DE102017005219A1

DE102017005219A1 - Poröse Keramikstruktur

Info

Publication number: DE102017005219A1
Application number: DE102017005219.0A
Authority: DE
Inventors: Hiroharu KOBAYASHI; Akinobu Oribe; Takahiro Tomita
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-12-07
Also published as: JP6751313B2; US10745326B2; CN107459273A; US20170349499A1; JP2017214265A

Abstract

Eine poröse Keramikstruktur umfasst eine Lage (12) und mehrere poröse Keramikteilchen (16), die an die Lage (12) gebunden sind. Ein Spalt d, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen (16) gebildet ist, beträgt 10~80 μm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine poröse Keramikstruktur, und genauer gesagt bezieht sie sich auf eine poröse Keramikstruktur, mit der geeignet eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit einer in der porösen Keramikstruktur enthaltenen Komponente erreicht werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik:
Als ein Füllstoff, der in ein Wärmedämmmaterial oder einen Film gefüllt wird, wurden Zusammensetzungen und Hohlteilchen und dergleichen in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2010-155946 , der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2004-010903 und der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2010-064945 beschrieben.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2010-155946 beschreibt eine härtbare Organopolysiloxanzusammensetzung, die ein poröses gehärtetes Organopolysiloxanprodukt mit geringer Wärmeleitfähigkeit bilden kann.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2004-010903 beschreibt die Bildung eines Films mit geringer Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung eines Beschichtungsmaterials, in dem Hohlteilchen mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2010-064945 offenbart ein Verfahren, in dem Additivteilchen durch eine elektrostatische Wechselwirkung auf die Oberflächen von Grundteilchen adsorbiert werden, wodurch nanobeschichtete Verbundteilchen erzeugt werden, und ferner die Herstellung eines Verbundmaterials mit Hilfe eines gewöhnlichen Pulvermetallurgieprozesses unter Verwendung der Verbundteilchen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2010-155946 und der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2004-010903 beschriebenen Technologie ist die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit nicht ausreichend. Mit der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 2010-064945 beschriebenen Technologie wird, da ein Verbundmaterial mittels Pulvermetallurgie hergestellt werden soll, bedacht, dass die Grundteilchen mit Feinteilchen mit einem Teilchendurchmesser im Nanometerbereich (nm) beschichtet werden. Daher wird der Abstand zwischen den Grundteilchen kurz, und auch in diesem Fall ist die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit nicht ausreichend.
Sind die dem Haftmittel beigefügten Teilchen klein, können die Teilchen nur schwer gleichmäßig in dem Haftmittel verteilt werden. Da ferner ein Haftmittel, dem im Voraus zur Bildung eines Hauptkörpers Teilchen hinzugefügt worden sind, gebrannt und das Haftmittel danach auf dem Objekt platziert werden muss, kann beispielsweise das Haftmittel nur schwer in einem Teilbereich des Objektes platziert werden, und das Haftmittel kann nur entlang einer komplexen Form platziert werden.
Die vorliegende Erfindung entstand in Anbetracht der oben aufgeführten Probleme und hat zum Ziel, eine poröse Keramikstruktur bereitzustellen, in der eine geringe Wärmeleitfähigkeit erreicht werden kann, ebenso wie die Anbringung der porösen Keramikstruktur direkt auf einem Objekt unter Verwendung eines Haftmittels oder dergleichen, und ferner kann das Anbringen eines Hauptkörpers erleichtert werden.

[1] Eine poröse Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lage und mehrere poröse Keramikteilchen, die an die Lage gebunden sind, wobei ein Spalt, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen gebildet ist, 10~80 μm beträgt.
[2] In der vorliegenden Erfindung ist unter der Annahme, dass der maximale Spalt zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen mit dmax bezeichnet wird und die maximale Dicke der porösen Keramikteilchen mit tmax bezeichnet wird, das Aspektverhältnis, definiert als dmax/tmax, bevorzugt größer als oder gleich 0,02.
[3] In der vorliegenden Erfindung ist, bezogen auf den Spalt, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen gebildet ist, unter der Annahme, dass der Spalt an einer Fläche in Kontakt mit der Lage mit da bezeichnet wird und der Spalt an einer Fläche gegenüber der Fläche in Kontakt mit der Lage mit db bezeichnet wird, dann bevorzugt da ≤ db.
[4] In diesem Fall können der Spalt da und der Spalt db die Ungleichung da < db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen können eine verjüngte Form haben.
[5] Alternativ können der Spalt da und der Spalt db die Ungleichung da < db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen können eine Stufenform haben.
[6] Alternativ können der Spalt da und der Spalt db die Gleichung da = db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen können parallel sein.
[7] In der vorliegenden Erfindung beträgt die Porosität der porösen Keramikteilchen bevorzugt 20%~99%.
[8] In der vorliegenden Erfindung haben die porösen Keramikteilchen bevorzugt einen durchschnittlichen Porendurchmesser von weniger als oder gleich 500 nm.
[9] In der vorliegenden Erfindung beträgt die Wärmeleitfähigkeit der porösen Keramikteilchen bevorzugt weniger als 1,5 W/mK.
[10] In der vorliegenden Erfindung beträgt die Wärmekapazität der porösen Keramikteilchen bevorzugt weniger als oder gleich 1000 kJ/m³K.

