CN111032341A

CN111032341A - 隔热部件

Info

Publication number: CN111032341A
Application number: CN201780093936.5A
Authority: CN
Inventors: 铃木佑卡; 马渕丰; 铃木琢磨; 筒治健
Original assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2037-08-14
Also published as: US20210187909A1; CN111032341B; EP3670178A4; JP7036117B2; JPWO2019035163A1; MX2020001601A; EP3670178A1; US11433637B2; WO2019035163A1

Abstract

隔热部件(100)具备：基材(5)；和配置于基材(5)上的隔热膜(7)，隔热膜(7)具备：第一层(10)，其配置于基材(5)上，具有气孔，热导率为0.3W/(m·K)以下，且容积比热为1200kJ/(m³·K)以下；和第二层(20)，其配置于第一层(10)上，且在其与第一层(10)之间形成闭孔，隔热膜(7)的上表面(7a)的表面粗糙度为1.5μmRa以下。因此，根据隔热部件(100)，例如可以在内燃机等中提高绝热性和减少烃排出量的效果。

Description

隔热部件

技术领域

本发明涉及隔热部件。详细而言，本发明涉及：绝热性和减少烃排出量的效果高、能用于内燃机等的隔热部件。

背景技术

例如内燃机等中，研究了燃烧室的内壁面形成有具有绝热性的薄膜，使得燃烧室内的热不逸散，来改善热效率。

专利文献1中，记载了在与燃烧室临近的壁面的一部分或全部形成隔热膜而成的内燃机的制造方法。专利文献1中记载了如下方案：将成为隔热膜的材料的金属材料喷镀至壁面形成隔热膜时，使喷镀时的非活性气体浓度阶段地变化，从而使由金属和金属氧化物形成的层多层层叠。而且，专利文献1中记载了形成如下隔热膜的方案：所述隔热膜中，各层中的金属氧化物的含有比率在与壁面接触的层中最少，随着远离该壁面，层中的金属氧化物的含有比率变多。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5655813号公报

发明内容

因而，内燃机中，由于汽油等燃料的不完全燃烧等而有时排出烃(HC)。烃通过太阳光的紫外线成分而成为光化学烟雾的原因，因此，要求降低排出量。

然而，如专利文献1那样，将金属材料喷镀至壁面形成隔热膜的情况下，减少排气气体中的烃的效果并不充分。

另外，例如内燃机等中，为了改善热效率，要求燃烧室内壁的绝热性的进一步的改善。

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，提供绝热性和减少烃排出量的效果高的隔热部件。

本发明的方式的隔热部件具备基材和隔热膜。隔热膜具备：热导率和容积比热为规定值以下的第一层；和，在其与第一层之间形成闭孔的第二层。而且，隔热膜的上表面的表面粗糙度为规定值以下。

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为示出本实施方式的隔热部件的另一例的截面图。

图3为通过近似求出各种材料中的优选的最小膜厚的图。

图4为通过近似求出各种材料中的优选的最大膜厚的图。

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5；和，配置于基材5上的隔热膜7。而且，隔热膜7具备第一层10、和第二层20。本实施方式中，隔热部件100具备隔热膜7，从而可以遮挡从外部向基材5传递的热。以下，对各构成详细进行说明。

(基材5)

作为形成基材5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5的形状、厚度等没有特别限定，可以根据用途而适宜变更。

(第一层10)

第一层10配置于基材5上。第一层10可以与基材5直接接触，也可以隔着粘接层等其他层而配置。图1的实施方式中，第一层10以直接接触的方式配置在基材5的表面上。

第一层10的热分解温度优选350℃以上。通过使第一层10的热分解温度为350℃以上，从而可以改善隔热部件100的耐热性。需要说明的是，热分解温度可以设为：通过热重测定(TG)，质量减少率成为5％的温度。热重测定例如可以如下测定：在以100mL/分钟使空气流入试样室的状态下，以10℃/分钟进行加热，从而测定。

形成第一层10的材料没有特别限定，例如优选使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等树脂。这是由于，它们这样的树脂与金属、金属氧化物等相比，热导率和容积比热小、耐热性高。需要说明的是，这些树脂中，形成第一层10的材料更优选聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺中的至少任一者、进一步优选聚酰亚胺。这是由于，特别是聚酰亚胺的强度和耐热性高，因此，适合用于要求绝热性的部位。

在基材5上形成第一层10的方法没有特别限定。例如，可以如下形成第一层10：在基材5上层压第一层10，或者将在形成第一层10的材料中加入溶剂而成的溶液涂布到在基材5上并干燥和加热等。

