铝与碳纤维的复合材料的制造方法与流程

本发明涉及铝与碳纤维的复合材料的制造方法、以及铝与碳纤维的复合材料。

再者，在本说明书及权利要求书中，只要没有特别明示，“铝”这一用语以包含纯铝和铝合金这两者的意思来使用。

背景技术：

作为在提高铝的放热性的同时控制了热膨胀率的材料，正在研究铝与碳的复合材料。

作为该复合材料的制造方法，已知：向熔化了的铝中加入碳粉末进行搅拌混合的方法(熔液搅拌法)；向具有空隙的碳成形体压入熔化了的铝的方法(熔液锻造法)；将铝粉末与碳粉末混合并进行加热加压烧成的方法(粉末冶金法)；将铝粉末与碳粉末混合并进行挤压加工的方法(粉末挤压法)；等等。

但是，在这些的方法中，由于使用熔融了的铝或铝粉末，因此制造作业繁杂，且制造设备大型化。

在日本特开昭62-66929号公报(专利文献1)中记载了以下方法：向作为金属箔的铝箔上喷涂作为强化材料的SiC晶须，接着卷绕铝箔，然后对卷绕了的铝箔进行挤压加工或轧制加工，由此制造作为铝与碳的复合材料的铝基复合材料。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭62-66929号公报

技术实现要素：

但是，在上述公报记载的制造方法中，由于在铝箔上形成的SiC晶须的喷涂层过厚，所以铝不能充分渗透到喷涂层内，在喷涂层中会形成间隙；以及，夹着喷涂层的配置于两侧的铝箔彼此没有怎么接合，由于这些原因，复合材料的强度低。

本发明是鉴于上述的技术背景而完成的，其目的在于提供具有高强度的铝与碳纤维的复合材料的制造方法、以及铝与碳纤维的复合材料。本发明的其他目的和优点从以下的优选实施方式明确可知。

本发明提供以下的技术方案。

[1]一种铝与碳纤维的复合材料的制造方法，包含：

涂敷工序，将以混合状态含有碳纤维、粘合剂和上述粘合剂用溶剂的涂液涂敷于铝箔上，在上述铝箔上形成涂敷层；

溶剂除去工序，除去上述涂敷层中所含有的上述溶剂，从而得到在上述铝箔上形成有碳纤维层的涂敷箔；

成卷工序，将上述涂敷箔卷绕成卷状从而得到卷体；

粘合剂除去工序，除去上述卷体的上述碳纤维层中所含有的上述粘合剂；和

挤压加工工序，在上述粘合剂除去工序之后对上述卷体进行挤压加工，

在上述涂敷工序中，以使得上述涂敷层中所含有的上述碳纤维的涂敷量成为40g/m²以下的方式在上述铝箔上涂敷上述涂液。

[2]根据前项1所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，上述涂液中所含有的上述碳纤维的长度为1mm以下。

[3]根据前项1或2所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述涂敷工序中，以使得上述铝箔的体积相对于上述铝箔的体积与上述涂敷层中所含有的上述碳纤维的体积的合计体积超过50％的方式在上述铝箔上涂敷上述涂液。

[4]根据前项1～3的任一项所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，上述涂液以使得上述粘合剂的质量相对于上述碳纤维的质量成为0.5％～25％的方式含有上述碳纤维和上述粘合剂。

[5]根据前项1～4的任一项所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述成卷工序与上述粘合剂除去工序之间还包含用铝制外装体覆盖上述卷体的外周面的覆盖工序，

在上述粘合剂除去工序中，在上述覆盖工序之后除去上述卷体的上述碳纤维层中所含有的上述粘合剂。

[6]根据前项5所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述覆盖工序中，通过向作为上述外装体的铝制外装管内插入上述卷体，来用上述外装体覆盖上述卷体的上述外周面。

[7]根据前项5或6所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述覆盖工序与上述粘合剂除去工序之间、或者上述粘合剂除去工序与上述挤压加工工序之间还包含将上述外装体的两端开口之中的至少一方封塞的封塞工序。

[8]根据前项7所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述挤压加工工序中，使上述外装体的被封塞端在挤压方向的最前面来对上述卷体进行挤压加工。

[9]根据前项7或8所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，用铝制盖体封塞上述外装体的上述两端开口之中的上述至少一方。

[10]根据前项5或6所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述覆盖工序与上述粘合剂除去工序之间还包含用铝制盖体仅封塞上述外装体的一端开口的封塞工序，

在上述挤压加工工序中，使上述外装体的被封塞端在挤压方向的最前面来对上述卷体进行挤压加工。

[11]根据前项5～10的任一项所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，在上述粘合剂除去工序中，通过将上述卷体在大气中、350～600℃的温度下加热1小时以上来除去上述粘合剂。

[12]一种铝与碳纤维的复合材料，是采用前项1～11的任一项所述的铝与碳纤维的复合材料的制造方法得到的。

本发明发挥了以下的效果。

在前项[1]中，在铝箔上涂敷涂液、将箔卷绕成卷状、以及进行挤压加工是广为人知的技术，是廉价且可大量制造的方法，因此能够容易且大量地制造铝与碳纤维的复合材料。

进而，通过将涂液涂敷于铝箔上并使得涂液中所含有的碳纤维的涂敷量成为40g/m²以下，由此在进行挤压加工工序时，通过挤压压力，铝箔的铝会充分地渗透到碳纤维层内，并且，夹着碳纤维层的配置于两侧的铝箔彼此充分地接合。其结果，能够得到具有高强度的铝与碳纤维的复合材料。