Dank der porösen Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine geringe Wärmeleitfähigkeit erreicht und die poröse Keramikstruktur direkt unter Verwendung eines Haftmittels oder dergleichen auf einem Objekt angebracht werden, und ferner kann das Anbringen eines Hauptkörpers erleichtert werden.
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand eines veranschaulichenden Beispiels gezeigt ist, besser verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine poröse Keramikstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein poröses Keramikaggregat von einer Art planaren Form gebildet wird;
2B ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein poröses Keramikaggregat von zwei Arten planarer Formen gebildet wird;
2C ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein poröses Keramikaggregat von drei Arten planarer Formen gebildet wird;
3A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein Bogen in den planaren Formen jeweils zweier poröser Keramikteilchen enthalten ist;
3B ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, in dem Bögen in den planaren Formen jeweils sechs poröser Keramikteilchen enthalten sind;
4A ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, bei dem ein Spalt, der zwischen porösen Keramikteilchen gebildet ist, breit ist und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen parallel sind;
4B ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, bei dem ein Spalt, der zwischen porösen Keramikteilchen gebildet ist, breit ist und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen eine verjüngte Form haben;
4C ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, bei dem ein Spalt, der zwischen porösen Keramikteilchen gebildet ist, breit ist und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen stufenförmig sind;
5 ist ein Prozessdiagramm, das ein erstes Verfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Rakelvorrichtung zeigt;
7 ist ein Prozessdiagramm, das ein zweites Verfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, bei dem die poröse Keramikstruktur auf einem Objekt platziert ist;
8B ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, bei dem die Lage von der porösen Keramikstruktur abgelöst ist;
8C ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, bei dem das auf dem Objekt angeordnete poröse Keramikaggregat mit einem Harzmaterial beschichtet ist;
9 ist eine Querschnittsansicht mit Teilweglassung, die einen Hauptkörper zusammen mit dem Objekt zeigt;
10A ist eine erläuternde schematische Darstellung mit Teilweglassung, die einen Zustand zeigt, bei dem gemäß einem herkömmlichen Beispiel mehrere Teilchen in einer Aufschlämmung verteilt sind; und
10B ist eine erläuternde schematische Darstellung mit Teilweglassung, die einen Zustand zeigt, bei dem die Aufschlämmung getrocknet, gebrannt und zu einem Hauptkörper verfestigt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Beispiel für eine poröse Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 10B beschrieben. In der vorliegenden Spezifizierung bedeutet die Tilde „~”, die einen Zahlenbereich kennzeichnet, dass die Zahlenwerte vor und nach der Tilde darin als ein unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert des Zahlenbereiches eingeschlossen sind.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die poröse Keramikstruktur 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise eine Lage 12 und ein poröses Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist. Das poröse Keramikaggregat 14 umfasst mehrere entsprechende abgeteilte poröse Keramikteilchen 16. In diesem Fall bedeutet der Ausdruck „gebunden”, dass ein Element ablösbar fixiert ist, und bezieht sich auf einen Zustand, bei dem der fixierte Zustand aufgrund von Veränderungen, die mit der Zeit oder durch die Einwirkung äußerer Faktoren auftreten, aufgehoben wird, wodurch ein gebundenes Objekt abgetrennt wird. Folglich sind ein Zustand, bei dem das Objekt mittels einer Adhäsionskraft fixiert ist, und ebenso ein Zustand, bei dem das Objekt vorübergehend an einer Bindefläche fest fixiert ist, umfasst. Die Lage 12 und das poröse Keramikaggregat 14 können unter Verwendung eines speziell entwickelten Materials wie eines Haftmittels oder dergleichen zwischen der Lage 12 und dem porösen Keramikaggregat 14 verbunden werden.
Der Ausdruck „porös” kann sich auf einen Zustand beziehen, der weder dicht noch hohl ist, ebenso wie auf einen Zustand, der aus mehreren Poren oder Körnchen besteht. Überdies bezieht sich der Ausdruck „dicht” auf einen Zustand, bei dem mehrere feine Körnchen ohne Spalten verbunden sind, wobei keine Poren vorhanden sind. Der Ausdruck „hohl” bezieht sich auf einen Zustand, bei dem das Innere hohl ist und bei dem der Außenhüllenabschnitt dicht ist.
Die porösen Keramikteilchen 16 weisen bevorzugt ein Aspektverhältnis auf, das größer oder gleich 3 ist. Stärker bevorzugt ist das Aspektverhältnis größer oder gleich 5 und noch stärker bevorzugt größer oder gleich 7. In diesem Fall wird das Aspektverhältnis definiert durch die maximale Länge La geteilt durch die minimale Länge Lb, oder La/Lb. In diesem Beispiel bezieht sich die maximale Länge La auf eine maximale Länge auf der breitesten Fläche (in diesem Fall der einzelnen Hauptfläche 16a) von den mehreren Flächen, die die porösen Keramikteilchen 16 bilden. Unter der Annahme, dass die breiteste Fläche ein Quadrat, ein Rechteck, ein Trapezoid, ein Parallelogramm oder ein Vieleck (Fünfeck, Sechseck usw.) ist, entspricht die maximale Länge La der Länge der längsten diagonalen Linie, wohingegen, wenn die breiteste Fläche kreisförmig ist, die maximale Länge La der Länge des Durchmessers entspricht, und wenn die breiteste Fläche eine Ellipse ist, die maximale Länge La der Länge der Hauptachse der Ellipse entspricht. Andererseits, wie in 1 gezeigt, bezieht sich die minimale Länge Lb auf die Dicke ta der porösen Keramikteilchen 16.
Die minimale Länge Lb beträgt bevorzugt 50~500 μm, stärker bevorzugt 55~400 μm, noch stärker bevorzugt 60~300 μm und besonders bevorzugt 70~200 μm.
Bezüglich der Lage 12 kann beispielsweise eine Harzlage oder ein Film mit Haftfestigkeit verwendet werden, und bevorzugt sind eine Lage oder ein Film, die/der aufgrund vorübergehender Veränderungen oder aufgrund äußerer Faktoren wie Wärme, Elektrizität oder äußerer Kräfte oder dergleichen ablösbar wird.
Das poröse Keramikaggregat 14 wird als ein Hauptkörper 20 auf einem Objekt 22 platziert, indem es mit einem Harzmaterial 18 (Matrix) wie einem Haftmittel beschichtet wird, wie später beschrieben wird (siehe 8C und 9).
In diesem Fall ist es einfacher, mehrere poröse Keramikteilchen 16 zusammen auf das Objekt 22 zu übertragen, als einzelne poröse Keramikteilchen 16 auf dem Objekt 22 zu platzieren, wodurch auch die Spalten zwischen den poröse Keramikteilchen 16 einfacher kontrolliert werden können.
Die planare Form des porösen Keramikaggregats 14, betrachtet von der Oberseite aus, ist bevorzugt dieselbe wie die planare Form, betrachtet von der Oberseite einer Region des Objektes 22, in der das poröse Keramikaggregat 14 platziert werden soll (nachstehend als Anbringungsbereich des Objektes 22 bezeichnet). In diesem Fall ist der Anbringungsbereich des Objektes 22 ein Begriff, der einen Abschnitt des Objektes 22 umfasst. Der Ausdruck „dieselbe”, wie oben verwendet, umfasst völlig gleich oder ähnlich der planaren Form des Anbringungsbereiches des Objektes 22. In diesem Fall impliziert die ähnliche Beziehung eine Form, erhalten durch Vergrößern der planaren Form der Installationsregion des Objektes 22 um das 1,1-~2,0-Fache, oder eine Form, erhalten durch Verringern der planaren Form um das 1,1-~2,0-Fache. Entsprechend diesem Merkmal können mehrere poröse Keramikteilchen 16 auf Objekte 22 mit verschiedenen Formen übertragen werden, ohne dass Material verloren geht (Verlust der porösen Keramikteilchen 16).
