CN110997598A - 隔热部件和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

隔热部件(100)具备：基材(10)；和陶瓷多孔层(20)，其配置于基材(10)上，且含有包含陶瓷的基体(21)、和基体(21)中含有的气孔(26)，气孔(26)的内壁由热塑性树脂(28)所覆盖，陶瓷多孔层(20)的气孔率为40％～70％。因此，根据这样的隔热部件(100)，可以提供具有优异的绝热性的隔热部件。

Description

隔热部件和其制造方法
技术领域
本发明涉及隔热部件和其制造方法。详细而言，本发明涉及具有优异的绝热性的隔热部件和其制造方法。
背景技术
例如内燃机等中，研究了在燃烧室的内壁面形成具有绝热性的薄膜，使得燃烧室内的热不逸散，来改善热效率。
例如专利文献1中记载了一种薄膜的形成方法，其包括颗粒制造工序、脱气用加热工序和焙烧用加热工序，从而在基材上形成在各颗粒内形成有气泡的薄膜。此处，颗粒制造工序中，制造将粒状的树脂的周围用无机化合物的层覆盖而得到的颗粒。另外，脱气用加热工序中，将涂布于基材上的、包含有机化合物和大量颗粒的薄膜加热，使上述颗粒内的树脂气化，且从薄膜去除通过上述有机化合物的热分解产生的气体。另外，焙烧用加热工序中，将脱气用加热工序后的薄膜在高于脱气用加热工序的温度下加热，使无机化合物的层致密化，且将热分解后的上述有机化合物焙烧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-70792号公报
发明内容
然而，专利文献1中记载的气孔的周围被无机化合物所覆盖，热通过该无机化合物而传导，因此，专利文献1的发动机燃烧室结构中，对基材的绝热性并不充分。
本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而作出的。而且，本发明的目的在于，提供具有优异的绝热性的隔热部件。
本发明的方式的隔热部件具备：基材；和，包含气孔的陶瓷多孔层，气孔的内壁由热塑性树脂所覆盖，陶瓷多孔层的气孔率为规定的范围内。
附图说明
图1为示出本实施方式的隔热部件的一例的截面图。
图2为本实施方式的隔热部件的截面中的电子显微镜照片的一例。
图3为示出本实施方式的隔热部件的另一例的截面图。
图4为示出本实施方式的隔热部件的制造方法的流程图。
图5为示出冷却响应性试验的测定方法的概要图。
具体实施方式
以下，利用附图对本实施方式的隔热部件和其制造方法详细进行说明。需要说明的是，附图的尺寸比率为了便于说明而被夸大，有时不同于实际的比率。
[隔热部件]
如图1所示那样，本实施方式的隔热部件100具备：基材10、和陶瓷多孔层20。图1为示出本实施方式的隔热部件的一例的截面图。另外，图2为本实施方式的隔热部件的截面中的电子显微镜照片的一例。本实施方式中，隔热部件100具备陶瓷多孔层20，从而遮蔽从外部向基材10传递的热，可以抑制热传递。以下，对各构成详细进行说明。
(基材10)
作为形成基材10的材料，没有特别限定，例如可以举出铝、镁、铁等金属。另外，基材10的形状、厚度等没有特别限定，可以根据用途而适宜变更。
(陶瓷多孔层20)
陶瓷多孔层20配置于基材10上。陶瓷多孔层20可以与基材10直接接触，也可以借助粘接层等其他层配置。图1的实施方式中，陶瓷多孔层20以陶瓷多孔层20直接接触的方式配置于基材10的表面上。
陶瓷多孔层20包含基体21、和气孔26。但是，陶瓷多孔层20中，在基体21和气孔26的基础上，还可以包含其他添加物等。
基体21包含陶瓷。作为陶瓷，没有特别限定，可以根据使用隔热部件100的用途而适宜选择。作为陶瓷，例如可以举出氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等无机化合物。这些化合物可以使用1种或混合2种以上而使用。
陶瓷可以采用金属的氧化物和氮化物中的至少任一者。作为金属的氧化物，例如可以举出氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)等。另外，作为金属的氮化物，例如可以举出氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化钛(TiN)等。