进而，在粘合剂除去工序中，通过除去粘合剂，能够抑制由粘合剂的残渣引起的复合材料的热导率的降低。

进而，复合材料可作为被碳纤维强化了的铝材来掌握，具有高的杨氏模量。因此，复合材料也能够很适合地作为要求弯曲强度等的硬度的构件材料使用。

在前项[2]中，通过涂液中所含有的碳纤维的长度为1mm以下，可切实地谋求涂敷层的厚度及碳纤维含有量的均匀化。

在前项[3]中，在进行挤压加工工序时，能够使铝箔的铝切实地渗透到碳纤维层内。由此，能够切实地提高复合材料的强度。

在前项[4]中，通过粘合剂的质量相对于碳纤维的质量为0.5％以上，能够在进行涂敷工序时切实地使碳纤维附着于铝箔上。

进而，通过粘合剂的质量相对于碳纤维的质量为25％以下，能够在进行粘合剂除去工序时切实地防止粘合剂量过多从而残留粘合剂的情况。由此，能够进一步切实地抑制由粘合剂的残渣引起的复合材料的热导率的降低。

在前项[5]中，通过用外装体覆盖(包覆)卷体的外周面，能够在进行粘合剂除去工序时和进行挤压加工工序时抑制碳纤维层的碳纤维从卷体(若详述，为卷体的铝箔)脱落。

进而，能够用外装体保护卷体的外周面以使得在进行卷体的运送时和进行挤压加工工序时卷体的外周面不破损。

进而，当卷体被挤压加工时，作为所得到的复合材料的最外周层形成铝层，碳纤维不会露出到复合材料的最外周面。由此，对于复合材料而言，可抑制接触其最外周面的接触物被碳纤维污染，还能抑制碳纤维的脱落。

在前项[6]中，通过向作为外装体的外装管内插入卷体，能够容易地进行用外装体覆盖卷体的外周面的作业，可切实地发挥前项[5]的效果。

在前项[7]中，通过封塞(封堵)外装体的两端开口之中的至少一方，能够在卷体的运送时等抑制卷体的卷错开，能够抑制卷体从外装体内落下。

在前项[8]中，通过使外装体的被封塞端在挤压方向的最前面来对卷体进行挤压加工，能够在进行挤压加工工序时抑制卷体在挤压方向上的卷错开。由此，能够谋求在挤压方向上碳纤维相对于铝的含有率的均匀化。

在前项[9]中，可切实地发挥前项[7]或[8]的效果。

在前项[10]中，通过用盖体仅封塞外装体的一端开口就可充分获得前项[7]～[9]的任一项的效果。

进而，由于仅封塞外装体的一端开口，因此在进行粘合剂除去工序时在外装体内产生的粘合剂的升华气体、分解气体会从外装体的另一端开口排出。因此，能够切实地除去粘合剂。由此，能够进一步切实地抑制由粘合剂的残渣引起的复合材料的热导率的降低。

进而，由于外装体的一端开口被盖体封塞，因此能够在进行卷体的运送时和进行挤压加工工序时切实地抑制卷体的卷错开，能够切实地抑制卷体从外装体内落下。

在前项[11]中，通过将卷体在大气中、在350～600℃的温度下加热1小时以上，能够切实地抑制碳纤维的氧化消耗。不用说，由于用于除去粘合剂的加热在大气中进行，因此能够容易地进行粘合剂的除去。

在前项[12]中，能够得到具有高强度的铝与碳纤维的复合材料。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式涉及的铝与碳纤维的复合材料的制造工序图。

图2是说明从涂敷工序至溶剂除去工序的概略图。

图3是说明成卷工序的概略图。

图4是说明覆盖工序的概略图。

图5是说明封塞工序的概略图。

图6是说明粘合剂除去工序的概略图。

图7A是表示在挤压加工工序中将卷体装填到挤压加工装置的容器内的状态的概略图。

图7B是表示使用该挤压加工装置将该卷体进行挤压加工的途中的状态的概略图。

图8是以挤压加工之前的状态和之后的状态来表示该卷体的铝箔和碳纤维层的概略放大截面图。

图9是碳纤维的涂敷量过多的情况下的对应于图8的图。

图10是表示切断该复合材料的途中的状态的概略图。

图11是本发明的第2实施方式涉及的铝与碳纤维的复合材料的制造工序图。

具体实施方式

接着，以下参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。

本发明的第1实施方式涉及的铝与碳纤维的复合材料的制造方法，如图1所示，包含涂敷工序S1、溶剂除去工序S2、成卷工序S3、覆盖工序S4、封塞工序S5、粘合剂除去工序S6以及挤压加工工序S7，以该记载顺序进行这些工序。

