層疊體、導(dǎo)電材料及層疊體的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明利用冷噴射法制造界面強(qiáng)度高、在鋁基材上層疊銅皮膜而成的層疊體、或在銅基材上層疊鋁皮膜而成的層疊體。本發(fā)明的層疊體（10）具備：基材（1），其由鋁或含有鋁的合金形成；中間層（2），在基材（1）表面，由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成；以及皮膜層（3），在中間層（2）的表面，將銅或含有銅的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成。
【專利說明】層疊體、導(dǎo)電材料及層疊體的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及層疊體、導(dǎo)電材料及層疊體的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為噴鍍法的I種，通過將材料粉末高溫、高速地向基材吹送而將該材料粉末堆積、涂布在基材上的冷噴射方法受到關(guān)注。冷噴射方法中，通過與加熱到材料粉末的熔點或軟化點以下的惰性氣體一起，從縮擴(kuò)(Laval)噴嘴噴射，使成為皮膜的材料以固相狀態(tài)沖撞基材而在基材的表面形成皮膜，因此可以獲得沒有相變且氧化也被抑制了的金屬皮膜。
[0003]以往，作為冷噴射方法，公開過將基材的溫度控制為規(guī)定溫度后、將材料粉末噴射的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)I)、控制基材和/或惰性氣體的溫度而形成金屬皮膜的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008 - 302317號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008 - 127676號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的 問題
[0009]但是，在將利用冷噴射法形成了金屬皮膜的層疊體用于導(dǎo)電材料等中的情況下，適合使用具有高導(dǎo)電性的層疊體。然而，利用冷噴射法層疊的層疊體不具有所需的導(dǎo)電性，因此需要進(jìn)行退火處理。
[0010]在將銅退火處理的情況下，通常在300-600°C左右進(jìn)行退火處理，而在鋁基材上層疊了銅皮膜的層疊體中，無法將退火溫度提高到600°C。一般來說，越是在高溫下進(jìn)行退火處理，越有望提高銅皮膜的加工性及導(dǎo)電性，然而如果將銅/鋁層疊體在250°C以上的溫度下進(jìn)行退火處理，則會在銅與鋁的界面中生成金屬間化合物，具有界面的強(qiáng)度降低及層疊體的電阻增大的問題。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的在于，可以抑制該層疊體的界面中的金屬間化合物的生成，防止層疊體的界面的強(qiáng)度的降低的同時，提供一種層疊體、使用該層疊體的導(dǎo)電材料和層疊體的制造方法，所述層疊體是使用冷噴射法將銅皮膜層疊于鋁基材上、或?qū)X皮膜層疊于銅基材上的層疊體。
[0012]解決問題的手段
[0013]為了解決上述的問題，達(dá)成目的，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，具備:基材，其由鋁或含有鋁的合金形成；中間層，在所述基材表面，由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成；以及皮膜層，在所述中間層的表面，將銅或含有銅的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成。
[0014]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，具備:基材，其由銅或含有銅的合金形成；中間層，在所述基材表面，由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成；以及皮膜層，在所述中間層的表面，將鋁或含有鋁的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成。
[0015]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，在上述發(fā)明中，所述層疊體在形成所述皮膜層后，在規(guī)定溫度下進(jìn)行加熱處理。
[0016]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，在上述發(fā)明中，所述加熱處理溫度為300 -500。。。
[0017]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，在上述發(fā)明中，所述中間層是所述元素
的多層層疊體。
[0018]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，在上述發(fā)明中，所述中間層的厚度為
0.2 -20 μ m。
[0019]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的特征在于，在上述發(fā)明中，利用噴鍍、冷噴射、鍍敷、濺射、或CVD形成所述中間層。
[0020]另外，本發(fā)明所涉及的導(dǎo) 電材料的特征在于，使用上述的任意一項所述的層疊體。