Ferner kann von den mehreren porösen Keramikteilchen 16, die in dem porösen Keramikaggregat 14 enthalten sind, zumindest ein poröses Keramikteilchen 16 existieren, dessen planare Form von der Oberseite aus betrachtet eine polygonale planare Form ist, die von mehreren geraden Linien 24 umgeben ist (siehe 2A bis 3B). Natürlich können die planaren Formen aller porösen Keramikteilchen 16 polygonale Formen haben, die von mehreren geraden Linien 24 umgeben sind.
Wie beispielsweise in 2A gezeigt, kann eine Art planare Form verwendet werden, oder wie in 2B gezeigt, können zwei Arten planarer Formen verwendet werden. Wie ferner in 2C gezeigt, können drei Arten planarer Formen verwendet werden.
In dem Beispiel von 2A ist ein Fall gezeigt, bei dem die planaren Formen aller porösen Keramikteilchen 16 viereckig sind. In dem Beispiel von 2B ist ein Fall gezeigt, bei dem das poröse Keramikaggregat 14 von einer Kombination aus viereckigen Formen und dreieckigen Formen gebildet wird, und es ist ein Beispiel gezeigt, in dem sechs dreieckige Formen an der Innenseite angeordnet sind und sechs viereckige Formen an der Außenseite angeordnet sind. In 2C ist ein Fall gezeigt, bei dem das poröse Keramikaggregat 14 von einer Kombination aus dreieckigen Formen, viereckigen Formen und einer fünfeckigen Form gebildet wird, und es ist ein Beispiel gezeigt, bei dem eine fünfeckige, zwei dreieckige Formen und fünf viereckige Formen angeordnet sind.
Wie ferner in den 3A und 3B gezeigt, kann von den mehreren porösen Keramikteilchen 16, die im dem porösen Keramikaggregat 14 enthalten sind, der Prozentsatz an porösen Keramikteilchen 16, die von der Oberseite aus betrachtet einen Bogen 26 in ihren planaren Formen umfassen, mehr als 0% und weniger als oder gleich 50% betragen.
Sind die planaren Formen nur linear, können sich die porösen Keramikteilchen 16 bei der Übertragung der mehreren porösen Keramikteilchen 16 auf das Objekt 22 leicht verschieben. Dank der Bögen 26, die teilweise in dem porösen Keramikaggregat 14 existieren, kommt es wahrscheinlich jedoch nicht zu einer solchen Verschiebung, und ebenso können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 gleichmäßig auf das Objekt 22 übertragen werden.
Bei der Bestimmung des Prozentsatzes der porösen Keramikteilchen 16, die von der Oberseite aus betrachtet einen Bogen 26 in ihrer planaren Form umfassen, kann dieser Prozentsatz mittels Zählen der Gesamtanzahl Nz an porösen Keramikteilchen 16 auf der Lage 12 und der Gesamtanzahl Nw an poröse Keramikteilchen 16, die einen Bogen 26 in ihrer planaren Form umfassen, und dann Durchführen der Rechnung (Anzahl Nw/Anzahl Nz) × 100 (%) bestimmt werden.
In 3A haben die planaren Formen von sieben der porösen Keramikteilchen 16 (die mit (1) bis (7) gekennzeichneten porösen Keramikteilchen 16 in 3A) von neun porösen Keramikteilchen 16 eine viereckige Form, wohingegen die planaren Formen der verbleibenden zwei porösen Keramikteilchen 16 (die mit (8) und (9) gekennzeichneten porösen Keramikteilchen 16 in 3A) jeweils Bögen 26 darin aufweisen. In 3B haben die planaren Formen von achtzehn der porösen Keramikteilchen 16 (die mit (3) bis (14), (16) bis (18) und (20) bis (22) gekennzeichneten porösen Keramikteilchen 16 in 3B) von vierundzwanzig porösen Keramikteilchen 16 eine viereckige Form, wohingegen die planaren Formen der verbleibenden sechs porösen Keramikteilchen 16 (die mit (1), (2), (15), (19), (23) und (24) gekennzeichneten porösen Keramikteilchen 16 in 3B) jeweils Bögen 26 darin aufweisen.
Wie überdies in 2B gezeigt, kann das poröse Keramikaggregat 14 einen Abschnitt 27 umfassen, in dem fünf oder mehr poröse Keramikteilchen 16 mit einem Scheitelpunkt, die jeweils einander zugewandt sind, angeordnet sind. Dadurch können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 leicht entlang der Oberflächenform des Objektes 22 angeordnet werden, selbst wenn gebogene Flächen oder Unregelmäßigkeiten lokal auf der Oberfläche des Objektes 22 gebildet sind.
Der Spalt d (siehe 4A bis 4C), der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 gebildet ist, beträgt vorzugsweise 10~80 μm. Ein solcher Spalt d wird durch Messen des Raumes zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 in dem porösen Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist, mit einem Lichtmikroskop erhalten.
In diesem Fall, wie in 4A gezeigt, können dann unter der Annahme, dass der Spalt auf einer Fläche (Unterseite) in Kontakt mit der Lage 12, bezogen auf den Spalt d, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 gebildet ist, mit da bezeichnet wird und der Spalt auf einer Fläche (Oberseite) gegenüber der Fläche in Kontakt mit der Lage 12 mit db bezeichnet wird, der Spalt da und der Spalt db die Gleichung da = db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 können parallel sein. Dementsprechend können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 einfach auf das Objekt 22 übertragen werden, und überdies können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 gleichmäßig auf das Objekt 22 übertragen werden. Ist der Spalt d zu breit, nimmt die Menge des Harzmaterials 18 (Haftmittel), das zwischen die porösen Keramikteilchen 16 eintritt, zu, und so erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit.
Wenn umgekehrt der Spalt d zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 weniger als 10 μm beträgt und die Oberfläche des Objektes 22 eine gebogene Form oder dergleichen hat, kommen beim Biegen der Lage 12 zur Übertragung der mehreren porösen Keramikteilchen 16 auf das Objekt 22 die nebeneinander liegenden porösen Keramikteilchen 16 miteinander in Kontakt, und es kann zum Reißen oder Absplittern kommen. Dies führt zu einer Verbreiterung des Spalts d zwischen den porösen Keramikteilchen 16, wenn die mehreren porösen Keramikteilchen 16 auf dem Objekt 22 angebracht werden, und die Wärmeleitfähigkeit wird sich erhöhen.
Daher beträgt der Spalt d (siehe 4A bis 4C), der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 gebildet ist, bevorzugt 10~80 μm.
Überdies ist unter der Annahme, dass der maximale Spalt, bezogen auf den Spalt d, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 gebildet ist, mit dmax bezeichnet wird und die maximale Dicke in der Dicke ta der porösen Keramikteilchen 16 mit tmax bezeichnet wird, das Aspektverhältnis, definiert als dmax/tmax, bevorzugt größer als oder gleich 0,02. Das liegt daran, dass, wenn das Aspektverhältnis zu klein ist, selbst wenn der Spalt d zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 breit ist, es Bedenken dahingehend gibt, dass beim Biegen der Lage 12 die nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 miteinander in Kontakt kommen werden und es zum Reißen und Absplittern kommen kann. Die Dicke tmax kann unter Verwendung einer Vorrichtung zur Messung der Dicke bei konstantem Druck oder dergleichen gemessen werden.
Ferner erfüllen zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 der Spalt da auf der Unterseite und der Spalt db auf der Oberseite bevorzugt die Ungleichung da ≤ db. In diesem Fall, wie in 4B gezeigt, können der Spalt da und der Spalt db die Ungleichung da < db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 können verjüngt sein, oder wie in 4C gezeigt, die einander zugewandten Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 können stufenförmig sein. Folglich gibt es, selbst wenn der Spalt d oder das Aspektverhältnis klein sind, beim Biegen der Lage 12 fast keinen Kontakt zwischen den nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16, und es gibt keine Bedenken in Bezug auf ein Reißen oder Absplittern. Auch dies führt zu einer Verbesserung auf dem Gebiet poröser Keramikstrukturen 10.
Überdies beträgt im Falle verjüngter Seitenflächen der porösen Keramikteilchen 16 der Neigungswinkel θ der Seitenflächen bevorzugt weniger als oder gleich 45 Grad, und betragt genauer gesagt mehr als oder gleich 0 Grad und weniger als oder gleich 45 Grad, bezogen auf eine normale Linie 28, die normal zur Lage 12 ist. Der Neigungswinkel θ wird durch Messen des Neigungswinkels θ zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 in dem porösen Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist, erhalten.
