本發(fā)明涉及一種其中金剛石和金屬被復(fù)合在一起的復(fù)合材料及其制造方法，以及一種由該復(fù)合材料構(gòu)成的散熱部件。特別地，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱性優(yōu)異、適合作為用于散熱部件的材料并且致密的金剛石復(fù)合材料，以及一種制造金剛石復(fù)合材料的方法，該方法可以有效地制造這樣的金剛石復(fù)合材料，其中金剛石和金屬之間的潤濕性優(yōu)異，并且該金剛石復(fù)合材料是致密材料。

背景技術(shù)：

正在逐漸開發(fā)半導(dǎo)體元件，以實(shí)現(xiàn)更高的集成度、更高的功率和更高的速度。因此，需要使半導(dǎo)體元件充分散熱，以防止半導(dǎo)體元件達(dá)到運(yùn)行上限溫度。通常，使半導(dǎo)體元件散熱利用自然對流和強(qiáng)制通風(fēng)以及用于擴(kuò)大散熱表面的散熱部件(稱為散熱片、散熱器等)。

作為要求呈現(xiàn)特別高的散熱性的散熱部件的材料，已經(jīng)考慮了具有高導(dǎo)熱率的金剛石和金屬的復(fù)合材料。專利文獻(xiàn)1公開了金剛石和Ag-Cu合金的復(fù)合材料。專利文獻(xiàn)2公開了金剛石和銅的復(fù)合材料。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利未審查公開No.2004-197153

專利文獻(xiàn)2：WO2003/040420

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

通常，金剛石與金屬的潤濕性差。其結(jié)果是，當(dāng)將金剛石和金屬復(fù)合在一起時(shí)，金剛石和金屬的界面的附近會產(chǎn)生孔隙，并引起復(fù)合材料的密度和導(dǎo)熱率降低。因此，需要開發(fā)一種金剛石和金屬的復(fù)合材料，其用作半導(dǎo)體元件等的散熱部件的材料、具有極少的孔隙并且致密且導(dǎo)熱性優(yōu)異。

專利文獻(xiàn)1公開了一種這樣的構(gòu)成，其中使用Ti粉末作為原料，并且使金剛石本身和Ti反應(yīng)以在金剛石顆粒的表面上形成Ti的碳化物，使Ti的碳化物和Ag-Cu合金潤濕，從而使得金剛石顆粒和Ag-Cu合金通過Ti的碳化物彼此緊密地密著。然而，Ti或類似的元素周期表中的第4族元素通常容易與氧鍵合，并且氧化物膜可存在于Ti的粉末顆粒的表面上。該氧化物膜抑制金剛石和Ti的反應(yīng)并且不能充分地提高潤濕性，這可能引起由孔隙導(dǎo)致的復(fù)合材料的密度降低以及復(fù)合材料的導(dǎo)熱率降低?？赡軞埩粼趶?fù)合材料中的氧化物也可能會導(dǎo)致導(dǎo)熱率降低。

此外，在專利文獻(xiàn)1中，使用銀粉、銀板等作為原料。銀本身可能含有氧，因此，從銀中釋放的氧和元素周期表中的第4族元素(例如，Ti)結(jié)合在一起以形成氧化物，這可能會抑制金剛石和Ti的反應(yīng)。

此外，工業(yè)金剛石可能具有殘留在金剛石粉末顆粒的表面上的氧化物(例如，Cr、Fe等的氧化物)，該氧化物產(chǎn)生于用于生產(chǎn)金剛石的試劑等。該氧化物還可以作為抑制金剛石和元素周期表中的第4族元素(如Ti)的反應(yīng)的一個(gè)因素。

參考文獻(xiàn)2公開了一種這樣的制造方法，其中將金剛石粉末和銅粉末的壓坯填充到Mo制膠囊(capsule)中并在超高壓力下燒結(jié)，隨后，研磨膠囊并因此去除該膠囊。該參考文獻(xiàn)表明通過該制造方法，獲得了致密的復(fù)合材料并且在銅中未形成氧化物。然而，該復(fù)合材料僅具有彼此接觸而不是彼此接合的金剛石和銅，并且當(dāng)將其用作散熱部件時(shí)，其經(jīng)歷反復(fù)的冷熱循環(huán)，可能在金剛石和銅的界面處產(chǎn)生間隙并損害熱特性。此外，該制造方法需要能夠產(chǎn)生和控制超高壓力的設(shè)備，因此在復(fù)合材料的生產(chǎn)率方面較差。因此，需要一種這樣的制造金剛石復(fù)合材料的方法，其為更方便的制造方法，并且還可以減少和除去可能引起導(dǎo)熱性降低的氧化物。

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)熱性優(yōu)異且致密的金剛石復(fù)合材料和散熱部件。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種制造金剛石復(fù)合材料的方法，該方法可以有效地制造金剛石和金屬之間的潤濕性優(yōu)異的致密金剛石復(fù)合材料。

解決問題的方案

根據(jù)本發(fā)明的一種方式的金剛石復(fù)合材料包含：被覆金剛石顆粒，其包括金剛石顆粒、和覆蓋所述金剛石顆粒的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層；以及與所述被覆金剛石顆粒結(jié)合在一起的銀或銀合金，其中所述金剛石復(fù)合材料的氧含量為0.1質(zhì)量％以下。

作為上述金剛石復(fù)合材料的制造方法，(例如)可以列舉以下制造方法。金剛石復(fù)合材料的制造方法包括以下準(zhǔn)備步驟、填充步驟和浸滲步驟。

(準(zhǔn)備步驟)準(zhǔn)備以下原料的步驟：金剛石粉末；選自包含元素周期表中的第4族元素的硫化物、氮化物、氫化物和硼化物中的一種或多種第4族化合物的粉末；以及包括銀或銀合金的金屬材料。

(填充步驟)將上述金剛石粉末、上述第4族化合物的粉末和上述金屬材料填充到模具中的步驟。

(浸滲步驟)加熱填充到模具中的物質(zhì)，以將上述金剛石和上述熔融的銀或銀合金復(fù)合在一起的步驟。

本發(fā)明的有益效果

上述金剛石復(fù)合材料的導(dǎo)熱性優(yōu)異且是致密的。上述制造金剛石復(fù)合材料的方法在金剛石與金屬之間的潤濕性優(yōu)異并且可以容易地制造致密的金剛石復(fù)合材料。

附圖說明

圖1為根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料的示意性局部橫截面。

圖2示出了利用電子探針顯微分析儀(EPMA)觀察的試驗(yàn)例1中制造的樣品No.1-3的金剛石復(fù)合材料的橫截面的圖像，其中左上圖像為背散射電子圖像，左下圖像為氧(O)映射圖像，右上圖像為碳(C)映射圖像，以及右下圖像為Ti映射圖像。

圖3示出了利用EPMA在金剛石顆粒的附近觀察的試驗(yàn)例1中制造的樣品No.1-102的金剛石復(fù)合材料的截面的圖像，其中左上圖像為背散射電子圖像，左下圖像為O映射圖像，右上圖像為C映射圖像，以及右下圖像為Ti映射圖像。

圖4為用于說明工藝的圖，其示出了根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料的制造方法的步驟的例子。

圖5示意性地示出了根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料制造方法的浸滲步驟中引起的現(xiàn)象。

圖6為用于說明工藝的圖，其示出了根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料制造方法(在兩側(cè)形成金屬層的方法)的步驟的例子。

具體實(shí)施方式

[本發(fā)明的實(shí)施方案的描述]

首先，將列舉和描述本發(fā)明的實(shí)施方案。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一種方式的金剛石復(fù)合材料包含：被覆金剛石顆粒，其包括金剛石顆粒、和覆蓋上述金剛石顆粒的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層；以及與所述被覆金剛石顆粒結(jié)合在一起的銀或銀合金，其中所述金剛石復(fù)合材料的氧含量為0.1質(zhì)量％以下。本文所稱的元素周期表是由新的IUPAC命名法表示的長元素周期表。

對于以下幾點(diǎn)，上述金剛石復(fù)合材料是致密的且導(dǎo)熱性優(yōu)異。

(致密)

·上述金剛石復(fù)合材料的氧含量為0.1質(zhì)量％以下，因此具有很少的氧。因此，可以說在包括金剛石顆粒和包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層的界面及其附近在內(nèi)的整個(gè)復(fù)合材料中僅存在少量氧，優(yōu)選不含氧，并且在金剛石顆粒的表面或上述碳化物層中基本上不存在氧化物。據(jù)信，上述金剛石復(fù)合材料在其制造過程中抑制了會導(dǎo)致密度降低的孔隙的形成，并且碳化物層容易地且可靠地在金剛石的表面上形成。其結(jié)果是，金剛石和包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層彼此緊密地密著。

·由于在上述碳化物層中基本上不存在氧化物，所以可以說存在于金剛石顆粒周圍的元素周期表中的第4族元素主要作為碳化物存在。此外，可以認(rèn)為在銀或銀合金(以下也稱為金屬基質(zhì))中也基本上不存在氧化物。據(jù)認(rèn)為，上述這種金剛石復(fù)合材料在其制造過程中能夠使包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層與形成金屬基質(zhì)的熔融金屬之間的潤濕性充分增強(qiáng)、并且充分抑制了會導(dǎo)致密度降低的孔隙的形成。其結(jié)果是，包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層和金屬基質(zhì)彼此緊密地密著。

·也充分減少了金屬基質(zhì)中的孔隙。

(導(dǎo)熱性)

·該金剛石復(fù)合材料包含作為主要成分的金剛石顆粒和銀或銀合金，其中該金剛石顆粒的導(dǎo)熱率為1000W/m·K以上，并且該銀或銀合金的導(dǎo)熱率趨向于高于銅或銅合金等的導(dǎo)熱率。

·如上所述，在包括金剛石顆粒附近在內(nèi)的整個(gè)復(fù)合材料中僅存在少量氧，優(yōu)選不含氧，即，存在少量的導(dǎo)熱性差的氧化物，優(yōu)選不存在這樣的氧化物。

·金剛石復(fù)合材料具有通過金屬基質(zhì)致密地結(jié)合的金剛石顆粒，并且能夠令人滿意地構(gòu)建連接金剛石顆粒、碳化物和金屬基質(zhì)的熱傳導(dǎo)路徑、由形成在金剛石顆粒的表面上且連續(xù)地連接在一起的碳化物形成的熱傳導(dǎo)路徑等。

此外，上述金剛石復(fù)合材料同時(shí)包含熱膨脹系數(shù)為約2.3×10^-6/K以下的金剛石顆粒和熱膨脹系數(shù)大于金剛石的金屬基質(zhì)，因此其熱膨脹系數(shù)接近半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體裝置的周邊元件等的熱膨脹系數(shù)(即，差異較小，因此一致性優(yōu)異)。因此，可以將上述金剛石復(fù)合材料適合地用作半導(dǎo)體元件的散熱部件的材料。

(2)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉相對密度為96.5％以上的形式。

上述形式是致密的且具有很少的孔隙，并且可以減少由孔隙引起的導(dǎo)熱性降低，因此具有高的導(dǎo)熱性。

(3)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉上述金剛石顆粒的平均粒徑在1μm以上300μm以下的形式。

上述形式可以抑制由于金剛石顆粒過小而導(dǎo)致的導(dǎo)熱性降低，因此可以抑制復(fù)合材料中金剛石粉末粒界過多，因此具有高導(dǎo)熱性。并且上述形式可以抑制由于過大的金剛石顆粒導(dǎo)致的加工性(例如，研磨)的降低，并且有助于通過研磨等調(diào)節(jié)尺寸、形狀等。

(4)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉上述金剛石顆粒的含量為30體積％以上90體積％以下的形式。

上述形式包括足夠的金剛石顆粒，因此導(dǎo)熱性優(yōu)異。上述形式還可以抑制由于過多的金剛石顆粒引起的浸滲不良(產(chǎn)生未浸滲部分)，因此生產(chǎn)率優(yōu)異。

(5)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉在室溫下的導(dǎo)熱率為500W/m·K以上的形式。作為室溫，可以列舉在大氣壓下為約20℃以上約27℃以下。

上述形式具有極高的導(dǎo)熱率，并且可以適當(dāng)?shù)赜米餍枰尸F(xiàn)高散熱性的半導(dǎo)體元件的散熱部件的材料。

(6)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉在30℃至150℃下的平均熱膨脹系數(shù)為3×10^-6/K以上13×10^-6/K以下的形式。

上述形式與半導(dǎo)體元件的熱膨脹系數(shù)(例如，GaN：約5.5×10^-6/K等)、周邊元件(例如，包裝)的熱膨脹系數(shù)等的一致性極好，并且可以適當(dāng)?shù)赜米靼雽?dǎo)體元件的散熱部件的材料。

(7)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉在-60℃至+250℃下的冷熱循環(huán)耐久性為95％以上的形式。將冷熱循環(huán)耐久性設(shè)定為(冷熱循環(huán)后的導(dǎo)熱率/冷熱循環(huán)前的導(dǎo)熱率)×100。