如图2所示，涂敷工序S1是将以混合状态含有碳纤维2、粘合剂3和粘合剂3用溶剂4的涂液5涂敷于铝箔1上，从而在铝箔1上形成涂敷层6的工序。

溶剂除去工序S2是除去涂敷层6中所含有的溶剂4，得到在铝箔1上形成有碳纤维层7的涂敷箔8的工序。

如图3所示，成卷工序S3是将涂敷箔8卷绕成卷状来得到卷体10的工序。

如图4及5所示，覆盖工序S4是用铝制外装体15覆盖卷体10的外周面10a的工序。

如图5所示，封塞工序S5是封塞外装体15的长度方向的两端开口之中的至少一方的工序。

如图6所示，粘合剂除去工序S6是除去卷体10的碳纤维层7(参照图2)中所含有的粘合剂3的工序。

如图7a及7B所示，挤压加工工序S7是对卷体10进行挤压加工来得到复合材料20的工序。

进而，在涂敷工序S1中，需要将涂液5涂敷于铝箔1上并使得涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量成为40g/m²以下。

在这里，所谓涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量，详细来说，是将构成涂敷层6的全部成分(碳纤维2、粘合剂3、溶剂4等)之中的、碳纤维2以外的成分除外时的涂敷量，即，意指仅是涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量。

在本第1实施方式中得到的复合材料20，通过含有碳纤维2，热导率变高，因此放热性良好，进而，由于其线膨胀系数为金属与陶瓷的中间的程度，因此可适合地作为功率模块中的热应力缓冲层的材料来使用。

进而，复合材料20可作为被碳纤维2强化了的铝材来掌握，具有高的杨氏模量。因此，复合材料20也可适合地作为需要弯曲强度等的硬度的构件的材料来使用。

接着，以下对各工序进行详细说明。

＜涂敷工序S1＞

在涂敷工序S1中使用的涂液5，例如如以下那样得到。即，如图2所示，向混合容器31内装入碳纤维2、粘合剂3和溶剂4，并将其利用带搅拌桨叶的搅拌器(例如混合机)30进行搅拌混合。由此，可得到以混合状态含有碳纤维2、粘合剂3和溶剂4的涂液5。此时，也可以根据需要将分散剂、消泡剂、表面调整剂、粘度调整剂等装入混合容器31内进行搅拌混合。

利用涂敷装置40将涂液5在铝箔1的一面上遍及其大致整个面而涂敷成层状。在本第1实施方式中，铝箔1为长条的铝箔，另外，被涂敷涂液5的铝箔1的一面，详细来说是铝箔1的上表面。

为将涂液5涂敷于铝箔1上，作为涂敷装置40可使用广为人知的装置，具体而言，可使用辊涂机、刮刀涂布机(knife coater)、模涂机、凹版辊涂布机(gravure coater)等。

在图2所示的涂敷装置40中，从放卷辊41放出的长条的铝箔1，顺次通过涂敷辊装置42和作为干燥装置的干燥炉45而被卷取辊43卷取。涂液5向铝箔1上的涂敷通过涂敷辊装置42进行。即，从放卷辊41放出的铝箔1，在通过涂敷辊装置42时由涂敷辊装置42在其一面(其上表面)上遍及其大致整个面而涂敷涂液5，从而在铝箔1上遍及其大致整个面而形成涂敷层6。

再者，涂敷辊装置42具备涂液用盆42a、传液辊(pick-up roller)42b、敷料辊42c、支承辊42d等。

干燥炉是用于通过将在铝箔1上形成的涂敷层6进行干燥来除去涂敷层6中所含有的溶剂4的炉。

涂液5中所含有的碳纤维2只要是纤维状就可使用，具体而言，例如可使用选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维以及碳纳米管类(例：气相生长碳纳米纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管碳纳米管)中的1种碳纤维或2种以上的混合碳纤维。

碳纤维2的长度没有特别限定，优选尽量较短，特别优选为1mm以下。其理由如下。

即，当碳纤维2长时，在使用如模涂机那样的以使涂液5通过狭窄的通路的方式构成的涂敷装置40的情况下，担心通路发生堵塞，涂敷层6的厚度及碳纤维含有量变得不均匀。另一方面，在碳纤维2的长度为1mm以下的情况下，可切实地避免发生这样的不良状况，由此，能够切实地谋求在铝箔1上涂敷的涂敷层6的厚度及碳纤维含有量的均匀化。碳纤维2的长度的下限没有限定，通常为碳纤维2的纤维直径的5倍。

碳纤维2的纤维直径没有限定，例如，碳纤维2的平均纤维直径为0.1nm～20μm。特别是对于PAN系碳纤维和沥青系碳纤维而言，优选是平均纤维直径为5～15μm的短纤维或磨碎纤维(milled fiber)。对于气相生长碳纳米纤维而言，优选平均纤维直径为0.1nm～20μm。

粘合剂3是用于赋予碳纤维2对于铝箔1的附着力，由此防止涂敷层6中所含有的碳纤维2从铝箔1上脱落的物质，通常由树脂构成。

进而，粘合剂3进行加热时容易变为有机物的烧结残渣或非晶碳化物，这些物质作为粘合剂3的残渣成为使复合材料20的热导率降低的主要原因。因此，粘合剂3优选使用在非氧化气氛中、在300～600℃的温度下不碳化且通过升华或分解等而消失的粘合剂。作为这样的粘合剂3，可优选地使用丙烯酸系树脂、聚乙二醇系树脂、丁基橡胶树脂、酚树脂、纤维素系树脂等。

