производство частиц и изделий с запроектированными свойствами
Классы МПК: | B05D5/12 для получения покрытия со специфическими электрическими свойствами B32B5/16 отличающиеся особенностями слоя, выполненного из отдельных частиц, например опилок, измельченных волокон, порошкообразных материалов B32B9/00 Слоистые изделия, содержащие в основном особые материалы или вещества, не отнесенные к группам 11/00 B22F7/02 составных слоистых материалов B22F3/14 с одновременным проведением процесса уплотнения и спекания C25D15/00 Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза |
Автор(ы): | Бин Алан Ф. (US), Бин Гленн Л. (US) |
Патентообладатель(и): | Материэлз Инновэйшн, Инк. (US) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-07-27 публикация патента:
27.10.1999 |
Изобретение относится к производству изделий и покрытий, проектируемых так, чтобы иметь заранее выбранные удельные теплопроводности и коэффициенты температурного расширения (КТР), согласующиеся с такими же характеристиками тех материалов, к которым эти изделия и покры- тия прикрепляются. Изобретение включает способ придания частицам желательного значения удельной теплопроводности и/или КТР путем нанесения на них покрытия, сами покрытые частицы и изделия, изготовленные из множества покрытых частиц путем их объединения уплотнением, изостатическим прессованием или инжекционным формованием. Способ заключается в том, что на каждую частицу покрытие наносят в определенном объеме по отношению к объему самой частицы так, чтобы полученные значения удельной теплопроводности и/или КТР покрытой частицы отличались от значений этих свойств у материалов частиц и покрытия. В качестве материала частицы используют графит, алмаз, вольфрам или никель-42, а в качестве материала покрытия - медь. При определенных соотношениях объемов меди к графиту алмазу, вольфраму или никелю-42 у покрытых частиц получают желательные значения удельной теплопроводности и КТР в температурном диапазоне 25 - 400oC. Изобретение повышает надежность воспроизводимости проектируемых параметров у создаваемых изделий. 4 с. и 10 з.п.ф-лы, 12 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12
Формула изобретения
1. Способ придания частицам желательного значения удельной теплопроводности и/или коэффициента теплового расширения (КТР) путем нанесения на них покрытия, заключающийся в том, что на каждую частицу покрытие наносят в определенном объеме по отношению к объему самой частицы так, чтобы полученные значения удельной теплопроводности и/или КТР покрытой частицы отличались от значений этих свойств у материалов частиц и покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала частицы, на которую наносят покрытие, используют графит, алмаз, вольфрам или никель-42, а в качестве материала покрытия - медь и при процентном соотношении объемов меди к графиту 24 : 76, 39 : 61 и 42 : 58 у покрытой частицы получают значения удельной теплопроводности (Вт/(м![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится, к проектированию внутренних свойств частиц, изделий, производимых путем объединения частиц, и покрытий, образованных из частиц, а конкретнее касается производства изделий и покрытий, проектируемых так, чтобы иметь заранее выбранные удельные теплопроводности и коэффициенты температурного расширения, согласующиеся с такими же характеристиками тех материалов, к которым эти изделия и покрытия прикрепляются. Согласно "Правилу смесей" Лакке, внутренние физические свойства (например, удельная теплопроводность, коэффициент теплового расширения) гетерогенных изделий, составленных по меньшей мере из двух тщательно перемешанных материалов, имеют тенденцию изменяться приблизительно линейно в зависимости от отношения объема одного из этих материалов к объему другого материала. К примеру, можно ожидать, что гетерогенное изделие, составленное из 50-50 волюметрической смеси из одного материала, который имеет низкий коэффициент теплового расширения, и другого материала, который имеет высокий коэффициент теплового расширения, будет иметь коэффициент теплового расширения, который представляет собой среднее из коэффициентов теплового расширения обоих материалов. В известном способе производства гетерогенных изделий смесь из двух металлических порошков, которые имеют разные удельные теплопроводности и коэффициенты теплового расширения, уплотняется и спекается для получения изделия. Это изделие имеет запроектированный коэффициент теплового расширения, который