Ferner unterscheiden sich die Teilchendichten der porösen Keramikteilchen 16 bevorzugt durch die Lage in dem porösen Keramikaggregat 14. Ferner sind die Größen der jeweiligen planaren Formen der mehreren porösen Keramikteilchen 16 bevorzugt verschieden.
Beispielsweise ist an einem Abschnitt, an dem die Oberfläche des Objektes 22 eben ist, die Teilchendichte gering (die Größe der porösen Keramikteilchen 16 ist groß), und an einem Abschnitt, an dem die Oberfläche des Objektes 22 eine gebogene Oberfläche ist, und in seiner Nähe ist die Teilchendichte hoch (die Größe der porösen Keramikteilchen 16 ist klein). Wenn daher die mehreren porösen Keramikteilchen 16 auf das Objekt 22 übertragen werden, können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 der Oberfläche des Objektes 22 folgend angeordnet werden.
Das Verhältnis des Höchstwertes und des Mindestwertes für die Teilchendichte (maximale Teilchendichte/minimale Teilchendichte) ist bevorzugt größer als 1,2.
Die Teilchendichte kann folgendermaßen berechnet werden. Im Speziellen werden in dem porösen Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist, zehn beliebige Sichtfelder mit einem Lichtmikroskop betrachtet, und die Anzahl an porösen Keramikteilchen 16, die in jedem Sichtfeld enthalten sind, wird gemessen. Bezogen auf jedes dieser Sichtfelder kann beispielsweise eine quadratische Region von 3 mm × 3 mm übernommen werden.
Überdies wird durch Dividieren der Anzahl der porösen Keramikteilchen 16, die in jedem gemessenen Sehfeld enthalten sind, durch die Fläche des Sehfeldes (= 9 mm²) die Teilchendichte pro Flächeneinheit (Anzahl/mm²) berechnet. Durch einen Vergleich der Teilchendichten, die den zehn einzelnen Sichtfeldern entsprechen, werden die maximale Teilchendichte und die minimale Teilchendichte extrahiert, und ihr Verhältnis (maximale Teilchendichte/minimale Teilchendichte) wird berechnet.
Ferner ist das Verhältnis des Höchstwertes und des Mindestwertes für die Größen der planaren Formen (Höchstwert/Mindestwert) bevorzugt größer als 1,2.
Die Größe der planaren Formen der porösen Keramikteilchen 16 kann wie folgt berechnet werden. Im Speziellen werden in dem porösen Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist, jeweils zehn beliebige Sichtfelder mit einem Lichtmikroskop betrachtet. Überdies werden für jedes Sichtfeld jeweils fünf beliebige gerade Linien eingezeichnet, und die Länge von Liniensegmenten in den porösen Keramikteilchen 16, die die geraden Linien kreuzen, wird gemessen, und ihr Durchschnittswert stellt die Größe der porösen Keramikteilchen 16 in dem Sichtfeld dar. Die Größen der porösen Keramikteilchen 16 in den zehn Sichtfeldern werden verglichen, ein Höchstwert und ein Mindestwert für die Größen der porösen Keramikteilchen 16 werden extrahiert, und ihr Verhältnis (Höchstwert/Mindestwert) wird berechnet.
Die Porosität der porösen Keramikteilchen 16 beträgt bevorzugt 20%~99%. Die Poren umfassen zumindest eines von geschlossenen Poren und offenen Poren und können sowohl geschlossene Poren als auch offene Poren umfassen. Ferner kann die Form der Poren, d. h. die Flächenform ihrer Öffnungen, irgendeine Form sein, umfassend eine quadratische Form, eine viereckige Form, eine dreieckige Form, eine sechseckige Form, eine Kreisform usw., oder eine unregelmäßige Form.
Der durchschnittliche Porendurchmesser ist bevorzugt kleiner als oder gleich 500 nm, und beträgt stärker bevorzugt 10~500 nm. Mit diesem Maß können effektiv Gitterschwingungen (Phononen) unterbunden werden, die die Hauptursache für Wärmeleitfähigkeit sind.
Die porösen Keramikteilchen 16 weisen eine Struktur auf, bei der feine Körnchen in drei Dimensionen verbunden sind. Der Körnchendurchmesser der feinen Körnchen beträgt bevorzugt 1 nm~5 μm. Stärker bevorzugt beträgt der Körnchendurchmesser 50 nm~1 μm. Die porösen Keramikteilchen 16, die aus feinen Körnchen mit einem derartigen Körnchengrößenbereich bestehen, erreichen effektiv eine geringe Wärmeleitfähigkeit, da Gitterschwingungen (Phononen), die die Hauptursache für Wärmeleitung sind, unterbunden werden. Die feinen Körnchen können ein Körnchen sein, das aus einem kristallinen Körnchen besteht (ein einzelnes kristallines Körnchen), oder ein Körnchen, das aus vielen kristallinen Körnchen besteht (ein polykristallines Körnchen). Anders ausgedrückt, die porösen Keramikteilchen 16 sind bevorzugt Aggregationen aus feinen Körnchen mit Körnchendurchmessern, die in den zuvor angegebenen Bereichen liegen. Der Körnchendurchmesser der feinen Körnchen wird durch Messen der Größe (Durchmesser im Falle sphärischer Körnchen oder ansonsten maximaler Durchmesser) eines Körnchens der Körnchengruppe, die das Gerüst aus den porösen Keramikteilchen 16 bilden, aus einem Bild einer elektronischen Mikroskopbetrachtung bestimmt.
Die Wärmeleitfähigkeit der porösen Keramikteilchen 16 beträgt bevorzugt weniger als 1,5 W/mK, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 0,7 W/mK, noch stärker bevorzugt weniger als oder gleich 0,5 W/mK und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 0,3 W/mK.
Die Wärmekapazität der porösen Keramikteilchen 16 beträgt bevorzugt weniger als oder gleich 1000 kJ/m³K, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 900 kJ/m³K, noch stärker bevorzugt weniger als oder gleich 800 kJ/m³K und besonders bevorzugt weniger als 500 kJ/m³K.
Das Aufbaumaterial für die porösen Keramikteilchen 16 enthält bevorzugt ein Metalloxid und besteht stärker bevorzugt nur aus einem Metalloxid. Das liegt daran, dass, wenn ein Metalloxid darin enthalten ist, aufgrund der Tatsache, dass das Ionenbindungsvermögen zwischen Metall und Sauerstoff im Vergleich zum Falle eines Nicht-Oxid-Metalls (zum Beispiel Carbid oder Nitrid) stärker ist, wahrscheinlich die Wärmeleitfähigkeit niedriger sein wird.
In diesem Fall ist das Metalloxid bevorzugt ein Oxid von einem Element oder ein Verbundoxid aus zwei oder mehr Elementen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Y, Al, Si, Ti, Nb, Sr, La, Hf, Ce, Gd, Sm, Mn, Yb, Er und Ta. Der Grund hierfür ist, dass, wenn das Metalloxid ein Oxid oder ein Verbundoxid von diesen Elementen ist, es wahrscheinlich nicht zu Wärmeleitung aufgrund von Gitterschwingungen (Phononen) kommt.
Spezielle Beispiele für das Material umfassen ZrO₂-Y₂O₃, dem Gd₂O₃, Yb₂O₃, Er₂O₃ usw., zugefügt ist. Als weitere spezifische Beispiele hierfür können ZrO₂-HfO₂-Y₂O₃, ZrO₂-Y₂O₃-La₂O₃, ZrO₂-HfO₂-Y₂O₃-La₂O₃, HfO₂-Y₂O₃, CeO₂-Y₂O₃, Gd₂Zr₂O₇, Sm₂Zr₂O₇, LaMnAl₁₁O₁₉, YTa₃O₉, Y_0,7La_0,3Ta₃O₉, Y_1,08Ta_2,76Zr_0,24O₉, Y₂Ti₂O₇, LaTa₃O₉, Yb₂Si₂O₇, Y₂Si₂O₇, Ti₃O₅ und dergleichen genannt werden.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 ein erstes Herstellungsverfahren und ein zweites Herstellungsverfahren zur Herstellung der porösen Keramikstruktur 10 beschrieben.
Zu Beginn wird das erste Herstellungsverfahren beschrieben. Zunächst werden in Schritt S1 von 5 ein Porenbildner, ein Bindemittel, ein Weichmacher und ein Lösungsmittel einem Aufbaumaterialpulver aus den oben erwähnten porösen Keramikteilchen 16 zugegeben und damit gemischt, um so eine Vergussaufschlämmung 36 herzustellen (siehe 6).
Danach wird in Schritt S2 die Vergussaufschlämmung 36 einer Vakuumentschäumungsbehandlung unterzogen, wobei die Viskosität der Aufschlämmung eingestellt wird, gefolgt von der Durchführung eines Bandgusses zur Herstellung eines Gusskörpers 30 (Grünling, Grünkörper) (Schritt zur Herstellung eines Grünkörpers). Wie beispielsweise in 6 gezeigt, wird die Vergussaufschlämmung 36 auf einen keramischen Polyestertrennfilm 34 einer Rakelvorrichtung 32 gegeben, und der Gusskörper 30 (Grünling) wird mit einem Rakel 38 hergestellt, so dass seine Dicke nach dem Brennen eine spezielle Dicke wird.
Danach wird in Schritt S3 von 5 der Gusskörper 30 (Grünling) von dem Polyesterfilm 34 abgetrennt und abgehoben. Da die Oberfläche des keramischen Polyestertrennfilms 34 eine Spiegelfläche ist, wird von den Flächen des Gusskörpers 30 eine Fläche, von der der Polyesterfilm 34 abgelöst worden ist (nachstehend als Ablösefläche 30a bezeichnet) ebenso eine Spiegelfläche.