溶剂4只要是溶解粘合剂3的溶剂就不限定其种类，作为溶剂4，可优选地使用水、醇系溶剂(例：甲醇、异丙醇)、烃系溶剂等。

进而，在涂敷工序S1中，如上所述，需要将涂液涂敷于铝箔上并使得涂敷涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量成为40g/m²以下。其理由后述。

涂液5，优选以粘合剂3的质量相对于碳纤维2的质量为0.5％～25％的方式含有碳纤维2和粘合剂3。通过粘合剂3的质量相对于碳纤维2的质量为0.5％以上，在涂敷工序S1中能够使碳纤维2切实地附着于铝箔1上。通过粘合剂3的质量相对于碳纤维2的质量为25％以下，在粘合剂除去工序S6中能够切实地防止粘合剂3的量过多从而粘合剂3残留于碳纤维层7内，由此，能够切实地抑制由粘合剂3的残渣引起的复合材料20的热导率的降低。

进而，在涂敷工序S1中，优选将涂液5涂敷于铝箔1上，并使得作为铝的体积与碳纤维2的体积的比率，铝箔1的体积V1相对于铝箔1的体积V1与涂敷层6中所含有的碳纤维2的体积V2的合计体积V1+V2超过50％。即，优选以满足V1/(V1+V2)＞0.5的式子的方式将涂液5涂敷于铝箔1上。由此，在挤压加工工序S7中，能够使铝箔1的铝切实地渗透到碳纤维层7内，能够切实地提高复合材料20的强度(机械强度等)。

在这里，在复合材料20例如作为功率模块中的热应力缓冲层的材料使用的情况下，优选设定铝的体积与碳纤维2的体积的比率，以使得复合材料20的线膨胀系数为功率模块的陶瓷层(电绝缘层)的线膨胀系数与功率模块的配线层的线膨胀系数的中间值、或陶瓷层的线膨胀系数与功率模块的冷却构件的线膨胀系数的中间值。特别是为了使复合材料20的线膨胀系数为经常作为电绝缘层的材料使用的陶瓷(氮化铝、氧化铝、碳化硅等)的线膨胀系数(例：约(3～5)×10^-6/K)与经常作为冷却构件(或配线层)的材料使用的铝的线膨胀系数(约23×10^-6/K)的中间值，优选将铝箔1的体积V1设定成相对于上述合计体积V1+V2超过50％且为90％以下。

要是将复合材料20的热导率与不含有碳纤维2的通常的铝材(其热导率为225W/(m·K))差别化的话，特别优选将铝箔1的体积V1设定成相对于上述合计体积V1+V2为90％以下。

铝箔1，只要是可耐受涂敷的铝箔则对其材质并不限定，可使用由A1000系、A 3000系、A 6000系等的各种各样的材质的铝形成的铝箔。另外，铝箔1的热导率根据铝箔1的材质而不同，因此也可选择铝箔1的材质以使得复合材料20的热导率成为所期望的设定值。

进而，铝箔1的厚度并没有限定，可选择铝箔1的厚度以使得复合材料20的物性(热导率、线膨胀系数等)成为所期望的设定值。

在这里，由于市售的铝箔1的最薄的厚度为6μm，因此从可容易地获得铝箔1的方面出发，优选铝箔1的厚度的下限为6μm。另一方面，对于铝箔1的厚度的上限，由于决定了涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量的上限(40g/m²)，因此能够根据铝箔1的铝的体积与碳纤维2的体积的比率、碳纤维2在铝箔1上的涂敷量等来算出铝箔1的厚度的上限。例如铝箔1的厚度的上限约为100μm，通常为15～50μm。

＜溶剂除去工序S2＞

溶剂除去工序S2，采用涂敷装置40的干燥炉45来进行。即，采用涂敷辊装置42形成了涂敷层6的铝箔1，在通过干燥炉45时涂敷层6中所含有的溶剂4通过干燥炉45而蒸发除去。其结果，得到在铝箔1上形成有碳纤维层7的涂敷箔8，所述碳纤维层7是从涂敷层6除去溶剂4而成的。然后，该涂敷箔8被卷取辊43卷取。

利用干燥炉45来除去溶剂4的除去条件，只要是可将涂敷层6中所含有的溶剂4从涂敷层6蒸发除去的条件就没有限定，例如，可将干燥温度60～150℃以及干燥时间5～60分钟的干燥条件作为溶剂4的除去条件应用。

进而，在本第1实施方式中，也有时在除去溶剂4后在碳纤维层7内产生大的间隙，因此也可用挤压辊(未图示)挤压碳纤维层7来调整碳纤维层7的体积密度。

＜成卷工序S3＞

在成卷工序S3中，如图3所示，卷体10通过以下过程而得到，即，将被卷取辊43卷取了的涂敷箔8在铝制卷芯11上重新卷绕成卷状。

涂敷箔8的卷绕操作，在卷体10达到所期望的直径时结束。即，涂敷箔8的卷绕圈数根据期望的卷体10的直径来设定。卷体10的所期望的直径并没有限定，例如，在卷体10的外周面10a被外装体15覆盖了的状态下，与可装填到在挤压加工工序S7中使用的挤压加工装置50的容器51内的料坯直径(通常为70～510mm)来进行设定。