примерно соответствует коэффициенту теплового расширения того объекта, к которому изделие предназначено прикрепляться, и запроектированную удельную теплопроводность. Известно техническое решение, в котором для придания частицам желательного значения внутреннего свойства (удельной теплоемкости и/или коэффициента теплового расширения), отличавшегося от первоначального значения этого свойства, на частицы наносят покрытие, которое имеет другое значение упомянутого внутреннего свойства. При этом значение внутреннего свойства покрытых частиц зависит от отношения объема, покрытия к объему частиц (патент США N 5184662, кл. B 22 D 19/00, 1993). Известна покрытая частица, содержащая дискретную сердцевинную частицу, содержащую первый материал, причем упомянутая сердцевинная частица имеет первое значение по меньшей мере одного внутреннего свойства, а покрытие содержит второй материал, и образовано на поверхности упомянутой сердцевинной частицы, причем упомянутое покрытие имеет второе значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, упомянутое второе значение отличное от упомянутого первого значения, объем упомянутого покрытия находится в отношении к объему упомянутой сердцевинной частицы, при этом упомянутая покрытая частица проявляет третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, при этом упомянутые первый и второй материалы и упомянутый объем упомянутого покрытия по отношению к упомянутому объему упомянутой сердцевинной частицы выбираются так, чтобы упомянутая покрытая частица проявляла, упомянутое значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, причем упомянутое третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства является функцией упомянутых первого и второго значений и упомянутого объема, упомянутое третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства отлично от упомянутых первого и второго значений (патенты США N 4711814, кл. B 05 D 5/12, 1987, N 5184662, кл. B 22 D 19/00, 1993). Известно также техническое решение изготовления изделия, включающее заготовку множества частиц, содержащих первый материал с первым значением по меньшей мере одного внутреннего свойства, образование покрытия, содержащего второй материал со вторым значением упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, объединение упомянутых покрытых частиц таким образом, чтобы упомянутые частицы соединились друг с другом для образования упомянутого изделия с выбранной плотностью, и в котором дискретные слои покрытий на частицах практически сохраняются, так что второй материал и первый материал практически не смешиваются и не сплавляются, выбор упомянутых первого и второго материалов, осуществляемое таким образом, чтобы упомянутое изделие проявляло третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, и выбор упомянутой плотности для управления упомянутым внутренним свойством, как функцией температуры (патент США N 4894293, кл. C 22 C 9/00, 1990). Известно также изготовление слоистого изделия с различными значениями выбранного свойства у каждого слоя для присоединения друг к другу двух объектов с различными значениями этого внутреннего свойства (патент США N 4602956, кл. C 22 C 29/12, 1986). Известные технические решения, характеризующие способ производства гетерогенных изделий, нанесение покрытия на частицы, изготовление покрытых частиц с дискретной сердцевинной частицей, изделие, изготовленное из множества покрытых частиц, а также слоистое изделие - являются наиболее близкими к настоящей группе изобретений по технической сущности и достигаемому результату при их использовании. Решая возложенные на них задачи, они тем не менее не обеспечивают создание изделий с заданными параметрами удельной теплопроводности и коэффициента теплового расширения в заданных диапазонах. Кроме того, изготавливаемые изделия не обеспечивают стабильной воспроизводимости упомянутых параметров от образца, к образцу. Задача, на решение которой направлена данная группа изобретений, заключается в создании частиц, изделий с заранее заданными параметрами удельной теплопроводности и коэффициента теплового расширения, при этой обеспечивается более высокая надежность воспроизводимости указанных параметров у создаваемых изделий. Упомянутый технический результат достигается за счет предлагаемой технологии и параметров и режимов, сопровождающих процесс изготовления изделий. В одном своем аспекте изобретение определяет покрытие частицы, изготовленной из первого