本發(fā)明涉及鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法、以及鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

再者，在本說明書及權(quán)利要求書中，只要沒有特別明示，“鋁”這一用語以包含純鋁和鋁合金這兩者的意思來使用。

背景技術(shù)：

作為在提高鋁的放熱性的同時控制了熱膨脹率的材料，正在研究鋁與碳的復(fù)合材料。

作為該復(fù)合材料的制造方法，已知：向熔化了的鋁中加入碳粉末進行攪拌混合的方法(熔液攪拌法)；向具有空隙的碳成形體壓入熔化了的鋁的方法(熔液鍛造法)；將鋁粉末與碳粉末混合并進行加熱加壓燒成的方法(粉末冶金法)；將鋁粉末與碳粉末混合并進行擠壓加工的方法(粉末擠壓法)；等等。

但是，在這些的方法中，由于使用熔融了的鋁或鋁粉末，因此制造作業(yè)繁雜，且制造設(shè)備大型化。

在日本特開昭62-66929號公報(專利文獻1)中記載了以下方法：向作為金屬箔的鋁箔上噴涂作為強化材料的SiC晶須，接著卷繞鋁箔，然后對卷繞了的鋁箔進行擠壓加工或軋制加工，由此制造作為鋁與碳的復(fù)合材料的鋁基復(fù)合材料。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開昭62-66929號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

但是，在上述公報記載的制造方法中，由于在鋁箔上形成的SiC晶須的噴涂層過厚，所以鋁不能充分滲透到噴涂層內(nèi)，在噴涂層中會形成間隙；以及，夾著噴涂層的配置于兩側(cè)的鋁箔彼此沒有怎么接合，由于這些原因，復(fù)合材料的強度低。

本發(fā)明是鑒于上述的技術(shù)背景而完成的，其目的在于提供具有高強度的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法、以及鋁與碳纖維的復(fù)合材料。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點從以下的優(yōu)選實施方式明確可知。

本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案。

[1]一種鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，包含：

涂敷工序，將以混合狀態(tài)含有碳纖維、粘合劑和上述粘合劑用溶劑的涂液涂敷于鋁箔上，在上述鋁箔上形成涂敷層；

溶劑除去工序，除去上述涂敷層中所含有的上述溶劑，從而得到在上述鋁箔上形成有碳纖維層的涂敷箔；

成卷工序，將上述涂敷箔卷繞成卷狀從而得到卷體；

粘合劑除去工序，除去上述卷體的上述碳纖維層中所含有的上述粘合劑；和

擠壓加工工序，在上述粘合劑除去工序之后對上述卷體進行擠壓加工，

在上述涂敷工序中，以使得上述涂敷層中所含有的上述碳纖維的涂敷量成為40g/m²以下的方式在上述鋁箔上涂敷上述涂液。

[2]根據(jù)前項1所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，上述涂液中所含有的上述碳纖維的長度為1mm以下。

[3]根據(jù)前項1或2所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述涂敷工序中，以使得上述鋁箔的體積相對于上述鋁箔的體積與上述涂敷層中所含有的上述碳纖維的體積的合計體積超過50％的方式在上述鋁箔上涂敷上述涂液。

[4]根據(jù)前項1～3的任一項所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，上述涂液以使得上述粘合劑的質(zhì)量相對于上述碳纖維的質(zhì)量成為0.5％～25％的方式含有上述碳纖維和上述粘合劑。

[5]根據(jù)前項1～4的任一項所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述成卷工序與上述粘合劑除去工序之間還包含用鋁制外裝體覆蓋上述卷體的外周面的覆蓋工序，

在上述粘合劑除去工序中，在上述覆蓋工序之后除去上述卷體的上述碳纖維層中所含有的上述粘合劑。

[6]根據(jù)前項5所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述覆蓋工序中，通過向作為上述外裝體的鋁制外裝管內(nèi)插入上述卷體，來用上述外裝體覆蓋上述卷體的上述外周面。

[7]根據(jù)前項5或6所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述覆蓋工序與上述粘合劑除去工序之間、或者上述粘合劑除去工序與上述擠壓加工工序之間還包含將上述外裝體的兩端開口之中的至少一方封塞的封塞工序。

[8]根據(jù)前項7所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述擠壓加工工序中，使上述外裝體的被封塞端在擠壓方向的最前面來對上述卷體進行擠壓加工。

[9]根據(jù)前項7或8所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，用鋁制蓋體封塞上述外裝體的上述兩端開口之中的上述至少一方。

[10]根據(jù)前項5或6所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述覆蓋工序與上述粘合劑除去工序之間還包含用鋁制蓋體僅封塞上述外裝體的一端開口的封塞工序，

在上述擠壓加工工序中，使上述外裝體的被封塞端在擠壓方向的最前面來對上述卷體進行擠壓加工。

[11]根據(jù)前項5～10的任一項所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，在上述粘合劑除去工序中，通過將上述卷體在大氣中、350～600℃的溫度下加熱1小時以上來除去上述粘合劑。

[12]一種鋁與碳纖維的復(fù)合材料，是采用前項1～11的任一項所述的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法得到的。

本發(fā)明發(fā)揮了以下的效果。

在前項[1]中，在鋁箔上涂敷涂液、將箔卷繞成卷狀、以及進行擠壓加工是廣為人知的技術(shù)，是廉價且可大量制造的方法，因此能夠容易且大量地制造鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

進而，通過將涂液涂敷于鋁箔上并使得涂液中所含有的碳纖維的涂敷量成為40g/m²以下，由此在進行擠壓加工工序時，通過擠壓壓力，鋁箔的鋁會充分地滲透到碳纖維層內(nèi)，并且，夾著碳纖維層的配置于兩側(cè)的鋁箔彼此充分地接合。其結(jié)果，能夠得到具有高強度的鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

進而，在粘合劑除去工序中，通過除去粘合劑，能夠抑制由粘合劑的殘渣引起的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率的降低。