在基材5上层压第一层10的方法没有特别限定，例如可以使用挤出机等，通过公知的方法进行层压。另外，在基材5上涂布第一层10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。

作为在形成第一层10的材料中加入的溶剂，没有特别限定，可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等酰胺系溶剂、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基醚、四乙二醇二甲基醚、二乙二醇、三乙二醇等醚系溶剂等。这些溶剂可以使用1种或混合2种以上而使用。溶剂的含量相对于在形成第一层10的材料中加入溶剂而成的溶液整体，优选40质量％～90质量％、更优选60质量％～85质量％。

例如，由聚酰亚胺形成第一层10的情况下，将作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸溶液涂布于基材5的表面，并干燥和加热，从而可以形成第一层10。另外，例如，由聚酰胺酰亚胺形成第一层10的情况下，在基材5的表面涂布作为聚酰胺酰亚胺的前体的聚酰胺酰亚胺溶液，并干燥和加热，从而可以形成第一层10。干燥温度例如可以设为100℃～150℃，加热温度例如可以设为150℃～350℃。

第一层10具有气孔15。气孔15的平均粒径没有特别限定，优选1μm～200μm、更优选3μm～100μm、进一步优选5μm～50μm。通过使气孔15的大小为这样的范围，从而可以兼顾第一层10的强度与绝热性。需要说明的是，平均粒径可以设为：通过扫描型电子显微镜(SEM)等观察到的第一层10的截面照片中，几十个气孔15中的直径的平均值。

形成第一层10的气孔15的方法没有特别限定。例如，可以在第一层10中添加中空微珠来形成气孔15，所述中空微珠在由陶瓷等形成的外壳的内部具有气孔15。另外，将在形成第一层10的材料中加入溶剂而成的溶液涂布于基材5上，在形成气孔15的条件下进行加热，使溶剂挥发，从而可以形成气孔15。

第一层10的气孔率没有特别限定，优选30％以上、更优选50％以上。通过使第一层10的气孔率为30％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第一层10。需要说明的是，第一层10的气孔率没有特别限定，优选设为90％以下、更优选设为70％以下。通过使第一层10的气孔率为90％以下，从而可以维持第一层10的物理强度。需要说明的是，第一层10的气孔率可以如下测定：用电子显微镜等观察截面，算出第一层10中的气孔15的总计面积的比率，从而测定。

控制第一层10的气孔15的大小、气孔率的方法没有特别限定。例如，如上述，使用中空微珠形成气孔15的情况下，可以适宜变更中空微珠的大小、含量来控制气孔15的大小、气孔率。另外，如上述，将包含溶剂的材料涂布、干燥和加热而形成气孔15的情况下，可以适宜变更溶剂的种类和含量、以及溶剂的干燥温度和干燥时间等来控制气孔15的大小、气孔率。例如，根据溶剂的种类和含量控制酰亚胺系高分子的气孔率的情况下，通过控制上述酰胺系溶剂与醚系溶剂的混合比率，从而可以控制气孔率。即，酰胺系溶剂有对酰亚胺系高分子的溶解度高的倾向，醚系溶剂有对酰亚胺系高分子的溶解度低的倾向，因此，根据它们的溶解度的差异而容易产生相分离。因此，例如通过增加醚系溶剂的混合比率，从而可以提高第一层10的气孔率。需要说明的是，醚系溶剂的含量相对于酰胺系溶剂与醚系溶剂的总计，优选30质量％以上且90质量％以下。

第一层10的热导率为0.3W/(m·K)以下。通过使第一层10的热导率为0.3W/(m·K)以下，从而可以改善隔热部件100的绝热性，例如用于内燃机的情况下，可以改善燃油消耗。需要说明的是，第一层10的热导率更优选0.2W/(m·K)以下、进一步优选0.1W/(m·K)以下。第一层10的下限没有特别限定，例如为0.01W/(m·K)以上。另外，第一层10的热导率例如可以通过将密度、比热容和热扩散时间相乘而算出。

第一层10的容积比热为1200kJ/(m³·K)以下。可以改善隔热部件100的绝热性，例如用于内燃机的情况下，可以改善燃油消耗。需要说明的是，第一层10的容积比热更优选1000kJ/(m³·K)以下、进一步优选700kJ/(m³·K)以下。第一层10的容积比热的下限没有特别限定，例如为100kJ/(m³·K)以上。另外，第一层10的容积比热可以通过将密度和比热容相乘而算出。

