应力缓冲材料制造技术

本发明专利技术人等发现通过利用含有０．１～１２ａｔ．％的Ｃａ的含Ｃａ铝合金而形成应力缓冲材料，从而能以低成本获得在各种领域进一步广泛利用、且具有超越了现有水平的低杨氏模量的应力缓冲材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由能有效降低应力的铝合金形成的应力缓冲材料。
技术介绍
降低了杨氏模量的金属材料对于荷载应力能够获得较大的弹性变形，由于该柔韧的特性，而被用于各种用途。例如，降低了杨氏模量的金属材料用于弹簧材料时，由于能够降低弹簧的卷绕数，因此能够使弹簧小型化。另外，降低了杨氏模量的金属材料由于柔韧的特性而用于眼镜时，能提高使用感。此外降低了杨氏模量的金属材料用于高尔夫球棍时能够提高飞行距离，除此之外也优选用于机器人、人造骨辅助材料等产品中。 例如，在机器人的手、手指中使用了钢铁等金属。然而，当机器人要用不锈钢制的手抓住对象物时，难以调节力量，存在容易破坏对象物的问题。因此，要求使用低杨氏模量、且能有效降低应力的原材料(应力缓冲材料)来制作机器人的手和手指。另外，当低杨氏模量的金属同时也能降低线膨胀系数时，例如作为半导体组件的配线等构成部件或各种金属密封件使用时，能够用作有效吸收由于与芯片的线膨胀系数差而产生的热应变(热应力)的应力缓冲材料。 这样，具有低杨氏模量的金属能够作为应力缓冲材料而广泛用于各种用途。作为上述具有低杨氏模量的金属材料，例如，可以列举出钛系合金和Ni-Ti形状记忆合金。这些均为以钛为基础的金属，因此比较昂贵。另外，Mg为纯金属，其静态杨氏模量为40GPa左右，比较低，根据用途其使用范围由于强度低、耐热性、耐腐蚀性、耐久性等理由而被限制。因此，要求改良为能够将以金属中成本比较低的铝为基础的低弹性合金作为应力缓冲材料使用的原材料。作为铝基的低弹性材料，例如，专利文献1中公开了一种低弹性率无定形碳纤维强化铝复合材料。 然而，上述专利文献1中记载的专利技术为复合材料，因此制造成本高，不适合大量生产。另外专利文献1中记载的专利技术无法作为半导体组件的构成部件(配线等)或各种金属密封件等应力缓冲材料而使用。 本专利技术是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种低成本、在各种领域进一步广泛利用、且具有超越了现有水平的低杨氏模量的由铝合金形成的应力缓冲材料。 专利文献1日本特开2005-272945号公报
技术实现思路
本专利技术人等为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现了一种能够达到上述目的的由新型铝合金形成的应力缓冲材料，从而完成了本专利技术。即本专利技术的应力缓冲材料的特征在于，其由含有0.1～12at.％的Ca的含Ca铝合金而形成。 附图说明 图1为表示实施例3的含Ca铝合金的X射线衍射图的图。 图2为实施例2的含Ca铝合金的光学显微镜照片。 图3为实施例3的含Ca铝合金的光学显微镜照片。 图4为比较例1的含Ca铝合金的光学显微镜照片。 具体实施例方式 本专利技术的应力缓冲材料的特征在于，其由含有0.1～12at.％的Ca的含Ca铝合金形成。本专利技术人等为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现了以下所示的新的技术的见解，从而开发了一种降低了杨氏模量且有效降低了应力的、由含Ca铝合金形成的应力缓冲材料。 即，含有约0.05～20at.％的Ca的铝合金在616℃以下为Al与Al4Ca的2相组织。本专利技术的合金中，杨氏模量下降的原因虽然不明，但推定为Al4Ca相使杨氏模量降低。另外使Ca量为0.1at.％～12at.％、并为2相组织的话，发现相对于纯Al而言杨氏模量降低。另外，纯Al的静态杨氏模量为约70GPa左右，通过本专利技术的合金而获得的静态杨氏模量为60GPa以下，优选为50GPa以下，最小为30GPa左右，能够降低到一半左右。同样地动态杨氏模量也为55GPa以下，优选为50GPa以下，更优选为45GPa以下，最小为30GPa左右，能够降低到一半左右。 