материала, вторым материалом так, что отношение объема этого покрытия к объему самой частицы практически равно выбранному отношению объемов. Первый и второй материалы и отношение объемов выбираются так, чтобы заставить покрытую частицу проявлять по меньшей мере одно выбранное внутреннее свойство, которое является функцией внутренних свойств первого и второго материалов. Первый материал является, например, вольфрамом, молибденом, графитом, карбидом кремния или алмазом. Второй материал является, например, медью. В другом аспекте изобретение определяет производство изделия из частиц, управляемое таким образом, чтобы заставить изделие иметь выбранную плотность. Частицы, по меньшей мере часть из которых содержит первый материал и имеет поверхности, на которых образовано покрытие, содержащее второй материал, объединяются, чтобы заставить их соединиться друг с другом для образования изделия выбранной плотности. Первый и второй материалы выбираются так, чтобы изделие проявляло выбранное внутреннее свойство, а плотность выбирается так, чтобы это внутреннее свойство проявляло запроектированное поведение как функция температуры. К примеру, степень линейности коэффициента теплового расширения изделия, образованного из объединенных частиц, зависит от плотности изделия. Посредством выбора и управления плотностью изделия управляется поведение коэффициента теплового расширения как функция температуры, и, в общем случае, дополнительно уточняется выбор коэффициента теплового расширения. В другом аспекте изобретение определяет производство изделия из частиц, причем это изделие имеет две или более части, имеющие различные внутренние свойства. Первое множество частиц содержит по меньшей мере один материал, а второе множество частиц содержит по меньшей мере один другой материал. Первое множество частиц и второе множество частиц объединяются для соединения первого множества частиц друг с другом для образования первой части (например, слоя) изделия, а второе множество частиц соединяется вместе для образования второй части изделия; частицы, расположенные около поверхности раздела между первой и второй частями изделия, соединяются вместе. Первая и вторая части изделия проявляют разные выбранные внутренние свойства согласно композициям (и отношение объемов) частиц. К примеру, первая и вторая части могут иметь разные коэффициенты теплового расширения, и изделие может быть включено непосредственно между двумя объектами с разными коэффициентами теплового расширения, которые соответствуют коэффициентам теплового расширения этих двух частей. Имеется лишь одна граница (расположенная на поверхности раздела между двумя частями изделия), на которой коэффициенты теплового расширения не совпадают, а не серия таких границ, расположенных между следующими друг за другом слоями разнородных изделий. Границы между частицами имеют тенденцию поглощать напряжения от тепловою расширения, и, следовательно, предотвращается растрескивание или расслоение на соединении между двумя частями. Многочисленные признаки, цели и преимущества изобретения станут яснее из нижеследующего подробного описания и из формулы изобретения. Фиг. 1 показывает сечение покрытой частицы по изобретению. Фиг. 2 иллюстрирует объединение покрытых частиц по фиг. 1 посредством уплотнения. Фиг. 3 показывает слой покрытых частиц по фиг. 1, нанесенный на поверхность изделия. Фиг. 4 иллюстрирует корпус электроники, который включает в себя комбинацию конструктивной, тепловой и заземляющей пластин, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1, и выводных рамок, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1. Фиг. 5 является диаграммой, иллюстрирующей расширение изделия в функции температуры при плотностях 90%, 95% и 100%. Фиг. 6 иллюстрирует объединение двух отдельных слоев покрытых частиц по фиг. 1 посредством уплотнения. Фиг. 7 отображает гибридный корпус электроники, используемый для размещения в нем интегральных схем, который изготавливается из покрытых частиц по фиг. 1. Фиг. 8 показывает корпус электроники с низкотемпературной керамической подложкой, которая прокаливается, когда поддерживает предварительно спеченную комбинацию конструктивной, тепловой и заземляющей пластин, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1. Фиг. 9 показывает высокомощный полупроводниковый компрессионный модуль, содержащий полупроводниковый прибор, который прижат под давлением к теплоотводу, образованному из покрытых частиц