當(dāng)如上所述的氧含量低且具有高導(dǎo)熱率的致密金剛石復(fù)合材料經(jīng)歷-60℃至+250℃的冷熱循環(huán)時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低較小，由此可以保持高導(dǎo)熱率。因此，上述形式可以適當(dāng)?shù)赜米髟谑褂弥薪?jīng)受冷熱循環(huán)的半導(dǎo)體元件的散熱部件的材料。

(8)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉在加熱至800℃后的導(dǎo)熱率降低率小于5％的形式。將降低率設(shè)定為{[(加熱前導(dǎo)熱率)-(加熱后導(dǎo)熱率)]/(加熱前導(dǎo)熱率)}×100。

當(dāng)將氧含量低且具有高導(dǎo)熱率的致密金剛石復(fù)合材料(即處于上述形式的金剛石復(fù)合材料)加熱到諸如800℃的高溫時(shí)，其仍然可以保持高導(dǎo)熱性，并且耐熱性優(yōu)異。上述這樣的形式(例如)可以適當(dāng)?shù)赜糜诎雽?dǎo)體元件的散熱部件的材料，可以使用高熔點(diǎn)的接合材料(如，銀釬焊材料，熔點(diǎn)約780℃)將由陶瓷等構(gòu)成的絕緣材料等接合至半導(dǎo)體元件。

(9)作為上述金剛石復(fù)合材料的例子，可以列舉還包括覆蓋所述金剛石復(fù)合材料的表面的至少一部分的金屬層的形式，其中所述金屬層的厚度為1μm以上300μm以下。

上述包括金屬層的形式容易變得平滑并且表面質(zhì)量優(yōu)異。此外，當(dāng)將該形式用于半導(dǎo)體元件的散熱部件時(shí)，可以將金屬層用作焊料(釬焊材料等)的基底材料，以將半導(dǎo)體元件和散熱部件牢固地接合在一起。

(10)根據(jù)本發(fā)明的一種方式的散熱部件由項(xiàng)目(1)至(9)中任一項(xiàng)所述的金剛石復(fù)合材料構(gòu)成。

由致密且導(dǎo)熱性優(yōu)異的上述金剛石復(fù)合材料構(gòu)成的上述散熱部件是致密的并且導(dǎo)熱性優(yōu)異。由于上述金剛石復(fù)合材料與半導(dǎo)體元件的熱膨脹系數(shù)具有優(yōu)異的一致性，因此上述散熱部件可以適當(dāng)?shù)赜米靼雽?dǎo)體元件的散熱部件。

作為制造上述金剛石復(fù)合材料的方法，(例如)可以列舉以下的制造方法。

(m1)金剛石復(fù)合材料的制造方法包括如下的準(zhǔn)備步驟、填充步驟和浸滲步驟：

(準(zhǔn)備步驟)準(zhǔn)備以下原料的步驟：金剛石粉末；選自包含元素周期表中的第4族元素的硫化物、氮化物、氫化物和硼化物中的一種或多種第4族化合物的粉末；以及包括銀或銀合金的金屬材料。

(填充步驟)將上述金剛石粉末、上述第4族化合物的粉末和上述金屬材料填充到模具中的步驟。

(浸滲步驟)加熱填充到模具中的物質(zhì)，以將上述金剛石和上述熔融的銀或銀合金復(fù)合在一起的步驟。

所述制造金剛石復(fù)合材料的方法并未如專利文獻(xiàn)1所述的那樣正好使用元素周期表中的第4族元素作為原料；相反，該方法使用包含元素周期表中的第4族元素和特定元素(更具體而言，硫、氮、氫和硼中的至少一種元素)的第4族化合物的粉末作為原料。第4族化合物的粉末可以在作為原料的階段、準(zhǔn)備步驟和填充步驟等中抑制元素周期表中的第4族元素的氧化。氧化的抑制有助于元素周期表中的第4族元素的周圍環(huán)境處于幾乎沒有氧的狀態(tài)，并且在浸滲步驟中，還可以另外通過包圍在上述4族化合物的化學(xué)分解中所產(chǎn)生的元素周期表中的第4族元素的氧從而抑制氧化。

此外，上述特定元素包括呈現(xiàn)還原作用的元素。

這里所指的還原作用是指這樣的作用：在浸滲步驟的升溫過程中，能夠減少可能包含在原料(例如，工業(yè)金剛石和銀或銀合金)中的氧和氧化物、可能通過化學(xué)分解等所產(chǎn)生的位于元素周期表中的第4族元素周圍的氧和氧化物等等，因此，將它們作為氣體(例如水蒸氣)除去。

上述特定元素具有的氧化抑制效果和還原作用可以在制造過程中有效地抑制上述元素周期表中的第4族元素的氧化，當(dāng)然也能夠抑制金剛石和銀等的氧化。

因此，元素周期表中的第4族元素和金剛石可以令人滿意地發(fā)生反應(yīng)，并且能夠可靠且充分地(既不會過度也不會不充分)形成能夠提高金剛石和熔融金屬之間的潤濕性的碳化物。特別地，通過使用第4族化合物的粉末作為碳化物形成元素(元素周期表中的第4族元素)的來源，則元素周期表中的第4族元素的供給量變化較小或者無變化，由此可以穩(wěn)定地供應(yīng)第4族元素，并且碳化物層的厚度幾乎不發(fā)生變化。即，碳化物層容易以均勻的厚度均勻地形成在金剛石顆粒的表面上，其中在該碳化物層中，金剛石顆粒的構(gòu)成成分(即碳)和元素周期表中的第4族元素結(jié)合在一起。因此，根據(jù)金剛石復(fù)合材料的制造方法，可以制造具有低氧含量并且導(dǎo)熱性優(yōu)異的致密復(fù)合材料(代表性地，根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料)。

(m2)作為金剛石復(fù)合材料的制造方法的例子，在上述填充步驟中，可以列舉這樣的形式，其中將含有上述金剛石粉末和上述第4族化合物的粉末的混合物粉末以及上述金屬材料以層的形式填充到模具中，以使填充物呈層疊的層的形式。

上述形式使得填充到模具中的物質(zhì)是混合物粉末和金屬材料的塊體(或?qū)?，并且確保有助于第4族化合物存在于金剛石周圍。因此，上述形式進(jìn)一步確保元素周期表中的第4族元素和金剛石更容易彼此反應(yīng)，從而形成碳化物，并且容易抑制基本上未與金剛石反應(yīng)的元素周期表中的第4族元素的殘留，并抑制該元素作為氧化物而存在。此外，(例如)當(dāng)提供混合物粉末的層和設(shè)置在其上的金屬材料的層以形成層疊體時(shí)，金屬材料共同存在于金屬材料的層中，因此，也共同提供了熔融金屬，從而呈現(xiàn)較大的自重，并且借助于其自重，可以自動(dòng)且容易地移動(dòng)到混合物粉末層側(cè)，從而令人滿意地滲入其中。此外，熔融金屬容易均勻地浸滲到混合物粉末層側(cè)，并且據(jù)信：與在每個(gè)位置分散并如此產(chǎn)生少量熔融金屬的情況相比，容易獲得金屬基質(zhì)均勻存在的金剛石復(fù)合材料。另外，當(dāng)以金屬粉末的形式使用金屬材料并與金剛石粉末混合時(shí)，金屬粉末的比重大于金剛石的比重，可以說金屬粉末不容易與金剛石粉末均勻混合。相反，上述形式僅需要將金剛石粉末與上述第4族化合物的粉末(其與金剛石的比重差異相對較小)混合，因此混合中的操作性優(yōu)異。因此，根據(jù)上述形式，可以更有效地制造致密且具有高導(dǎo)熱性的金剛石復(fù)合材料。

(m3)作為金剛石復(fù)合材料的制造方法的例子，可以列舉這樣的形式，其中在針對項(xiàng)目(m2)的形式描述的填充物形成為層疊體的方式的情況下，在上述填充步驟中，將上述金屬材料、上述混合物粉末和上述金屬材料依次堆疊，以形成具有由金屬構(gòu)成的相對側(cè)的堆疊體。

上述形式可以制造被覆復(fù)合材料，其中金剛石復(fù)合材料的相對側(cè)均具有位于其上的金屬層，該金屬層由與金屬基質(zhì)的組成相同的金屬構(gòu)成。特別地，上述形式也可以與浸滲同時(shí)形成金屬層，并且與在諸如接合金屬箔等的單獨(dú)步驟中形成金屬層的情況相比，上述形式能夠進(jìn)行更少的步驟，并且可以有效地制造被覆復(fù)合材料。所得的被覆復(fù)合材料具有金屬基質(zhì)和金屬層直接相鄰的結(jié)構(gòu)，因此具有大的接合強(qiáng)度且防止金屬層容易剝離，并且還具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性。除此之外，該形式可以提供上述項(xiàng)目(m2)中所述的各種效果。

(m4)作為金剛石復(fù)合材料的制造方法的例子，可以列舉這樣的形式，其中上述金屬材料是金屬粉末，并且上述金屬粉末的層包含含有元素周期表中的第4族元素的第4族化合物的粉末和元素周期表中的第4族元素的粉末中的至少一種。

在上述形式中，金屬材料層是包含金屬粉末和另外的第4族化合物的粉末和/或元素周期表中的第4族元素的粉末的層，在浸滲步驟中，當(dāng)溫度升高時(shí)，當(dāng)包含在金屬粉末層中的第4族化合物發(fā)生化學(xué)分解時(shí)所產(chǎn)生的元素周期表中的第4族元素、以及/或者包含在金屬粉末的層中的元素周期表中的第4族元素首先被引入金屬粉末熔融而產(chǎn)生的熔融金屬中，隨后與金剛石反應(yīng)而形成碳化物。一旦金剛石的反應(yīng)開始，隨后，這種反應(yīng)容易且連續(xù)地發(fā)生。即，上述形式提供了這樣的狀態(tài)：其中元素周期表的第4族元素易于進(jìn)入滲入金剛石的熔融金屬中，因此可以認(rèn)為促進(jìn)了金剛石與元素周期表中的第4族元素的反應(yīng)，并且可以更加令人滿意地生成碳化物。因此，根據(jù)上述形式，可以制造更致密且具有更高導(dǎo)熱性的金剛石復(fù)合材料。

[本發(fā)明的實(shí)施方案的詳細(xì)描述]

下文中，參照圖1，將對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料和散熱部件進(jìn)行具體描述，并且參照圖4至圖6，將對金剛石復(fù)合材料的制造方法進(jìn)行具體描述，該方法可以制造本實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料。

·金剛石復(fù)合材料

如圖1所示，根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1包括：多個(gè)被覆金剛石顆粒4，其包括金剛石顆粒2和覆蓋金剛石顆粒2的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層3；以及將被覆金剛石顆粒4結(jié)合在一起的金屬基質(zhì)5。多個(gè)被覆金剛石顆粒4形成的間隙中填充有金屬基質(zhì)5，因此金剛石顆粒2由集合狀態(tài)下的金屬基質(zhì)5保持。復(fù)合材料1是具有非常少的孔隙并且填充有無間隙的金屬基質(zhì)5的致密成形體(參見通過圖2所示的EPMA的背散射電子圖像)。本實(shí)施方案的復(fù)合材料1的特征在于，其整體具有低氧含量。以下，對復(fù)合材料的各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行具體描述。

··被覆金剛石顆粒

···金剛石

金剛石復(fù)合材料1包含作為一種主要構(gòu)成成分的多個(gè)金剛石顆粒2。具有較大含量的金剛石顆粒2的復(fù)合材料1具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，因此是優(yōu)選的。例如，復(fù)合材料1可以具有滿足500W/m·K以上的導(dǎo)熱率。相反，不具有過高的上述金剛石顆粒含量，而是包含一定程度的金屬基質(zhì)5，則可以防止復(fù)合材料1具有過小的熱膨脹系數(shù)。例如，復(fù)合材料1可以具有約4×10^-6/K以上約9.5×10^-6/K以下的熱膨脹系數(shù)，其接近半導(dǎo)體元件或其外周元件的熱膨脹系數(shù)。此外，當(dāng)上述含量不過大時(shí)，可以制造這樣的復(fù)合材料，使得熔融金屬可以充分浸滲到形成于金剛石顆粒之間的間隙中。其結(jié)果是，可以借助于碳化物層3從而令人滿意地進(jìn)行致密化和復(fù)合，以使復(fù)合材料1更致密。當(dāng)考慮導(dǎo)熱性、與半導(dǎo)體元件等的熱膨脹系數(shù)的一致性、致密化等時(shí)，復(fù)合材料1中的金剛石顆粒2的含量優(yōu)選為30體積％以上90體積％以下，更優(yōu)選為45體積％以上85體積％以下，50體積％以上80體積％以下。后面將描述復(fù)合材料1中的金剛石顆粒2的含量的測定方法。