另外，对于杨氏模量以外的特性也进行了深入研究，结果发现线膨胀系数相对于纯Al而言变小。而且可知，热导率相对于纯Al变小，但是也能够确保100W/m·K左右的充分高的热导率。因此，能够适合用于配线、热沉、半导体组件、各种金属密封件等应力缓冲材料。 另外进行组织控制以满足以下所示的条件(1)～(4)时，发现杨氏模量、强度、延展性、和其他特性被平衡为能够适合用于各种用途的水平。 (1)至少由Al、和由Al4Ca形成的第2相构成，第2相的体积分数为20～70％。 (2)至少由Al、和由Al4Ca形成的第2相构成，所述第2相均匀分散于Al基质中。 (3)至少由Al、和由Al4Ca形成的第2相构成，第2相的平均尺寸为0.01～20μm。 (4)Al和Al4Ca的利用X射线衍射法的衍射峰满足以下的数学式(1)。数学式(1)中，IAl(111)表示Al的(111)面反射强度，IAl4Ca(112)表示Al4Ca的(112)面反射强度。 2.5≤IAl(111)/IAl4Ca(112)≤100···(1) 如上所述，对于Al-Ca系合金中第2相的组织条件和相稳定性进行了详细调查，结果开发了一种低杨氏模量的由铝合金形成的应力缓冲材料。即本专利技术的应力缓冲材料的特征在于，其由含有0.1～12at.％的Ca的含Ca铝合金形成。另外，本专利技术的应力缓冲材料包含各种形态。详细而言，不限于原材料(例如，铸块、扁坯(slab)、钢坯(billet)、烧结体、轧制品、锻造品、线材、板材、棒状材料等)，也指对其进行加工而得的铝合金部件(例如，中间加工品、最终产品、它们的一部分等)等。另外，“至少由Al、和由Al4Ca形成的第2相构成”是指，合金组织至少包含由Al形成的第1相、和由Al4Ca形成的第2相，此外也可以包含Al相和Al4Ca相以外的其他的相(第3相以上的相)。即，可以是仅由Al相和Al4Ca相构成的2相组织，也可以是由Al相、Al4Ca相和其他的相(1或2以上的相)构成的3相组织或者其以上的多相组织。 如上所述，本专利技术的应力缓冲材料具有轻量、高成形性、高强度、低杨氏模量的特点，且具有高热导率、低线膨胀系数，生产率也优异，可以实现低成本化，因此能够广泛利用于各种产品中。例如，将本专利技术的应力缓冲材料用作半导体组件的构成部件(配线等)时，由于能够有效降低因与半导体或陶瓷制的绝缘基板的热膨胀率差而产生的热应力，因此能够提高组件的寿命、或有助于小型化、高效化。另一方面，将本专利技术的应力缓冲材料用于机器人的手臂等时，在要抓住对象物时能够实现低应力，因此能够不破坏对象物而将其抓住。另外，由于轻量，因此移动手臂时变得容易控制。 此外，本专利技术的应力缓冲材料能够有效降低在产品内产生的应力，因此能够在各种领域的各种产品中利用。例如，能够利用于设置在液压成形的注入口的金属密封件等各种金属密封件等。然而，本专利技术的应力缓冲材料不受上述利用用途的任何限制，能够广泛应用于要求低杨氏模量、降低机械应力和热应力的
中。 以下，对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。 本专利技术的应力缓冲材料由以Al为主要成分的含Ca铝合金形成，Al为剩余部分，其含量不受限制。例如，以原子量比率进行考虑时，只要含有元素中最多的元素为Al即可。尤其是，以Al合金整体为100at.％时，如果是Al含量为70at.％以上、优选为85at.％以上、更优选为90at.％以上的Al基合金的话，在实现低密度化、低弹性化方面是优选的。其中，Al基合金是指含有至少50质量％的Al成分的合金。另外，当然可以存在不可避免的杂质。 Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力缓冲材料，其由含有０．１～１２ａｔ．％的Ｃａ的含Ｃａ铝合金形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：源岛文彦，坂元宏规，鞘师守，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，国立大学法人北见工业大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]