Danach wird in Schritt S4 der abgehobene Gusskörper 30 gebrannt, wobei ein lagenförmiger Sinterkörper 40 erhalten wird (Brennschritt). Als nächstes wird in Schritt S5 der Sinterkörper 40 an die Lage 12 gebunden (Bindungsschritt). Wie oben erwähnt, liegt die Ablösefläche 30a des Gusskörpers 30 in Form einer Spiegelfläche vor, und daher liegt auch eine Endfläche 40a des Sinterkörpers 40 (Fläche der Ablösefläche 30a), die durch den Brennprozess geschaffen wurde, ebenso in Form einer Spiegelfläche vor. Folglich wird durch das Binden der Endfläche 40a des Sinterkörpers 40 an die Lage 12 der Sinterkörper 40 fest an die Lage 12 gebunden.
Danach wird in Schritt S6 der Sinterkörper 40 in mehrere poröse Keramikteilchen 16 unterteilt (Teilungsschritt). In der Folge werden eine poröse Keramikstruktur 10 mit einer Lage 12 und ein poröses Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist und aus mehreren porösen Keramikteilchen 16 besteht, erhalten. Eine Oberflächenmodifizierungsbehandlung kann an dem Sinterkörper 40 nach dem Brennschritt oder den porösen Keramikteilchen 16 nach dem Teilungsschritt vorgenommen werden. Eine solche Oberflächenmodifizierungsbehandlung ist eine Behandlung (grundsätzlich eine Behandlung, die eine Permeation des Harzmaterials unwahrscheinlich macht) zur Kontrolle des Eindringgrades des Harzmaterials 18 (Matrix: siehe 8C und 9) wie eines Haftmittels oder dergleichen in die porösen Keramikteilchen 16.
Der oben beschriebene Teilungsschritt in Schritt S6 unterteilt den Sinterkörper 40 in mehrere kleine Stücke, oder anders ausgedrückt, mehrere poröse Keramikteilchen 16. Natürlich kann im Teilungsschritt eine solche Unterteilung auch mit anderen Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann ein Messer gegen den Sinterkörper 40 gedrückt werden, um so den Sinterkörper 40 in mehrere poröse Keramikteilchen 16 zu schneiden (zu unterteilen), oder der Sinterkörper 40 kann mit einem Laser in mehrere poröse Keramikteilchen 16 geschnitten werden, oder dergleichen. In diesem Fall wird dank der Tatsache, dass der Sinterkörper 40 fest an die Lage 12 gebunden ist, beim Teilen ein Ablösen des Sinterkörpers 40 und der porösen Keramikteilchen 16 von der Lage 12 verhindert.
Als nächstes wird das zweite Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In dem zweiten Herstellungsverfahren erfolgen in den Schritten S101 bis S103 in derselben Weise wie in den zuvor aufgeführten Schritten S1 bis S3 die Herstellung der Vergussaufschlämmung 36, die Herstellung des Gusskörpers 30 und das Abheben des Gusskörpers 30.
Danach werden in Schritt S104 mittels Laserbearbeitung oder Pressformen mehrere Trennlinien (Schnitte) 42 ausgehend von der Oberseite des Gusskörpers 30 gebildet. Hierbei können die einander zugewandten Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 in eine verjüngte Form oder eine Stufenform gebracht werden, indem die Laserbearbeitung erfolgt, während die Schnitttiefe des Laserstrahls und die Breite des Laserstrahls kontrolliert werden.
Danach wird in den Schritten S105 bis S107 in derselben Weise wie in den zuvor aufgeführten Schritten S4 bis S6 der abgehobene Gusskörper 30 gebrannt, wobei ein lagenförmiger Sinterkörper 40 erhalten wird. Überdies wird der Sinterkörper 40 an die Lage 12 gebunden und in mehrere poröse Keramikteilchen 16 unterteilt.
In der Folge werden eine poröse Keramikstruktur 10 mit einer Lage 12 und ein poröses Keramikaggregat 14, das an die Lage 12 gebunden ist und aus mehreren porösen Keramikteilchen 16 besteht, erhalten. Überdies kann auch in dem zweiten Herstellungsverfahren eine Oberflächenmodifizierungsbehandlung an dem Sinterkörper 40 nach dem Brennschritt oder den porösen Keramikteilchen 16 nach dem Teilungsschritt erfolgen.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Aufbau eines einzelnen Hauptkörpers 20 unter Verwendung der porösen Keramikstruktur 10 unter Bezugnahme auf die 8A bis 9 beschrieben.
Zunächst wird, wie in 8A gezeigt, ein Haftmittel 44 auf das Objekt 22 aufgebracht. Die poröse Keramikstruktur 10 wird auf dem auf das Objekt 22 aufgebrachten Haftmittel 44 platziert. In diesem Fall wird die poröse Keramikstruktur 10 so platziert, dass das Haftmittel 44 auf dem Objekt 22 und das poröse Keramikaggregat 14 einander zugewandt sind.
Dann wird, wie in 8B gezeigt, die Lage 12 beispielsweise erhitzt und die Lage 12 abgelöst, wobei das poröse Keramikaggregat 14 auf das Haftmittel 44 des Objektes 22 übertragen wird.
Danach wird, wie in den 8C und 9 gezeigt, das poröse Keramikaggregat 14 vollständig mit einem Harzmaterial 18 (Matrix) wie einem Haftmittel oder dergleichen beschichtet, wobei der Hauptkörper 20 gebildet wird. Im Speziellen wird der Hauptkörper 20 an dem Objekt 22 angebracht.
Wie in 10A gezeigt, ist es üblicherweise schwierig, die Teilchen 52 gleichmäßig in der Aufschlämmung 50 zu verteilen, da die der Aufschlämmung 50 zugegebenen Teilchen 52 klein sind. Daher existieren, wie in 10B gezeigt, beim Verfestigen der Aufschlämmung 50 zu einem Hauptkörper 54 aufgrund der Tatsache, dass die mehreren Teilchen 52 beim Verfestigen der Aufschlämmung 50 nicht gleichmäßig in dem Haftmittel 56 verteilt werden, viele Regionen 58, in denen nur das Haftmittel 56 vorliegt, dessen Wärmeleitfähigkeit höher ist als die der Teilchen 52, und daher ist die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Hauptkörpers 54 nicht ausreichend.
Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform die poröse Keramikstruktur 10, die das poröse Keramikaggregat 14 umfasst, das aus den mehreren porösen Keramikteilchen 16 besteht, die an die Lage 12 gebunden sind, auf dem Objekt 22 platziert. Danach wird die Lage 12 abgelöst, und das poröse Keramikaggregat 14 wird auf das Objekt 22 übertragen. Dann wird das poröse Keramikaggregat 14 mit dem Harzmaterial 18 (Matrix) wie einem Haftmittel oder dergleichen beschichtet, wodurch der Hauptkörper 20 gebildet wird.
So können die mehreren porösen Keramikteilchen 16 gleichmäßig in dem Harzmaterial 18 verteilt und angeordnet werden. Überdies kann, da Regionen, die nur aus dem Harzmaterial 18 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der der porösen Keramikteilchen 16 bestehen, enger werden, die Wärmeleitfähigkeit des Hauptkörpers 20 unterbunden und niedrig gehalten werden. Überdies kann die Wärmeleitfähigkeit in dem Hauptkörper 20 ausgeglichen werden, der Hauptkörper 20 muss nicht entsprechend der Stelle, an der der Hauptkörper 20 angebracht wird, verändert oder modifiziert werden, der Prozess der Anordnung des Hauptkörpers 20 kann vereinfacht werden, und die Anzahl von Schritten, die hierfür erforderlich sind, kann verringert werden.
Da ferner der an die Lage 12 gebundene Sinterkörper 40 in mehrere poröse Keramikteilchen 16 unterteilt wird, können, anders als im Falle der konventionellen Technik, mehrere poröse Keramikteilchen 16 gleichmäßig an dem Objekt 22 angebracht werden. Überdies können, selbst für den Fall, dass die Oberfläche des Objektes 22 eine unregelmäßige Form hat (gewölbt oder dergleichen), oder einer gebogenen Oberfläche, die mehreren porösen Keramikteilchen 16 einfach entlang der Oberflächenform des Objektes 22 angeordnet werden, und der Freiheitsgrad bei der Gestaltung kann erweitert werden. Da ferner die poröse Keramikstruktur 10 aus der Lage 12 und dem porösen Keramikaggregat 14 mit den mehreren porösen Keramikteilchen 16, die an die Lage 12 gebunden sind, besteht, wird die Handhabung der porösen Keramikstruktur 10 einfacher, während überdies der Vorgang der Übertragung der mehreren porösen Keramikteilchen 16 auf das Objekt 22 vereinfacht wird. Dies ist von Vorteil dahingehend, dass der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
Bevorzugt beträgt die Haftfestigkeit (JIS 20237) der Lage 12 mehr als oder gleich 1,0 N/10 mm, die Verlängerung bei Zugbeanspruchung (JIS K7127) der Lage 12 beträgt mehr als oder gleich 0,5%, und die Dicke der Lage 12 beträgt weniger als oder gleich 5 mm. Folglich können die folgenden Effekte erzielt werden.