包含具有較大粒徑的金剛石顆粒2的金剛石復(fù)合材料1在其中具有較少的金剛石粉末粒界，因此具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，這是優(yōu)選的。例如，復(fù)合材料1可以具有滿足500W/m·K以上的導(dǎo)熱率。相反，當(dāng)上述粒徑不過大時(shí)，金剛石復(fù)合材料在可加工性(例如，研磨)方面是優(yōu)異的，因此能夠調(diào)節(jié)以滿足規(guī)定的尺寸公差。此外，當(dāng)上述粒徑不過大時(shí)，復(fù)合材料1可以較薄。當(dāng)考慮導(dǎo)熱性、可加工性、厚度的減小等時(shí)，復(fù)合材料1中的金剛石顆粒2的平均粒徑優(yōu)選為1μm以上300μm以下、更優(yōu)選為1μm以上100μm以下、20μm以上60μm以下。金剛石粉末還可以是細(xì)金剛石粉末和粗金剛石粉末的混合物。包含細(xì)金剛石粉末和粗金剛石粉末的混合物的復(fù)合材料1更為致密并且具有更高的相對密度。后面將描述復(fù)合材料1中的金剛石顆粒2的平均粒徑的測定方法。

···碳化物層

金剛石復(fù)合材料1中的各金剛石顆粒2的表面被包含元素周期表中的第4族元素的碳化物覆蓋，并且各被覆金剛石顆粒4包括由上述碳化物形成的碳化物層3。該碳化物層3緊密地密著到金剛石顆粒2和金屬基質(zhì)5上(參見圖2所示的通過EPMA獲得的背散射電子圖像)。如上所述，復(fù)合材料1具有非常低的氧含量，并且其中基本上不存在氧化物，使得據(jù)認(rèn)為在其制造過程中，碳化物層3易于牢固地形成于金剛石的表面上，并且碳化物層3與熔融金屬(熔融金屬主要作為復(fù)合材料1中的金屬基質(zhì)5)的潤濕性優(yōu)異，由此實(shí)現(xiàn)了緊密的密著。包括這種碳化物層3的復(fù)合材料1具有三種要素，即金剛石顆粒2、碳化物層3和金屬基質(zhì)5，這三者緊密密著而沒有間隙，因此是致密的。

可以以不損害本發(fā)明的主旨的各種方法來形成碳化物層3。從進(jìn)一步提高與金剛石顆粒2的緊密密著性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選的是，碳化物層3由這樣的碳化物構(gòu)成，該碳化物是通過將金剛石顆粒2的更靠近其表面的區(qū)域中的構(gòu)成元素(即，碳)和元素周期表中的第4族元素結(jié)合在一起而形成的。在這種情況下，碳化物層3具有金剛石顆粒2本身的成分作為其構(gòu)成元素，因此能夠極好地密著在金剛石顆粒2上，從而使復(fù)合材料1更致密。

碳化物層3的主要構(gòu)成成分是碳，優(yōu)選為來自金剛石顆粒2的碳，以及元素周期表中的第4族元素。作為包含在碳化物層3中的元素周期表中的第4族元素，可以舉出選自鈦(Ti)、鋯(Zr)和鉿(Hf)中的至少一種。所形成的碳化物層3可以僅包含所列舉元素中的一種元素，或者包含其中的兩種或更多種元素。

當(dāng)碳化物層3過厚時(shí)，會過度地形成碳化物，這容易導(dǎo)致導(dǎo)熱性降低，因此，當(dāng)考慮到導(dǎo)熱性時(shí)，碳化物層優(yōu)選在某種程度上是薄的。具體而言，碳化物層3的平均厚度優(yōu)選為5μm以下，3μm以下，以及小于3μm，更優(yōu)選為1μm以下，也可以為納米級。當(dāng)碳化物層3是在制造金剛石復(fù)合材料1時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，代表性地，可以通過調(diào)節(jié)原料的添加量、其尺寸等來調(diào)節(jié)碳化物層3的厚度。

優(yōu)選地，金剛石復(fù)合材料1中的全部金剛石顆粒2均為被覆金剛石顆粒4。當(dāng)各被覆金剛石顆粒4中的金剛石顆粒2的90面積％以上的表面積被上述金剛石覆蓋時(shí)，復(fù)合材料1是致密化的，這是優(yōu)選的。當(dāng)金剛石顆粒2的接近其表面的區(qū)域基本上完全以碳化物存在時(shí)，則復(fù)合材料1進(jìn)一步致密化，這是優(yōu)選的。注意的是，盡管允許在金剛石的表面包括不存在包含元素周期表中的第4族元素的碳化物的部分，但是該部分越小，則越優(yōu)選。

金剛石復(fù)合材料1可以具有這樣的部分，其中包含在被覆金剛石顆粒4中的碳化物層3的至少一部分與包含在與其緊鄰的被覆金剛石顆粒4中的碳化物層3的至少一部分聯(lián)結(jié)并因此一體化(在下文中，該部分也可以被稱為聯(lián)結(jié)部)。具有由碳化物構(gòu)成的聯(lián)結(jié)部的形式和不具有聯(lián)結(jié)部的形式(具有單獨(dú)分散的被覆金剛石顆粒的形式)都是致密的并且具有優(yōu)異的熱特性。

··金屬基質(zhì)

金剛石復(fù)合材料1包括作為一個(gè)主要構(gòu)成要素的金屬基質(zhì)5。使金屬基質(zhì)5的構(gòu)成成分為銀(所謂的純銀)或銀合金。由銀構(gòu)成的金屬基質(zhì)5能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)427W/m·K的導(dǎo)熱率，并且復(fù)合材料1的導(dǎo)熱性優(yōu)異。銀合金是含有大于50質(zhì)量％的Ag、以及添加劑元素(余量由不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成)的合金。特別地，含有大于70質(zhì)量％的Ag、以及添加劑元素(余量由不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成)的合金趨向于在保持高導(dǎo)熱性的同時(shí)具有低液相點(diǎn)溫度，并且生產(chǎn)率優(yōu)異，這是因?yàn)楫?dāng)在低浸滲溫度下制造復(fù)合材料時(shí)，其能夠進(jìn)行令人滿意的復(fù)合化。作為銀合金的添加劑元素，可以列舉Cu等。作為添加劑元素的總含量，可以列舉約30質(zhì)量％以下。

··氧濃度

金剛石復(fù)合材料1的特征在于其整體上幾乎沒有氧。具體而言，復(fù)合材料1的氧含量為0.1質(zhì)量％以下。當(dāng)復(fù)合材料1的氧含量整體為0.1質(zhì)量％以下時(shí)，金剛石顆粒2的靠近其表面的部分的附近存在足夠少量的氧化物、足夠少的孔隙等，優(yōu)選基本上沒有氧化物或孔隙。因此，復(fù)合材料1可以抑制由于在其他情況中夾雜的氧化物等導(dǎo)致的金剛石顆粒2和金屬基質(zhì)5之間的導(dǎo)熱性降低，因此導(dǎo)熱性優(yōu)異。此外，當(dāng)氧化物的存在量極少時(shí)，可以認(rèn)為元素周期表中的第4族元素作為碳化物而不是氧化物而存在，并且可以經(jīng)由碳化物層3而使復(fù)合材料1致密化。上述氧含量越小越好，優(yōu)選為0.095質(zhì)量％以下、0.090質(zhì)量％以下以及0.080質(zhì)量％以下。

金剛石復(fù)合材料1中的金剛石顆粒2的表面優(yōu)選除了存在金屬基質(zhì)5之外，僅存在碳化物層3。即，優(yōu)選地，當(dāng)在金剛石顆粒2的接近其表面的部分附近進(jìn)行元素分析時(shí)，主要存在碳和元素周期表中的第4族元素，并且?guī)缀鯖]有其他元素，特別是幾乎沒有氧。當(dāng)在金剛石顆粒2的接近其表面的部分附近存在氧時(shí)，據(jù)認(rèn)為該氧(例如)作為元素周期表中的第4族元素的氧化物等存在。這種氧化物具有低導(dǎo)熱性，并且還與熔融金屬的潤濕性差，如果其存在于金剛石顆粒2的接近其表面的部分附近，則復(fù)合材料的導(dǎo)熱性和致密性可能較差。實(shí)施方案的復(fù)合材料1具有低的總氧濃度，因此在金剛石顆粒2的接近其表面的部分附近具有足夠低的氧濃度。實(shí)施方案的復(fù)合材料1的實(shí)例是這樣的復(fù)合材料，其中當(dāng)提取金剛石顆粒2和碳化物層3的邊界，并且從該邊界起朝向外周側(cè)(或朝向金屬基質(zhì)5)提取厚度為5μm的環(huán)狀區(qū)域并設(shè)定為外周區(qū)域時(shí)，則該外周區(qū)域的氧含量滿足0.1質(zhì)量％以下?？梢酝ㄟ^利用稍后描述的EPMA元素映射而容易地使上述邊界可視化。此外，當(dāng)使用EPMA元素映射時(shí)，可以容易地確認(rèn)本實(shí)施方案的復(fù)合材料1在金剛石顆粒2和碳化物層3的邊界附近具有相當(dāng)少的氧，優(yōu)選基本上沒有氧。

據(jù)認(rèn)為：可以包含在金剛石復(fù)合材料1中的氧的來源為原料的金剛石粉末20(參見圖4)，銀、銀合金等的金屬材料(圖4中的金屬粉末50)，制造過程中的氣氛等。因此，氧可以包含在復(fù)合材料1的任何部分中。據(jù)認(rèn)為：在復(fù)合材料1中，將整體的氧濃度設(shè)定為特定范圍，并且當(dāng)整體的氧較少時(shí)，金剛石和與金剛石相鄰的物質(zhì)的邊界附近，即易于引起導(dǎo)熱性降低的部分也具有相當(dāng)少的氧。通過使用后述的金剛石復(fù)合材料的制造方法，可以制造能夠使氧在制造過程中被令人滿意地減少/除去的復(fù)合材料1，從而該復(fù)合材料1在包括金剛石顆粒2附近在內(nèi)的整體中均具有低氧濃度。

··金屬層

如圖6所示(注意的是，圖6的被覆復(fù)合材料1B是一個(gè)實(shí)例)，金剛石復(fù)合材料1的實(shí)例可以是包括金屬層6的形式，該金屬層6覆蓋復(fù)合材料1的表面的至少一部分。當(dāng)使用焊料(釬焊材料等)將復(fù)合材料1和半導(dǎo)體元件等接合時(shí)，通過使用包括金屬層6的被覆復(fù)合材料1B，能夠使金屬層6和金屬(例如，焊料和釬焊材料)充分潤濕，并且將被覆復(fù)合材料1B等和半導(dǎo)體元件等牢固地接合在一起，這是優(yōu)選的。

金屬層6可以由能夠承受焊料、釬焊材料等的使用溫度的金屬構(gòu)成，因此沒有特別的限制。例如，金屬層6可以呈現(xiàn)以下任何形式：具有與金屬基質(zhì)5的成分相同的任何成分的形式；主要成分與金屬基質(zhì)5的成分相同的形式(例如，金屬基質(zhì)5和金屬層6都是銀合金但添加劑元素不同的形式，金屬基質(zhì)5為銀、金屬層6為銀合金的形式等等)；以及金屬基質(zhì)5和金屬層6具有完全不同的成分的形式。當(dāng)金屬層6與構(gòu)成金屬基質(zhì)5的金屬不同時(shí)，可以列舉銅、金、鋁、鎳、鋅、錫、各元素的合金等作為具體金屬。金屬層6可以是單層結(jié)構(gòu)以及多層結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^以下將描述的任何方法來形成金屬層6。

為了抑制被覆復(fù)合材料整體導(dǎo)熱性的降低，優(yōu)選的是，金屬層6更薄。具體而言，對于金屬層6的厚度(在為多層結(jié)構(gòu)的情況下，則為總厚度)，可以列舉300μm以下、200μm以下以及100μm以下。相反，為了將其用作用于接合的基底材料，如上所述，作為金屬層6的厚度，可以列舉0.5μm以上、5μm以上以及20μm以上。對于金剛石復(fù)合材料1的一些應(yīng)用等，可以將金屬層6省去，或者其可以具有小于0.5μm的厚度。

··特性

···熱特性

本實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等的導(dǎo)熱性優(yōu)異。例如，上述復(fù)合材料1在室溫下的導(dǎo)熱率為500W/m·K以上(在為被覆復(fù)合材料的情況下，則為包括金屬層6的狀態(tài)下的導(dǎo)熱率)。導(dǎo)熱率越高，復(fù)合材料1的導(dǎo)熱性越優(yōu)異，因此越優(yōu)選作為散熱部件的材料，因此，更優(yōu)選為520W/m·K以上、550W/m·K以上以及600W/m·K以上。