其中，优选陶瓷为氧化锆、或陶瓷为氮化铝。这是由于，这些材料的热导率低，具有高的强度和韧性。
气孔26被含有在基体21中。气孔26的形状没有特别限定，不特别限定于球状、半球状、椭圆体状、新月状等。
气孔26的内壁由热塑性树脂所覆盖。而且，在气孔26的内侧形成有热塑性树脂层28，在热塑性树脂层28的内侧形成有空心部27。本实施方式中，为了在基材21中空心部27不被压迫而压扁，通过热塑性树脂层28维持了气孔26的形状。而且，本实施方式中，由与无机化合物相比热导率较低的热塑性树脂覆盖气孔26的内壁，由此抑制外部的热向基材10传递，改善隔热部件100的绝热性。需要说明的是，只要形成有空心部27，则气孔26的内壁无需完全被覆盖。但是，优选覆盖气孔26的内壁的80％以上，更优选覆盖90％以上、进一步优选覆盖95％以上。
空心部27的内径没有特别限定，优选5μm～100μm、更优选5μm～50μm。通过使空心部27的内径为这样的范围，从而可以兼顾陶瓷多孔层20的强度与绝热性。需要说明的是，空心部27的内径可以采用：通过扫描型电子显微镜(SEM)等观察到的陶瓷多孔层20的截面照片中，几十个的平均值。
形成热塑性树脂层28的热塑性树脂没有特别限定，优选由选自由1,1-二氯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和乙酸乙烯酯组成的组中的至少一种以上的单体形成的聚合物。
热塑性树脂层28的厚度没有特别限定，优选0.1μm～20μm。通过使热塑性树脂层28的厚度为0.1μm以上，从而可以更牢固地保持气孔的形状。另外，通过使热塑性树脂层28的厚度为20μm以下，从而可以抑制热塑性树脂所导致的热传导，因此，可以进一步改善绝热性。需要说明的是，热塑性树脂层28的厚度更优选2μm～15μm。
本实施方式中，陶瓷多孔层20的气孔率为40％～70％。如此，通过使陶瓷多孔层20的气孔率为40％以上，从而具有充分的气孔的数量，因此，可以形成具有充分的绝热性的陶瓷多孔层。另外，通过使陶瓷多孔层20的气孔率为70％以下，从而可以维持陶瓷多孔层20的物理强度。需要说明的是，陶瓷多孔层20的气孔率可以如下测定：用电子显微镜等观察截面，算出陶瓷多孔层20中的气孔的面积的比率，从而测定。
陶瓷多孔层20的厚度没有特别限定，优选30μm～500μm。通过使陶瓷多孔层20的厚度为30μm以上，从而可以改善隔热部件100的绝热性。另外，通过使陶瓷多孔层20的厚度为500μm以下，从而例如内燃机中使用隔热部件100的情况下，可以抑制在气缸内燃烧气体被过度加热，可以抑制爆震发生。需要说明的是，陶瓷多孔层20的厚度更优选30μm～200μm。
陶瓷的热导率优选5W/(m·K)以下。通过使陶瓷的热导率为5W/(m·K)以下，从而可以改善隔热部件100的绝热性。陶瓷的热导率的下限没有特别限定，例如为0.1W/(m·K)以上。需要说明的是，陶瓷的热导率例如可以通过将陶瓷的密度、比热容和热扩散时间相乘而算出。
陶瓷多孔层20的热导率优选1W/(m·K)以下。通过使陶瓷多孔层20的热导率为1W/(m·K)以下，从而可以改善隔热部件100的绝热性。陶瓷多孔层20的热导率的下限没有特别限定，例如为0.01W/(m·K)以上。需要说明的是，陶瓷多孔层20的热导率例如可以通过使陶瓷多孔层20的密度、比热容和热扩散时间相乘而算出。
而且，从隔热部件100的绝热性的观点出发，进一步优选陶瓷的热导率为5W/(m·K)以下、陶瓷多孔层20的热导率为1W/(m·K)以下。另外，特别优选陶瓷的热导率为5W/(m·K)以下、陶瓷多孔层20的热导率为0.5W/(m·K)以下。
陶瓷多孔层20的容积比热优选1500kJ/m3K以下。通过使陶瓷多孔层20的容积比热为1500kJ/m3K以下，从而可以改善隔热部件100的绝热性。需要说明的是，陶瓷多孔层20的容积比热更优选1000kJ/m3K以下。陶瓷多孔层20的容积比热的下限没有特别限定，例如为10kJ/m3K以上。另外，陶瓷多孔层20的容积比热可以通过将陶瓷多孔层20的密度和比热容相乘而算出。