進而，復(fù)合材料可作為被碳纖維強化了的鋁材來掌握，具有高的楊氏模量。因此，復(fù)合材料也能夠很適合地作為要求彎曲強度等的硬度的構(gòu)件材料使用。

在前項[2]中，通過涂液中所含有的碳纖維的長度為1mm以下，可切實地謀求涂敷層的厚度及碳纖維含有量的均勻化。

在前項[3]中，在進行擠壓加工工序時，能夠使鋁箔的鋁切實地滲透到碳纖維層內(nèi)。由此，能夠切實地提高復(fù)合材料的強度。

在前項[4]中，通過粘合劑的質(zhì)量相對于碳纖維的質(zhì)量為0.5％以上，能夠在進行涂敷工序時切實地使碳纖維附著于鋁箔上。

進而，通過粘合劑的質(zhì)量相對于碳纖維的質(zhì)量為25％以下，能夠在進行粘合劑除去工序時切實地防止粘合劑量過多從而殘留粘合劑的情況。由此，能夠進一步切實地抑制由粘合劑的殘渣引起的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率的降低。

在前項[5]中，通過用外裝體覆蓋(包覆)卷體的外周面，能夠在進行粘合劑除去工序時和進行擠壓加工工序時抑制碳纖維層的碳纖維從卷體(若詳述，為卷體的鋁箔)脫落。

進而，能夠用外裝體保護卷體的外周面以使得在進行卷體的運送時和進行擠壓加工工序時卷體的外周面不破損。

進而，當卷體被擠壓加工時，作為所得到的復(fù)合材料的最外周層形成鋁層，碳纖維不會露出到復(fù)合材料的最外周面。由此，對于復(fù)合材料而言，可抑制接觸其最外周面的接觸物被碳纖維污染，還能抑制碳纖維的脫落。

在前項[6]中，通過向作為外裝體的外裝管內(nèi)插入卷體，能夠容易地進行用外裝體覆蓋卷體的外周面的作業(yè)，可切實地發(fā)揮前項[5]的效果。

在前項[7]中，通過封塞(封堵)外裝體的兩端開口之中的至少一方，能夠在卷體的運送時等抑制卷體的卷錯開，能夠抑制卷體從外裝體內(nèi)落下。

在前項[8]中，通過使外裝體的被封塞端在擠壓方向的最前面來對卷體進行擠壓加工，能夠在進行擠壓加工工序時抑制卷體在擠壓方向上的卷錯開。由此，能夠謀求在擠壓方向上碳纖維相對于鋁的含有率的均勻化。

在前項[9]中，可切實地發(fā)揮前項[7]或[8]的效果。

在前項[10]中，通過用蓋體僅封塞外裝體的一端開口就可充分獲得前項[7]～[9]的任一項的效果。

進而，由于僅封塞外裝體的一端開口，因此在進行粘合劑除去工序時在外裝體內(nèi)產(chǎn)生的粘合劑的升華氣體、分解氣體會從外裝體的另一端開口排出。因此，能夠切實地除去粘合劑。由此，能夠進一步切實地抑制由粘合劑的殘渣引起的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率的降低。

進而，由于外裝體的一端開口被蓋體封塞，因此能夠在進行卷體的運送時和進行擠壓加工工序時切實地抑制卷體的卷錯開，能夠切實地抑制卷體從外裝體內(nèi)落下。

在前項[11]中，通過將卷體在大氣中、在350～600℃的溫度下加熱1小時以上，能夠切實地抑制碳纖維的氧化消耗。不用說，由于用于除去粘合劑的加熱在大氣中進行，因此能夠容易地進行粘合劑的除去。

在前項[12]中，能夠得到具有高強度的鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第1實施方式涉及的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造工序圖。

圖2是說明從涂敷工序至溶劑除去工序的概略圖。

圖3是說明成卷工序的概略圖。

圖4是說明覆蓋工序的概略圖。

圖5是說明封塞工序的概略圖。

圖6是說明粘合劑除去工序的概略圖。

圖7A是表示在擠壓加工工序中將卷體裝填到擠壓加工裝置的容器內(nèi)的狀態(tài)的概略圖。

圖7B是表示使用該擠壓加工裝置將該卷體進行擠壓加工的途中的狀態(tài)的概略圖。

圖8是以擠壓加工之前的狀態(tài)和之后的狀態(tài)來表示該卷體的鋁箔和碳纖維層的概略放大截面圖。

圖9是碳纖維的涂敷量過多的情況下的對應(yīng)于圖8的圖。

圖10是表示切斷該復(fù)合材料的途中的狀態(tài)的概略圖。

圖11是本發(fā)明的第2實施方式涉及的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造工序圖。

具體實施方式

接著，以下參照附圖對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。

本發(fā)明的第1實施方式涉及的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法，如圖1所示，包含涂敷工序S1、溶劑除去工序S2、成卷工序S3、覆蓋工序S4、封塞工序S5、粘合劑除去工序S6以及擠壓加工工序S7，以該記載順序進行這些工序。

如圖2所示，涂敷工序S1是將以混合狀態(tài)含有碳纖維2、粘合劑3和粘合劑3用溶劑4的涂液5涂敷于鋁箔1上，從而在鋁箔1上形成涂敷層6的工序。

溶劑除去工序S2是除去涂敷層6中所含有的溶劑4，得到在鋁箔1上形成有碳纖維層7的涂敷箔8的工序。

如圖3所示，成卷工序S3是將涂敷箔8卷繞成卷狀來得到卷體10的工序。

如圖4及5所示，覆蓋工序S4是用鋁制外裝體15覆蓋卷體10的外周面10a的工序。

如圖5所示，封塞工序S5是封塞外裝體15的長度方向的兩端開口之中的至少一方的工序。

如圖6所示，粘合劑除去工序S6是除去卷體10的碳纖維層7(參照圖2)中所含有的粘合劑3的工序。

如圖7a及7B所示，擠壓加工工序S7是對卷體10進行擠壓加工來得到復(fù)合材料20的工序。

進而，在涂敷工序S1中，需要將涂液5涂敷于鋁箔1上并使得涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量成為40g/m²以下。