第一层10的密度没有特别限定，优选500kg·m³以上且1300kg·m³以下。通过使第一层10的密度为500kg·m³以上，从而有第一层10的强度改善的倾向。另外，通过使第一层10的密度为1300kg·m³以下，从而有第一层10的绝热性改善的倾向。需要说明的是，第一层的密度更优选600kg·m³以上且990kg·m³以下。另外，第一层的密度可以记作堆密度。

另外，进一步优选第一层10的热导率为0.2W/(m·K)以下、容积比热为1000kJ/(m³·K)以下。另外，特别优选第一层10的热导率为0.1W/(m·K)以下、第一层10的容积比热为1000kJ/(m³·K)以下。通过使第一层10的热导率和容积比热为这样的范围，从而可以进一步改善隔热部件100的绝热性，例如用于内燃机的情况下，可以改善燃油消耗。

第一层10的比热容没有特别限定，例如可以设为0.1kJ/(kg·K)以上且3kJ/(kg·K)以下。第一层10的比热容可以设为0.95kJ/(kg·K)以上且2kJ/(kg·K)以下。需要说明的是，第一层10的比热容可以通过差示扫描量热测定(DSC)法而测定。

第一层10的膜厚优选10μm以上且250μm以下。通过使第一层10的膜厚为10μm以上，从而可以改善第一层10的绝热性，例如用于内燃机的情况下，可以改善燃油消耗。另外，通过使第一层10的膜厚为250μm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料气体被过度加热，可以抑制爆震发生。

(第二层20)

第二层20配置于第一层10上，且在其与第一层10之间形成闭孔25。第二层20可以与第一层10直接接触，也可以隔着粘接层等其他层而配置。图1的实施方式中，第二层20以直接接触的方式配置于第一层10的表面上。通过第二层20采取这样的配置，从而可以用第二层20覆盖第一层10的由气孔形成的表面的凹凸，因此，可以减少隔热膜7的上表面7a的表面积，可以使表面粗糙度为规定的值以下。另外，通过这样的形成于第一层10与第二层20之间的闭孔25，可以遮挡流向基材5的热。因此，可以改善隔热部件100的绝热性和减少烃排出量的效果。

第二层20的气孔率没有特别限定，从减少隔热膜7的上表面7a的表面积的观点出发，优选20％以下。通过使第二层20的气孔率为20％以下，从而可以减少隔热部件100的表面粗糙度，可以改善隔热部件100的绝热性和减少烃排出量的效果。需要说明的是，第二层20的气孔率更优选10％以下、进一步优选5％以下。另外，第二层20的气孔率可以如下测定：用电子显微镜等观察截面，算出第二层20中的气孔的总计面积的比率，从而测定。

第二层20的热分解温度优选350℃以上。通过使第二层20的热分解温度为350℃以上，从而可以改善隔热部件100的耐热性。热分解温度可以设为：通过热重测定(TG)，质量减少率成为5％的温度。热重测定例如可以如下测定：在以100mL/分钟使空气流入试样室的状态下，以10℃/分钟加热，从而测定。需要说明的是，更优选第一层10和第二层20的热分解温度分别为350℃以上。

形成第二层20的材料没有特别限定，例如优选使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等树脂。这是由于，它们这样的树脂与金属、金属氧化物等相比，热导率和容积比热小，耐热性高。需要说明的是，这些树脂中，形成第二层20的材料更优选聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺中的至少任一者、进一步优选聚酰亚胺。这是由于，特别是聚酰亚胺的强度和耐热性高，因此，适于用于要求绝热性的部位。需要说明的是，更优选第一层10和第二层20分别由包含聚酰亚胺的材料形成。

在第一层10上形成第二层20的方法没有特别限定。例如，可以如下形成第二层20：在第一层10上层压第二层20，或者在第一层10上涂布在形成第二层20的材料中加入溶剂而成的溶液并干燥和加热等。

在第一层10上层压第二层20的方法没有特别限定，例如可以使用挤出机等，通过公知的方法进行层压。另外，在第一层10上涂布第二层20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。

作为在形成第二层20的材料中加入的溶剂，没有特别限定，可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等酰胺系溶剂等。这些溶剂可以使用1种或组合多种而使用。溶剂的含量相对于在形成第二层20的材料中加入溶剂而成的溶液整体，优选40质量％～90质量％、更优选60质量％～85质量％。