(覆盖层30)
如图3所示那样，本实施方式的隔热部件100优选还具备如下覆盖层30：其覆盖陶瓷多孔层20的表面，且由二氧化硅形成。这是由于，覆盖层30不仅可以改善隔热部件的耐热性，而且可以在陶瓷多孔层20的表面，覆盖未由热塑性树脂覆盖的开孔而形成闭孔，可以进一步改善绝热性。
由二氧化硅形成的覆盖层例如可以如下形成：涂布包含聚硅氮烷的溶液并固化，从而可以形成。
只要在陶瓷多孔层20的表面形成闭孔，覆盖层30的厚度就没有特别限定，优选0.01μm以上且5μm以下。通过使覆盖层30的厚度为0.01μm以上，从而可以改善隔热部件的耐热性。另外，通过使覆盖层30的厚度为5μm以下，从而可以抑制覆盖层30的裂纹的发生。
如以上，本实施方式的隔热部件具备：基材；和陶瓷多孔层，其配置于基材上，且含有包含陶瓷的基体、和基体中含有的气孔。而且，本实施方式的隔热部件中，气孔的内壁由热塑性树脂所覆盖，陶瓷多孔层的气孔率为40％～70％。
如此，对于本实施方式的隔热部件，由热塑性树脂形成的气孔的内壁由热塑性树脂所覆盖，陶瓷多孔层的气孔率为规定的范围内。因此，与气孔由无机化合物形成的情况相比，隔热部件的绝热性优异。因此，例如将隔热部件用于内燃机的情况下，可以使燃烧室内的热不逸散，因此，可以改善内燃机的热效率。
[内燃机]
接着，对本实施方式的内燃机进行说明。本实施方式的内燃机具备上述隔热部件。如上述，上述隔热部件具有优异的绝热性，因此，通过用于内燃机，从而可以改善内燃机的热效率。上述隔热部件优选在内燃机中配置于被暴露于燃烧气体而成为高温的构件的表面。作为被暴露于燃烧气体而成为高温的构件，例如除构成燃烧室的活塞、气缸盖、阀、气缸之外，还可以举出气缸盖排气孔、排气歧管、排气管、增压机等排气系构件。上述隔热部件无需配置于这些构件的全部表面，只要配置于被暴露于燃烧气体而成为高温的表面即可。
[隔热部件的制造方法]
如图4所示那样，本实施方式的隔热部件的制造方法具备：混合工序S1、涂布工序S2、和加热工序S3。以下，对各工序详细进行说明。
混合工序S1中，将溶胶与热发泡性微球混合，得到混合溶液。将溶胶与热发泡性微球混合的方法没有特别限定，例如可以使用单螺杆混炼机、双螺杆混炼机、行星式混合机和捏合机等，使热发泡性微球分散于溶胶而进行混合。
溶胶包含陶瓷前体。陶瓷前体是成为上述陶瓷的前体的物质。作为陶瓷前体，例如可以使用选自由锆、钇、铝、硅、钛组成的组中的至少1种以上的金属或半金属的醇盐等。另外，醇盐的种类没有特别限定，例如可以使用甲醇盐、乙醇盐、丙醇盐、丁醇盐等。
对于热发泡性微球，在由热塑性树脂形成的外壳的内侧密封有发泡剂。通过使用这样的热发泡性微球，从而可以在加热工序S3中，在基体21的内部形成气孔26。
作为形成外壳的热塑性树脂，例如优选由选自由1,1-二氯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和乙酸乙烯酯组成的组中的至少一种以上的单体形成的聚合物。
作为发泡剂，可以举出乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、丁烯、异丁烯、正戊烷、异戊烷、新戊烷、正己烷、异己烷、环己烷、庚烷等烃、三氯氟碳等氯氟碳、四甲基硅烷等四烷基硅烷等。这些发泡剂可以仅使用1种，也可以使用2种以上。
发泡前的热发泡性微球的外壳的膜厚优选0.1μm～20μm、更优选2μm～15μm。通过使发泡前的热发泡性微球的外壳的膜厚为这样的范围，从而可以在规定的温度下良好地发泡，且可以抑制在发泡后颗粒破裂。
包含外壳的热发泡性微球的平均粒径优选1μm～50μm、更优选5μm～20μm。通过使热发泡性微球的平均粒径为这样的范围，从而可以使气孔的大小为期望的范围，可以兼顾陶瓷多孔层的强度和绝热性。需要说明的是，平均粒径表示以体积基准计的粒度分布的累积值为50％时的粒径，例如可以通过激光衍射/散射法而测定。