по фиг. 1. Фиг. 10 показывает сечение покрытой частицы по изобретению, причем частица имеет тонкое пограничное предварительное покрытие. Фиг. 11 показывает покрытые частицы по фиг. 10, электролитически осаждаемые на изделие совместно с матричным материалом. Фиг. 12 показывает предварительно покрытые частицы, электролитически осаждаемые на изделие совместно с матричным материалом. На чертежах, а конкретнее на их фиг. 1 частица 12, которая может иметь всего несколько микрон в диаметре и которая включает в себя элементный металл, металлический сплав или неметалл, покрыта покрытием 14 из элементного металла, металлического сплава или неметалла для образования покрытой частицы 10. Покрытая частица 10 проявляет запроектированные внутренние физические свойства (например, удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения) и/или внутренние механические свойства (например, прочность на разрыв). Внутренние физические свойства (но не внутренние механические свойства) покрытой частицы 10 имеют тенденцию вести себя в соответствии с правилом смесей Лакке, согласно которому внутренние физические свойства изменяются примерно линейно с отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12. Механические свойства меняются нелинейно с отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12. Покрытие 14 сцеплено с частицей 12 посредством, например, осаждения методом химического восстановления (метод, рассматриваемый ниже). Внутренние свойства покрытой частицы 10 проектируются путем управления отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12, что может достигаться двумя путями: 1) управлением размером частицы 12, либо 2) управлением толщиной покрытия 14. Частица 12 включает в себя, к примеру, элементный вольфрам, покрытие 14 включает в себя элементную медь, и отношение объемов меди к вольфраму составляет 27: 73%. Медь имеет высокую удельную теплопроводность приблизительно 391 Вт/м![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
Обратимся сначала к способам покрытия самих частиц. Затем рассмотрим способы нанесения на изделия покрытий из покрытых частиц. На фиг. 1 покрытие 14 нанесено на частицу 12 с помощью использования соответствующего процесса осаждения методом химического восстановления (автокаталитического осаждения). Подлежащие покрытию частицы помещаются в ванну химического восстановления, которая содержит водный раствор ионов металла, один или более химических восстановителей, катализатор, один или более комплексообразующих реагентов и один или более ванновых антикоагуляторов. Ионы металла автокаталитически или химически восстанавливаются до металла с помощью восстановителя или восстановителей, при этом восстановитель или восстановители действуют как доноры электронов, а ионы металла действуют как акцепторы электронов. Катализатор ускоряет реакцию химического восстановления. Комплексообразующий реагент или реагенты используются для управления показателем pH раствора и для управления величиной "свободных" ионов металла, доступных для растворения. Антикоагуляторы действуют как каталитические ингибиторы для торможения возможного спонтанного разложения ванны. В одном выполнении, к примеру, подвергаемые нанесению частицы являются частицами графита, алмаза или карбида кремния, ионы меди поставляются водным сульфатом меди, восстановителем является формальдегид, катализатор представляет собой палладий, комплексообразующий реагент - один или более из группы, куда входят: сегнетова соль, виннокислый этилендиамин (EDTA), гидроокись аммония, пиридин-3-сульфокислота и/или виннокислый калий, а антикоагулятор - один или более из группы, куда входят: тиодигликолевая кислота, МВТ, тиомочевина, цианистый натрий и/или окись ванадия. Осаждение методом химического восстановления создает либо механическую связь, либо химическую связь между покрытием 14 и частицей 12. Эта связь, как правило (но не всегда), будет механической, если либо покрытие 14, либо частица 12 является неметаллом, и, как правило, будет химической, если и покрытие 14, и частица 12 являются металлами. Альтернативные способы покрытия частиц включают в себя электролитическое нанесение, напыление из газообразной среды и напыление из жидкой среды. Как показано на фиг. 10, в некоторых выполнениях, в которых покрытие 14 образовало бы только механическую связь с частицей 12, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на частицу осаждением путем химического восстановления, частица 12 