[0021]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的制造方法的特征在于，包括:中間層形成步驟，在利用鋁或含有鋁的合金形成的基材的表面，形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成的中間層；皮膜層形成步驟，在所述中間層的表面，將銅或含有銅的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成皮膜層。
[0022]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的制造方法的特征在于，包括:中間層形成步驟，在利用銅或含有銅的合金形成的基材的表面，形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成的中間層；皮膜層形成步驟，在所述中間層的表面，將鋁或含有鋁的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成皮膜層。
[0023]另外，本發(fā)明所涉及的層疊體的制造方法的特征在于，在所述皮膜層形成步驟后，包括在規(guī)定溫度下進(jìn)行加熱處理的退火處理步驟。
[0024]發(fā)明效果
[0025]本發(fā)明所涉及的層疊體起到如下的效果，即，通過在鋁基材與銅皮膜之間、或銅基材與鋁皮膜之間，設(shè)置由規(guī)定的金屬等形成的中間層，由此來抑制在將該層疊體進(jìn)行退火處理時可能發(fā)生的鋁與銅的金屬間化合物的生成，防止界面處的強(qiáng)度降低，提高層疊體的導(dǎo)電性。此外，本發(fā)明的層疊體即使在未進(jìn)行退火處理的情況下，在長時間的使用環(huán)境下也可以抑制金屬間化合物的生成，因此起到可以保持層疊體的界面處的強(qiáng)度的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體的構(gòu)成的示意圖。
[0027]圖2是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體的制造中使用的冷噴射裝置的概要的示意圖。
[0028]圖3是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0029]圖4是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖5是表示比較例所涉及的層疊體的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]圖6是表示本發(fā)明的層疊體的長時間保持試驗后的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖7是表示比較例所涉及的層疊體的長時間保持試驗后的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0033]以下，對用于實施本發(fā)明的方式與附圖一起進(jìn)行詳細(xì)說明。而且，本發(fā)明并不受以下的實施方式限定。另外，在以下的說明中參照的各圖只不過是在可以理解本發(fā)明的內(nèi)容的程度內(nèi)對形狀、大小、以及位置關(guān)系進(jìn)行概略性的表示。即，本發(fā)明并不僅限定于各圖中例示的形狀、大小、以 及位置關(guān)系。
[0034]首先，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體的構(gòu)成的示意圖。
[0035]層疊體10由基材1、形成于基材I的表面的中間層2、以及利用后述的冷噴射法層疊于中間層2上的金屬皮膜3構(gòu)成。
[0036]基材I使用近似板狀的基材，由鋁或鋁合金形成。
[0037]中間層2是在基材I的表面利用噴鍍、冷噴射、鍍敷、濺射或CVD形成的皮膜。中間層2由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成。中間層2優(yōu)選為0.2-20 μ m的厚度。這是因為，如果小于
0.2 μ m，則抑制基材I與后述的金屬皮膜3之間的金屬間化合物的生成的效果變小，另外如果厚度大于20 μ m，則有可能對層疊體10的導(dǎo)電性等造成影響。另外，中間層2除了上述的由任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成的I層結(jié)構(gòu)的中間層2以外，也可以制成由上述的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金分別形成的2層以上的多層結(jié)構(gòu)的中間層2。
[0038]金屬皮膜3是隔著中間層2形成于基材I的表面的銅或銅合金的皮膜。金屬皮膜3是通過將銅或銅合金的粉末材料利用后述的冷噴射裝置與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向中間層2的與基材I接觸的面的相反一面吹送而堆積形成。
[0039]下面，參照圖2，對金屬皮膜3的形成進(jìn)行說明。圖2是表示金屬皮膜3的形成中使用的冷噴射裝置的概要的示意圖。
[0040]冷噴射裝置60具備加熱壓縮氣體的氣體加熱器61、收容向基材噴射的粉末材料并向噴槍62供給的粉末供給裝置63、將在噴槍62中與加熱了的壓縮氣體混合的材料粉末向基材I噴射的氣體噴嘴64。