(a) Umso höher die Haftfestigkeit, desto fester können die porösen Keramikteilchen 16 fixiert werden.
(b) Erhöht sich die Verlängerung bei Zugbeanspruchung, kann der gebogenen Oberfläche gefolgt werden.
(c) Verringert sich ihre Dicke, kann der gebogenen Oberfläche noch leichter gefolgt werden.

Im Detail zeigt die Haftfestigkeit der Lage 12 die folgenden Eigenschaften. Im Speziellen beträgt die Haftfestigkeit, wenn die porösen Keramikteilchen 16 festgehalten werden, mehr als oder gleich 1,0 N/10 mm, und die Haftfestigkeit, wenn die porösen Keramikteilchen 16 abgelöst werden, beträgt weniger als oder gleich 0,1 N/10 mm.
Das Verfahren zur Bewertung der Haftfestigkeit der Lage 12 ist dasselbe wie das Verfahren, das zur Bewertung der Haftfestigkeit eines Klebebandes genutzt wird. Genauer gesagt, wird die Lage 12 auf einer Edelstahlplatte befestigt, und die Lage 12 wird in einem Winkel von 180 Grad oder 90 Grad gezogen, woraufhin die beim Ablösen der Lage 12 von der Edelstahlplatte ausgeübte Kraft als die Adhäsionskraft (Haftfestigkeit) betrachtet wird.
Ferner wird die Lage 12 durch Aufbringen eines Haftmittels auf ein Grundmaterial (Träger) gebildet. In diesem Fall wird als das Grundmaterial bevorzugt ein Material aus den folgenden ausgewählt.
Im Speziellen wird beim Übertragen der porösen Keramikteilchen 16 auf das planare Objekt 22 bevorzugt ein(e) Film, Metallfolie, Papier oder dergleichen als das Grundmaterial verwendet. In diesem Fall kann, da das Grundmaterial der Lage 12 starr ist, die Lage 12 in Form eines Films ohne Falten bezogen auf das planare Objekt 22 angeordnet werden.
Beim Übertragen der porösen Keramikteilchen 16 auf ein Objekt 22 mit einer gebogenen Oberflächenform (konvexe Oberfläche, konkave Oberfläche, unregelmäßige Oberfläche) wird bevorzugt ein Gewebe, ein Kautschukfell, Schaum oder dergleichen als das Grundmaterial verwendet. In diesem Fall kann, da das Grundmaterial der Lage 12 weich und dehnbar ist, die Lage 12 der gebogenen Oberflächenform des Objektes 22 folgend angeordnet werden.
Ferner kann durch Anwendung von Wärme, Wasser, eines Lösungsmittels, Licht (UV-Licht) oder Mikrowellen die Haftfestigkeit der Lage 12 geschwächt werden, und die Lage 12 kann leicht abgelöst werden. Hierbei ist die Haftfestigkeit der Lage 12 bevorzugt schwächer als die Haftfestigkeit des Haftmittels 44, das zwischen dem Objekt 22 und der porösen Keramikstruktur 10 verwendet wird.
[Beispiele]
Es wurde eine Bestätigung bezüglich der Wahrscheinlichkeit eines Reißens oder Absplitterns der porösen Keramikteilchen 16 beim Übertragen auf das Objekt 22 für jeden der verschiedenen Hauptkörper 20 für Fälle, in denen die Hauptkörper 20 unter Verwendung der porösen Keramikstrukturen 10 gemäß der Beispiele 1 bis 5, der porösen Keramikstrukturen 10 gemäß der Referenzbeispiele 1 und 2 und einer porösen Keramikstruktur gemäß Vergleichsbeispiel 1 gebildet waren, durchgeführt.
(Beispiel 1)
Poröse Keramikteilchen 16 mit jeweils einer Porosität von 60% und einer Dicke von 500 μm wurden als die mehreren porösen Keramikteilchen 16, die die poröse Keramikstruktur 10 bilden, verwendet, und ein Hauptkörper 20 gemäß Beispiel 1 wurde gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt. Im Speziellen wurde zunächst eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet, die eine Lage 12 und mehrere poröse Keramikteilchen 16, die an eine Fläche der Lage 12 gebunden sind, umfasst. Dann wurden, nach dem Auftragen eines Haftmittels 44 (Wärmeleitfähigkeit 2 W/mK) auf ein Objekt 22, die mehreren porösen Keramikteilchen 16 unter Verwendung der Lage 12 auf das Haftmittel 44 des Objekts 22 übertragen, und durch Erwärmen desselben wurde die Lage 12 abgelöst. Nach dem Schichten der übertragenen Teilchen auf das Objekt mit dem Harzmaterial 18 (Matrix) von oben wurde das Harzmaterial 18 verfestigt, und der Hauptkörper 20 wurde an der Oberfläche des Objektes 22 angebracht.
<Herstellung einer porösen Keramikstruktur 10>
In Beispiel 1 wurden eine poröse Keramikstruktur 10 zur Verwendung bei der Messung der Porosität und eine poröse Keramikstruktur 10 zur Verwendung als ein Hauptkörper folgendermaßen hergestellt. Auch die porösen Keramikstrukturen der später beschriebenen Beispiele 2 bis 5, Referenzbeispiele 1 und 2 und von Vergleichsbeispiel 1 wurden in ähnlicher Weise hergestellt.
Zunächst wurden ein Porenbildner (Latexteilchen oder Melaminharzteilchen), ein Polyvinylbutyralharz (PVB) als Bindemittel, DOP (Dioctylphthalat) als Weichmacher und Xylol und 1-Butanol als Lösungsmittel teilweise stabilisiertem Yttriumoxid-Zirconiumdioxidpulver zugegeben und in einer Kugelmühle 30 Stunden gemischt, um so die Vergussaufschlämmung 36 herzustellen. Die Vergussaufschlämmung 36 wurde einer Vakuumentschäumungsbehandlung unterzogen, wobei ihre Viskosität auf 4000 cP eingestellt wurde, und danach wurde der Gusskörper 30 (Grünling) mit der Rakelvorrichtung 32 so erzeugt, dass seine Dicke nach dem Brennen 500 μm betrug. Danach erfolgte die Laserbearbeitung, und mehrere Trennlinien 42 wurden ausgehend von der Oberseite des Gusskörpers 30 gebildet. Hierbei wurde die Breite des Laserstrahls so kontrolliert, dass der Spalt zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen 16 danach 0,1 μm betrug. Danach wurde der Gusskörper 30 bei 1.100°C für 1 Stunde gebrannt, wodurch der Sinterkörper 40 erhalten wurde. Danach wurde der Sinterkörper 40 an die Oberseite der Lage 12 gebunden. Ferner wurde der Sinterkörper 40 in mehrere poröse Keramikteilchen 16 unterteilt. Im Speziellen wurde eine poröse Keramikstruktur 10 hergestellt, bei der ein poröses Keramikaggregat 14 aus mehreren porösen Keramikteilchen 16 an die Lage 12 gebunden war.