在這里，所謂涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量，詳細來說，是將構(gòu)成涂敷層6的全部成分(碳纖維2、粘合劑3、溶劑4等)之中的、碳纖維2以外的成分除外時的涂敷量，即，意指僅是涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量。

在本第1實施方式中得到的復(fù)合材料20，通過含有碳纖維2，熱導(dǎo)率變高，因此放熱性良好，進而，由于其線膨脹系數(shù)為金屬與陶瓷的中間的程度，因此可適合地作為功率模塊中的熱應(yīng)力緩沖層的材料來使用。

進而，復(fù)合材料20可作為被碳纖維2強化了的鋁材來掌握，具有高的楊氏模量。因此，復(fù)合材料20也可適合地作為需要彎曲強度等的硬度的構(gòu)件的材料來使用。

接著，以下對各工序進行詳細說明。

＜涂敷工序S1＞

在涂敷工序S1中使用的涂液5，例如如以下那樣得到。即，如圖2所示，向混合容器31內(nèi)裝入碳纖維2、粘合劑3和溶劑4，并將其利用帶攪拌槳葉的攪拌器(例如混合機)30進行攪拌混合。由此，可得到以混合狀態(tài)含有碳纖維2、粘合劑3和溶劑4的涂液5。此時，也可以根據(jù)需要將分散劑、消泡劑、表面調(diào)整劑、粘度調(diào)整劑等裝入混合容器31內(nèi)進行攪拌混合。

利用涂敷裝置40將涂液5在鋁箔1的一面上遍及其大致整個面而涂敷成層狀。在本第1實施方式中，鋁箔1為長條的鋁箔，另外，被涂敷涂液5的鋁箔1的一面，詳細來說是鋁箔1的上表面。

為將涂液5涂敷于鋁箔1上，作為涂敷裝置40可使用廣為人知的裝置，具體而言，可使用輥涂機、刮刀涂布機(knife coater)、模涂機、凹版輥涂布機(gravure coater)等。

在圖2所示的涂敷裝置40中，從放卷輥41放出的長條的鋁箔1，順次通過涂敷輥裝置42和作為干燥裝置的干燥爐45而被卷取輥43卷取。涂液5向鋁箔1上的涂敷通過涂敷輥裝置42進行。即，從放卷輥41放出的鋁箔1，在通過涂敷輥裝置42時由涂敷輥裝置42在其一面(其上表面)上遍及其大致整個面而涂敷涂液5，從而在鋁箔1上遍及其大致整個面而形成涂敷層6。

再者，涂敷輥裝置42具備涂液用盆42a、傳液輥(pick-up roller)42b、敷料輥42c、支承輥42d等。

干燥爐是用于通過將在鋁箔1上形成的涂敷層6進行干燥來除去涂敷層6中所含有的溶劑4的爐。

涂液5中所含有的碳纖維2只要是纖維狀就可使用，具體而言，例如可使用選自PAN系碳纖維、瀝青系碳纖維以及碳納米管類(例：氣相生長碳納米纖維、單壁碳納米管、多壁碳納米管碳納米管)中的1種碳纖維或2種以上的混合碳纖維。

碳纖維2的長度沒有特別限定，優(yōu)選盡量較短，特別優(yōu)選為1mm以下。其理由如下。

即，當碳纖維2長時，在使用如模涂機那樣的以使涂液5通過狹窄的通路的方式構(gòu)成的涂敷裝置40的情況下，擔心通路發(fā)生堵塞，涂敷層6的厚度及碳纖維含有量變得不均勻。另一方面，在碳纖維2的長度為1mm以下的情況下，可切實地避免發(fā)生這樣的不良狀況，由此，能夠切實地謀求在鋁箔1上涂敷的涂敷層6的厚度及碳纖維含有量的均勻化。碳纖維2的長度的下限沒有限定，通常為碳纖維2的纖維直徑的5倍。

碳纖維2的纖維直徑?jīng)]有限定，例如，碳纖維2的平均纖維直徑為0.1nm～20μm。特別是對于PAN系碳纖維和瀝青系碳纖維而言，優(yōu)選是平均纖維直徑為5～15μm的短纖維或磨碎纖維(milled fiber)。對于氣相生長碳納米纖維而言，優(yōu)選平均纖維直徑為0.1nm～20μm。

粘合劑3是用于賦予碳纖維2對于鋁箔1的附著力，由此防止涂敷層6中所含有的碳纖維2從鋁箔1上脫落的物質(zhì)，通常由樹脂構(gòu)成。

進而，粘合劑3進行加熱時容易變?yōu)橛袡C物的燒結(jié)殘渣或非晶碳化物，這些物質(zhì)作為粘合劑3的殘渣成為使復(fù)合材料20的熱導(dǎo)率降低的主要原因。因此，粘合劑3優(yōu)選使用在非氧化氣氛中、在300～600℃的溫度下不碳化且通過升華或分解等而消失的粘合劑。作為這樣的粘合劑3，可優(yōu)選地使用丙烯酸系樹脂、聚乙二醇系樹脂、丁基橡膠樹脂、酚樹脂、纖維素系樹脂等。

溶劑4只要是溶解粘合劑3的溶劑就不限定其種類，作為溶劑4，可優(yōu)選地使用水、醇系溶劑(例：甲醇、異丙醇)、烴系溶劑等。

進而，在涂敷工序S1中，如上所述，需要將涂液涂敷于鋁箔上并使得涂敷涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量成為40g/m²以下。其理由后述。