предварительно покрыта сверхтонким слоем 68 (на чертежах толщина увеличена) материала предварительного покрытия, а затем нанесено покрытие 14. Предварительное покрытие (пограничное покрытие) 68 прочно связано с частицей 12 и покрытием 14, создавая прочную, стойкую к разрушению химически связанную покрытую частицу 10. Например, если частица 12 является графитом или алмазом, а покрытие 14 представляет собой медь, то покрытие 14 образовало бы механическую связь с графитом или алмазом, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на графит или алмаз. Вместо этого на частицу 12 сначала наносится предварительное покрытие 68 из такого металла, как хром или кобальт-вольфрамовый сплав с толщиной в диапазоне от 200 до нескольких тысяч ангстрем, причем предварительное покрытие 68 образует когезионный состав с частицей 12 на поверхности раздела между предварительным покрытием 68 и частицей 12. Затем покрытие 14 наносится на хромовое или кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие 68, при этом предварительное покрытие 68 образует металлургическую связь с покрытием 14. Предварительное покрытие практически не влияет на удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения покрытой частицы 10, потому что это предварительное покрытие является сверхтонким. В одном выполнении малая управляемая величина палладиевого или борового катализатора осаждается совместно с кобальт-вольфрамовым материалом предварительного покрытия, причем этот катализатор служит для ускорения реакции химического восстановления, посредством которой медное покрытие 14 осаждается на кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие 68. Предварительное покрытие используется также, когда покрытие 14 реагирует с частицей 12, разъедается ею или разрушается от нее каким-либо иным путем, либо наоборот. Например, если частица 12 представляет собой графит или алмаз, а покрытие 14 - алюминий, то высокореагентный алюминий растворял бы графит или алмаз, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на частицу 12. Вместо этого на частицу 12 сначала осажден тонкий слой 68 металла, такого как хром или кобальт-вольфрам, а затем на предварительное покрытие 68 нанесено покрытие 14 для образования покрытой частицы 10. Это предварительное покрытие 68 образует когезионную связь с графитовой или алмазной частицей 12, тем самым предохраняя частицу 12 от алюминиевого матричного материала. Таким образом, предварительное покрытие 68 позволяет выпускать изделия из покрытых частиц, когда частицы и их покрытия в ином случае стремились бы реагировать друг с другом. Предварительное покрытие 68 делает также возможным подмешивать частицы, покрытые тонким слоем предварительного покрытия (но без покрытия 14) в расплавленный сплав, где частицы и сплав в ином случае стремились бы вступать в реакцию друг с другом. К примеру, графитовые частицы, покрытые тонким слоем кобальт-вольфрамового предварительного покрытия, добавляются в алюминиевый сплав в вакууме, и этот сплав, содержащий частицы, отливается под давлением или выдавливается в сетчатое (или примерно сетчатое) изделие, которое в одном выполнении используется в качестве продукта теплового управления для электроники (например, теплоотвод и тепловая пластина). Кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие образует когезионную связь с графитовыми частицами и образует металлургическую связь с алюминиевым сплавом. Отношение объемов частиц в материале сплава (частицы составляют примерно до 50% по объему) выбирается так, чтобы вызвать в результирующем изделии за проектированные физические свойства, такие как удельная теплопроводность или коэффициент теплового расширения. Альтернативно, предварительно покрытые частицы добавляются к сплаву, чтобы механически упрочнить результирующее изделие или повлиять на его вес. Рассмотрим теперь способы нанесения на изделия покрытий из покрытых частиц. Обратимся снова к фиг. 3, где на изделие 30 нанесено покрытие 28 из покрытых частиц 10 (изделие 30 при этом является, к примеру, подложкой, на которой покрытие 28 образует, например, выводную рамку). Если изделие 30 - металлическое или из металлического сплава, то покрытие 28 электролитически осаждено прямо на изделие 30 посредством описанного ниже метода. Если изделие 30 непроводящее (например, керамика), то изделие 30 сначала покрыто тонким покрытием из проводящего материала, такого как матричный материал, которым покрыты покрытые частицы 10, с помощью