例如，由聚酰亚胺形成第二层20的情况下，通过在第一层10的表面涂布作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸溶液，并干燥和加热，从而可以形成第二层20。另外，例如，由聚酰胺酰亚胺形成第二层20的情况下，通过在第一层10的表面涂布作为聚酰胺酰亚胺的前体的聚酰胺酰亚胺溶液，并干燥和加热，从而可以形成第二层20。干燥温度例如可以设为100℃～150℃，加热温度例如可以设为150℃～350℃。

第二层的膜厚优选1μm以上且10μm以下。通过使第二层20的膜厚为1μm以上，从而可以有效地形成闭孔25，可以改善绝热性。另外，通过使第二层20的膜厚为10μm以下，从而可以均匀地形成第二层20的膜厚。

(第三层)

隔热膜7优选还具备如下第三层30：其配置于第二层20上，且具有500℃以上的热分解温度。第三层30可以与第二层20直接接触，也可以隔着粘接层等其他层而配置。图2的实施方式中，第三层30以直接接触的方式配置于第二层20的表面上。

另外，通过使第三层30的热分解温度为500℃以上，从而可以改善隔热部件100的耐热性。热分解温度可以设为：通过热重测定(TG)，质量减少率成为5％的温度。热重测定例如可以如下测定：在以100mL/分钟使空气流入试样室的状态下，以10℃/分钟进行加热，从而测定。

第三层30优选由以二氧化硅为主成分的无机膜形成。以二氧化硅为主成分的无机膜的耐热性高，容易使表面平滑。因此，使用以二氧化硅为主成分的无机膜作为第三层30的情况下，可以进一步提高隔热部件100的绝热性和减少烃排出量的效果。需要说明的是，以二氧化硅为主成分的无机膜例如可以如下形成：涂布包含聚硅氮烷的溶液并使其固化，从而形成。需要说明的是，本实施方式中，以二氧化硅为主成分的无机膜是指，包含50质量％以上的二氧化硅的无机膜。需要说明的是，第三层30优选由包含90质量％以上的二氧化硅的无机膜形成。

另外，第三层30还优选为非晶碳系薄膜。非晶碳系薄膜是指，薄膜包含50质量％以上的非晶碳。需要说明的是，第三层30优选包含90质量％以上的非晶碳。非晶碳系薄膜为黑色，且绝热性高。因此，使用非晶碳系薄膜作为第三层30的情况下，可以进一步改善隔热部件100的绝热性。非晶碳系薄膜例如可以采用类金刚石碳(DLC)。

形成非晶碳系薄膜的方法没有特别限定，可以由化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法等形成。作为化学气相沉积(CVD)法，可以举出热CVD法、等离子体CVD法等。作为物理气相沉积(PVD)法，可以举出真空蒸镀、溅射等。

第三层30的膜厚没有特别限定，优选0.01μm以上且5μm以下。通过使第三层30的膜厚为0.01μm以上，从而可以改善隔热部件的绝热性等。另外，通过使第三层30的膜厚为5μm以下，从而可以抑制第三层30的裂纹的发生。需要说明的是，第三层30的膜厚更优选0.05μm以上且1μm以下。

隔热膜7的上表面7a的表面粗糙度为1.5μmRa以下。通过使隔热膜7的上表面7a的表面粗糙度为1.5μm以下，从而可以改善隔热部件100的绝热性，且可以减少烃排出量。

特别是，通过喷镀形成有多孔的金属氧化物层等的情况下，有隔热膜的上表面的表面积会变大的倾向，隔热膜的表面与空气层的热交换也变多，因此，难以得到具有充分的绝热性的隔热部件。另外，隔热膜的上表面的表面积大的情况下，汽油等燃料气体容易附着于壁面，因此，也容易成为使烃排出量增大的原因。然而，本实施方式中，通过使隔热膜7的上表面7a的表面粗糙度为规定的值以下，从而抑制隔热部件100的最外表面与空气层的热交换，燃料气体等不易附着于隔热部件100的壁面。因此，可以改善隔热部件100的绝热性，且可以减少烃排出量。

需要说明的是，隔热膜7的上表面7a的表面粗糙度优选0.5μmRa以下、更优选0.1μmRa以下。隔热膜7的上表面7a的表面粗糙度的上限没有特别限定，例如为0.01μmRa以上。另外，表面粗糙度为算术平均粗糙度，可以依据JIS B0601：2013(产品几何技术规范(GPS)-表面性状：轮廓曲线方式-术语，定义和表面性状参数)，用触针式表面粗糙度测定机而测定。