涂液5，優(yōu)選以粘合劑3的質(zhì)量相對于碳纖維2的質(zhì)量為0.5％～25％的方式含有碳纖維2和粘合劑3。通過粘合劑3的質(zhì)量相對于碳纖維2的質(zhì)量為0.5％以上，在涂敷工序S1中能夠使碳纖維2切實地附著于鋁箔1上。通過粘合劑3的質(zhì)量相對于碳纖維2的質(zhì)量為25％以下，在粘合劑除去工序S6中能夠切實地防止粘合劑3的量過多從而粘合劑3殘留于碳纖維層7內(nèi)，由此，能夠切實地抑制由粘合劑3的殘渣引起的復(fù)合材料20的熱導(dǎo)率的降低。

進而，在涂敷工序S1中，優(yōu)選將涂液5涂敷于鋁箔1上，并使得作為鋁的體積與碳纖維2的體積的比率，鋁箔1的體積V1相對于鋁箔1的體積V1與涂敷層6中所含有的碳纖維2的體積V2的合計體積V1+V2超過50％。即，優(yōu)選以滿足V1/(V1+V2)＞0.5的式子的方式將涂液5涂敷于鋁箔1上。由此，在擠壓加工工序S7中，能夠使鋁箔1的鋁切實地滲透到碳纖維層7內(nèi)，能夠切實地提高復(fù)合材料20的強度(機械強度等)。

在這里，在復(fù)合材料20例如作為功率模塊中的熱應(yīng)力緩沖層的材料使用的情況下，優(yōu)選設(shè)定鋁的體積與碳纖維2的體積的比率，以使得復(fù)合材料20的線膨脹系數(shù)為功率模塊的陶瓷層(電絕緣層)的線膨脹系數(shù)與功率模塊的配線層的線膨脹系數(shù)的中間值、或陶瓷層的線膨脹系數(shù)與功率模塊的冷卻構(gòu)件的線膨脹系數(shù)的中間值。特別是為了使復(fù)合材料20的線膨脹系數(shù)為經(jīng)常作為電絕緣層的材料使用的陶瓷(氮化鋁、氧化鋁、碳化硅等)的線膨脹系數(shù)(例：約(3～5)×10^-6/K)與經(jīng)常作為冷卻構(gòu)件(或配線層)的材料使用的鋁的線膨脹系數(shù)(約23×10^-6/K)的中間值，優(yōu)選將鋁箔1的體積V1設(shè)定成相對于上述合計體積V1+V2超過50％且為90％以下。

要是將復(fù)合材料20的熱導(dǎo)率與不含有碳纖維2的通常的鋁材(其熱導(dǎo)率為225W/(m·K))差別化的話，特別優(yōu)選將鋁箔1的體積V1設(shè)定成相對于上述合計體積V1+V2為90％以下。

鋁箔1，只要是可耐受涂敷的鋁箔則對其材質(zhì)并不限定，可使用由A1000系、A 3000系、A 6000系等的各種各樣的材質(zhì)的鋁形成的鋁箔。另外，鋁箔1的熱導(dǎo)率根據(jù)鋁箔1的材質(zhì)而不同，因此也可選擇鋁箔1的材質(zhì)以使得復(fù)合材料20的熱導(dǎo)率成為所期望的設(shè)定值。

進而，鋁箔1的厚度并沒有限定，可選擇鋁箔1的厚度以使得復(fù)合材料20的物性(熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)等)成為所期望的設(shè)定值。

在這里，由于市售的鋁箔1的最薄的厚度為6μm，因此從可容易地獲得鋁箔1的方面出發(fā)，優(yōu)選鋁箔1的厚度的下限為6μm。另一方面，對于鋁箔1的厚度的上限，由于決定了涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量的上限(40g/m²)，因此能夠根據(jù)鋁箔1的鋁的體積與碳纖維2的體積的比率、碳纖維2在鋁箔1上的涂敷量等來算出鋁箔1的厚度的上限。例如鋁箔1的厚度的上限約為100μm，通常為15～50μm。

＜溶劑除去工序S2＞

溶劑除去工序S2，采用涂敷裝置40的干燥爐45來進行。即，采用涂敷輥裝置42形成了涂敷層6的鋁箔1，在通過干燥爐45時涂敷層6中所含有的溶劑4通過干燥爐45而蒸發(fā)除去。其結(jié)果，得到在鋁箔1上形成有碳纖維層7的涂敷箔8，所述碳纖維層7是從涂敷層6除去溶劑4而成的。然后，該涂敷箔8被卷取輥43卷取。

利用干燥爐45來除去溶劑4的除去條件，只要是可將涂敷層6中所含有的溶劑4從涂敷層6蒸發(fā)除去的條件就沒有限定，例如，可將干燥溫度60～150℃以及干燥時間5～60分鐘的干燥條件作為溶劑4的除去條件應(yīng)用。

進而，在本第1實施方式中，也有時在除去溶劑4后在碳纖維層7內(nèi)產(chǎn)生大的間隙，因此也可用擠壓輥(未圖示)擠壓碳纖維層7來調(diào)整碳纖維層7的體積密度。

＜成卷工序S3＞

在成卷工序S3中，如圖3所示，卷體10通過以下過程而得到，即，將被卷取輥43卷取了的涂敷箔8在鋁制卷芯11上重新卷繞成卷狀。

涂敷箔8的卷繞操作，在卷體10達到所期望的直徑時結(jié)束。即，涂敷箔8的卷繞圈數(shù)根據(jù)期望的卷體10的直徑來設(shè)定。卷體10的所期望的直徑并沒有限定，例如，在卷體10的外周面10a被外裝體15覆蓋了的狀態(tài)下，與可裝填到在擠壓加工工序S7中使用的擠壓加工裝置50的容器51內(nèi)的料坯直徑(通常為70～510mm)來進行設(shè)定。

在該成卷工序S3中，涂敷箔8被卷繞于卷芯11上，因此能夠容易且切實地將涂敷箔8卷繞成卷狀。

卷芯11的材質(zhì)可以是與鋁箔1相同的材質(zhì)，也可以是與其不同的材質(zhì)。卷芯11的直徑?jīng)]有特別限定，優(yōu)選盡量小，例如為5～8mm。