热发泡性微球的含量相对于除有机溶剂之外的溶胶与热发泡性微球的总计100质量％，优选为10质量％～30质量％。通过使热发泡性微球的含量为10质量％以上，从而可以提高陶瓷多孔层20的物理强度。另外，通过使热发泡性微球的含量为30质量％以下，从而可以将陶瓷多孔层20良好地成膜。需要说明的是，使陶瓷多孔层20为氧化锆的情况下，热发泡性微球的含量相对于溶胶与热塑性微球的总计100质量％，优选为20质量％～30质量％。另一方面，使陶瓷多孔层20为氮化铝的情况下，热发泡性微球的含量相对于溶胶与热塑性微球的总计100质量％，优选为10质量％～15质量％。
发泡后的热发泡性微球的外壳(热塑性树脂层28)的膜厚优选0.1μm～20μm。通过使热塑性树脂层28的膜厚为0.1μm以上，从而可以更牢固地保持气孔的形状。另外，通过使热塑性树脂层28的膜厚为20μm以下，从而可以抑制热塑性树脂所导致的热传导，因此，可以进一步改善绝热性。需要说明的是，热塑性树脂层28的膜厚更优选2μm～15μm。
混合工序S1中，在溶胶和热发泡性微球的基础上，在混合溶液中可以添加有机溶剂等。作为有机溶剂，可以举出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇系溶剂、四氢呋喃、1,4-二氧杂环己烷等醚系溶剂、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮系等酰胺系溶剂、乙腈等腈系溶剂。
(涂布工序)
涂布工序S2中，将混合溶液涂布于基材，得到涂布物。基材可以使用与上述基材同样者。
将溶胶涂布于基材的方法没有特别限定，例如可以使用喷涂法、辊涂法、刮刀法、流涂法、浸涂法、旋涂法、丝网印刷法、喷墨法等公知的方法。
(加热工序)
加热工序S3中，将涂布物加热，由陶瓷前体形成包含陶瓷的基体21。例如，使用上述的金属或半金属的醇盐作为陶瓷前体的情况下，通过所谓的溶胶-凝胶法，金属或半金属的醇盐通过各分子间的水解和脱水缩合而形成聚合物。然后，在基材10上形成包含陶瓷的基体21。
另外，加热工序S3中，使热发泡性微球发泡，形成在基体21中含有气孔26的陶瓷多孔层。如上述，对于热发泡性微球，在由热塑性树脂形成的外壳的内侧密封有发泡剂。因此，通过将涂布物焙烧，从而热塑性树脂超过玻璃化转变温度而软化，且内部的发泡剂气化。因此，通过加热工序S3而气化后的发泡剂可以在热塑性树脂的内部形成气泡。即，可以在基体21的内部形成气孔26。
将涂布物加热的温度和时间等没有特别限定，可以根据陶瓷前体的种类、热发泡性微球的种类等而适宜变更。需要说明的是，将涂布物加热使得基材10软化而不变形的温度优选280℃以下。
需要说明的是，加热工序S3可以具备：干燥工序、发泡工序、和焙烧工序。
干燥工序中，使混合工序S1中添加的有机溶剂等挥发，使所涂布的混合溶液干燥。通过这样的干燥工序，陶瓷前体的分子间的距离变短，变得容易产生缩合反应，因此，可以良好地形成包含陶瓷的基体21。干燥工序中的干燥温度没有特别限定，优选低于热发泡性微球发泡的温度。干燥温度例如可以设为30℃～80℃。另外，干燥工序中的干燥时间没有特别限定，例如可以设为5分钟～60分钟。
发泡工序中，使热塑性微球发泡。发泡工序中的发泡温度取决于热塑性微球的种类等，例如可以设为80℃～210℃。另外，发泡工序中的发泡时间没有特别限定，例如可以设为60分钟～180分钟。
焙烧工序中，由陶瓷前体形成包含陶瓷的基体21，且使有机溶剂等挥发成分挥发。焙烧工序中的焙烧温度取决于陶瓷前体的种类等，例如可以设为150℃～280℃。另外，焙烧工序中的焙烧时间没有特别限定，例如可以设为60分钟～180分钟。
本实施方式中，陶瓷多孔层20的气孔率为40％～70％。如此，通过使陶瓷多孔层的气孔率为40％以上，从而具有充分的气孔的数量，因此，可以形成具有充分的绝热性的陶瓷多孔层20。另外，通过使陶瓷多孔层20的气孔率为70％以下，从而可以维持陶瓷多孔层20的物理强度。需要说明的是，陶瓷多孔层20的气孔率可以如下测定：用电子显微镜等观察截面，算出陶瓷多孔层20中的气孔的面积的比率，从而测定。