[0041]作為壓縮氣體，可以使用氦氣、氮氣、空氣等。所供給的壓縮氣體由閥門65及66分別向氣體加熱器61和粉末供給裝置63供給。向氣體加熱器61供給的壓縮氣體在被加熱到例如50°C以上、且在作為金屬皮膜3的材料粉末的銅或銅合金的熔點以下的溫度后，向噴槍63供給。壓縮氣體的加熱溫度優(yōu)選為300-900°C。
[0042]向粉末供給裝置63供給的壓縮氣體將粉末供給裝置63內(nèi)的例如粒徑為10-100 μ m左右的材料粉末以達(dá)到規(guī)定的噴出量的方式向噴槍62供給。被加熱了的壓縮氣體被制成縮擴(kuò)形狀的氣體噴嘴64弄成超音速流(約340m/s以上)。另外，壓縮氣體的氣體壓力優(yōu)選設(shè)為I-5MPa左右。通過將壓縮氣體的壓力設(shè)為I-5MPa左右，就可以實現(xiàn)基材I與金屬皮膜3之間的密合強(qiáng)度的提高。優(yōu)選以2-4MPa左右的壓力進(jìn)行處理。向噴槍62供給的粉末材料因被投入該壓縮氣體的超音速流中而被加速，在保持固相狀態(tài)下與基材高速沖撞而形成皮膜。而且，只要是可以使材料粉末以固相狀態(tài)與基材I沖撞而形成皮膜的裝置，就不限定于圖2的冷噴射裝置60。
[0043]在利用冷噴射裝置隔著中間層2在基材I上形成金屬皮膜3后，對層疊體10進(jìn)行在規(guī)定溫度下加熱處理的退火處理。退火處理溫度優(yōu)選在300-500°C下進(jìn)行。通過在300°C以上的溫度下加熱，可以降低由銅或銅合金構(gòu)成的金屬皮膜3的硬度而提高加工性，并且可以提高層疊體10的導(dǎo)電性。另外，通過設(shè)為500°C以下的溫度，可以減少由加熱造成的對層疊體10的影響。
[0044]本發(fā)明的實施方式所涉及的層疊體10由于在由鋁或鋁合金構(gòu)成的基材I與利用冷噴射裝置60層疊的銅或銅合金的金屬皮膜3之間，形成抑制鋁與銅的金屬間化合物的形成的由規(guī)定的金屬等構(gòu)成的中間層2，因此可以在更高溫度下進(jìn)行退火處理，可以在抑制層疊體10的界面處的強(qiáng)度降低的同時，實現(xiàn)層疊體10的加工性及導(dǎo)電性的提高。
[0045]而且，雖然上述的本發(fā)明的實施方式對如下的層疊體10進(jìn)行了說明，即，作為基材I選擇鋁或鋁，在基材I上形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金構(gòu)成的中間層2，利用冷噴射裝置60在中間層2的表面形成由銅或銅合金構(gòu)成的金屬皮膜3，然而對于如下的層疊體10也可以同樣地制造，即，作為基材I選擇銅或銅合金，在基材I上形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、猛、鎳、娃或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金構(gòu)成的中間層2，利用冷噴射裝置60在中間層2的表面形成由鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬皮膜3。
[0046]在隔著中間層2在由銅或銅合金構(gòu)成的基材I上形成鋁或鋁合金的金屬皮膜3的情況下，將冷噴射裝置60中使用的壓縮氣體加熱到例如50°C以上、且在作為金屬皮膜3的材料粉末的鋁或鋁合金的熔點以下、優(yōu)選為200-400°C后進(jìn)行。
[0047]在由銅或銅合金構(gòu)成的基材I與利用冷噴射裝置60層疊的鋁或鋁合金的金屬皮膜3之間形成了抑制鋁與銅的金屬間化合物的形成的由規(guī)定的元素構(gòu)成的中間層2的本發(fā)明的層疊體10可以在高溫下進(jìn)行退火處理，從而可以在抑制層疊體10的界面處的強(qiáng)度降低的同時，實現(xiàn)層疊體10的加工性及導(dǎo)電性的提高。
[0048]實施例
[0049](實施例1)
[0050]在由鋁構(gòu)成的基材I上，利用鍍敷法形成銀或鎳的中間層2 (厚度:5μπι)，利用冷噴射裝置60在中間層2的與基材I接觸的面的相反一側(cè)的面形成銅的金屬皮膜3(壓縮氣體溫度:800°C、氣體壓力:5MPa)，形成層疊體10。對該層疊體10在真空中、在400°C下進(jìn)行4小時退火處理，對于鋁與銅的金屬間化合物的形成進(jìn)行了確認(rèn)。另外，作為比較例，在由鋁構(gòu)成的基材I上，不形成規(guī)定的中間層2，利用冷噴射裝置在基材I表面形成銅的金屬皮膜3而制成層疊體，對于該層疊體(壓縮氣體溫度:800°C、氣體壓力:5MPa)，也同樣地在真空中、400°C下進(jìn)行了 4小時退火處理，對金屬間化合物的形成進(jìn)行了確認(rèn)。[0051]圖3是表示用銀形成了中間層2的本發(fā)明的實施例1所涉及的層疊體10的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示用鎳形成了中間層2的本發(fā)明的實施例1所涉及的層疊體10的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示比較例所涉及的層疊體的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0052]如圖5所示，比較例中，由于不具有中間層2，因此會因真空中、400°C下、4小時的退火處理而形成大約16 μ m的厚度的金屬間化合物。與此相對,可知在以厚5 μ m的銀作為中間層2利用鍍敷法形成的層疊體10中，如圖3所示，金屬間化合物的生成被抑制為大約Ilym的厚度。另外，以厚5μπι的鎳作為中間層2利用鍍敷法形成的層疊體10中，如圖4所示，金屬間化合物的生成被抑制為大約2 μ m為止的厚度。