＜覆蓋工序S4＞

在覆蓋工序S4中，如圖4和5所示，卷體10的外周面10a用鋁制外裝體15覆蓋。

在本第1實施方式中，外裝體15的形狀為管狀，即，作為外裝體15使用了鋁制外裝管16。外裝管16的長度方向的兩端分別開口。并且，以卷體10的軸向與外裝管16的長度方向平行的方式將卷體10從外裝管16的端開口16b插入配置到外裝管16內(nèi)，由此，卷體10的外周面10a的大致整個面被外裝管16(外裝體15)覆蓋。優(yōu)選在該覆蓋狀態(tài)下卷體10的外周面10a的大致整體與外裝管16的內(nèi)周面密著(密合)。

在此，在本第1實施方式中，作為外裝體15使用了外裝管16，但在本發(fā)明中，除此之外，例如雖未圖示，但也可以將沒有實施涂敷的鋁箔作為外裝體15使用。在該情況下，外裝體15可通過將未形成涂敷層6或碳纖維層7的鋁箔在卷體10的外周面10a上以覆蓋卷體10的外周面10a的狀態(tài)卷繞1圈或多圈來形成。

在該覆蓋工序S4中，通過用外裝體15覆蓋卷體10的外周面10a，在進行粘合劑除去工序S6時以及進行擠壓加工工序S7時可通過外裝體15來抑制碳纖維層7的碳纖維2從卷體10(詳細來說，卷體10的鋁箔1)脫落。

進而，在卷體10的運送時和進行擠壓加工工序S7時可用外裝體15保護卷體10的外周面10a使得卷體10的外周面10a不破損。進而，如后所述，當卷體10被擠壓加工時，作為所得到的復(fù)合材料20的最外周層形成鋁層，碳纖維2不露出到復(fù)合材料20的最外周面。由此，對于復(fù)合材料20而言，能抑制與其最外周面接觸的接觸物被碳纖維2污染，也能抑制碳纖維2的脫落。

特別是在本第1實施方式中，由于作為外裝體15使用了外裝管16，因此可通過卷體10向外裝管16內(nèi)的插入來進行用外裝體15覆蓋卷體10的外周面10a的操作。由此，即使不使用特別的工具也能夠防止卷體10的意外的卷松解，從而能夠容易地進行該覆蓋操作。進而，可切實地發(fā)揮由上述的外裝體15帶來的作用效果。

外裝管16(外裝體15)的壁厚，只要是具有可發(fā)揮由上述的外裝管16(外裝體15)帶來的作用效果的強度的壁厚就沒有限定，但優(yōu)選盡量薄，特別優(yōu)選設(shè)定在2～10mm。

進而，在本第1實施方式中，也可以通過將卷體10熱套裝在外裝管16內(nèi)而配置，來用外裝管16覆蓋卷體10的外周面10a。通過這樣操作，卷體10在外裝管16內(nèi)被固定，因此可切實地發(fā)揮由上述的外裝體15帶來的作用效果。

＜封塞工序S5＞

在封塞工序S5中，如圖5所示，將外裝管16(外裝體15)的長度方向的兩端開口16a、16b之中的至少一方封塞。在本第1實施方式中，僅將外裝管16的一端開口16a封塞，另一端開口16b沒有被封塞。進而，作為將外裝管16的一端開口16a封塞的構(gòu)件，使用了圓板狀的蓋體17。

即，將蓋體17重疊在外裝管16的一個端面上以使得封塞其開口16a，在該狀態(tài)下，通過在兩者的重疊部進行焊接(包括攪拌摩擦接合)、鉚接等而將蓋體17固定于外裝管16的一端，由此由蓋體17將外裝管16的一端開口16a封塞。

在該封塞工序S5中，外裝管16的兩端開口16a、16b之中的至少一方被封塞，因此在卷體10的運送時等能夠抑制卷體10的卷錯開，能夠抑制卷體10從外裝管16內(nèi)落下。

而且，由于外裝管16的兩端開口16a、16b之中的至少一方被蓋體17封塞，因此在卷體10的運送時等能夠切實地抑制卷體10的卷錯開，在卷體10的運送時能夠切實地抑制卷體10從外裝管16內(nèi)落下。

＜粘合劑除去工序S6＞

在粘合劑除去工序S6中，如圖6所示，粘合劑3通過以下過程而被除去：在大氣中或非氧化氣氛(例：真空、氮氣、氬氣)中，將可加熱卷體10的工業(yè)用烘箱47作為加熱爐使用來加熱卷體10。該加熱條件，優(yōu)選是將卷體10在大氣中(即，約1個大氣壓的空氣中)、在350～600℃的溫度下加熱1小時以上。加熱時間的所希望的上限沒有限定，通常為5小時。

在這里，一般地，當包含碳纖維的復(fù)合體在大氣中長時間暴露于高溫中時，碳纖維會與大氣中的氧進行反應(yīng)而變成二氧化碳等的含碳氣體，碳纖維會氧化消耗。

對此，在本第1實施方式中，由于卷體10的外周面10a被外裝管(外裝體15)覆蓋，因此外裝管16的外側(cè)的氧氣難以進入到外裝管16的內(nèi)側(cè)。因此，若存在于外裝管16的內(nèi)側(cè)的氧氣與卷體10中所含有的碳纖維2以及粘合劑3進行反應(yīng)而消除，則其后被保持為氧氣難以進入到外裝管16的內(nèi)側(cè)的狀態(tài)。進而，由于外裝管16的一端開口16a被封塞，因此外裝管16的密閉度提高。其結(jié)果，即使利用烘箱47將卷體10在大氣中、在350～450℃的溫度下加熱1小時以上，卷體10中所含有的碳纖維2也幾乎沒有氧化消耗、且卷體10中所含有的粘合劑3被除去。