осаждения методом химического восстановления (автокаталитического восстановления). Ванна химического восстановления содержит водный раствор, содержащий ионы металла, один или более химических восстановителей, катализатор, один или более комплексообразующих реагентов и один или более ванных коагуляторов, как описано выше. Ионы металла автокаталитически и химически восстанавливаются с по мощью восстановителя или восстановителей, которые заставляют металл осаждаться на изделие 30. Альтернативно, частицы (не покрытые, с предварительным покрытием или покрытые) помещаются в водный раствор, и частицы покрываются металлом и одновременно покрытые металлом частицы наносятся на изделие 30. Вследствие того, что осаждение методом химического восстановления медленнее, чем электролитическое нанесение, покрытые частицы 10 электролитически наносятся на тонкий проводящий слой (посредством описанного ниже метода), как только образован этот тонкий проводящий слой, формируя за счет этого покрытие 28. Согласно фиг. 11, покрытие 28 наносится на проводящее изделие 30 (или непроводящее изделие, металлизированное тонким проводящим слоем, как описано выше) с помощью использования электролитического совместного осаждения покрытых частиц 10 и матричного материала (материала, из которого образованы покрытия 14 покрытых частиц 10) на изделие 10. По мере того, как покрытые частицы 10 (например, графитовые частицы 12, покрытые тонким промежуточным предварительным покрытием 68 из хрома или кобальта-вольфрама, на которое наносится медное покрытие 14) осаждаются на изделие 30, матричный материал одновременно осаждается вокруг покрытых частиц для заполнения промежутков между покрытыми частицами, образуя покрытие 28. Как показано на фиг. 12, в альтернативном способе электролитического осаждения матричный материал и частицы 12 (которые покрыты предварительным покрытием 68, как описано выше, но которые еще не покрыты матричным материалом) осаждаются совместно на изделие 30. По мере того, как частицы 12 осаждаются на изделие 30, эти частицы одновременно покрываются матричным материалом Для образования покрытия 28. К примеру, частицы 12 являются графитом, матричный материал - медью, а материал предварительного покрытия представляет собой такой металл, как хром или кобальт-вольфрам. Альтернативно, покрытие 28 образуется на изделии 30 напылением из газообразной фазы или напылением из жидкой фазы покрытых частиц 10 на изделие. Покрытие 28 затем спекается, после чего покрытие 28 проявляет свое выбранное внутреннее свойство или выбранные внутренние свойства. Другие выполнения
Графит или алмаз являются хорошими материалами, из которых формируют частицы 12, когда изготавливаемые изделие или покрытие должны иметь низкий коэффициент теплового расширения и высокую удельную теплопроводность, потому что эти материалы не только имеют низкий коэффициент теплового расширения (как имеют и вольфрам или молибден), но также имеют относительно высокую удельную теплопроводность (в отличие от вольфрама и молибдена). Следовательно, эти материалы имеют преимущество в том, что они не имеют вредного побочного эффекта снижения удельной теплопроводности покрытых частиц, а также изделий и покрытий, образованных из этих покрытых частиц. Когда изготавливаемое изделие или покрытие должно иметь коэффициент теплового расширения, совпадающий с таким же коэффициентом кремниевого полупроводникового или интегрального прибора, к которому это изделие или покрытие непосредственно прикрепляется (кремний имеет коэффициент теплового расширения приблизительно 4,2 мил.частей/град C), это изделие или покрытие содержит, например, покрытые медью алмазные частицы с отношением объемов меди к алмазу приблизительно 20: 80% или покрытые медью графитовые частицы с отношением объемов меди к графиту приблизительно 24:76%. Можно запроектировать много внутренних свойств иных, нежели удельная теплопроводность или коэффициент теплового расширения. К примеру, можно запроектировать электропроводность изделия в комбинации с проектированием других внутренних свойств. Таким образом, в одном выполнении выбор между использованием графитовых частиц (которые являются электропроводными) и алмазных частиц (которые являются электрическими изоляторами) основано на желательной электропроводности изделия. Как показано на фиг. 2, частицам 10 не нужно состоять полностью из покрытых частиц. Альтернативно, смесь покрытых частиц, объединенных с другими частицами (например, покрытые медью вольфрамовые частицы можно объединять с медными частицами) может тщательно перемешиваться, а затем уплотняться, чтобы сформировать изделие 22 с внутренними свойствами, которые являются функцией отношений объемов всех материалов в смеси, причем изделие 22 проявляет внутренние свойства изотропно. Альтернативно, покрытые частицы объединяются с материалами, которые проявляют одно или более внутренних свойств анизотропно, что, в свою очередь, заставляет и изделие проявлять одно или более внутренних свойств анизотропно. К примеру, покрытые частицы смешиваются с кристаллическими материалами, имеющими свойства, которые различны в различных направлениях, причем эти кристаллические материалы смешиваются с покрытыми частицами таким образом, чтобы кристаллические материалы стремились ориентироваться в общем направлении. В другом примере покрытые частицы смешиваются с углеродными волокнами, причем эти углеродные волокна стремятся ориентировать в общем направлении. Углеродные волокна обеспечивают прочность на разрыв, которая изменяется в зависимости от направления. Альтернативные методы изготовления изделий из покрытых частиц включают в себя прессование с инжекцией металла, горячее изостатическое прессование ("hipping"), холодное изостатическое прессование ("cipping"), горячую или холодную изостатическую ковку, горячее или холодное валковое уплотнение (которое уплотняет объединяемые покрытые частицы) и прессование давлением. Если покрытые частицы 22 уплотняются до плотности, приближающейся к "полной плотности" (плотность, при которой уплотненные покрытые частицы имеют пористость "уровня 2" или "уровня 3" или "невзаимосвязанно", т.е. пористость, которая не обеспечивает межсоединительных проходов, проходящих с одной стороны изделия на другую), то процесс спекания не увеличивает плотности и не меняет размера изделия. Плотность изделия, а тем самым и конечные размеры изделия могут точно управляться при уплотнении. Особенно целесообразно уплотнять до полной плотности, когда частицы содержат определенные неметаллы, такие как графит, потому что, например, покрытые медью графитовые частицы могут уплотняться до полной плотности при относительно низком давлении от 60 до 80 тонн на квадратный дюйм. Когда частицы сформированы из металла или металлического сплава (покрыты ли частицы металлом или не покрыты), для уплотнения частиц до полной плотности обычно требуются давления от 80 до 200 тонн на квадратный дюйм. На фиг. 6 показан прибор 16 отливки под давлением, включающий в себя пуансон 18 и форму 20, который используется для объединения двух различных слоев 24 и 26 из частиц путем уплотнения для получения изделия 25 с внутренними свойствами, которые изменяются от слоя к слою. Слои 24 и 26 состоят из частиц, составленных из различных материалов или имеющих различные отношения объемов материалов, из которых образованы эти частицы. Частицы необязательно являются покрытыми частицами. Частицы вводятся в форму 20 в слоях 24 и 26, уплотняются до выбранной плотности, чтобы дать зависящие от температуры внутренние свойства (например, удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения), как рассмотрено выше в связи в фиг. 5, и спекаются в водородной атмосфере примерно полчаса. Это спекание заставляет частицы слоев 24 и 26 связываться на границе раздела между двумя слоями, чтобы получить единое слоистое изделие. К примеру, слой 24 содержит покрытые медью вольфрамовые частицы с отношением объемов меди к вольфраму 27:73%, а слой 26 содержит частицы из элементной меди. Слой 24 после уплотнения имеет удельную теплопроводность приблизительно 225,78 Вт/м
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
![производство частиц и изделий с запроектированными свойствами, патент № 2140335](/images/patents/331/2140004/183.gif)
Класс B05D5/12 для получения покрытия со специфическими электрическими свойствами
Класс B32B5/16 отличающиеся особенностями слоя, выполненного из отдельных частиц, например опилок, измельченных волокон, порошкообразных материалов
Класс B32B9/00 Слоистые изделия, содержащие в основном особые материалы или вещества, не отнесенные к группам 11/00
Класс B22F7/02 составных слоистых материалов
Класс B22F3/14 с одновременным проведением процесса уплотнения и спекания
Класс C25D15/00 Покрытия с включенными в них материалами, например частицами, спиральными пружинами, проволокой, получаемые электролитическим способом или способом электрофореза