die Möglichkeit,dass feines, reines Kupferpulver in den Zwischenräumen desdurch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulvers und/oder des Legierungspulvers auf Eisenbasisexistiert, um dabei eine reine Kupferphase mit Netzwerkstrukturzu bilden.
    [0080] Indessenwird davon ausgegangen, dass dann, wenn der Gehalt des Pulvers miteiner Teilchengröße von 50 μm oder mehr40 % im reinen Kupferpulver übersteigt,die Ausbildung der Netzwerkstruktur lokal behindert wird, wodurches zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeitkommt. Daher wurde klargestellt, dass der Gehalt des Pulvers miteiner Teilchengröße von 50 μm oder mehrim reinen Kupferpulver vorzugsweise 40 % oder weniger beträgt.
    [0081] DurchVergleiche der Proben 2-13 und 2-47 bis 2-50 ergibt sich der Einflussdes Gehalts des Pulvers mit einer Teil chengröße von 50 μm oder mehr im Legierungspulverauf Eisenbasis auf die Wärmeleitfähigkeit unddie Härte.Das Kurvenbild der 15 zeigtdiese Ergebnisse.
    [0082] Ausden vorstehenden Ergebnissen ergibt es sich, dass dann, wenn derGehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr im Legierungspulverauf Eisenbasis 40 % oder mehr beträgt, die Wärmeleitfähigkeit beinahe konstant ist,währenddann, wenn der Gehalt unter 40 % beträgt, eine geringfügige Tendenzeiner Abnahme der Wärmeleitfähigkeitbeobachtet wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Abnahme derWärmeleitfähigkeitdadurch hervorgerufen wird, dass die Teilchengrößenverteilung des Legierungspulvers aufEisenbasis zur Seite feiner Teilchen verschoben ist, was die Diffusionin der Matrix erleichtert. So wurde geklärt, dass der Gehalt des Pulversmit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehrim Legierungspulver auf Eisenbasis vorzugsweise 40 oder mehr beträgt.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Material auf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeitmit einer Matrix, die aus der aus einer Matrix einer reinen Kupferphase,einer Matrix einer durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungsphase und einer Matrix eines Gemischs dieser Phasenbestehenden Gruppe ausgewählt istund die eine Dispersion von 5 bis 60 Massen% eines Legierungspulversauf Eisenbasis mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, enthält.
    [2] Material auf Kupferbasis mit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeit,mit einer Matrix eines Gemischs von 75 Massen% oder weniger einerreinen Kupferphase und einer durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierungsphaseals Rest.
    [3] Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die reine Kupferphase in einer Netzwerkstruktur dispergiertist.
    [4] Verfahren zum Herstellen eines Materials auf Kupferbasismit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeit,mit den folgenden Schritten: – Zusetzen von 5 bis 60 Massen%eines Legierungspulvers auf Eisenbasis mit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, zu einemMatrixpulver, das aus der aus reinem Kupferpulver, einem durch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver und einem Vor-Pulvergemisch derselben bestehendenGruppe ausgewähltwird; – Vermischendes Legierungspulvers auf Eisenbasis und des Matrixpulvers, um einPulvergemisch derselben herzustellen; – Verdichten des Pulvergemischsunter Druck zu einem unge brannten Verdichtungskörper mit einer relativen Dichtevon 93 % oder mehr; und – Sinterndes ungebrannten Verdichtungskörpersbei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 600°C.
    [5] Verfahren zum Herstellen eines Materials auf Kupferbasismit niedriger Wärmeausdehnungund hoher Wärmeleitfähigkeit,mit den folgenden Schritten: – Herstellen eines Matrixpulversdurch Hinzufügenvon 75 Massen% oder weniger reinen Kupferpulvers zu einem durchAusfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver; – weiteresZusetzen von 5 bis 60 Massen% eines Legierungspulvers auf Eisenbasismit einem Wärmeexpansionskoeffizientenvon 6 × 10-6/K oder weniger, gemessen unter 100°C, zum genanntenMatrixpulver; – Vermischender Pulver zum Erzeugen eines Pulvergemischs derselben; – Vermischendes Legierungspulvers auf Eisenbasis und des Matrixpulvers, um einPulvergemisch derselben herzustellen; – Verdichten des Pulvergemischsunter Druck zu einem ungebrannten Verdichtungskörper mit einer relativen Dichtevon 93 % oder mehr; und – Sinterndes ungebrannten Verdichtungskörpersbei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 600°C.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass – einKupferpulver mit Teilchen mit einer Teilchengröße von 100 mesh verwendet wird,wobei der Gehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr60 % oder weniger beträgt; – ein durchAusfällungshärtung erzieltesKupferlegierungspulver mit Teilchen unter 100 mesh verwendet wird, wobeider Anteil des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr 70 % oder wenigerbeträgt;und – einLegierungspulver auf Eisenbasis mit Teilchen unter 100 mesh verwendetwird, wobei der Gehalt des Pulvers mit einer Teilchengröße von 50 μm oder weniger60 % oder weniger beträgt.
    [7] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass als Matrixpulver ein Gemisch aus einem Kupferpulver und einemdurch Ausfällungshärtung erzieltenKupferlegierungspulver verwendet wird, wobei die Teilchengröße des Kupferlegierungspulversunter 100 mesh liegt und der Gehalt des Pulvers in ihm mit einer Teilchengröße von 50 μm oder mehr40 % oder weniger beträgt.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass das durch Ausfällungshärtung erzielteKupferlegierungspulver durch schnelles Verfestigen einer durch Ausfällungshärtung erzielten Kupferlegierunghergestellt wird.
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