[0053](實施例2)
[0054]在由鋁構(gòu)成的基材I上，利用鍍敷法形成鎳的中間層2 (厚度:2μπι)，利用冷噴射裝置60在中間層2的與基材I接觸的面的相反一側(cè)的面形成銅的金屬皮膜3(壓縮氣體溫度:800°C、氣體壓力:5MPa)，形成層疊體10。將該層疊體10在大氣中、在250°C、保持300小時，進(jìn)行了層疊體10的使用環(huán)境下的長時間保持試驗。另外，作為比較例，在由鋁構(gòu)成的基材I上，不形成規(guī)定的中間層2，利用冷噴射裝置在基材I表面形成銅的金屬皮膜3而制成層疊體，對于該層疊體(壓縮氣體溫度:800°C、氣體壓力:5MPa),也同樣地在大氣中、250°C、保持300小時而進(jìn)行了長時間保持試驗。
[0055]圖6是表示用鎳形成了中間層2的本發(fā)明的實施例2所涉及的層疊體10的長時間保持試驗后的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖7是`表示比較例所涉及的層疊體的長時間保持試驗后的剖面結(jié)構(gòu)的圖。
[0056]如圖7所示，比較例中，在大氣中、250°C、保持300小時的長時間保持試驗中，形成了約6μπι的厚度的金屬間化合物。與此相對，在以厚2μπι的鎳作為中間層2利用鍍敷法形成的層疊體10中，如圖6所示，基本上觀察不到金屬間化合物的層，可知金屬間化合物的生成得到抑制。
[0057]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0058]如上所述，本發(fā)明所涉及的層疊體、使用該層疊體的導(dǎo)電材料、以及層疊體的制造方法在導(dǎo)電構(gòu)件的制造中有用。
[0059]符號說明
[0060]I 基材
[0061]2 中間層
[0062]3 金屬皮膜
[0063]10層疊體
[0064]60冷噴射裝置
[0065]61氣體加熱器
[0066]62 噴槍
[0067]63粉末供給裝置
[0068]64氣體噴嘴
【權(quán)利要求】
1.一種層疊體，其特征在于， 具備: 基材，其由招或含有招的合金形成； 中間層，其是在所述基材表面，由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬，或者含有所述任意一種金屬的合金形成；以及 皮膜層，其是在所述中間層的表面，將銅或含有銅的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成。
2.—種層疊體，其特征在于， 具備: 基材，其由銅或含有銅的合金形成； 中間層，其是在所述基材表面，由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬，或者含有所述任意一種金屬的合金形成；以及 皮膜層，其是在所述 中間層的表面，將鋁或含有鋁的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的層疊體，其特征在于， 所述層疊體在形成所述皮膜層后，在規(guī)定溫度下經(jīng)過了加熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層疊體，其特征在于， 所述加熱處理溫度為300-500°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的層疊體，其特征在于， 所述中間層是所述任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金的多層層疊體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的層疊體，其特征在于， 所述中間層的厚度為0.2-20 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的層疊體，其特征在于， 所述中間層是利用噴鍍、冷噴射、鍍敷、濺射或CVD形成。
8.—種導(dǎo)電材料，其特征在于， 使用權(quán)利要求3-7中任一項所述的層疊體。
9.一種層疊體的制造方法，其特征在于， 包括: 中間層形成步驟，在利用鋁或含有鋁的合金形成的基材的表面，形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成的中間層； 皮膜層形成步驟，在所述中間層的表面，將銅或含有銅的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成皮膜層。
10.一種層疊體的制造方法，其特征在于， 包括:中間層形成步驟，在利用銅或含有銅的合金形成的基材的表面，形成由選自銀、金、鉻、鐵、鍺、錳、鎳、硅或鋅中的任意一種金屬或非金屬、或者含有所述任意一種金屬的合金形成的中間層； 皮膜層形成步驟，在所述中間層的表面，將鋁或含有鋁的合金的粉末材料與加熱到比該粉末材料的熔點低的溫度的氣體一起加速，在保持固相狀態(tài)下向所述中間層吹送而堆積形成皮膜層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的層疊體的制造方法，其特征在于， 在所述皮膜層形 成步驟后，包括在規(guī)定溫度下進(jìn)行加熱處理的退火處理步驟。
【文檔編號】C22F1/08GK103459667SQ201280013500
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月23日
【發(fā)明者】平野智資, 山內(nèi)雄一郎, 赤林優(yōu), 齋藤慎二, 花待年彥 申請人:日本發(fā)條株式會社