Die planare Form des porösen Keramikaggregats 14 auf der Lage 12 ist eine quadratische Form mit einer Länge von 100 mm und einer Breite von 100 mm, und die poröse Keramikstruktur 10 ist so gebildet, dass ungefähr 40000 poröse Keramikteilchen 16 auf der Lage 12 angeordnet sind.
Bei der porösen Keramikstruktur 10 gemäß Beispiel 1 waren die planaren Formen der mehreren porösen Keramikteilchen 16, die die poröse Keramikstruktur 10 bilden, alle polygonale Formen, die von geraden Linien 24 umgeben waren. Die Dicke ta der porösen Keramikteilchen 16 betrug 500 μm, der Spalt d zwischen den poröse Keramikteilchen 16 betrug 10 μm und das Aspektverhältnis betrug 0,02. Im Spalt d zwischen nebeneinanderliegenden poröse Keramikteilchen 16 waren der Spalt da auf der Unterseite und der Spalt db auf der Oberseite im Wesentlichen dieselben, und die einander zugewandten Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 waren im Wesentlichen parallel.
(Beispiel 2)
Der Hauptkörper 20 gemäß Beispiel 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, der Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 50 μm betrug und das Aspektverhältnis 0,10 betrug.
(Beispiel 3)
Der Hauptkörper 20 gemäß Beispiel 3 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, der Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 80 μm betrug und das Aspektverhältnis 0,16 betrug.
(Beispiel 4)
Der Hauptkörper 20 gemäß Beispiel 4 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, im Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 der Spalt db auf der Oberseite 50 μm betrug und der Spalt da auf der Unterseite 10 μm betrug und die einander zugewandten Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 eine verjüngte Form hatten.
(Beispiel 5)
Der Hauptkörper 20 gemäß Beispiel 5 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, im Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 der Spalt db auf der Oberseite 50 μm betrug und der Spalt da auf der Unterseite 10 μm betrug und die einander zugewandten Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen 16 eine Stufenform hatten.
(Referenzbeispiel 1)
Der Hauptkörper 20 gemäß Referenzbeispiel 1 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, der Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 5 μm betrug und das Aspektverhältnis 0,01 betrug.
(Referenzbeispiel 2)
Der Hauptkörper 20 gemäß Referenzbeispiel 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, bis auf die Merkmale, dass als die poröse Keramikstruktur 10 eine poröse Keramikstruktur 10 verwendet wurde, bei der die Dicke ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16 500 μm betrug, der Spalt d zwischen den porösen Keramikteilchen 16 100 μm betrug und das Aspektverhältnis 0,2 betrug.
(Vergleichsbeispiel 1)
Wie in 10A gezeigt, wurde ein Hauptkörper 54 gemäß Vergleichsbeispiel 1 mittels Herstellung einer Aufschlämmung 50, enthaltend Teilchen 52 (kommerziell erhältliche poröse Keramikteilchen) mit einer Porosität von 90% und einem Teilchendurchmesser von 50 μm, Polystyrolharzfeinteilchen und Wasser, und danach Gießen der Aufschlämmung 50 in eine Form und dann nach dem Trocknen Brennen und Verfestigen unter Erhalt des Hauptkörpers 54 hergestellt.
In der nachstehend erscheinenden Tabelle 1 ist eine Aufgliederung der Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 5, Referenzbeispiele 1 und 2 und von Vergleichsbeispiel 1 gezeigt. [Messverfahren, Rechenverfahren und Bewertungsstandards]
<Messung der Porosität>
Bezogen auf die Beispiele 1 bis 5 und Referenzbeispiele 1 und 2 wurden wahllos zehn poröse Keramikteilchen 16 von den mehreren porösen Keramikteilchen 16, die eine poröse Keramikstruktur 10 bilden, zur Verwendung bei der Messung der Porosität ausgewählt, und die ausgewählten porösen Keramikteilchen 16 wurden in ein Harz gebettet. Das Harz wurde poliert, bis eine Betrachtungsstelle erzeugt worden war, an der die porösen Keramikteilchen 16 mit einem Elektronenmikroskop betrachtet werden konnten, wobei eine harzgefüllte, polierte Fläche erhalten wurde. Dann erfolgte eine Elektronenmikroskopbetrachtung (Bildanalyse) der harzgefüllten, polierten Fläche. Aus einer solchen Bildanalyse, wurden die jeweiligen Porositäten der zehn porösen Keramikteilchen 16 berechnet, und der Durchschnittswert der zehn porösen Keramikteilchen 16 wurde als die Porosität der porösen Keramikteilchen 16 genommen.
<Messung des durchschnittlichen Porendurchmessers>
Der durchschnittliche Porendurchmesser der porösen Keramikteilchen 16 wurde unter Verwendung eines automatisierten Porosimeters (Markenname „Autopore 9200”), hergestellt von der Shimadzu Corporation, gemessen.
<Verfahren zur Messung des Spalts d zwischen den porösen Keramikteilchen 16>
Die Spalte d zwischen den mehreren porösen Keramikteilchen 16, die das poröse Keramikaggregat 14 bilden, wurden jeweils mit einem Lichtmikroskop gemessen.
<Verfahren zur Messung der Dicke ta der porösen Keramikteilchen 16>
Die Dicken ta der mehreren porösen Keramikteilchen 16, die das poröse Keramikaggregat 14 bilden, wurden jeweils mit einem Lichtmikroskop gemessen.
[Bewertung der Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern der porösen Keramikteilchen 16 beim Übertragen auf das Objekt 22]
Die Anzahl Nc an porösen Keramikteilchen 16 ohne Umfangsabschnitt von den porösen Keramikteilchen 16, die auf dem Objekt 22 vorliegen, wurde unter Verwendung eines Lichtmikroskops bestätigt, und der Prozentsatz der Anzahl Nc bezogen auf die Gesamtanzahl Nz an porösen Keramikteilchen 16 auf der Lage 12, oder genauer, der Wert (Anzahl Nc/Gesamtanzahl Nz) × 100 (%), wurde bestimmt. Überdies wurden die Beispiele 1 bis 5, Referenzbeispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 basierend auf den folgenden Bewertungsstandards bewertet.