需要说明的是，隔热膜7的上表面7a是指，相对于第一层10，第二层20侧的表面而不是基材5侧的表面。即，例如隔热部件100具备基材5、第一层10和第二层20的情况下，表面粗糙度的测定部位为第二层20中的与第一层10处于相反侧的表面。另外，例如隔热部件100具备基材5、第一层10、第二层20和第三层30的情况下，表面粗糙度的测定部位为第三层30中的与第二层20处于相反侧的表面。

另外，本实施方式中，隔热膜7的上表面7a的每单位投影面积的气体吸附面积优选20m^2/m²以下。通过使每单位投影面积的气体吸附面积为20m^2/m²以下，从而与减小了表面粗糙度的情况同样地可以改善隔热部件100的绝热性，且可以减少烃排出量。需要说明的是，隔热膜7的上表面7a的每单位投影面积的气体吸附面积优选3m²/m²以下、更优选1.5m²/m²以下、特别优选1.1m²/m²以下。需要说明的是，隔热膜7的上表面7a的每单位投影面积的气体吸附面积(m²/m²)可以通过基于BET法测定的隔热膜7的上表面7a的气体吸附面积除以最表层的投影面积而算出。

第一层10的膜厚优选6.7119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}μm～67.119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}。通过使第一层10的膜厚为6.7119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}μm以上，从而可以改善隔热部件100的绝热性。另外，通过使第一层10的膜厚为67.119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}以下，从而例如内燃机中使用隔热部件的情况下，可以抑制在气缸内燃料气体被过度加热，可以抑制爆震发生。

需要说明的是，关于6.7119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}μm，对在基材上分别覆盖了不同的材料的内燃机进行评价，调查了与用阳极氧化层覆盖的情况相比成为规定以上的燃油消耗的第一层10的最小膜厚。然后，如图3所示那样，在X轴为λ×ρ×Cp、Y轴为第一层10的膜厚的坐标上分别标绘该调查结果，通过指数近似，求出最佳的最小膜厚的关系。需要说明的是，图3的图中，λ表示第一层10的热导率(W/(m·K))，ρ表示第一层10的密度(kg/m³)，Cp表示第一层10的比热容(kJ/(kg·K))。

同样地，关于67.119e^{(0.0063×热导率×容积比热)}μm，对在基材上分别覆盖了不同的材料的内燃机进行评价，调查了不易产生爆震的最大膜厚。然后，如图4所示那样，在X轴为λ×ρ×Cp、Y轴为第一层10的膜厚的坐标上分别标绘该调查结果，通过指数近似，求出最佳的最小膜厚的关系。需要说明的是，图4的图中，λ表示第一层10的热导率(W/(m·K))，ρ表示第一层10的密度(kg/m³)，Cp表示第一层10的比热容(kJ/(kg·K))。

如以上，本实施方式的隔热部件具备：基材；和配置于基材上的隔热膜。隔热膜具备：第一层，其配置于基材上，具有气孔，热导率为0.3W/(m·K)以下，且容积比热为1200kJ/(m³·K)以下；和第二层，其配置于第一层上，且在其与第一层之间形成闭孔。而且，隔热膜的上表面的表面粗糙度为1.5μmRa以下。

本实施方式中，使第一层的热导率和容积比热为规定的值以下。因此，与在基材的表面上形成有阳极氧化层的情况相比，可以改善绝热性。因此，将本实施方式的隔热部件例如用于内燃机的情况下，与形成有阳极氧化层的情况相比，可以改善内燃机的燃油消耗。需要说明的是，推定：如以往，在基材的表面上形成有金属氧化物的情况下，无法使热导率和容积比热为规定的值以下，难以改善燃油消耗至阳极氧化层以上。

另外，本实施方式中，在具有气孔的第一层上设置有第二层。因此，在第一层与第二层之间形成闭孔，因此，该闭孔发挥绝热材料的作用，可以改善隔热部件的绝热性。

进一步，通过第二层覆盖第一层的气孔，且使隔热膜的上表面的表面粗糙度为规定的值以下，因此，隔热膜的上表面的表面积变小，由此可以抑制隔热部件的表面与空气层的热交换。另外，通过减小隔热膜的上表面的表面积，从而可以使燃料气体等不易附着于隔热部件的壁面。

因此，根据本实施方式的隔热部件，可以提高绝热性和减少烃排出量的效果。

[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，上述隔热部件提高绝热性和减少烃排出量的效果，因此，通过用于内燃机，可以期待燃油消耗的改善、烃排出量的减少。上述隔热部件优选配置于内燃机中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。