實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等具有熱膨脹系數(shù)小的金剛石顆粒2、和熱膨脹系數(shù)比作為主體的金剛石的熱膨脹系數(shù)足夠大的金屬基質(zhì)5，因此其熱膨脹系數(shù)為在這兩個(gè)熱膨脹系數(shù)之間的值。例如，如上所述的復(fù)合材料1在30℃至150℃下的平均熱膨脹系數(shù)為3×10^-6/K以上13×10^-6/K以下(在為被覆復(fù)合材料的情況下，則為包括金屬層6的狀態(tài)下的熱膨脹系數(shù))。雖然熱膨脹系數(shù)也取決于金剛石顆粒2的含量、金屬基質(zhì)5的成分等，但是復(fù)合材料可以使得上述熱膨脹系數(shù)滿足4×10^-6/K以上12×10^-6/K以下、4.5×10^-6/K以上10×10^-6/K以下。

對于在室溫下的導(dǎo)熱率滿足500W/m·K以上、并且在30℃至150℃下的平均熱膨脹系數(shù)滿足3×10^-6/K以上13×10^-6/K以下的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等，其導(dǎo)熱性優(yōu)異且與半導(dǎo)體元件或其周邊元件的熱膨脹系數(shù)的一致性也優(yōu)異，并且可以適當(dāng)?shù)赜米靼雽?dǎo)體元件的散熱部件。

實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等的導(dǎo)熱性優(yōu)異，此外，即使當(dāng)它們經(jīng)歷冷熱循環(huán)或被加熱至高溫時(shí)，它們的導(dǎo)熱性的降低也很小，并且因此可以保持高的導(dǎo)熱率(在為被覆復(fù)合材料的情況下，則為包括金屬層6的狀態(tài)下的導(dǎo)熱率)。

作為一個(gè)實(shí)例，可以列舉在-60℃至+250℃下具有95％以上的冷熱循環(huán)耐久性的復(fù)合材料1。當(dāng)這種復(fù)合材料1經(jīng)受冷熱循環(huán)時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低率為5％以下，并且可以適當(dāng)?shù)赜米髟谑褂弥薪?jīng)歷冷熱循環(huán)的半導(dǎo)體元件的散熱部件的材料。

或者作為一個(gè)實(shí)例，可以列舉在加熱至800℃后的導(dǎo)熱率降低率小于5％的復(fù)合材料1等。注意的是，當(dāng)將復(fù)合材料1等應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的散熱部件時(shí)，散熱部件和由陶瓷等構(gòu)成的絕緣材料等可以接合在一起。在該接合中，可以使用高熔點(diǎn)的接合材料(例如，銀釬焊材料)。在這種情況下，散熱部件將被接合材料加熱，并且期望散熱部件在該加熱時(shí)的導(dǎo)熱率降低較小。如上所述，當(dāng)將具有小于5％的導(dǎo)熱率降低率的復(fù)合材料1暴露于高溫時(shí)，其導(dǎo)熱率幾乎不降低，并且可以認(rèn)為其具有優(yōu)異的耐熱性?？梢詫⒃搹?fù)合材料1等適當(dāng)?shù)赜糜诎雽?dǎo)體元件的散熱部件，其中可以將銀焊料或類似的接合材料應(yīng)用于該半導(dǎo)體元件。

···相對密度

本實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B中的復(fù)合材料1的區(qū)域等具有很少的孔隙且是致密的，并且具有高的相對密度。被覆復(fù)合材料1B的金屬層6基本上沒有孔隙，因而是致密的，因此，即使在包括金屬層6的狀態(tài)下，被覆復(fù)合材料1B也具有高的相對密度。例如，如上所述的復(fù)合材料1等的相對密度為96.5％以上。復(fù)合材料的相對密度越高，越為致密，并且其越不易于因孔隙的產(chǎn)生而導(dǎo)致導(dǎo)熱性降低，因此具有高導(dǎo)熱性，因此，相對密度優(yōu)選為96.7％以上、97.0％以上以及97.5％以上。

··形狀和尺寸

作為實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等的代表性形狀，可以列舉平板。根據(jù)復(fù)合材料1等的制造時(shí)所使用的模具的形狀、切削等，復(fù)合材料1等可以根據(jù)需要形成為平坦的平面形狀、三維形狀等。可以適當(dāng)?shù)剡x擇復(fù)合材料1等的尺寸(厚度、寬度、長度等)。較小的厚度(例如，5mm以下、3mm以下，此外，2.5mm以下)使得復(fù)合材料1等重量輕且薄。

·散熱部件

根據(jù)實(shí)施方案的散熱部件由實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等構(gòu)成，以基本上保持復(fù)合材料1等的組成、結(jié)構(gòu)、特性等。因此，本實(shí)施方案的散熱部件具有低的氧含量(參見上述“氧濃度”部分)，是致密的(參見上述“相對密度”部分)，并且導(dǎo)熱性優(yōu)異(參見“熱特性”部分)，從而可以適合用作半導(dǎo)體元件的散熱部件。

·金剛石復(fù)合材料的制造方法

例如，可以通過以下的金剛石復(fù)合材料的制造方法來制造根據(jù)實(shí)施方案的金剛石復(fù)合材料1、被覆復(fù)合材料1B等。該制造方法概述如下：如圖4和6所示，準(zhǔn)備包含金剛石粉末20和最終會形成金屬基質(zhì)5(參見圖1)的金屬材料(在圖4和圖6中為金屬粉末50)的原料(即，準(zhǔn)備步驟)，并將其引入到模具100的容器110內(nèi)(即，填充步驟)，加熱引入物以熔融金屬材料，從而使熔融金屬52滲入到金剛石粉末20中(即，浸滲步驟)。此外，在該制造方法中，作為原料，使用包含元素周期表中的第4族元素和特定元素的第4族化合物的粉末30，以有效地抑制氧化，直到元素周期表中的第4族元素形成碳化物，并且在浸滲步驟中，在升溫的同時(shí)，第4族化合物發(fā)生化學(xué)分解，并且通過該化學(xué)分解生成的元素周期表中的第4族以外的特定元素顯示出還原作用等，從而減少/除去可能存在于金剛石的周圍的氧，同時(shí)通過化學(xué)分解產(chǎn)生的元素周期表中的第4族元素和金剛石彼此反應(yīng)以形成碳化物。以下，對各步驟進(jìn)行說明。

·準(zhǔn)備步驟

在該步驟中，準(zhǔn)備金剛石粉末20、包含元素周期表中的第4族元素的第4族化合物的粉末30、包括銀或銀合金的金屬材料作為原料。

··金剛石粉末

金剛石粉末20的尺寸(平均粒徑)和含量(在原料中所占的體積比)經(jīng)過選擇，使得最終制造的金剛石復(fù)合材料1A中的金剛石顆粒的尺寸(平均粒徑)和含量(在復(fù)合材料1A中所占的體積比)具有期望值(參見上述“金剛石”部分)。在該金剛石復(fù)合材料的制造方法中，在碳化物層3的形成中，利用了構(gòu)成金剛石粉末20的各粉末顆粒的更靠近顆粒表面的區(qū)域(參見圖1)，因此，嚴(yán)格地說，作為原料的階段中的金剛石的尺寸和含量與復(fù)合材料1A中的金剛石的尺寸和含量不同。然而，如上所述，碳化物層3是非常薄的，所以可以說復(fù)合材料1A中的金剛石的尺寸、含量、形狀等基本上保持了作為原料的階段中的尺寸、含量、形狀等。如上所述，原料的金剛石粉末的平均粒徑優(yōu)選在1μm以上300μm以下，此外為1μm以上100μm以下、20μm以上60μm以下。當(dāng)金剛石粉末是細(xì)粉末和粗粉末的混合物時(shí)，粗顆粒的平均粒徑優(yōu)選為細(xì)顆粒的平均粒徑的兩倍以上、進(jìn)一步為三倍以上、四倍以上，并且當(dāng)考慮到導(dǎo)熱性、加工性等時(shí)，優(yōu)選為300μm以下、進(jìn)一步優(yōu)選為100μm以下、60μm以下。細(xì)顆粒的平均粒徑僅需要小于粗顆粒的平均粒徑即可，然而，當(dāng)考慮到致密化等時(shí)，優(yōu)選為1μm以上，進(jìn)一步優(yōu)選為5μm以上、以及10μm以上。

原料金剛石粉末20的純度越高(例如，天然金剛石)，則其導(dǎo)熱性越優(yōu)異，這是優(yōu)選的。相比之下，工業(yè)金剛石相對便宜并且容易獲得，不過其純度低。這種金剛石復(fù)合材料的制造方法甚至可以使用工業(yè)金剛石作為原料。這是因?yàn)?，?dāng)用作原料的4族化合物的粉末30在制造過程中作為還原劑時(shí)，能夠減少/去除可能作為雜質(zhì)而附著于金剛石粉末顆粒的表面的氧化物。

··金屬材料

金屬材料具有經(jīng)過選擇的構(gòu)成成分，以使得最終制造的金剛石復(fù)合材料1A中的金屬基質(zhì)5具有所期望的組成(參見上述“金屬基質(zhì)”部分)。

金屬材料可以是各種形式，例如可以列舉金屬粉末50。當(dāng)在浸滲步驟中將金屬粉末50加熱時(shí)，其具有容易熔融的單獨(dú)的粉末顆粒，因此容易提供熔融金屬52。此外，金屬粉末50可以容易地與金剛石粉末20、第4族化合物的粉末30、后面描述的元素周期表中的第4族元素的粉末等混合，并可以將這些粉末的混合物引入到模具100中?？梢赃m當(dāng)?shù)剡x擇金屬粉末50的尺寸(平均粒徑)，例如可以列舉為約1μm以上約150μm以下。在該范圍內(nèi)，認(rèn)為金屬粉末50不會過小，從而容易處理，并且不會過大，從而容易熔融。

作為另一種金屬材料，可以使用板材、塊體等。在這種情況下，推薦適當(dāng)?shù)剡x擇其大小和形狀以使得其能夠被填充到模具100中。根據(jù)尺寸，板材和塊體容易容納在模具100中并且可操作性優(yōu)異。

選擇金屬材料的含量(或體積比)，使得最終制造的金剛石復(fù)合材料1A中的金屬基質(zhì)5的含量(或體積比)具有所期望的值。

··第4族化合物的粉末

含有元素周期表中第4族元素的第4族化合物的粉末具經(jīng)過選擇的構(gòu)成成分，使得最終制造的金剛石復(fù)合材料1A具有這樣的碳化物層3，該碳化物層3中包含所需的元素周期表中的第4族元素(參見“碳化物層”部分)。更具體而言，第4族化合物的粉末30包含一種這樣的化合物，該化合物選自包含選自Ti、Zr和Hf中的一種以上的元素的硫化物、氮化物、氫化物和硼化物中。粉末30可以是僅包含一種所列舉的化合物的形式，或者是包含多種所列舉的化合物的形式。在后一種情況下，例如，可以制造如下復(fù)合材料：包含含有TiC的被覆金剛石顆粒以及含有ZrC的被覆金剛石顆粒的復(fù)合材料；含有被復(fù)合碳化物層覆蓋的被覆金剛石顆粒的復(fù)合材料，其中該復(fù)合碳化物層包含Ti和Zr；等等。在氫化物中，TiH₂相對容易獲得，并且也容易儲存，因此可處理性優(yōu)異且容易使用。

在第4族化合物中，存在于最終產(chǎn)品或金剛石復(fù)合材料1A中的成分基本上僅是元素周期表中的第4族元素，并且該元素主要形成碳化物且作為碳化物層3而存在(參見圖1)。因此，碳化物層3的厚度隨著第4族化合物的粉末30的添加量而變化。如上所述，當(dāng)碳化物層3過厚時(shí)，碳化物過度形成，這導(dǎo)致導(dǎo)熱性降低，因此，當(dāng)考慮導(dǎo)熱性時(shí)，優(yōu)選的是，碳化物層3不具有過大的厚度。推薦調(diào)節(jié)第4族化合物的粉末30的含量(或體積比)，以使碳化物層3的厚度具有所期望的值。

雖然第4族化合物的粉末30包含相對易于被氧化的元素周期表中的第4族元素，但是它不同于元素周期表中的第4族元素的單質(zhì)，即，直到其在后述的浸滲工序中被加熱，元素周期表中的第4族元素與硫(S)、氮(N)、氫(H)或硼(B)結(jié)合。因此，在該金剛石復(fù)合材料的制造方法中，在復(fù)合材料的制造過程中，元素周期表中的第4族元素不容易被氧化，并且可以令人滿意地進(jìn)行元素周期表中的第4族元素與碳(在此，特別是金剛石的更接近表面的區(qū)域)的反應(yīng)。此外，可以將與元素周期表中的第4族元素結(jié)合的各上述元素作為氣體(例如水、一氧化氮、二氧化硫等)而除去。當(dāng)各上述元素與存在于金剛石周圍的氧、氧化物的氧原子等結(jié)合(或?qū)⑵溥€原)時(shí)，可以更有效地進(jìn)行氧的還原和除去。