在该成卷工序S3中，涂敷箔8被卷绕于卷芯11上，因此能够容易且切实地将涂敷箔8卷绕成卷状。

卷芯11的材质可以是与铝箔1相同的材质，也可以是与其不同的材质。卷芯11的直径没有特别限定，优选尽量小，例如为5～8mm。

＜覆盖工序S4＞

在覆盖工序S4中，如图4和5所示，卷体10的外周面10a用铝制外装体15覆盖。

在本第1实施方式中，外装体15的形状为管状，即，作为外装体15使用了铝制外装管16。外装管16的长度方向的两端分别开口。并且，以卷体10的轴向与外装管16的长度方向平行的方式将卷体10从外装管16的端开口16b插入配置到外装管16内，由此，卷体10的外周面10a的大致整个面被外装管16(外装体15)覆盖。优选在该覆盖状态下卷体10的外周面10a的大致整体与外装管16的内周面密着(密合)。

在此，在本第1实施方式中，作为外装体15使用了外装管16，但在本发明中，除此之外，例如虽未图示，但也可以将没有实施涂敷的铝箔作为外装体15使用。在该情况下，外装体15可通过将未形成涂敷层6或碳纤维层7的铝箔在卷体10的外周面10a上以覆盖卷体10的外周面10a的状态卷绕1圈或多圈来形成。

在该覆盖工序S4中，通过用外装体15覆盖卷体10的外周面10a，在进行粘合剂除去工序S6时以及进行挤压加工工序S7时可通过外装体15来抑制碳纤维层7的碳纤维2从卷体10(详细来说，卷体10的铝箔1)脱落。

进而，在卷体10的运送时和进行挤压加工工序S7时可用外装体15保护卷体10的外周面10a使得卷体10的外周面10a不破损。进而，如后所述，当卷体10被挤压加工时，作为所得到的复合材料20的最外周层形成铝层，碳纤维2不露出到复合材料20的最外周面。由此，对于复合材料20而言，能抑制与其最外周面接触的接触物被碳纤维2污染，也能抑制碳纤维2的脱落。

特别是在本第1实施方式中，由于作为外装体15使用了外装管16，因此可通过卷体10向外装管16内的插入来进行用外装体15覆盖卷体10的外周面10a的操作。由此，即使不使用特别的工具也能够防止卷体10的意外的卷松解，从而能够容易地进行该覆盖操作。进而，可切实地发挥由上述的外装体15带来的作用效果。

外装管16(外装体15)的壁厚，只要是具有可发挥由上述的外装管16(外装体15)带来的作用效果的强度的壁厚就没有限定，但优选尽量薄，特别优选设定在2～10mm。

进而，在本第1实施方式中，也可以通过将卷体10热套装在外装管16内而配置，来用外装管16覆盖卷体10的外周面10a。通过这样操作，卷体10在外装管16内被固定，因此可切实地发挥由上述的外装体15带来的作用效果。

＜封塞工序S5＞

在封塞工序S5中，如图5所示，将外装管16(外装体15)的长度方向的两端开口16a、16b之中的至少一方封塞。在本第1实施方式中，仅将外装管16的一端开口16a封塞，另一端开口16b没有被封塞。进而，作为将外装管16的一端开口16a封塞的构件，使用了圆板状的盖体17。

即，将盖体17重叠在外装管16的一个端面上以使得封塞其开口16a，在该状态下，通过在两者的重叠部进行焊接(包括搅拌摩擦接合)、铆接等而将盖体17固定于外装管16的一端，由此由盖体17将外装管16的一端开口16a封塞。

在该封塞工序S5中，外装管16的两端开口16a、16b之中的至少一方被封塞，因此在卷体10的运送时等能够抑制卷体10的卷错开，能够抑制卷体10从外装管16内落下。

而且，由于外装管16的两端开口16a、16b之中的至少一方被盖体17封塞，因此在卷体10的运送时等能够切实地抑制卷体10的卷错开，在卷体10的运送时能够切实地抑制卷体10从外装管16内落下。

＜粘合剂除去工序S6＞

在粘合剂除去工序S6中，如图6所示，粘合剂3通过以下过程而被除去：在大气中或非氧化气氛(例：真空、氮气、氩气)中，将可加热卷体10的工业用烘箱47作为加热炉使用来加热卷体10。该加热条件，优选是将卷体10在大气中(即，约1个大气压的空气中)、在350～600℃的温度下加热1小时以上。加热时间的所希望的上限没有限定，通常为5小时。

在这里，一般地，当包含碳纤维的复合体在大气中长时间暴露于高温中时，碳纤维会与大气中的氧进行反应而变成二氧化碳等的含碳气体，碳纤维会氧化消耗。

对此，在本第1实施方式中，由于卷体10的外周面10a被外装管(外装体15)覆盖，因此外装管16的外侧的氧气难以进入到外装管16的内侧。因此，若存在于外装管16的内侧的氧气与卷体10中所含有的碳纤维2以及粘合剂3进行反应而消除，则其后被保持为氧气难以进入到外装管16的内侧的状态。进而，由于外装管16的一端开口16a被封塞，因此外装管16的密闭度提高。其结果，即使利用烘箱47将卷体10在大气中、在350～450℃的温度下加热1小时以上，卷体10中所含有的碳纤维2也几乎没有氧化消耗、且卷体10中所含有的粘合剂3被除去。