進而，由于僅外裝管16的一端開口16a被封塞了，因此在外裝管16內(nèi)產(chǎn)生的粘合劑3的升華氣體、分解氣體從外裝管16的另一端開口16b排出。因此，能夠切實地除去粘合劑3。由此，能夠更切實地抑制由粘合劑3的殘渣引起的復(fù)合材料20的熱導(dǎo)率的降低。

進而，通過從碳纖維層7除去粘合劑3，碳纖維2變得容易從卷體10脫落，但在本實施方式中，卷體10的外表面10a被外裝管16(外裝體15)覆蓋著，因此能夠防止碳纖維2的脫落。

＜擠壓加工工序S7＞

在擠壓加工工序S7中，卷體10如下那樣進行擠壓加工。即，如圖7A所示，使外裝管16(外裝體15)的被封塞的一端(即,蓋體17)在擠壓方向E的最前面來將卷體10填充到擠壓加工裝置50的容器51內(nèi)。在該狀態(tài)下，卷體10的軸向與擠壓方向E平行。然后，在該狀態(tài)下，如圖7B所示，利用擠壓加工裝置50的擠壓桿52將卷體10沿擠壓方向E進行擠壓，由此，將卷體10推入擠壓加工裝置50的擠壓加工模53的擠壓成形孔53a內(nèi)來進行擠壓加工。其結(jié)果，可得到作為擠壓加工品的長的棒狀的復(fù)合材料20。

擠壓加工條件沒有限定，可設(shè)定成各種擠壓加工條件，但特別優(yōu)選設(shè)定成：容器溫度450～600℃、擠壓加工模溫度450～550℃、擠壓速度0.1～10000mm/分鐘。

在該擠壓加工工序S7中，如圖8所示，在擠壓加工前的卷體10中，碳纖維層7和鋁箔1在卷體10的徑向上交替地配置成層疊狀。因此，在夾著碳纖維層7的兩側(cè)分別配置有鋁箔1、1。進而，在碳纖維層7內(nèi)存在通過溶劑4和粘合劑3的除去等而產(chǎn)生的間隙7a。

在這里，在涂敷工序S1中，將涂液5涂敷于鋁箔1上使得涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量成為40g/m²以下的情況下，當將卷體10進行擠壓加工時，如該圖8所示，通過其擠壓壓力而使各鋁箔1的鋁充分地滲透到碳纖維層7內(nèi)的間隙7a的大致全部中，并且兩個鋁箔1、1彼此充分地接合。其結(jié)果，復(fù)合材料20的強度(機械強度等)變高。

另一方面，在將涂液5涂敷于鋁箔1上使得涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量超過40g/m²的情況下，如圖10所示，碳纖維層7過厚，因而即使將卷體10進行擠壓加工，各鋁箔1的鋁并沒有通過其擠壓壓力的作用而未充分地滲透到碳纖維層7內(nèi)的間隙7a，間隙7a殘存，而且，兩個鋁箔1、1彼此沒有充分地接合。其結(jié)果，復(fù)合材料20的強度變?nèi)酢?/p>

因此，為了得到具有高強度的復(fù)合材料20，在涂敷工序S1中，需要將涂液5涂敷于鋁箔1上并使得涂敷層6中所含有的碳纖維2的涂敷量成為40g/m²以下。

進而，為了將復(fù)合材料20的制造所需要的時間縮短，特別優(yōu)選碳纖維2的涂敷量為30g/m²以下。

碳纖維2的涂敷量的下限沒有限定，可根據(jù)鋁箔1的鋁的體積與碳纖維2的體積的比率等進行各種設(shè)定，例如設(shè)定為1.5g/m²。

在擠壓加工工序S7中，如上所述，卷體10的外周面10a被外裝管16(外裝體15)覆蓋著，因此作為復(fù)合材料20的最外周層形成鋁層，碳纖維2沒有露出到復(fù)合材料的最外周面。由此，對于復(fù)合材料20而言，能夠抑制與其最外周面接觸的接觸物被碳纖維2污染，也能夠抑制碳纖維2的脫落。

進而，通過使外裝管16的被封塞的一端在擠壓方向E的最前面來將卷體10進行擠壓加工，由此在進行擠壓加工工序S7時能夠抑制卷體10在擠壓方向E上的卷錯開。由此，能夠謀求在擠壓方向E上相對于鋁的、碳纖維2含有量的均勻化。

而且，由于外裝管16的一端開口16a被蓋體17封塞著，因此在進行擠壓加工工序S7時能夠切實地抑制卷體10在擠壓方向E上的卷錯開。由此，能夠切實地謀求在擠壓方向E上相對于鋁的、碳纖維2的含有量的均勻化。

蓋體17的壁厚，只要是具有能發(fā)揮由上述的蓋體17帶來的作用效果的強度的壁厚就沒有限定，但從力的分散方面出發(fā)，優(yōu)選相對于外裝管16(外裝體15)的壁厚被設(shè)定得與其相等或比其厚。

通過擠壓加工工序S7得到的復(fù)合材料20，如圖10所示，利用切割刃具48等根據(jù)期望的用途切斷為規(guī)定的大小和形狀。在這里，卷體10中的碳纖維2通過擠壓加工被與擠壓方向E大致平行地再配置，由此，復(fù)合材料20中的碳纖維2沿擠壓方向E進行取向。因此，復(fù)合材料20的熱傳導(dǎo)性、電特性、強度等特性強烈依存于方向，即，復(fù)合材料20就熱傳導(dǎo)性、電特性、強度等特性而言是各向異性的。因此，在切割復(fù)合材料2時，優(yōu)選沿著使得切斷復(fù)合材料20而得到的切斷品21的特性與期望的用途的特性一致的切割方向切斷復(fù)合材料20。