如以上，本实施方式的隔热部件的制造方法具备如下混合工序：将包含陶瓷前体的溶胶、与在由热塑性树脂形成的外壳的内侧密封有发泡剂的热发泡性微球混合，得到混合溶液。然后，隔热部件的制造方法具备如下涂布工序：将混合溶液涂布于基材，得到涂布物。进一步，隔热部件的制造方法具备如下加热工序：将涂布物加热，由陶瓷前体形成包含陶瓷的基体，且使热发泡性微球发泡，形成在基体中含有气孔的陶瓷多孔层。而且，隔热部件的制造方法中，陶瓷多孔层的气孔率为40％～70％。
如此，本实施方式中，将包含溶胶和热发泡性微球的混合溶液涂布于基材并加热。因此，例如与喷镀等相比，可以在低温下形成陶瓷多孔层。因此，即使在例如基材使用容易软化的材料的情况下，也可以形成陶瓷多孔层而不会使基材较大地变形。
另外，本实施方式中，如上述，可以在较低温下形成陶瓷多孔层，也无需喷镀那样的特殊的设备。因此，可以以较低的成本在基材上形成陶瓷多孔层。
另外，根据本实施方式的隔热部件的制造方法，如上述，可以提供具有优异的绝热性的隔热部件。因此，例如将隔热部件用于内燃机的情况下，可以使燃烧室内的热不逸散，因此，可以改善内燃机的热效率。
实施例
以下，根据实施例和比较例对本实施方式进一步详细地进行说明，但本实施方式不限定于这些。
[实施例1]
首先，为了改善密合性，使厚度为9.5mm的铝制的基材浸渍于100℃的热水10分钟，对基材进行清洗。需要说明的是，基材的密度ρ1为2700kg/m3、基材的热导率λ1为236W/(m·K)、比热容C1P为910J/(kg·K)。
接着，使作为基体的材料的锆醇盐溶解于有机溶剂，进一步添加作为颗粒的热发泡性微球，得到混合溶液。需要说明的是，在该混合溶液中混合有基体的材料70质量％和颗粒30质量％。然后，用旋涂机，在如上述清洗过的基材上，涂布上述混合溶液，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为62.8μm。
需要说明的是，热发泡性微球使用的是，包含外壳的平均粒径为15μm、内部填充有烃、且外壳由厚度3μm以上的热塑性树脂形成者。
接着，将涂布物以40℃进行20分钟加热而使其干燥后，以110℃进行140分钟加热，使热发泡性微球发泡。进一步，以250℃进行150分钟加热，使有机溶剂挥发后，自然冷却。如此，将在基材上形成陶瓷多孔层而得到者作为隔热部件。
[实施例2]
将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为98.1μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[实施例3]
使用作为氮化铝的前体的金属醇盐代替作为基体的材料的锆醇盐。另外，以包含基体的材料85质量％和颗粒15质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为80.4μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[实施例4]
将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为103.0μm。除此之外，与实施例1同样地制作由基材和陶瓷多孔层形成的层叠体。
接着，在该层叠体的陶瓷多孔层的表面涂布聚硅氮烷溶液并固化，形成厚0.5μm的由二氧化硅形成的覆盖层，制作隔热部件。
[实施例5]
使用作为氮化铝的前体的金属醇盐代替作为基体的材料的锆醇盐。另外，以包含基体的材料85质量％和颗粒15质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为85.0μm。除此之外，与实施例1同样地制作由基材和陶瓷多孔层形成的层叠体。
接着，在该层叠体的陶瓷多孔层的表面涂布聚硅氮烷溶液并固化，形成厚0.5μm的由二氧化硅形成的覆盖层，制作隔热部件。
[比较例1]
在铝基材上不形成陶瓷多孔层，直接使用基材。
[比较例2]
代替陶瓷多孔层，对铝基材的表面进行阳极氧化处理，形成膜厚为70.0μm的阳极氧化层。除此之外，与实施例1同样地制作由基材和阳极氧化层形成的层叠体。
接着，在该层叠体的阳极氧化层的表面涂布聚硅氮烷溶液并固化，形成厚0.5μm的由二氧化硅形成的覆盖层，制作隔热部件。
[比较例3]