进而，由于仅外装管16的一端开口16a被封塞了，因此在外装管16内产生的粘合剂3的升华气体、分解气体从外装管16的另一端开口16b排出。因此，能够切实地除去粘合剂3。由此，能够更切实地抑制由粘合剂3的残渣引起的复合材料20的热导率的降低。

进而，通过从碳纤维层7除去粘合剂3，碳纤维2变得容易从卷体10脱落，但在本实施方式中，卷体10的外表面10a被外装管16(外装体15)覆盖着，因此能够防止碳纤维2的脱落。

＜挤压加工工序S7＞

在挤压加工工序S7中，卷体10如下那样进行挤压加工。即，如图7A所示，使外装管16(外装体15)的被封塞的一端(即,盖体17)在挤压方向E的最前面来将卷体10填充到挤压加工装置50的容器51内。在该状态下，卷体10的轴向与挤压方向E平行。然后，在该状态下，如图7B所示，利用挤压加工装置50的挤压杆52将卷体10沿挤压方向E进行挤压，由此，将卷体10推入挤压加工装置50的挤压加工模53的挤压成形孔53a内来进行挤压加工。其结果，可得到作为挤压加工品的长的棒状的复合材料20。

挤压加工条件没有限定，可设定成各种挤压加工条件，但特别优选设定成：容器温度450～600℃、挤压加工模温度450～550℃、挤压速度0.1～10000mm/分钟。

在该挤压加工工序S7中，如图8所示，在挤压加工前的卷体10中，碳纤维层7和铝箔1在卷体10的径向上交替地配置成层叠状。因此，在夹着碳纤维层7的两侧分别配置有铝箔1、1。进而，在碳纤维层7内存在通过溶剂4和粘合剂3的除去等而产生的间隙7a。

在这里，在涂敷工序S1中，将涂液5涂敷于铝箔1上使得涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量成为40g/m²以下的情况下，当将卷体10进行挤压加工时，如该图8所示，通过其挤压压力而使各铝箔1的铝充分地渗透到碳纤维层7内的间隙7a的大致全部中，并且两个铝箔1、1彼此充分地接合。其结果，复合材料20的强度(机械强度等)变高。

另一方面，在将涂液5涂敷于铝箔1上使得涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量超过40g/m²的情况下，如图10所示，碳纤维层7过厚，因而即使将卷体10进行挤压加工，各铝箔1的铝并没有通过其挤压压力的作用而未充分地渗透到碳纤维层7内的间隙7a，间隙7a残存，而且，两个铝箔1、1彼此没有充分地接合。其结果，复合材料20的强度变弱。

因此，为了得到具有高强度的复合材料20，在涂敷工序S1中，需要将涂液5涂敷于铝箔1上并使得涂敷层6中所含有的碳纤维2的涂敷量成为40g/m²以下。

进而，为了将复合材料20的制造所需要的时间缩短，特别优选碳纤维2的涂敷量为30g/m²以下。

碳纤维2的涂敷量的下限没有限定，可根据铝箔1的铝的体积与碳纤维2的体积的比率等进行各种设定，例如设定为1.5g/m²。

在挤压加工工序S7中，如上所述，卷体10的外周面10a被外装管16(外装体15)覆盖着，因此作为复合材料20的最外周层形成铝层，碳纤维2没有露出到复合材料的最外周面。由此，对于复合材料20而言，能够抑制与其最外周面接触的接触物被碳纤维2污染，也能够抑制碳纤维2的脱落。

进而，通过使外装管16的被封塞的一端在挤压方向E的最前面来将卷体10进行挤压加工，由此在进行挤压加工工序S7时能够抑制卷体10在挤压方向E上的卷错开。由此，能够谋求在挤压方向E上相对于铝的、碳纤维2含有量的均匀化。

而且，由于外装管16的一端开口16a被盖体17封塞着，因此在进行挤压加工工序S7时能够切实地抑制卷体10在挤压方向E上的卷错开。由此，能够切实地谋求在挤压方向E上相对于铝的、碳纤维2的含有量的均匀化。

盖体17的壁厚，只要是具有能发挥由上述的盖体17带来的作用效果的强度的壁厚就没有限定，但从力的分散方面出发，优选相对于外装管16(外装体15)的壁厚被设定得与其相等或比其厚。

通过挤压加工工序S7得到的复合材料20，如图10所示，利用切割刃具48等根据期望的用途切断为规定的大小和形状。在这里，卷体10中的碳纤维2通过挤压加工被与挤压方向E大致平行地再配置，由此，复合材料20中的碳纤维2沿挤压方向E进行取向。因此，复合材料20的热传导性、电特性、强度等特性强烈依存于方向，即，复合材料20就热传导性、电特性、强度等特性而言是各向异性的。因此，在切割复合材料2时，优选沿着使得切断复合材料20而得到的切断品21的特性与期望的用途的特性一致的切割方向切断复合材料20。