·填充步驟

在該步驟中，將金剛石粉末20、第4族化合物的粉末30和金屬材料引入到模具100的容器110中。作為填充形式，例如可以列舉這如下的形式：將三種材料引入到層中，由此將引入物以三層結(jié)構(gòu)的層疊體的形式提供；當(dāng)三種材料都是粉末時(shí)，將它們混合在一起并如此以所有粉末的混合物的形式引入；將這三種材料中的兩種材料的混合物粉末以及剩余的一種材料(其可以不是粉末)以層的形式引入，由此將引入物以兩層結(jié)構(gòu)的層疊體的形式提供；等等。

在具有兩層結(jié)構(gòu)的層堆疊體的情況下，例如，將包含金剛石粉末20和第4族化合物的粉末30的混合物粉末23、以及金屬材料以層的形式設(shè)置在模具100的容器110中，以形成層疊體235。在這種情況下，由于如下原因(i)、(ii)、(iii)等，預(yù)期能夠容易地制造致密且導(dǎo)熱性高的金剛石復(fù)合材料1A，其中所述原因?yàn)椋?1)第4族化合物可以更可靠地存在于金剛石周圍，(ii)易于從金屬材料層中產(chǎn)生熔融金屬，并且具有相對大的自重的熔融金屬容易向混合物粉末23的層浸滲，(iii)熔融金屬容易均勻地浸滲。除此之外，容易將金剛石粉末20和第4族化合物的粉末30混合在一起，并且可以令人滿意地制備混合物粉末23。

可以通過使用可以用于混合非金屬無機(jī)材料的粉末(在此，為金剛石粉末20和第4族化合物的粉末30)的混合器適當(dāng)?shù)刂苽浠旌衔锓勰?3。例如，可以使用已知的裝置，例如，Henschel混合器和真空混合器?？梢圆捎檬褂靡后w粘合劑的濕式混合和不使用粘合劑的干式混合中的任意一者，其中液體粘合劑以聚乙烯醇或類似的有機(jī)物質(zhì)、水、醇等為代表。在濕式混合中，在混合后或在將混合物粉末23引入到模具100之后，可以進(jìn)行去除粘合劑的干燥步驟，然而，可以通過在浸滲步驟中的加熱來除去粘合劑。除此之外，當(dāng)在濕式混合中使用水、醇等時(shí)，隨后在混合中適當(dāng)進(jìn)行加熱、真空干燥等以逐漸除去水、醇等，如此會抑制因比重等的不同而引起的金剛石和第4族化合物等的分離，從而促進(jìn)均勻混合。

通過將如此制備的混合物粉末23引入到容器110中，并在其上引入諸如金屬粉末50之類的金屬材料，可以形成兩層結(jié)構(gòu)的層疊體235。當(dāng)將大比重的金屬材料設(shè)置在混合物粉末23的層上，并且金屬材料在隨后的步驟中熔化時(shí)，然后通過金屬的自重，熔融金屬52容易地移動(dòng)到混合物粉末23的下層側(cè)，由此可以滲入其中。如下文所述，包含在熔融金屬52中的元素周期表中的第4族元素與金剛石的化學(xué)組合反應(yīng)使浸滲進(jìn)行。當(dāng)形成層疊體235時(shí)，(例如)通過以下方式實(shí)現(xiàn)所需的填充密度：當(dāng)填充各粉末23和50時(shí)，均用壓力(其可以是小程度的壓力，例如用手按壓)壓制粉末23和50；向其中施加振動(dòng)并敲擊；等等。一旦已經(jīng)形成層疊體235，則關(guān)閉容器110的蓋120。

作為模具100，可以使用這樣的模具，該模具包括：容器110，該容器110為箱狀、有底的圓筒狀等；以及封閉容器110的開口的蓋120。推薦選擇容器110的形狀，使得可以成形為具有所期望形狀的金剛石復(fù)合材料1A。作為模具100，可以適當(dāng)?shù)厥褂媚蜔嵝?、?qiáng)度等優(yōu)異的模具(例如，由碳形成的模具)。當(dāng)模具100具有蓋120時(shí)，蓋120可以防止大氣氣體過度地進(jìn)入容器110。

·浸滲步驟

該步驟加熱被引入到模具100的物質(zhì)(作為一個(gè)實(shí)例，為層疊體235)，以將金剛石和熔融的金屬材料或熔融金屬52復(fù)合在一起。

加熱溫度等于或大于金屬材料熔融的溫度，即，銀的熔點(diǎn)(961℃)以上，或者加熱溫度在銀合金的液相線溫度以上。例如，加熱溫度為980℃以上1300℃以下。保留時(shí)間(例如)為約10分鐘以上約3小時(shí)以下。

氣氛優(yōu)選為非氧化性氣氛(例如，氬氣氣氛)或低氧化性氣氛(例如，真空氣氛，真空度為10kPa以下)，以防止氧氣混合/增加。具有較低壓力的氣氛促進(jìn)浸滲，并且優(yōu)選為低于大氣壓的減壓氣氛(例如，10kPa以下)。

以利用層疊體235的情況為例，參照圖5來描述認(rèn)為在浸滲步驟中引發(fā)的現(xiàn)象。在圖5中，作為第4族化合物300，在氫化物中，示例了TiH₂。溫度升高，一旦達(dá)到約200℃至300℃的溫度，金屬粉末排出可能包含在其中的氧600，并且氧600可以包含在混合物粉末的層中(參見圖5，上段)。進(jìn)一步提高溫度，一旦達(dá)到約500℃至600℃的溫度，第4族化合物300被化學(xué)分解成元素周期表中的第4族元素301(圖5中為Ti)和除了元素周期表中的第4族元素以外的元素302(圖5中為氫(H))(參見圖5，中段)。通過化學(xué)分解產(chǎn)生的特定元素302與氧600、原料的表面上存在氧化物中的氧原子等結(jié)合，以形成氣態(tài)化合物640(圖5中為水蒸汽(水))，并且由此從混合物粉末中排出。因此，特定元素302可以有效地減少或去除可能包括在原料等中的氧。

當(dāng)溫度進(jìn)一步增加時(shí)，熔融的金屬材料或熔融金屬52進(jìn)入混合物粉末層側(cè)，并且吸收由上述化學(xué)分解產(chǎn)生的元素周期表中的第4族元素301。當(dāng)已經(jīng)吸收了元素周期表中的第4族元素301的復(fù)合熔融金屬54接觸混合物粉末層中的金剛石顆粒21時(shí)(參見圖5，中下段)，金剛石顆粒21的更接近其表面區(qū)域的碳和元素周期表中的第4族元素301反應(yīng)(或結(jié)合在一起)以形成碳化物。通過形成碳化物，復(fù)合熔融金屬54容易被金剛石顆粒21潤濕，并且在金剛石顆粒21的更接近其表面的區(qū)域中，連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)以形成元素周期表中的第4族元素301的碳化物。據(jù)認(rèn)為，復(fù)合熔融金屬54中的元素周期表中的第4族元素301隨著與金剛石顆粒21的反應(yīng)的進(jìn)行而被消耗，并且變成銀或銀合金的熔融金屬52。隨著碳化物的形成，進(jìn)行熔融金屬52等的浸滲。其結(jié)果是，可以在金剛石顆粒2的表面上形成包括碳化物層3的被覆金剛石顆粒4，其中該碳化層3包含元素周期表中的第4族元素，并且可以形成浸滲材料，其中在這些被覆金剛石顆粒4之間形成的間隙中填充有熔融金屬52。相鄰的金剛石顆粒21分別形成碳化物，因此可以形成碳化物聯(lián)結(jié)在一起的部分。在這種情況下，可以制造具有由碳化物構(gòu)成的聯(lián)結(jié)部的復(fù)合材料。

在上述現(xiàn)象中，在金剛石顆粒21和元素周期表中的第4族元素301反應(yīng)之前，當(dāng)通過第4族化合物300的化學(xué)分解產(chǎn)生的上述特定元素302與可能存在于金剛石顆粒21周圍的氧600結(jié)合，或還原氧化物時(shí)，可以充分地減少或除去氧600等，并且可以有效地減少最終獲得的金剛石復(fù)合材料中的氧的量。因此，通過除去金剛石顆粒21的表面附近的氧，使得金剛石復(fù)合材料1A(1)在金剛石顆粒21(2)附近具有低的氧濃度。并且，由于如上所述已經(jīng)去除了氧，因此通過第4族化合物300的化學(xué)分解生成的元素周期表中的第4族元素301容易與金剛石顆粒21反應(yīng)而形成碳化物。包含在用作原料的第4族化合物粉末30中的元素周期表中的第4族元素的主要部分、優(yōu)選全部被用于形成碳化物。其結(jié)果是，金剛石顆粒21的至少部分表面、優(yōu)選全部表面被碳化物覆蓋，從而增強(qiáng)與熔融金屬52(54)的潤濕性。據(jù)信，在上述任何填充形式中都類似地引起了這種現(xiàn)象。

為了確保如上所述的除去氧和形成碳化物的時(shí)間，優(yōu)選調(diào)節(jié)升溫速率。例如，升溫速率為約2℃/分鐘以上至約20℃/分鐘以下。

在上述浸滲之后，通過冷卻，獲得具有低氧濃度并且致密且導(dǎo)熱性優(yōu)異的金剛石復(fù)合材料1A。因此，這種用于制造金剛石復(fù)合材料的方法可以利用包含元素周期表中的第4族元素的第4族化合物粉末30，以有效地實(shí)現(xiàn)元素周期表中的第4族元素的抗氧化，氧、氧化物的減少等，并因此減少并除去氧且令人滿意地形成碳化物，并且改善金剛石和熔融金屬的潤濕性。此外，該制造方法不需要在將金剛石與銀或銀合金復(fù)合時(shí)進(jìn)行多次熱處理、或進(jìn)行專利文獻(xiàn)2中描述的高壓壓制，因此可以容易地制造復(fù)合材料1A，因此生產(chǎn)率優(yōu)異。

·其他步驟

··金屬層的形成

當(dāng)使用金屬材料來制造包括金屬層6的被覆復(fù)合材料1B等時(shí)，可以采用兩種方法，即：同時(shí)形成法，該方法在浸滲步驟中進(jìn)行復(fù)合化的同時(shí)形成金屬層6；以及分別形成法，該方法在通過浸滲步驟制造的浸滲材料的表面上單獨(dú)形成金屬層6。

在同時(shí)形成法中，例如在形成上述兩層結(jié)構(gòu)的層疊體235中，通過調(diào)節(jié)(增加)金屬材料的量，可以形成被覆復(fù)合材料(單側(cè)浸滲材料)，其在復(fù)合材料的一個(gè)表面上包括金屬層6，該金屬層6的組分與金屬基體5相同并且還具有與其連續(xù)的結(jié)構(gòu)?；蛘?，例如，在填充步驟中，如圖6所示，容器110可以填充有金屬材料(例如，金屬粉末50)，接著是混合物粉末23，最后是金屬材料(例如，金屬粉末50)，以形成三層結(jié)構(gòu)的層疊體(金屬位于相對側(cè)2355的層疊體)。同樣在這種情況下，通過調(diào)節(jié)金屬材料的量，當(dāng)加熱具有位于相對側(cè)2355的金屬的層疊體時(shí)，下側(cè)的熔融金屬52浸滲到混合物粉末23的層中，因此，混合物粉末23的層下降，同時(shí)上側(cè)的熔融金屬52也發(fā)生浸滲，并且中間部分與大量存在于上方和下方的金屬發(fā)生復(fù)合化。其結(jié)果是，如圖6所示，可以制造被覆復(fù)合材料1B(雙側(cè)浸滲材料)，該被覆復(fù)合材料1B在復(fù)合材料1的前表面和背面都包括金屬層6。下文中，可以將這種方法稱為雙側(cè)浸滲法。

分別形成法可以采用各種方法，例如諸如鍍覆、濺射之類的氣相沉積，浸入熔融金屬中，熱壓金屬板、金屬箔、金屬粉末等。優(yōu)選地，在形成金屬層6之前，對金剛石復(fù)合材料1的表面進(jìn)行清潔。

當(dāng)進(jìn)行熱壓時(shí)，優(yōu)選的是，施加的壓力為約0.2噸/cm²以上約4.5噸/cm²以下(約19.6MPa以上至約441MPa以下)，加熱溫度為約300℃以上約900℃以下。在熱壓中，通過在金剛石復(fù)合材料1的一個(gè)表面上設(shè)置金屬板等，然后對其進(jìn)行壓制，可以制造單側(cè)被覆復(fù)合材料。通過設(shè)置一對金屬板等以在復(fù)合材料1的相對表面處夾持復(fù)合材料1，然后對其進(jìn)行壓制，可以制造相對表面上具有金屬層6的被覆復(fù)合材料1B。