圖11是本發(fā)明的第2實施方式涉及的鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造工序圖。

本第2實施方式的復(fù)合材料的制造方法，如該圖11所示，包含涂敷工序S11、溶劑除去工序S12、成卷工序S13、覆蓋工序S14、粘合劑除去工序S15、封塞工序S16以及擠壓加工工序S17，按照該記載順序進行這些工序。即，封塞工序S16在粘合劑除去工序S15與擠壓加工工序S17之間進行。

本第2實施方式的制造方法中的各工序與上述第1實施方式中的相應(yīng)工序相同。

以上對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但不言而喻，本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以進行各種各樣的變更。

實施例

接著，以下對本發(fā)明的具體的實施例以及比較例進行說明。但是，本發(fā)明并不被以下所示的實施例限定。

＜實施例1＞

在實施例1中，按以下步驟制造了鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

將長度150μm且平均纖維直徑10μm的碳纖維(日本石墨纖維(株)制：XN-100)、作為粘合劑的平均分子量70萬的聚環(huán)氧乙烷(明成化學(xué)工業(yè)(株)制：アルコックス(注冊商標)E-45)的3質(zhì)量％水溶液、作為溶劑的異丙醇、分散劑和表面調(diào)整劑進行攪拌混合，由此得到了涂液。涂液中所含有的粘合劑的質(zhì)量，相對于涂液中所含有的碳纖維的質(zhì)量，按固體成分計為3％。另外，涂液的粘度為1000mPa·s。

在厚度20μm且寬度280mm的長條的鋁箔(其材質(zhì)：1N30)的一面上遍及其整個面地用刮刀涂布機來涂敷涂液，從而在鋁箔上形成涂敷層，并且采用干燥爐來干燥涂敷層，從而除去涂敷層中所含有的溶劑，由此，得到在鋁箔上形成有碳纖維層的涂敷箔。涂敷層中所含有的碳纖維的涂敷量為30g/m²。

接著，將涂敷箔在直徑5mm的鋁制卷芯(其材質(zhì)：1050)上卷繞成卷狀從而得到卷體。然后，將卷體插入配置于外徑70mm且壁厚3mm的鋁制外裝管(其材質(zhì)：1070)內(nèi)，由此，將卷體的外周面的整體用外裝管覆蓋了。在卷體的外周面被外裝管覆蓋了的狀態(tài)下，卷體的外周面的大致整體與外裝管的內(nèi)周面密著。

其后，將直徑70mm且厚度3mm的圓板狀的鋁制蓋體(其材質(zhì)：1050)重疊在外裝管的長度方向的一個端面上以使得封塞其開口，在該狀態(tài)下，通過在兩者的重疊部進行焊接而將蓋體固定于外裝管的一端。由此，用蓋體僅封塞了外裝管的一端開口。

接著，利用烘箱將卷體在大氣中、在500℃的溫度下加熱3小時，由此除去卷體的碳纖維層中所含有的粘合劑。

然后，使外裝管的被封塞端在擠壓方向的最前面，來將被加熱了的狀態(tài)的卷體填充到擠壓加工裝置的容器內(nèi)。容器溫度和擠壓加工模溫度都為500℃。然后，將卷體以擠壓速度1mm/分進行擠壓加工，由此，得到鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

復(fù)合材料，遍及其整體都沒有產(chǎn)生裂紋等表面缺陷，成型性非常良好。另外，在復(fù)合材料中，碳纖維層和鋁箔在復(fù)合材料的徑向上交替地重疊成層疊狀。另外，鋁箔的鋁充分地滲透到碳纖維層內(nèi)，而且，夾著碳纖維層的配置于兩側(cè)的兩個鋁箔彼此充分地接合。因此，復(fù)合材料具有高的強度。

復(fù)合材料的擠壓方向(即，復(fù)合材料的長度方向)的熱導(dǎo)率為300W/(m·K)，其線膨脹系數(shù)為6×10^-6/K。與復(fù)合材料的擠壓方向垂直的方向(即，復(fù)合材料的徑向)的熱導(dǎo)率為120W/(m·K)，其線膨脹系數(shù)為20×10^-6/K。

＜實施例2＞

在實施例2中，采用以下的步驟來制造了鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

將長度200μm且平均纖維直徑10μm的碳纖維(三菱樹脂(株)制：K223HM)、作為粘合劑的丙烯酸系樹脂、作為溶劑的丙二醇乙基醚醋酸酯、分散劑、和表面調(diào)整劑進行攪拌混合，由此得到了涂液。涂液中所含有的粘合劑的質(zhì)量，相對于涂液中所含有的碳纖維的質(zhì)量，按固體成分計為20％。另外，涂液的粘度為1500mPa·s。

在厚度20μm且寬度280mm的長條的鋁箔(其材質(zhì)：1N30)的一面上遍及其整個面地采用刮刀涂布機來涂敷涂液，從而在鋁箔上形成涂敷層，并且采用干燥爐來干燥涂敷層從而除去涂敷層中所含有的溶劑，由此，得到了在鋁箔上形成有碳纖維層的涂敷箔。涂敷層中所含有的碳纖維的涂敷量為20g/m²。

接著，將涂敷箔在直徑5mm的鋁制卷芯(其材質(zhì)：1050)上卷繞成卷狀從而得到卷體。然后，將卷體插入配置到外徑70mm且壁厚3mm的鋁制外裝管(其材質(zhì)：1070)內(nèi)，由此，將卷體的外周面的整體用外裝管覆蓋了。在卷體的外周面被外裝管覆蓋了的狀態(tài)下，卷體的外周面的大致整體與外裝管的內(nèi)周面密著。

其后，將直徑70mm且厚度3mm的圓板狀的鋁制蓋體(其材質(zhì)：1050)重疊在外裝管的長度方向的一個端面上以使得封塞其開口，在該狀態(tài)下，通過在兩者的重疊部進行鉚接而將蓋體固定于外裝管的一端。由此，用蓋體僅封塞了外裝管的一端開口。