图11是本发明的第2实施方式涉及的铝与碳纤维的复合材料的制造工序图。

本第2实施方式的复合材料的制造方法，如该图11所示，包含涂敷工序S11、溶剂除去工序S12、成卷工序S13、覆盖工序S14、粘合剂除去工序S15、封塞工序S16以及挤压加工工序S17，按照该记载顺序进行这些工序。即，封塞工序S16在粘合剂除去工序S15与挤压加工工序S17之间进行。

本第2实施方式的制造方法中的各工序与上述第1实施方式中的相应工序相同。

以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但不言而喻，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内可以进行各种各样的变更。

实施例

接着，以下对本发明的具体的实施例以及比较例进行说明。但是，本发明并不被以下所示的实施例限定。

＜实施例1＞

在实施例1中，按以下步骤制造了铝与碳纤维的复合材料。

将长度150μm且平均纤维直径10μm的碳纤维(日本石墨纤维(株)制：XN-100)、作为粘合剂的平均分子量70万的聚环氧乙烷(明成化学工业(株)制：アルコックス(注册商标)E-45)的3质量％水溶液、作为溶剂的异丙醇、分散剂和表面调整剂进行搅拌混合，由此得到了涂液。涂液中所含有的粘合剂的质量，相对于涂液中所含有的碳纤维的质量，按固体成分计为3％。另外，涂液的粘度为1000mPa·s。

在厚度20μm且宽度280mm的长条的铝箔(其材质：1N30)的一面上遍及其整个面地用刮刀涂布机来涂敷涂液，从而在铝箔上形成涂敷层，并且采用干燥炉来干燥涂敷层，从而除去涂敷层中所含有的溶剂，由此，得到在铝箔上形成有碳纤维层的涂敷箔。涂敷层中所含有的碳纤维的涂敷量为30g/m²。

接着，将涂敷箔在直径5mm的铝制卷芯(其材质：1050)上卷绕成卷状从而得到卷体。然后，将卷体插入配置于外径70mm且壁厚3mm的铝制外装管(其材质：1070)内，由此，将卷体的外周面的整体用外装管覆盖了。在卷体的外周面被外装管覆盖了的状态下，卷体的外周面的大致整体与外装管的内周面密着。

其后，将直径70mm且厚度3mm的圆板状的铝制盖体(其材质：1050)重叠在外装管的长度方向的一个端面上以使得封塞其开口，在该状态下，通过在两者的重叠部进行焊接而将盖体固定于外装管的一端。由此，用盖体仅封塞了外装管的一端开口。

接着，利用烘箱将卷体在大气中、在500℃的温度下加热3小时，由此除去卷体的碳纤维层中所含有的粘合剂。

然后，使外装管的被封塞端在挤压方向的最前面，来将被加热了的状态的卷体填充到挤压加工装置的容器内。容器温度和挤压加工模温度都为500℃。然后，将卷体以挤压速度1mm/分进行挤压加工，由此，得到铝与碳纤维的复合材料。

复合材料，遍及其整体都没有产生裂纹等表面缺陷，成型性非常良好。另外，在复合材料中，碳纤维层和铝箔在复合材料的径向上交替地重叠成层叠状。另外，铝箔的铝充分地渗透到碳纤维层内，而且，夹着碳纤维层的配置于两侧的两个铝箔彼此充分地接合。因此，复合材料具有高的强度。

复合材料的挤压方向(即，复合材料的长度方向)的热导率为300W/(m·K)，其线膨胀系数为6×10^-6/K。与复合材料的挤压方向垂直的方向(即，复合材料的径向)的热导率为120W/(m·K)，其线膨胀系数为20×10^-6/K。

＜实施例2＞

在实施例2中，采用以下的步骤来制造了铝与碳纤维的复合材料。

将长度200μm且平均纤维直径10μm的碳纤维(三菱树脂(株)制：K223HM)、作为粘合剂的丙烯酸系树脂、作为溶剂的丙二醇乙基醚醋酸酯、分散剂、和表面调整剂进行搅拌混合，由此得到了涂液。涂液中所含有的粘合剂的质量，相对于涂液中所含有的碳纤维的质量，按固体成分计为20％。另外，涂液的粘度为1500mPa·s。

在厚度20μm且宽度280mm的长条的铝箔(其材质：1N30)的一面上遍及其整个面地采用刮刀涂布机来涂敷涂液，从而在铝箔上形成涂敷层，并且采用干燥炉来干燥涂敷层从而除去涂敷层中所含有的溶剂，由此，得到了在铝箔上形成有碳纤维层的涂敷箔。涂敷层中所含有的碳纤维的涂敷量为20g/m²。

接着，将涂敷箔在直径5mm的铝制卷芯(其材质：1050)上卷绕成卷状从而得到卷体。然后，将卷体插入配置到外径70mm且壁厚3mm的铝制外装管(其材质：1070)内，由此，将卷体的外周面的整体用外装管覆盖了。在卷体的外周面被外装管覆盖了的状态下，卷体的外周面的大致整体与外装管的内周面密着。

其后，将直径70mm且厚度3mm的圆板状的铝制盖体(其材质：1050)重叠在外装管的长度方向的一个端面上以使得封塞其开口，在该状态下，通过在两者的重叠部进行铆接而将盖体固定于外装管的一端。由此，用盖体仅封塞了外装管的一端开口。