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C_1P为910J/(kg·K)、容积比热为2457kJ/(m³·K)。

接着，准备以固体成分浓度成为26质量％的方式用二甲基乙酰胺(DMAc)和四乙二醇二甲基醚(TEGM)稀释过的聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺前体)。TEGM的含量相对于DMAc与TEGM的总计设为50质量％。然后，在如上述清洗过的基材的表面上，以溶剂挥发后的膜厚成为90μm的方式，用旋涂机涂布上述聚酰胺酸溶液。

然后，使涂布有聚酰胺酸溶液的基材以130℃干燥30分钟后，以200℃加热60分钟，在铝基材上形成包含聚酰亚胺的第一层。

接着，准备以固体成分浓度成为26质量％的方式用二甲基乙酰胺(DMAc)稀释过的聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺前体)。然后，在第一层的表面上，以溶剂挥发后的膜厚成为10μm的方式，用旋涂机涂布聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺前体)。

使涂布后的聚酰胺酸溶液以130℃干燥30分钟后，以200℃加热60分钟，在第一层上形成包含聚酰亚胺的第二层，作为隔热部件。

[实施例2]

在第二层的表面上涂布聚硅氮烷溶液并固化，形成厚0.38μm的包含二氧化硅的第三层，制作隔热部件。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[实施例3]

在第二层的表面上，通过溅射形成厚0.1μm的包含非晶碳覆膜(类金刚石碳)的第三层，制作隔热部件。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[实施例4]

将第二层的膜厚由90μm变更为190μm。另外，在第二层的表面上涂布聚硅氮烷溶液并固化，形成厚0.38μm的包含二氧化硅的第三层，制作隔热部件。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[实施例5]

第一层中使用的聚酰胺酸溶液中，TEGM的含量相对于DMAc与TEGM的总计设为30质量％。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[实施例6]

准备以固体成分浓度成为30质量％的方式用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和四乙二醇二甲基醚(TEGM)稀释过的聚酰胺酰亚胺溶液(聚酰胺酰亚胺前体)。TEGM的含量相对于NMP与TEGM的总计设为40质量％。然后，在如上述清洗过的基材的表面上，以溶剂挥发后的膜厚成为190μm的方式，用旋涂机涂布聚酰胺酰亚胺溶液。

然后，使涂布有聚酰胺酰亚胺溶液的基材以130℃干燥30分钟后，以200℃加热60分钟，在铝基材上形成包含聚酰胺酰亚胺的第一层。

接着，准备以固体成分浓度成为30质量％的方式用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)稀释过的聚酰胺酰亚胺溶液(聚酰胺酰亚胺前体)。然后，在第一层的表面上，以溶剂挥发后的膜厚成为10μm的方式，用旋涂机涂布聚酰胺酰亚胺溶液。

然后，使涂布后的聚酰胺酰亚胺溶液以130℃干燥30分钟后，以200℃加热60分钟，在第一层上形成包含聚酰胺酰亚胺的第二层，作为隔热部件。

除上述以外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[比较例1]

不在铝基材上形成第一层，直接使用铸件表面的基材。需要说明的是，铝基材的密度ρ₁为2740kg/m³、基材的热导率λ₁为126W/(m·K)、比热容C_1P为869J/(kg·K)、容积比热为2381kJ/(m³·K)。

[比较例2]

使用不同的铝基材代替比较例1的铝基材。除此之外，与比较例1同样地，不在铝基材上形成第一层，直接使用基材。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C_1P为910J/(kg·K)、容积比热为2457kJ/(m³·K)。即，比较例2中使用的铝基材与实施例1中使用的铝基材同样。

[比较例3]

代替第一层，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，制作包含基材和阳极氧化层的层叠体。

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0.54μm的包含二氧化硅的第三层，制作隔热部件。

[比较例4]

代替第一层，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。

[比较例5]

准备以固体成分浓度成为26质量％的方式用二甲基乙酰胺(DMAc)稀释过的聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺前体)。然后，在基材的表面上，以溶剂挥发后的膜厚成为50μm的方式，用旋涂机涂布聚酰胺酸溶液(聚酰亚胺前体)。接着，使涂布后的聚酰胺酸溶液以130℃干燥30分钟后，以200℃加热60分钟，在基材上形成包含聚酰亚胺的第一层，作为隔热部件。另外，不在第一层的表面形成第二层。除此之外，与实施例1同样地制作隔热部件。