當(dāng)然，分別形成法可以容易地形成具有與金剛石復(fù)合材料1的金屬基質(zhì)5相同組成的金屬層6，以及與其組成不同的金屬層6。

··研磨

除此之外，該制造金剛石復(fù)合材料的方法可以包括研磨步驟，以對不包括金屬層6的復(fù)合材料1A的表面或包括金屬層6等的復(fù)合材料1B的表面進(jìn)行研磨。

[試驗(yàn)例1]

使用金剛石粉末、金屬材料以及適合的包含元素周期表中的第4族元素的粉末來制造金剛石復(fù)合材料，并考察其熱特性、相對密度和氧的量。

作為原料，準(zhǔn)備了平均粒徑為50μm的金剛石粉末、作為金屬材料的平均粒徑為150μm的銀(Ag)粉末、以及平均粒徑為45μm并且包含元素周期表中的第4族元素的粉末α(其為表1所示的材料)。作為粉末α，對于樣品No.1-1至1-12，準(zhǔn)備了第4族化合物的粉末，并且對于樣品No.1-102至1-104，準(zhǔn)備了元素周期表中的第4族元素的粉末。各粉末的平均粒徑是中值粒徑。

調(diào)節(jié)各粉末的量，使得對于直徑為且厚度為2mm的體積，金剛石粉末為60體積％，銀粉末為38體積％，并且粉末α為2體積％。樣品No.1-101不使用粉末α，并且金剛石粉末為60體積％，銀粉末為40體積％。

在使用粉末α的各樣品中，對金剛石粉末與粉末α進(jìn)行濕式混合。在此，準(zhǔn)備了以水和乙醇作為溶劑并以聚乙烯醇(PVA)作為溶質(zhì)的PVA溶液(濃度：0.2質(zhì)量％)，然后將粉末浸漬在該P(yáng)VA溶液中，并使用真空混合裝置(由Kurabo Industries,Ltd.生產(chǎn)的MAZERUSTAR)混合10分鐘。隨后，在真空干燥的同時(shí)，將混合物混合5分鐘，從而除去水和乙醇。通過該步驟獲得了包含PVA的混合物粉末。將會通過浸滲中的加熱而除去PVA。

將上述混合物粉末引入到碳制模具的容器中。引入后，為了將混合物粉末的表面變平，施加40kPa的壓力以按壓混合物粉末，然后將銀粉末填充到該混合物粉末層上，以在上述容器中產(chǎn)生兩層結(jié)構(gòu)的粉末成形體(包括層疊體)，并用蓋子封閉容器。在該試驗(yàn)中，為了幫助浸滲進(jìn)行，在粉末成形體上放置碳沖頭，并且在沖頭上放置秤錘以施加負(fù)荷(300g)，然而，可以省略該秤錘以進(jìn)行自然浸滲。將其中引入有粉末成形體(其上設(shè)置有上述沖頭和秤錘)的模具置于施加有300g負(fù)荷的氬氣(Ar)(5kPa)的氣氛中，并在該條件下，以10℃/分鐘的升溫速率將模具加熱至1200℃，一旦模具達(dá)到1200℃，將其保持2小時(shí)，并使熔融金屬(本實(shí)施例中為熔融銀)浸滲至金剛石中，然后冷卻該模具以制造浸滲材料(直徑為厚度為2mm的圓盤)。測定獲得的各樣品的浸滲材料的導(dǎo)熱率(W/m·K)、熱膨脹系數(shù)(×10^-6/K＝ppm/K)、相對密度(％)、冷熱循環(huán)耐久性(％)以及氧含量(氧的量，質(zhì)量％)。其結(jié)果示于表1中。

使用市售的測定儀器來測定導(dǎo)熱率和熱膨脹系數(shù)。在室溫(23℃)下測定導(dǎo)熱率。熱膨脹系數(shù)是在30℃至150℃的范圍內(nèi)測定的平均值。

通過(有效密度/理論密度)×100來計(jì)算相對密度。使用阿基米德法(水中比重法)來獲得有效密度。理論密度由100/{(金剛石的質(zhì)量％/金剛石的密度)+(金屬基質(zhì)的質(zhì)量％/金屬基質(zhì)的密度)+(元素周期表中的第4族元素的質(zhì)量％/元素周期表中的第4族元素的密度)}來獲得。在該試驗(yàn)中，通過使用原料組成的體積比來計(jì)算金剛石、金屬基質(zhì)(在該試驗(yàn)中為銀)和元素周期表第4族的質(zhì)量比。例如，在使用TiH₂作為第4族化合物的粉末的樣品中，通過由分解成Ti和H₂中的Ti的量來計(jì)算Ti的質(zhì)量％。除此之外，通過對復(fù)合材料使用各種成分分析來獲得上述質(zhì)量比。

冷熱循環(huán)耐久性是表示隨著物質(zhì)溫度變化，物質(zhì)如何抵抗導(dǎo)熱率降低的指標(biāo)，并且是通過(冷熱循環(huán)后的導(dǎo)熱率)/冷熱循環(huán)前的導(dǎo)熱率)×100獲得的。冷熱循環(huán)后的導(dǎo)熱率的測定如下：將各樣品的浸滲材料浸入保持在-60℃的試驗(yàn)液體中10分鐘，然后浸入保持在250℃的試驗(yàn)液體中10分鐘，將該操作視為1個(gè)循環(huán)，并且該循環(huán)進(jìn)行1000次后，測定冷熱循環(huán)后的導(dǎo)熱率。使用上述市售的測定儀器，在室溫(23℃)下測定冷熱循環(huán)后的導(dǎo)熱率。試驗(yàn)液體可以是基于氟的惰性流體(“Galden(注冊商標(biāo))”、“Fluorinert(商標(biāo)名稱)”等)。

在該試驗(yàn)中，用另外制造的試驗(yàn)片來測定氧含量。具體而言，對于各樣品，與各樣品類似地制造可得到5個(gè)以上的3mm×3mm×5mm的測定試片的測定材料。并且對測定材料進(jìn)行線放電加工，從而切出多個(gè)3mm×3mm×5mm的測定試驗(yàn)片，然后用酸洗滌以除去導(dǎo)線成分。在用酸洗滌之后，使用氧和氮分析裝置(由LECO JAPANCORPORATION制造的TC-600型)來測定每個(gè)樣品的測定試驗(yàn)片的氧濃度。對于各樣品，表1中示出了五個(gè)測定試驗(yàn)片的平均值。關(guān)于后述試驗(yàn)例中的氧含量測量點(diǎn)也是類似的。注意的是，測定試驗(yàn)片的尺寸是一個(gè)例子，并且可以根據(jù)測定裝置的規(guī)格來適當(dāng)?shù)馗淖優(yōu)榭蓽y定的尺寸?？梢杂蓮?fù)合材料本身來獲得測定試驗(yàn)片。

對于每個(gè)獲得的樣品的浸滲材料，使用市售的截面拋光機(jī)(CP)加工裝置來獲得CP截面，關(guān)于該截面，進(jìn)行EPMA結(jié)構(gòu)觀察和EPMA元素分析。圖2和圖3示出了觀察到的圖像和元素映射圖像(元素圖像)。圖2和圖3的通過EPMA獲得的元素映射圖以不同顏色示出了提取元素的高濃度和低濃度。元素的濃度以遞減順序表示為：白色、紅色、橙色、黃色、綠色、淺藍(lán)色、藍(lán)色、黑色。在各元素的各映射圖像下示出了色標(biāo)。

在圖2中，左上圖像是樣品No.1-3的浸滲材料的EPMA背散射電子圖像，并且左下、右上和右下圖像分別是EPMA氧、碳和鈦映射圖像。

在圖3中，左上圖像是放大視圖中，樣品No.1-102的浸滲材料位于金剛石顆粒附近的EPMA背散射電子圖像，并且左下、右上和右下圖像分別是EPMA氧、碳和鈦映射圖像。

在圖2和圖3的背散射電子圖像中，多邊形深灰色區(qū)域表示金剛石，淺灰色區(qū)域表示金屬基質(zhì)(在該實(shí)施例中為銀)。在圖3的背散射電子圖像中，在多邊形深灰色區(qū)域和淺灰色區(qū)域之間，沿著多邊形區(qū)域的周邊存在膜狀區(qū)域。

如圖2的背散射電子圖像中所示，可以看出樣品No.1-3的浸滲材料是這樣的：由金剛石顆粒形成的間隙被金屬基體(在該實(shí)施例中為銀)填充，而基本上沒有間隙。此外，從圖2的完全黑色的左下圖像的氧映射圖像可以顯而易見地看出，樣品No.1-3的浸滲材料整體含有基本上不可檢測的極少的氧。

當(dāng)觀察圖2的右上圖像的碳映射圖像時(shí)，多邊形顆粒通常為白色、紅色和黃色，因此具有高的碳濃度，從而可以確定為金剛石?？梢钥闯?，沿著多邊形顆粒的輪廓，具有低碳濃度的區(qū)域(即，綠色區(qū)域)以薄環(huán)的形式存在。即，可以確定更接近金剛石顆粒表面的區(qū)域具有低的碳濃度。當(dāng)觀察圖2的右下圖像的鈦映射圖像時(shí)，可以看出，沿著多邊形顆粒的輪廓，具有高鈦濃度的區(qū)域(即，通常為綠色到藍(lán)色的區(qū)域)以薄環(huán)的形式存在。當(dāng)與上述碳映射圖像一起考慮時(shí)，可以看出，鈦存在于沿著金剛石顆粒的輪廓的環(huán)中。

此外，當(dāng)將圖2中示出的三個(gè)元素映射圖像疊加時(shí)，具有相對低的碳濃度的環(huán)區(qū)域和具有高鈦濃度的環(huán)區(qū)域基本上重疊，并且可以看出基本上沒有氧與該環(huán)區(qū)域重疊。由此可以確定，沿著金剛石顆粒輪廓的薄環(huán)區(qū)是碳和鈦結(jié)合在一起的區(qū)域，因此作為碳化物存在并且基本上不存在氧。該碳化物的碳含量沿著金剛石顆粒的外周邊緣存在，因此可以確定為源于金剛石。注意的是，由碳化物(碳化物層)構(gòu)成的環(huán)區(qū)域的平均厚度為約3μm以下。此外，從圖2的氧映射圖像可以看出，不僅在上述環(huán)區(qū)域中而且在整個(gè)復(fù)合材料中基本上不存在氧。

相反，如從圖3的左下圖像的氧映射圖像顯而易見的，存在藍(lán)色至黃色的部分，并且可以看出，在樣品No.1-102的浸滲材料中，局部存在氧。當(dāng)將圖3中示出的三個(gè)元素映射圖像疊加時(shí)，可以看出，對于沿著金剛石顆粒輪廓的膜狀區(qū)域，具有相對低碳濃度的膜狀區(qū)域的部分和具有高鈦濃度的區(qū)域的部分重疊，并且具有高鈦濃度的區(qū)域的另一部分和具有高氧濃度的區(qū)域重疊?？梢源_定，沿著金剛石顆粒輪廓的膜狀區(qū)域確實(shí)具有碳和鈦結(jié)合在一起并因此作為碳化物而存在的部分，同時(shí)該區(qū)域還具有氧和鈦結(jié)合在一起并因此作為氧化物而存在的部分。由此可以確認(rèn)，當(dāng)改變制造條件時(shí)，獲得了在金剛石顆粒附近基本上不存在氧的浸滲材料和可能存在氧的浸滲材料。

另外，類似于樣品No.1-3，還觀察和分析了樣品No.1-1、No.1-2、No.1-4至No.1-12的浸滲材料，已經(jīng)證實(shí)了：由金剛石顆粒形成的間隙被金屬基質(zhì)(在該示例中為銀)填充，而基本上沒有間隙；在金剛石顆粒的更接近其表面的區(qū)域中存在元素周期表中的第4族元素的薄碳化物層；并且每個(gè)浸滲材料在包括金剛石顆粒表面的附近在內(nèi)的整個(gè)區(qū)域中具有低的氧濃度。樣品No.1-1至No.1-12的浸滲材料是這樣的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含：被覆金剛石顆粒，其包括金剛石顆粒和覆蓋所述金剛石顆粒的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層(在本實(shí)施例中，具體為金剛石顆粒和元素周期表中的第4族元素結(jié)合在一起的碳化物層)；以及將所述被覆金剛石顆粒結(jié)合在一起的銀。

可以看出，如表1所示，樣品No.1-1至No.1-12的復(fù)合材料都具有低的氧含量，是致密的且具有優(yōu)異的熱特性。具體而言，所有樣品No.1-1至No.1-12的復(fù)合材料的氧含量均為0.1質(zhì)量％以下(在本實(shí)施例中為0.06質(zhì)量％以下)，并且具有高的相對密度(在本實(shí)施例中為96.8％以上)和高的導(dǎo)熱率(在本實(shí)施例中為580W/m·K以上)。另外，所有樣品No.1-1至No.1-12的復(fù)合材料的冷熱循環(huán)耐久性(在本實(shí)施例中為95％以上)均是優(yōu)異的，并且即使當(dāng)這些復(fù)合材料經(jīng)歷冷熱循環(huán)時(shí)，也可以維持500W/m·K以上的導(dǎo)熱率(在本實(shí)施例中為550W/m·K以上)。