代替陶瓷多孔层，在基材的表面以膜厚成为500.0μm的方式喷镀部分稳定化氧化锆颗粒(ZrO2-8Y2O3、体积平均粒径：50μm～60μm)，形成氧化锆喷镀层。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。需要说明的是，在多孔层中不添加热发泡性微球那样的颗粒。
[比较例4]
使氧化锆喷镀层的膜厚为100.0μm，除此之外，与比较例3同样地制作隔热部件。需要说明的是，在多孔层中不添加热发泡性微球那样的颗粒。
[比较例5]
使用作为氮化铝的前体的金属醇盐代替作为基体的材料的锆醇盐。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为100.0μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。需要说明的是，在多孔层中不添加热发泡性微球那样的颗粒。
[比较例6]
以包含基体的材料85质量％和颗粒15质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为36.4μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[比较例7]
以包含基体的材料85质量％和颗粒15质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为184.7μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[比较例8]
使用二氧化硅中空微珠代替热发泡性微球。另外，以包含基体的材料80质量％和颗粒20质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为313.0μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[比较例9]
使用作为氮化铝的前体的金属醇盐代替作为基体的材料的锆醇盐。使用二氧化硅中空微珠代替热发泡性微球。另外，以包含基体的材料80质量％和颗粒20质量％的方式制备上述混合溶液。另外，将上述混合溶液涂布于基材，使得有机溶剂挥发后的陶瓷多孔层的膜厚成为47.0μm。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。
[评价]
对于实施例和比较例的隔热部件，实施以下的评价。将结果示于表1。
基体的材料的热导率依据JIS R1611：2010(精细陶瓷的基于闪光法的热扩散率·比热容·热导率的测定方法)、用激光闪光法而测定。
(气孔率p)
多孔层的气孔率p(％)通过对隔热部件截面的扫描型电子显微镜(SEM)照片进行图像分析而算出。具体而言，首先，用扫描型电子显微镜拍摄切断后的多孔层的截面。接着，用小型通用图像分析装置(Nireco Corporation制LUZEX(注册商标)AP)将上述电子显微镜照片灰度化。然后，根据在气孔和除气孔以外的部分之间设定了阈值的二值化处理图像，算出气孔的面积相对于多孔层整体的面积的百分率，作为气孔率。
(基材的热导率λ1)
基材的热导率λ1(W/(m·K))依据λ1＝ρ1C1pα1式而算出。需要说明的是，ρ1表示基材的密度(kg/m3)、C1p表示基材的比热容(J/(kg·K))、α1表示基材的热扩散率(m2/s)。基材的密度ρ1、基材的比热容C1p、基材的热扩散率α1的测定方法如以下所述。
(基材的密度ρ1)
基材的密度ρ1(kg/m3)如下算出：从基材切出直径10mm和厚度1mm的圆板，在大气中、室温(20℃)下，测定该圆板的重量，从而算出。
(基材的比热容C1P)
基材的比热容C1P(J/(kg·K))如下测定：从基材切出直径10mm和厚度1mm的圆板，在大气中、室温(20℃)下，通过激光闪光法而测定。需要说明的是，基材的比热容用热常数测定装置(ULVAC理工株式会社制TC-7000)而测定。
(基材的热扩散率α1)
基材的热扩散率α1(m2/s)如下测定：从基材切出直径10mm和厚度1mm的圆板，在大气中、室温(20℃)下，通过激光闪光法而测定。需要说明的是，基材的热扩散率α1用热常数测定装置(ULVAC理工株式会社制TC-7000)而测定。