接着，用烘箱将卷体在大气中、在500℃的温度下加热3小时，由此除去了卷体的碳纤维层中所含有的粘合剂。

然后，使外装管的被封塞端在挤压方向的最前面，来将被加热了的状态的卷体填充到挤压加工装置的容器内。容器温度和挤压加工模温度都为500℃。然后，将卷体以挤压速度1mm/分进行挤压加工，由此，得到了铝与碳纤维的复合材料。

复合材料，遍及其整体都没有产生裂纹等表面缺陷，成型性非常良好。另外，在复合材料中，碳纤维层和铝箔在复合材料的径向上交替地重叠成层叠状。另外，铝箔的铝充分地渗透到碳纤维层内，而且，夹着碳纤维层的配置于两侧的两个铝箔彼此充分地接合。因此，复合材料具有高的强度。

复合材料的挤压方向(即，复合材料的长度方向)的热导率为250W/(m·K)，其线膨胀系数为10×10^-6/K。与复合材料的挤压方向垂直的方向(即，复合材料的径向)的热导率为100W/(m·K)，其线膨胀系数为21×10^-6/K。

＜实施例3＞

在实施例3中，除了在上述实施例2基础上没有封塞外装管的一端开口以外，采用与上述实施例1相同的步骤来制造了铝与碳纤维的复合材料。

仅在复合材料的挤压方向的最前面部分中产生了裂纹，但在复合材料的挤压方向的中间部分中没有产生裂纹等表面缺陷。因此，成型性稍良好。而且，复合材料的挤压方向的比中间部分靠后的后尾侧的部分，铝的含有量比复合材料的挤压方向的中间部分多一些(换言之，碳纤维的含有量比复合材料的挤压方向的中间部分少一些)。

复合材料的挤压方向的中间部分的物性(热导率、线膨胀系数)与上述实施例2大致相同。

＜比较例1＞

在比较例1中，试着进行了下述制造，即，除了在上述实施例1基础上使用平均粒径180μm的碳粉末(昭和电工(株)制：ショーカライザー(注册商标)-S)来代替碳纤维以外，采用与上述实施例1相同的步骤来制造了铝与碳的复合材料。其结果，当将卷体进行挤压加工时，卷体未固定从而铝箔被挤出。因此，成型性差。因此，不能够测定复合材料的物性(热导率、线膨胀系数)。

＜比较例2＞

在比较例2中，除了在上述实施例1基础上使涂敷层中所含有的碳纤维的涂敷量为50g/m²以外，采用与上述实施例1相同的步骤来制造了铝与碳纤维的复合材料。

复合材料部分性地产生了裂纹部。切断复合材料来观察其切断面，在复合材料的内部产生了许多的小间隙。因此，虽然想从复合材料制取用于测定物性(热导率、线膨胀系数)的试样，但由于间隙多，因此不能够制取适于测定的试样。

将以上的实施例1～3以及比较例1、2的结果汇总地示于表1中。

表1

另外，在表1中的“成型性”栏中，“○”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“外装”栏中，“管和盖体”表示作为外装体使用了外装管，并且用盖体封塞了外装管的一端开口。另外，“管”表示作为外装体使用了外装管，并且，没有分别封塞外装管的两端开口。

本申请基于在2014年5月21日提出的日本国专利申请2014-105297号要求优先权，其公开内容原样构成本申请的一部分。

必须认识到，在此所使用的用语和表达，是为了说明而使用的，并不用于限定性地解释，也不排除在此所示并且叙述过的特征事项的任何的均等物，也容许本发明的请求保护的范围内的各种变形。

本发明是以较多的不同的形态进行具体化而得到的，但该公开应被看作是提供了本发明的原理的实施例，这些实施例并不意图将本发明限定为在此记载和/或图示的优选的实施方式，在此前提下记载了较多的图示实施方式。

在此记载了本发明的几个图示实施方式，但本发明并不限定于在此记载的各种的优选实施方式，还包含可基于该公开而被所谓的本领域技术人员认识到的、具有均等的要素、修改、删除、组合(例如，跨越各种实施方式的特征的组合)、改良和/或变更的所有实施方式。权利要求的限定事项可基于该权利要求中所使用的用语进行宽泛地解释，在本说明书或者本申请的实施中，不应限定于所记载的实施例，那样的实施例应解释为是非排他性的。例如，在该公开中，“优选”这样的用语是非排他性的，表示“优选但不限于此”这样的意思。在该公开以及本申请的实施中，方法+功能或者步骤+功能的限定事项，针对特定权利要求的限定事项，仅适用于在其限定事项中存在下述全部条件的情况：a)明确记载为“方法”或者“步骤”，并且，b)与此对应的功能被明确地记载，并且，c)支持其构成的结构、材料或者行为(acts)没有提及。

产业上的可利用性

本发明可用于铝与碳纤维的复合材料的制造方法、以及铝与碳纤维的复合材料。

附图标记说明

1：铝箔

2：碳纤维

3：粘合剂

4：溶剂

5：涂液

6：涂敷层

7：碳纤维层

8：涂敷箔

10：卷体

15：外装体

16：外装管

17：盖体

20：铝与碳纤维的复合材料

40：涂敷装置

47：烘箱

50：挤压加工装置