據(jù)認(rèn)為，獲得上述結(jié)果的原因在于：通過使用包含元素周期表中的第4族元素的第4族化合物的粉末作為原料，可以抑制制造過程中的元素周期表中的第4族元素的氧化，并且通過在上述第4族化合物的化學(xué)分解中產(chǎn)生的特定元素的作用，可以減少/除去可能存在于原料周圍的氧，此外，通過化學(xué)分解產(chǎn)生的元素周期表中的第4族元素和金剛石可以發(fā)生反應(yīng)，從而有效地形成碳化物，由此提高與熔融金屬的潤濕性。特別地，據(jù)信，由于可以減少/除去金剛石顆粒表面附近的氧，所以可以令人滿意地形成元素周期表中的第4族元素的碳化物，并且由于金剛石顆粒和熔融金屬令人滿意地潤濕，所以實(shí)現(xiàn)了致密化。

從該試驗(yàn)可以看出，通過使用上述第4族化合物的粉末作為原料的浸滲法可以容易地制造具有低氧含量、致密且具有優(yōu)異導(dǎo)熱性的金剛石復(fù)合材料，例如，樣品No.1-1至No.1-12。

注意的是，通過酸去除樣品No.1-1至No.1-12的復(fù)合材料中的銀，并從中提取被覆金剛石顆粒，測定其平均粒徑(中值粒徑)，并且發(fā)現(xiàn)它們基本上保持了用作原料的金剛石粉末的平均粒徑(即，約45μm)。此外，已發(fā)現(xiàn)提取的被覆金剛石顆粒相對于復(fù)合材料的體積比基本上保持了用作原料的金剛石粉末的混合比(即，約60體積％)。當(dāng)考慮到碳化物層非常薄時(shí)，可以認(rèn)為復(fù)合材料中的金剛石顆粒的粒徑和體積比基本上保持了作為原料的階段的狀態(tài)。在下述試驗(yàn)例中制造的金剛石復(fù)合材料(具有低的氧含量、是致密的且具有優(yōu)異的特性)用酸去除金屬基質(zhì)，并從中提取被覆金剛石顆粒，如上所述測定其平均粒徑、體積比等，獲得了類似的結(jié)果(維持了作為原料的階段的狀態(tài))。

相反，未使用包含元素周期表中的第4族元素的粉末作為原料的樣品No.1-101基本上不能提供浸滲材料，因此未檢測其熱特性、相對密度和氧的量。

另一方面，元素周期表中的第4族元素的單質(zhì)用作原料的樣品No.1-102至No.1-104確實(shí)提供了浸滲材料，然而，與樣品No.1-1至No.1-12相比，樣品No.1-102至No.1-104具有較高的氧含量(超過0.15質(zhì)量％)和較低的相對密度(小于96.5％)，并且具有較差的熱特性(導(dǎo)熱率小于500W，此外小于450W，冷熱循環(huán)特性為94％以下)。據(jù)認(rèn)為，獲得上述結(jié)果的原因在于通過使用元素周期表中的第4族元素的單質(zhì)作為原料，元素周期表中的第4族元素在作為原料的階段被氧化，或元素周期表中的第4族元素被可能存在于制造浸滲材料等的過程中的氧所氧化，因此，不能令人滿意地形成元素周期表中的第4族元素的碳化物(也參見圖3)并且會產(chǎn)生不能與熔融金屬充分潤濕的部分。注意的是，例如，據(jù)認(rèn)為：參照圖2和圖3中示出的氧映射圖像，樣品No.1-3中氧的量與樣品No.1-102中氧的量之間的差異是由于存在于金剛石顆粒中及其附近氧化物中所包含的氧含量差異而導(dǎo)致的。

[試驗(yàn)例2]

改變金剛石粉末的粒徑以制造各種金剛石復(fù)合材料，并檢測其熱特性、相對密度和氧的量。

在該試驗(yàn)中，按照試驗(yàn)例1的樣品No.1-1至No.1-12的制造方法，類似地制造了金剛石復(fù)合材料，不同之處在于：金剛石粉末的粒徑。概述如下：準(zhǔn)備了平均粒徑為0.1μm、1μm、20μm、50μm、100μm、300μm、400μm的金剛石粉末，平均粒徑為150μm的銀(Ag)粉末，以及平均粒徑為45μm且由表2-4所示的材料構(gòu)成的第4族化合物的粉末。進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得對于直徑為且厚度為2mm的體積，金剛石粉末為60體積％，銀粉末為38體積％，并且第4族化合物粉末為2體積％。將金剛石粉末和第4族化合物粉末進(jìn)行濕式混合，然后干燥，隨后將混合物粉末引入到碳制模具中并隨后進(jìn)行壓制，然后引入銀粉末，在Ar氣氛中，以10℃/分鐘的升溫速率升溫至1200℃，并將所述粉末在1200℃下保持2小時(shí)以制造浸滲材料(直徑為且厚度為2mm的圓板)(樣品No.2-1至No.2-88，以及No.2-101至No.2-124)。

在表2-4中，對于表示為具有7:3的混合比(粗:細(xì))的每個(gè)樣品，使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物作為金剛石粉末。在該試驗(yàn)中，制備了其中使用平均粒徑為50μm的粉末作為粗顆粒粉末并且使用平均粒徑為10μm的粉末作為細(xì)顆粒粉末的樣品(No.2-3、No.2-33、No.2-63等)，以及其中使用平均粒徑為300μm的粉末作為粗顆粒粉末并且使用平均粒徑為1μm的粉末作為細(xì)顆粒粉末的樣品(No.2-6、No.2-36、No.2-66等)(這些平均粒徑均以中值粒徑表示)。任何樣品均中的粗顆粒粉末的共混量均較大，使得粗顆粒粉末和細(xì)顆粒粉末以7:3(以體積比表示)的比例共混。

按照與試驗(yàn)例1類似的方式測量所獲樣品No.2-1至No.2-88以及No.2-101至No.2-124的浸滲材料各自的導(dǎo)熱率(W/m·K)、熱膨脹系數(shù)(×10^-6/K＝ppm/K)、相對密度(％)、冷熱循環(huán)耐久性(％)和氧含量(氧的量，質(zhì)量％)。其結(jié)果示于表4中。表2示出了樣品No.2-1至No.2-28和樣品No.2-101至No.2-104，其中包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素是Ti；表3顯示在樣品No.2-31至No.2-58和樣品No.2-111至No.2-114中，包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素為Zr；并且表4顯示在樣品No.2-61至No.2-88和樣品No.2-121至No.2-124中，包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素是Hf。

所獲得的樣品No.2-1至No.2-88的浸滲材料都是這樣的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含被覆金剛石顆粒和將所述被覆金剛石顆粒結(jié)合在一起的銀，其中被覆金剛石顆粒包括金剛石顆粒和覆蓋所述金剛石顆粒表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層(在該實(shí)施例中具體為TiC層、ZrC層或HfC層，其中金剛石顆粒和元素周期表中的第4族元素被結(jié)合在一起)。如表2至表4所示可以看出，樣品No.2-1至No.2-88的復(fù)合材料都具有低氧含量，是致密的，并具有優(yōu)異的熱特性。具體而言，樣品No.2-1至No.2-88的復(fù)合材料的氧含量在0.1質(zhì)量％以下(在本實(shí)施例中，大部分樣品的氧含量為0.06質(zhì)量％以下)，高相對密度(在本實(shí)施例中，大部分樣品的相對密度為97.0％以上)和高導(dǎo)熱率(在本實(shí)施例中，大多數(shù)樣品的導(dǎo)熱率為600W/m·K以上)。此外，樣品No.2-1至No.2-88的復(fù)合材料還具有優(yōu)異的冷熱循環(huán)耐久性(在該實(shí)施例中，大多數(shù)樣品的冷熱循環(huán)耐久性為96％以上)，并且大多數(shù)樣品即使在經(jīng)受冷熱循環(huán)時(shí)也滿足500W/m·K以上。并且如表2至表4所示，可以看出較大的金剛石顆粒能夠獲得更優(yōu)異的導(dǎo)熱性。在該試驗(yàn)中，獲得了導(dǎo)熱率為700W/m·K以上的復(fù)合材料(例如，樣品No.2-11、No.2-34、No.2-71等)，以及導(dǎo)熱率為800W/m·K以上的復(fù)合材料(例如，樣品No.2-5、No.2-42、No.2-79等)。然而，據(jù)信，具有過大金剛石顆粒的樣品(在本實(shí)施例中，使用了平均粒徑為400μm的金剛石粉末的樣品)在諸如研磨和切削之類的可加工性方面較差，并且據(jù)信，復(fù)合材料中的金剛石顆粒的平均粒徑優(yōu)選為小于400μm、進(jìn)一步為300μm以下。

特別地，當(dāng)將使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物作為金剛石粉末的的復(fù)合材料樣品與不使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物的樣品進(jìn)行比較時(shí)，可以認(rèn)為前者的相對密度的增加更為容易且更顯著，并且更容易變得更加致密。另外，當(dāng)將使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物的樣品與沒有使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物的樣品進(jìn)行比較時(shí)，例如，當(dāng)將使用平均粒徑為50μm的金剛石粉末作為粗顆粒粉末的樣品與僅使用平均粒徑為50μm的金剛石粉末的樣品進(jìn)行比較時(shí)，可以認(rèn)為通過使用細(xì)粉末和粗粉末的混合物，趨向于提高導(dǎo)熱率，因此更容易增強(qiáng)導(dǎo)熱。

相反，樣品No.2-101至No.2-124的復(fù)合材料確實(shí)使用了第4族化合物粉末作為原料，但與其他樣品相比，氧含量超過0.1質(zhì)量％且具有低的熱特性。其原因顯示為：其金剛石顆粒過小，因此可能存在于金剛石顆粒上的氧化物相對增加，并且不能充分除去或不能除去該氧化物，結(jié)果氧化物被保留下來；其具有許多金剛石粉末粒界，因此具有長的熱路徑；以及其中的金剛石顆粒的表面積增加，因此在金剛石和Ag的界面處具有更高的熱損失。

從該試驗(yàn)可以看出，優(yōu)選的是，具有低氧含量、致密并具有優(yōu)異熱特性的金剛石復(fù)合材料(例如樣品No.2-1至No.2-88的復(fù)合材料)是這樣的：復(fù)合材料中的金剛石的平均粒徑滿足尺寸超過0.1μm且小于等于400μm，進(jìn)一步為1μm以上300μm以下。

[試驗(yàn)例3]

將金剛石粉末和金屬粉末以不同的比例混合，以制造各種金剛石復(fù)合材料，并檢測其熱特性、相對密度和氧的量。

在該試驗(yàn)中，類似于試驗(yàn)例1的樣品1-1至1-12，制造了金剛石復(fù)合材料，主要區(qū)別在于金剛石粉末和金屬粉末以不同于試驗(yàn)例1的比例共混。根據(jù)所述樣品，金剛石粉末的粒徑和金屬粉末的材料也與試驗(yàn)例1不同。概述如下：準(zhǔn)備平均粒徑為1μm、50μm和300μm的金剛石粉末，平均粒徑為150μm的銀(Ag)粉末或包含28質(zhì)量％的Cu的銀合金(Ag-28質(zhì)量％Cu)的粉末，以及平均粒徑為45μm并由表5-7中所示的材料構(gòu)成的第4族化合物的粉末。進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得對于直徑為且厚度為2mm的體積，金剛石粉末為25體積％、29體積％、30體積％、45體積％、60體積％、75體積％、90體積％或95體積％；銀粉末或銀合金粉末具有表5至表7中所示的值，并且第4族化合物的粉末為2體積％。使金剛石粉末和第4族化合物粉末濕式混合，然后干燥，然后將混合物粉末引入碳制模具中并隨后進(jìn)行壓制，然后引入銀粉末或銀合金粉末，在Ar氣氛中，以10℃/分鐘的升溫速率升溫至1200℃，并將所述粉末在1200℃下保持2小時(shí)以制造浸滲材料(直徑為且厚度為2mm的圓板)(樣品No.3-1至No.3-80、No.3-101至No.3-104、No.3-111至No.3-114以及No.3-121至No.3-124)。

樣品No.3-125至No.3-127都未使用上述第4族化合物粉末。具體而言，準(zhǔn)備了平均粒徑為1μm的金剛石粉末，平均粒徑為150μm的銀合金粉末(Ag-28質(zhì)量％Cu)、和平均粒徑為45μm的元素周期表中的第4族元素的粉末(鈦(Ti)粉末、鋯(Zr)粉末和鉿(Hf)粉末)。進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得對于直徑為且厚度為2mm的體積，金剛石粉末為30體積％，銀合金粉末為68體積％，且元素周期表中的第4族元素的粉末為2體積％。與樣品No.3-1至No.3-80類似地制造了浸滲材料(直徑且厚度2mm的圓板)。