(多孔层的热扩散率α2)
多孔层的热扩散率α2如以下算出。首先，将如上述得到的各实施例和比较例的隔热部件中的基材侧的表面研磨至1mm，准备2层的层叠板。接着，从该层叠板切出直径10mm的圆板作为试验片，在大气中、室温(20℃)下，通过激光闪光法，根据标准化了的温度-时间曲线，算出上述层叠板的面积热扩散时间A。激光闪光法使用热常数测定装置(ULVAC理工株式会社制TC-7000)而测定。此处，面积热扩散时间A可以用下述数学式(1)表示。
Figure BDA0002383712760000141
此处，设为X1＝d1ρ1C1P、X2＝d2ρ2C2P时，根据上述数学式(1)，可以导出以下的数学式(2)。需要说明的是，d1表示基材的厚度(m)、ρ1表示基材的密度(kg/m3)、C1P表示基材的比热容(J/(kg·K))、d2表示多孔层的厚度(m)、ρ2表示多孔层的密度(kg/m3)、C2P表示多孔层的比热容(J/(kg·K))。基材的密度ρ1、基材的比热容C1P的测定方法如上述。另外，多孔层的密度ρ2、多孔层的比热容C2P的测定方法如后述。
Figure BDA0002383712760000142
进一步，根据上述数学式(2)，可以导出以下的数学式(3)，可以算出多孔层的热扩散时间τ2。
Figure BDA0002383712760000151
然后，在以下的数学式(4)中代入通过算出上述数学式(3)而得到的多孔层的热扩散时间τ2，算出多孔层的热扩散率α2。
Figure BDA0002383712760000152
(多孔层的密度ρ2)
多孔层的密度ρ2(kg/m3)如以下测定。首先，在基材上形成厚度约1mm的多孔层，得到层叠体。接着，从上述层叠体切出13mm×5mm的试验片，测定其重量，算出层叠体的密度。然后，从层叠体的密度中减去如上述得到的基材的密度，从而算出多孔层的密度。需要说明的是，多孔层的厚度通过从层叠体的厚度中减去基材的厚度从而算出。另外，层叠体和基材的厚度通过扫描型电子显微镜(SEM)而测定。需要说明的是，采用利用扫描型电子显微镜(SEM)以高倍率测定5点的厚度、以低倍率测定3点的厚度而得到的的平均值。
(多孔层的比热容C2p)
多孔层的比热容C2p(J/(kg·K))如以下测定。首先，在各例中得到的隔热部件的多孔层侧粘贴Teflon(注册商标)带，使其浸渍于盐酸，使基材完全溶解。接着，使残留的多孔层浸渍于丙酮，使Teflon(注册商标)带从多孔层剥离，得到粉末状的多孔层的试样。通过差示扫描量热测定(DSC)来测定该试样12mg，得到多孔层的比热容。差示扫描量热测定(DSC)中，在氩气气氛下、使测定温度为20℃而测定。需要说明的是，差示扫描量热测定(DSC)使用PerkinElmer制的DSC-7型而测定。
(多孔层的热导率λ2)
多孔层的热导率λ2(W/(m·K))依据λ2＝ρ2C2pα2式而算出。需要说明的是，ρ2表示多孔层的密度、C2p表示多孔层的比热容、α2表示多孔层的热扩散率。多孔层的密度ρ2、多孔层的比热容C2p、多孔层的热扩散率α2的测定方法分别如上述。
(多孔层的容积比热C2V)
多孔层的容积比热C2V(J/(m3·K))依据C2V＝C2pρ2的数学式而算出。需要说明的是，上述数学式中，C2p表示多孔层的比热容(J/(kg·K))、d2表示多孔层的密度(kg/m3)。多孔层的比热容C2p和多孔层的密度d2的测定方法如上述。
(冷却响应性试验)
如图5所示那样，将各例的隔热部件切成纵50mm、横50mm、厚度9.5mm的大小，作为试验片，使试验片的基材10侧载置于加热器51上。然后，从基材10侧用加热器51进行加热，使多孔层20的表面的温度为250℃后，以0.002m3/秒的流量向多孔层20的表面吹送20℃的空气52，测定多孔层20的表面的温度。需要说明的是，多孔层20的表面的温度通过由红外线相机53得到的温度分布的影像而测定。将吹送空气52后10秒后的多孔层20的表面的降低温度差示于表1。需要说明的是，图5中，对陶瓷多孔层20为最表层的实施例1的情况进行了说明，覆盖层30为最表层的情况下，将陶瓷多孔层20替换为覆盖层30而实施冷却响应性试验即可。