接著，用烘箱將卷體在大氣中、在500℃的溫度下加熱3小時，由此除去了卷體的碳纖維層中所含有的粘合劑。

然后，使外裝管的被封塞端在擠壓方向的最前面，來將被加熱了的狀態(tài)的卷體填充到擠壓加工裝置的容器內(nèi)。容器溫度和擠壓加工模溫度都為500℃。然后，將卷體以擠壓速度1mm/分進行擠壓加工，由此，得到了鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

復(fù)合材料，遍及其整體都沒有產(chǎn)生裂紋等表面缺陷，成型性非常良好。另外，在復(fù)合材料中，碳纖維層和鋁箔在復(fù)合材料的徑向上交替地重疊成層疊狀。另外，鋁箔的鋁充分地滲透到碳纖維層內(nèi)，而且，夾著碳纖維層的配置于兩側(cè)的兩個鋁箔彼此充分地接合。因此，復(fù)合材料具有高的強度。

復(fù)合材料的擠壓方向(即，復(fù)合材料的長度方向)的熱導(dǎo)率為250W/(m·K)，其線膨脹系數(shù)為10×10^-6/K。與復(fù)合材料的擠壓方向垂直的方向(即，復(fù)合材料的徑向)的熱導(dǎo)率為100W/(m·K)，其線膨脹系數(shù)為21×10^-6/K。

＜實施例3＞

在實施例3中，除了在上述實施例2基礎(chǔ)上沒有封塞外裝管的一端開口以外，采用與上述實施例1相同的步驟來制造了鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

僅在復(fù)合材料的擠壓方向的最前面部分中產(chǎn)生了裂紋，但在復(fù)合材料的擠壓方向的中間部分中沒有產(chǎn)生裂紋等表面缺陷。因此，成型性稍良好。而且，復(fù)合材料的擠壓方向的比中間部分靠后的后尾側(cè)的部分，鋁的含有量比復(fù)合材料的擠壓方向的中間部分多一些(換言之，碳纖維的含有量比復(fù)合材料的擠壓方向的中間部分少一些)。

復(fù)合材料的擠壓方向的中間部分的物性(熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù))與上述實施例2大致相同。

＜比較例1＞

在比較例1中，試著進行了下述制造，即，除了在上述實施例1基礎(chǔ)上使用平均粒徑180μm的碳粉末(昭和電工(株)制：ショーカライザー(注冊商標)-S)來代替碳纖維以外，采用與上述實施例1相同的步驟來制造了鋁與碳的復(fù)合材料。其結(jié)果，當將卷體進行擠壓加工時，卷體未固定從而鋁箔被擠出。因此，成型性差。因此，不能夠測定復(fù)合材料的物性(熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù))。

＜比較例2＞

在比較例2中，除了在上述實施例1基礎(chǔ)上使涂敷層中所含有的碳纖維的涂敷量為50g/m²以外，采用與上述實施例1相同的步驟來制造了鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

復(fù)合材料部分性地產(chǎn)生了裂紋部。切斷復(fù)合材料來觀察其切斷面，在復(fù)合材料的內(nèi)部產(chǎn)生了許多的小間隙。因此，雖然想從復(fù)合材料制取用于測定物性(熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù))的試樣，但由于間隙多，因此不能夠制取適于測定的試樣。

將以上的實施例1～3以及比較例1、2的結(jié)果匯總地示于表1中。

表1

另外，在表1中的“成型性”欄中，“○”表示成型性非常良好，“△”表示成型性稍良好，“×”表示成型性差。

另外，在表1中的“外裝”欄中，“管和蓋體”表示作為外裝體使用了外裝管，并且用蓋體封塞了外裝管的一端開口。另外，“管”表示作為外裝體使用了外裝管，并且，沒有分別封塞外裝管的兩端開口。

本申請基于在2014年5月21日提出的日本國專利申請2014-105297號要求優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容原樣構(gòu)成本申請的一部分。

必須認識到，在此所使用的用語和表達，是為了說明而使用的，并不用于限定性地解釋，也不排除在此所示并且敘述過的特征事項的任何的均等物，也容許本發(fā)明的請求保護的范圍內(nèi)的各種變形。

本發(fā)明是以較多的不同的形態(tài)進行具體化而得到的，但該公開應(yīng)被看作是提供了本發(fā)明的原理的實施例，這些實施例并不意圖將本發(fā)明限定為在此記載和/或圖示的優(yōu)選的實施方式，在此前提下記載了較多的圖示實施方式。

在此記載了本發(fā)明的幾個圖示實施方式，但本發(fā)明并不限定于在此記載的各種的優(yōu)選實施方式，還包含可基于該公開而被所謂的本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到的、具有均等的要素、修改、刪除、組合(例如，跨越各種實施方式的特征的組合)、改良和/或變更的所有實施方式。權(quán)利要求的限定事項可基于該權(quán)利要求中所使用的用語進行寬泛地解釋，在本說明書或者本申請的實施中，不應(yīng)限定于所記載的實施例，那樣的實施例應(yīng)解釋為是非排他性的。例如，在該公開中，“優(yōu)選”這樣的用語是非排他性的，表示“優(yōu)選但不限于此”這樣的意思。在該公開以及本申請的實施中，方法+功能或者步驟+功能的限定事項，針對特定權(quán)利要求的限定事項，僅適用于在其限定事項中存在下述全部條件的情況：a)明確記載為“方法”或者“步驟”，并且，b)與此對應(yīng)的功能被明確地記載，并且，c)支持其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、材料或者行為(acts)沒有提及。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明可用于鋁與碳纖維的復(fù)合材料的制造方法、以及鋁與碳纖維的復(fù)合材料。

附圖標記說明

1：鋁箔

2：碳纖維

3：粘合劑

4：溶劑

5：涂液

6：涂敷層

7：碳纖維層

8：涂敷箔

10：卷體

15：外裝體

16：外裝管

17：蓋體

20：鋁與碳纖維的復(fù)合材料

40：涂敷裝置

47：烘箱

50：擠壓加工裝置