樣品No.3-128為未使用上述第4族化合物粉末的樣品。具體而言，準(zhǔn)備了平均粒徑為50μm的金剛石粉末，平均粒徑為150μm的銀合金粉末(Ag-28質(zhì)量％Cu)和平均粒徑為45μm的鈦(Ti)粉末。進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得對于直徑為且厚度為2mm的體積，金剛石粉末為60體積％，銀合金粉末為38體積％，且Ti粉末為2體積％。并且將Ti粉末和銀合金粉末混合在一起。通過使用研磨混合機(jī)的干式混合來進(jìn)行該混合。將該金剛石粉末引入碳制模具中并進(jìn)行壓制，然后引入銀合金粉末和Ti粉末的混合物粉末，在Ar氣氛中，以10℃/分鐘的升溫速率升溫至1200℃，并將所述粉末在1200℃下保持2小時(shí)以制造浸滲材料(直徑為且厚度為2mm的圓板)。

按照與試驗(yàn)例1類似的方式，測量所獲得的樣品No.3-1至No.3-80、No.3-101至No.3-104、No.3-111至No.3-114以及No.3-121至No.3-128的浸滲材料各自的導(dǎo)熱率(W/m·K)、熱膨脹系數(shù)(×10^-6/K＝ppm/K)、相對密度(％)、冷熱循環(huán)耐久性(％)和氧含量(氧的量，質(zhì)量％)。其結(jié)果示于表5至表7中。表5示出了樣品No.3-1至No.3-23和樣品No.3-101至No.3-108，其中包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素是Ti；表6示出了樣品No.3-31至No.3-50和樣品No.3-111至No.3-118，其中包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素為Zr；以及表7示出了樣品No.3-61至No.3-80和樣品No.3-121至No.3-132，其中包含在第4族化合物中的元素周期表中的第4族元素是Hf。

所獲得的樣品No.3-1至No.3-80的浸滲材料都是這樣的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含被覆金剛石顆粒和將所述被覆金剛石顆粒結(jié)合在一起的銀或銀合金，其中被覆金剛石顆粒包括金剛石顆粒、和覆蓋所述金剛石顆粒的表面并且包含元素周期表中的第4族元素的碳化物層(在該實(shí)施例中具體為TiC層、ZrC層或HfC層，其中金剛石顆粒和元素周期表中的第4族元素結(jié)合在一起)(樣品No.3-5、No.3-33、No.3-63等)。如表5至表7所示，可以看出，樣品No.3-1至No.3-80的復(fù)合材料都具有低氧含量，是致密的，并具有優(yōu)異的熱特性。具體而言，樣品No.3-1至No.3-80的復(fù)合材料具有0.1質(zhì)量％以下的氧含量，高相對密度(在本實(shí)施例中，96.5％以上)和高導(dǎo)熱率(在本實(shí)施例中，500W/m·K以上)。此外，樣品No.3-1至No.3-80的復(fù)合材料還具有優(yōu)異的冷熱循環(huán)耐久性(在本實(shí)施例中，95％以上)?？梢钥闯觯词乖诮饘倩|(zhì)是銀合金的情況下，例如樣品No.3-5、No.3-33和No.3-63的復(fù)合材料，其仍具有低氧含量，是致密的，并且具有優(yōu)異的熱特性。并且如表5至表7所示，可以看出，金剛石顆粒的含量較高，則能夠獲得更優(yōu)異的導(dǎo)熱性。

對于金剛石顆粒的含量較小并且包含大量金屬基質(zhì)或銀的樣品No.3-101至No.3-104、No.3-111至No.3-114和No.3-121至No.3-124的浸滲材料，其具有超過0.1質(zhì)量％的高氧含量并且其熱特性較低。據(jù)認(rèn)為這是因?yàn)闃悠分薪饎偸?其具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性)的含量較小，并且存在過量的銀(其可能含有氧)，結(jié)果存在過量的氧，因此，雖然使用了上述第4族化合物粉末作為原料，但是不能充分表現(xiàn)出還原作用等，因此存在氧化物。

對于具有大量金剛石顆粒并且包含少量金屬基質(zhì)或銀的樣品No.3-105至No.3-108、No.3-115至No.3-118和No.3-129至No.3-132，確實(shí)僅浸滲到層疊體的一部分中，然而，這些樣品不能提供規(guī)定尺寸的浸滲材料(在本實(shí)施例中，為直徑為且厚度為2mm的盤，上述氧含量測量材料)，因此，沒有檢測它們的熱特性、相對密度和氧的量。據(jù)認(rèn)為，由于用作原料的金屬粉末的量不足，因此沒有充分形成金屬基質(zhì)以及碳化物層，所以提供了不充分的浸滲。

相反，樣品No.3-125至No.3-127(其使用元素周期表中的第4族元素的單質(zhì)作為原料)確實(shí)提供了浸滲材料，然而，這些樣品以及在試驗(yàn)例1中制造的樣品No.1-102至No.1-104具有高的氧含量，并且還具有低的相對密度，并且還具有較差的熱特性。另一方面，樣品3-128(其使用了其中添加有元素周期表中的第4族元素的銀合金粉末作為原料)確實(shí)提供了浸滲材料，然而，樣品具有較大的氧含量和較低的相對密度，并且還具有比樣品No.3-125更差的熱特性。由此可以看出，為了制造具有優(yōu)異的熱特性并且具有低氧濃度的致密金剛石復(fù)合材料，優(yōu)選的是，使用包含元素周期表中的第4族元素的硫化物、氮化物、氫化物和硼化物等的第4族化合物，而不是元素周期表中的第4族元素的單質(zhì)作為原料，并且第4族化合物的粉末的至少一部分與金剛石粉末混合并如此使用。

從該試驗(yàn)可以看出，優(yōu)選的是，具有低氧含量并且具有優(yōu)異熱特性的致密金剛石復(fù)合材料(例如樣品No.3-1至No.3-80的復(fù)合材料)是這樣的：復(fù)合材料的金剛石含量為大于25體積％小于95體積％，進(jìn)一步為30體積％以上90體積％。

[試驗(yàn)例4]

采用各種方法來制造具有金屬層的被覆復(fù)合材料，并檢測了其熱特性、相對密度、氧的量和表面粗糙度。在包括金屬層的情況下獲得相對密度。

在此，制造了試驗(yàn)例1中制造的樣品No.1-1至No.1-12的浸滲材料，試驗(yàn)例2中制造的樣品No.2-1、No.2-3、No.2-6的浸滲材料和試驗(yàn)例3中制造的樣品No.3-2的浸滲材料，并且通過金屬鍍覆、金屬箔的壓接或金屬粉末的壓接，從而在各浸滲材料的表面上形成金屬層。在壓接中，進(jìn)行熱壓(在400℃下加熱，并施加壓力4噸/cm²≈392MPa)以接合金屬箔、金屬粉末等。在已知條件下進(jìn)行金屬鍍覆。表8中示出了用于每個(gè)樣品的被覆復(fù)合材料的浸滲材料的樣品數(shù)、金屬層的材料和形成金屬層的方法。每個(gè)樣品的被覆復(fù)合材料的尺寸使得浸滲材料、金屬層等的厚度經(jīng)過調(diào)節(jié)，使得在包括金屬層的狀態(tài)下，被覆復(fù)合材料呈直徑為且厚度為2.2mm的盤狀，且金屬層的厚度為表8中所示的值。按照與試驗(yàn)例1類似的方法，測量所獲樣品No.4-1至No.4-23的浸滲材料各自的導(dǎo)熱率(W/m·K)、熱膨脹系數(shù)(×10^-6/K＝ppm/K)、相對密度(％)、冷熱循環(huán)耐久性(％)和氧含量(氧的量，質(zhì)量％)。其結(jié)果示于表8中。

表8

如表8中所示，可以看出如果包括金屬層的被覆復(fù)合材料具有低的氧含量且是致密的，并且金屬層的厚度為300μm以下，則其也具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性。特別地，通過熱壓形成金屬層使得復(fù)合材料趨向于具有較高的相對密度，因此更為致密。這是因?yàn)闊釅壕哂袦p少的孔隙。

除此之外，在本試驗(yàn)中，可以認(rèn)為：金屬層原料(例如，金屬箔和金屬粉末)之間的差異對熱特性的影響、金屬層組成之間的差異對熱特性的影響、金屬層的形式方式(例如熱壓和鍍覆)的差異對熱特性的影響都很小。此外，從該試驗(yàn)可以認(rèn)為，當(dāng)金屬層具有容易含有氧的組成(例如包括Cu)、金屬層較厚等時(shí)，氧含量可以或多或少地增加。

[試驗(yàn)例5]

將試驗(yàn)例1至試驗(yàn)例3中制造的樣品加熱至高溫，然后檢測其熱特性如何降低。

在此，制造了試驗(yàn)例1中制造的樣品No.1-1和No.1-102的浸滲材料，試驗(yàn)例2中制造的樣品No.2-1、No.2-3、No.2-6的浸滲材料和試驗(yàn)例3中制造的樣品No.3-2的浸滲材料。在氫氣氣氛中加熱所制造的各樣品的浸滲材料并在800℃下保持1小時(shí)，隨后冷卻至室溫，并類似于試驗(yàn)例1測定其熱導(dǎo)率。評價(jià)加熱前后的導(dǎo)熱率的降低程度。

通過計(jì)算降低率＝{[(加熱前的導(dǎo)熱率)-(加熱后的導(dǎo)熱率)]/(加熱前的導(dǎo)熱率)}×100來進(jìn)行評價(jià)。在此，對于在上述條件下進(jìn)行一次加熱的情況(即，第一熱處理)、以及在上述條件下進(jìn)行兩次加熱的情況(即，第二熱處理)，測定了加熱后的熱導(dǎo)率(W/m·K)和降低率(％)。其結(jié)果示于表9中。

表9

如表9中所示可以看出，即使當(dāng)將樣品No.5-1至No.5-5(其為在被加熱到800℃之前具有優(yōu)良熱特性的金剛石復(fù)合材料)在800℃下加熱時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低幅度均較小，因此它們具有優(yōu)異的耐熱性。具體而言，所有這些樣品即使在加熱至800℃時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低率也都小于5％。在本試驗(yàn)中，即使加熱兩次，其導(dǎo)熱率的降低率也小于5％。另一方面，樣品No.5-6在加熱至800℃之前的熱特性不如樣品No.5-1的熱特性，當(dāng)將樣品No.5-6加熱至800℃時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低幅度也較大，，其導(dǎo)熱率的降低率為5％以上，并且當(dāng)將其加熱兩次時(shí)，其降低率為10％以上。

具有小的氧含量且具有高導(dǎo)熱性的致密金剛石復(fù)合材料(如樣品No.5-1至No.5-5的復(fù)合材料)即使在被加熱到模擬利用銀釬焊材料的接合時(shí)的高溫時(shí)，其導(dǎo)熱率的降低也很小?？梢钥吹?，即使這樣的復(fù)合材料在應(yīng)用于散熱部件并且接合了高熔點(diǎn)的接合材料(例如銀焊料材料)時(shí)，其也可以保持高導(dǎo)熱性。

本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案并且能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)馗淖?，并且旨在包括在由?quán)利要求的術(shù)語表示的和等同的意義和范圍內(nèi)的任何修改。

工業(yè)實(shí)用性

本發(fā)明的散熱部件可應(yīng)用于半導(dǎo)體元件的散熱部件，該半導(dǎo)體元件用于超級計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和移動(dòng)電子設(shè)備等中包括的CPU(中央處理單元)、GPU(圖形處理單元)、HEMT(高電子遷移率晶體管)、芯片組、存儲器芯片等。本發(fā)明的金剛石復(fù)合材料適用于需要高散熱性的散熱部件(例如，上述半導(dǎo)體元件的散熱部件)的材料。根據(jù)本發(fā)明的制造金剛石復(fù)合材料的方法適用于制造這樣的金剛石復(fù)合材料，該金剛石復(fù)合材料主要包含金剛石和銀或銀合金并且是致密的且導(dǎo)熱性優(yōu)異。

附圖標(biāo)記列表

1、1A：金剛石復(fù)合材料；1B：被覆復(fù)合材料

2、21：金剛石顆粒；3：碳化物層；

4：被覆金剛石顆粒；5：金屬基質(zhì)；6：金屬層；

20：金剛石粉末；30：第4族化合物的粉末；23：混合物粉末；

50：金屬粉末；

235：層疊體；2355：在相對側(cè)具有金屬的層疊體；

52：熔融金屬；54：復(fù)合熔融金屬；

100：模具；110：容器；120：蓋子；

300：第4族化合物；301：元素周期表中的第4族元素；

302：除元素周期表中的第4族元素以外的第4族化合物的構(gòu)成元素

600：氧；640：氣態(tài)化合物。