[比较例6]

将第一层的膜厚由90μm变更为100μm。另外，不在第一层的表面形成第二层。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和表2。

(气孔率p)

第一层的气孔率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第一层的截面。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第一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＝ρ₁C_1pα₁式而算出。需要说明的是，ρ₁表示基材的密度(kg/m³)、C_1p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C_1p、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C_1P)

基材的比热容C_1P(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。

(第一层的热扩散率α₂)

第一层的热扩散率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。

此处，设为X₁＝d₁ρ₁C_1P、X₂＝d₂ρ₂C_2P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)、C_1P表示基材的比热容(J/(kg·K))、d₂表示第一层的厚度(m)、ρ₂表示第一层的密度(kg/m³)、C_2P表示第一层的比热容(J/(kg·K))。基材的密度ρ₁、基材的比热容C_1P的测定方法如上述。另外，第一层的密度ρ₂、第一层的比热容C_2P的测定方法如后述。

进一步，根据上述数学式(2)，可以导出以下的数学式(3)，可以算出第一层的热扩散时间τ₂。

然后，在以下的数学式(4)中代入通过算出上述数学式(3)而得到的第一层的热扩散时间τ₂，算出第一层的热扩散率α₂。

(第一层的密度ρ₂)

第一层的密度ρ₂(kg/m³)如以下测定。首先，在基材上形成厚度约1mm的第一层，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，从而算出第一层的密度。需要说明的是，第一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点的厚度而得到的平均值。

(第一层的比热容C_2p)

第一层的比热容C_2p(J/(kg·K))如以下测定。首先，在各例中得到的隔热部件的第一层侧粘贴Teflon(注册商标)带，使其浸渍于盐酸，使基材完全溶解。接着，使残留的第一层浸渍于丙酮，使Teflon(注册商标)带从第一层剥离，得到粉末状的第一层的试样。通过差示扫描量热测定(DSC)来测定该试样12mg，得到第一层的比热容。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。

(第一层的热导率λ₂)

第一层的热导率λ₂(W/(m·K))依据λ₂＝ρ₂C_2pα₂式而算出。需要说明的是，ρ₂表示第一层的密度、C_2p表示第一层的比热容、α₂表示第一层的热扩散率。第一层的密度ρ₂、第一层的比热容C_2p、第一层的热扩散率α₂的测定方法分别如上述。

(第一层的容积比热C_2V)

第一层的容积比热C_2V(J/(m³·K))依据C_2V＝C_2pρ₂的数学式而算出。需要说明的是，上述数学式中，C_2p表示第一层的比热容(J/(kg·K))、ρ₂表示第一层的密度(kg/m³)。第一层的比热容C_2p和第一层的密度ρ₂的测定方法如上述。

(第三层的热导率λ₂)

第三层的热导率λ₃(W/(m·K))依据λ₃＝ρ₃C_3pα₃式而算出。需要说明的是，ρ₃表示第三层的密度、C_3p表示第三层的比热容、α₃表示第三层的热扩散率。第三层的密度ρ₃、第三层的比热容C_3p、第三层的热扩散率α₃的测定方法分别通过与第一层同样的方法而测定。

(表面粗糙度)

表面粗糙度使用接触式表面粗糙度测定器，依据JIS B0601：2013，测定得到的试验样品表面的算术平均粗糙度。

(每单位投影面积的气体吸附面积)

每单位投影面积的气体吸附面积(m²/m²)通过基于BET法测定的各例的隔热膜的上表面处的气体吸附面积除以最表层的投影面积而算出。

各例的隔热膜的上表面处的气体吸附面积如下算出：从基于BET法测定的各例的隔热部件的总气体吸附面积中减去比隔热膜的上表面靠下的层的气体吸附面积，从而算出。需要说明的是，对于比隔热膜的上表面靠下的层的气体吸附面积，例如考虑基材单独的气体吸附面积、露出的表面积(表层的投影面积)而算出。

气体吸附面积依据JIS Z8830：2013(ISO 9277：2010)而测定。具体而言，在以下的条件下进行测定。

测定装置：全自动气体吸附量测定装置Autosorb(注册商标)-iQ(Quantachrome制)

试样：将各例的隔热部件切成宽度5mm、长度25mm的长条状而成者

试样池：阀杆(stem)外径为直径9mm的薄膜样品池

脱气体处理(试样前处理)：在真空状态(1Pa以下)、以100℃加热1小时以上

吸附质气体：氪(Kr)气体

测定温度：77.35K(液氮下)