[表1]
Figure BDA0002383712760000171
根据表1的结果可知，比较例1～比较例9的隔热部件在冷却响应性试验中为17.7℃以下，而实施例1～实施例5的隔热部件在冷却响应性试验中为19.5℃以上，体现优异的绝热性。认为：添加实施例中使用的热发泡性微球形成有陶瓷多孔层的情况下，由于基体内包含由热塑性树脂覆盖内壁的气孔，因此，可以得到这样的绝热性。
另一方面，如比较例1～比较例5那样，在基材上不设置包含热塑性微球那样的颗粒的陶瓷多孔层的情况下，不存在足以阻隔热的层，因此，无法得到期望的绝热性。
另外，即使在使用热塑性微球形成有陶瓷多孔层的情况下，如比较例6和比较例7那样，陶瓷多孔层的气孔率没有那么大时，对阻隔热也不充分，因此，无法得到期望的绝热性。
进一步，即使陶瓷多孔层的气孔率为规定的范围内，如比较例8和比较例9那样，气孔率为规定的范围内的情况下，添加二氧化硅中空颗粒代替热塑性微球时，也无法得到充分的绝热性。认为很可能由于比较例8和比较例9的隔热部件中，陶瓷多孔层内的气泡的内壁由二氧化硅所覆盖，二氧化硅的热传导性高于热塑性树脂，因此，无法得到期望的绝热性。
以上，根据实施例对本发明的内容进行了说明，但本发明不限定于这些记载，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以进行各种变形和改良。
产业上的可利用性
本发明的隔热部件具备：基材；和陶瓷多孔层，其配置于基材上，且含有包含陶瓷的基体、和基体中含有的气孔。而且，隔热部件中，气孔的内壁由热塑性树脂所覆盖，陶瓷多孔层的气孔率为40％～70％。因此，根据本发明，可以提供具有优异的绝热性的隔热部件。
附图标记说明
10 基材
20 陶瓷多孔层
21 基体
26 气孔
27 空心部
28 热塑性树脂层
100 隔热部件

Claims (10)

1.一种隔热部件，其具备：
基材；和，
陶瓷多孔层，其配置于所述基材上，且含有包含陶瓷的基体、和所述基体中含有的气孔，
所述气孔的内壁由热塑性树脂所覆盖，
所述陶瓷多孔层的气孔率为40％～70％。
2.根据权利要求1所述的隔热部件，其中，所述陶瓷的热导率为5W/(m·K)以下，所述陶瓷多孔层的热导率为1W/(m·K)以下。
3.根据权利要求1或2所述的隔热部件，其中，所述陶瓷的热导率为5W/(m·K)以下，所述陶瓷多孔层的热导率为0.5W/(m·K)以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的隔热部件，其中，所述陶瓷多孔层的容积比热为1500kJ/m3K以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的隔热部件，其中，所述陶瓷多孔层的容积比热为1000kJ/m3K以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的隔热部件，其中，所述陶瓷为氧化锆。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的隔热部件，其中，所述陶瓷为氮化铝。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的隔热部件，其还具备如下覆盖层：其覆盖所述陶瓷多孔层的表面，且由二氧化硅形成。
9.一种隔热部件的制造方法，其具备如下工序：
混合工序，将包含陶瓷前体的溶胶、与在由热塑性树脂形成的外壳的内侧密封有发泡剂的热发泡性微球混合，得到混合溶液；
涂布工序，将所述混合溶液涂布于基材，得到涂布物；和，
加热工序，将所述涂布物加热，由陶瓷前体形成包含陶瓷的基体，且使所述热发泡性微球发泡，形成在所述基体的内部包含闭孔的陶瓷多孔层，
所述陶瓷多孔层的气孔率为40％～70％。
10.根据权利要求9所述的隔热部件的制造方法，其中，将所述涂布物加热的温度为280℃以下。
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