测定方法：静态容量法

分析项目：基于BET多点法的比表面积

测定的吸附气体的相对压力：0.075～0.3内的13个点

测定次数：在同一试样中2次

(热分解温度)

热分解温度如下进行评价：通过热重测定(TG)，在以100mL/分钟使空气流入试样室的状态下，以10℃/分钟从20℃加热至950℃时，以质量减少率成为5％时的温度进行评价。需要说明的是，试样量设为5mg、容器设为铂盘。

(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5侧载置于加热器51上。然后，从基材5侧用加热器51进行加热，使隔热部件的最外表面的温度为250℃后，以0.002m³/秒的流量向隔热部件的最外表面吹送20℃的空气52，测定隔热部件的最外表面的温度。需要说明的是，隔热部件的最外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秒后的隔热部件的最外表面的降低温度差示于表2。需要说明的是，图5中，对第二层20为最表层的实施例1的情况进行了说明，但第三层30为最表层的情况下，将第二层20替换为第三层30实施冷却响应性试验即可。

(烃浓度)

烃(HC)浓度如下评价：将如上述制作的隔热部件施加于气缸盖的顶面而制作内燃机，测定排出气体内的浓度，从而评价。需要说明的是，评价结果表示相对于比较例1的浓度的降低量，相对于比较例1烃浓度降低的情况下，评价结果成为正的值，值越大，表示减少烃排出量的效果越优异。

[表1]

[表2]

根据表1和表2的结果，实施例1～实施例6中，冷却响应性试验的评价结果为22.9℃以上、烃浓度的降低量为317ppm以上、绝热性和减少烃排出量的效果优异。

另一方面，比较例1～比较例6中，冷却响应性试验的评价结果、或烃浓度的降低量不如实施例1～实施例6那样良好。由这些结果可知，实施例的隔热部件中，绝热性和减少烃排出量的效果高。

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，能加以各种变形和改良。

产业上的可利用性

本发明的隔热部件具备基材和隔热膜。隔热膜具备：第一层，其热导率和容积比热为规定的值以下；和第二层，在其与第一层之间形成闭孔。而且，隔热膜的上表面的表面粗糙度为规定的值以下。因此，根据本发明的隔热部件，例如在内燃机等中可以提高绝热性和减少烃排出量的效果。

附图标记说明

5 基材

7 隔热膜

7a 上表面

10 第一层

15 气孔

20 第二层

25 闭孔

30 第三层

100 隔热部件

Claims

1.一种隔热部件，其具备：

基材；和

隔热膜，其配置于所述基材上，

所述隔热膜具备：

第一层，其配置于所述基材上，具有气孔，热导率为0.3W/(m·K)以下，且容积比热为1200kJ/(m³·K)以下；和

第二层，其配置于所述第一层上，且在其与第一层之间形成闭孔，

所述隔热膜的上表面的表面粗糙度为1.5μmRa以下。

2.根据权利要求1所述的隔热部件，其中，所述隔热膜的上表面的每单位投影面积的气体吸附面积为20m²/m²以下。

3.根据权利要求1或2所述的隔热部件，其中，所述热导率为0.2W/(m·K)以下，所述容积比热为1000kJ/(m³·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，所述热导率为0.1W/(m·K)以下，所述容积比热为1000kJ/(m³·K)以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的隔热部件，其中，所述第一层的膜厚为6.7119e^{(0.0063×所述热导率×所述容积比热)}μm～67.119e^{(0.0063×所述热导率×所述容积比热)}。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的隔热部件，其中，所述表面粗糙度为0.5μmRa以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的隔热部件，其中，所述表面粗糙度为0.1μmRa以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的隔热部件，其中，所述第二层的膜厚为1μm以上且10μm以下。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的隔热部件，其中，所述隔热膜还具备如下第三层：其配置于所述第二层上，且具有500℃以上的热分解温度。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的隔热部件，其中，所述第一层和所述第二层的热分解温度分别为350℃以上。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的隔热部件，其中，所述第一层和所述第二层分别由包含聚酰亚胺的材料形成。

12.根据权利要求9所述的隔热部件，其中，所述第三层由以二氧化硅为主成分的无机膜形成。

13.根据权利要求9所述的隔热部件，其中，所述第三层为非晶碳系薄膜。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的隔热部件，其中，所述第一层的气孔率为30％以上。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的隔热部件，其中，所述第一层的气孔率为50％以上。