A:: weniger als 1%
B:: mehr als oder gleich 1% und weniger als 5%
C:: mehr als oder gleich 5% und weniger als 10%
D:: mehr als oder gleich 10%

<Bewertungsergebnisse>

Die Bewertungsergebnisse für die Beispiele 1 bis 5, Referenzbeispiele 1 und 2 und für Vergleichsbeispiel 1 sind nachstehend in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Dicke ta (μm)	Spalt (μm)	Aspektverhältnis	Seitenflächenzustand	Beständigkeit gegen Reißen/Absplittern bei Übertragung
Beispiel 1	500	10	0,02	parallel	B
Beispiel 2	500	50	0,10	parallel	A
Beispiel 3	500	80	0,16	parallel	A
Beispiel 4	500	50, 10	-	verjüngt	A
Beispiel 5	500	50, 10	-	gestuft	A
Referenzbeispiel 1	500	5	0,01	parallel	C
Referenz beispiel 2	500	100	0,2	parallel	A
Vergleichsbeispiel 1	Teilchen mit Teilchendurchmesser von 50 μm, verteilt in Haftmittel				D

Wie aus Tabelle 1 verständlich wird, war in Vergleichsbeispiel 1 die Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern beim Übertragen höher als oder gleich 10%. Dies liegt vermutlich an der Tatsache, dass die Teilchen nicht gleichmäßig in dem Haftmittel verteilt sind, sich die Teilchen lokal ansammeln und die Teilchen miteinander in Kontakt kommen, wodurch ein Absplittern verursacht wird.
Im Gegensatz dazu war in den Beispielen 1 bis 5 die Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern beim Übertragen geringer als 5%, und genauer gesagt, war in den Beispielen 2 bis 5 die Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern beim Übertragen geringer als 1%.
Andererseits kam es in Referenzbeispiel 1, weil der Spalt d schmaler war als in Beispiel 1, zu einem Reißen oder Absplittern beim Übertragen. Daher war die Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern höher als oder gleich 5%. In Referenzbeispiel 2 war die Wahrscheinlichkeit für ein Reißen oder Absplittern beim Übertragen zufriedenstellend geringer als 1%, weil der Spalt d auf 100 μm verbreitert war. Jedoch zeigte bei der Messung der Wärmeleitfähigkeiten von Beispiel 3 und Referenzbeispiel 2 mittels des nachstehend aufgeführten Messverfahrens, auch wenn Beispiel 3 eine B-Bewertung gemäß den nachstehend aufgeführten Bewertungskriterien zeigte, Referenzbeispiel 2 eine C-Bewertung. In Referenzbeispiel 2 wird angenommen, dass der Grund für die erhöhte Wärmeleitfähigkeit die Verbreiterung des Spalts auf 100 μm war, und viele Regionen vorlagen, die nur aus dem Harzmaterial 18 gebildet waren.
<Verfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit des Hauptkörpers 20 und Bewertungskriterien>
Zunächst wurde die Dichte des Hauptkörpers 20 mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen. Als nächstes wurde die spezifische Wärme des Hauptkörpers 20 unter Anwendung eines DSK-Verfahrens (Differenzialscanningkalorimeter) gemessen. Als nächstes wurde die Temperaturleitfähigkeit des Hauptkörpers 20 unter Anwendung eines Laserblitzverfahrens gemessen. Danach wurde die Wärmeleitfähigkeit des Hauptkörpers 20 aus dem folgenden Beziehungsausdruck berechnet: Temperaturleitfähigkeit × spezifische Wärme × Dichte = Wärmeleitfähigkeit
Dann wurden basierend auf den folgenden Bewertungskriterien die Wärmeleitfähigkeiten der Beispiele 1 bis 5, Referenzbeispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 bewertet.

A:: weniger als oder gleich 0,9 W/mk
B:: mehr als oder gleich 1,0 W/mK und weniger als oder gleich 1,4 W/mK
C:: mehr als oder gleich 1,5 W/mK und weniger als oder gleich 1,9 W/mK
D:: mehr als oder gleich 2,0 W/mK

Die poröse Keramikstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es ist selbstverständlich, dass verschiedene Ausgestaltungen übernommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den obigen Beispielen wird das poröse Keramikaggregat 14 bei der Herstellung des Hauptkörpers 20 mit dem Harzmaterial 18 beschichtet. Alternativ kann jedoch auch ein Abschnitt des porösen Keramikaggregats 14 mit dem Harzmaterial 18 beschichtet werden, um so den Hauptkörper 20 zu bilden, oder der Hauptkörper 20 kann lediglich durch Anbringen des porösen Keramikaggregats 14 am Objekt 22 ohne Verwendung des Harzmaterials 18 gebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-155946 [0002, 0003, 0006]
JP 2004-010903 [0002, 0004, 0006]
JP 2010-064945 [0002, 0005, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS 20237 [0087]
JIS K7127 [0087]

Claims

Poröse Keramikstruktur, umfassend: eine Lage (12) und mehrere poröse Keramikteilchen (16), die an die Lage (12) gebunden sind, wobei ein Spalt d, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen (16) gebildet ist, 10~80 μm beträgt.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 1, wobei unter der Annahme, dass der maximale Spalt zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen (16) mit dmax bezeichnet wird und die maximale Dicke der porösen Keramikteilchen (16) mit tmax bezeichnet wird, das Aspektverhältnis, definiert als dmax/tmax, größer als oder gleich 0,02 ist.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei, bezogen auf den Spalt, der zwischen nebeneinanderliegenden porösen Keramikteilchen (16) gebildet ist, unter der Annahme, dass der Spalt an einer Fläche in Kontakt mit der Lage (12) mit da bezeichnet wird und der Spalt an einer Fläche gegenüber der Fläche in Kontakt mit der Lage (12) mit db bezeichnet wird, dann da ≤ db.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 3, wobei der Spalt da und der Spalt db die Ungleichung da < db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen (16) eine verjüngte Form haben.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 3, wobei der Spalt da und der Spalt db die Ungleichung da < db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen (16) eine Stufenform haben.
Poröse Keramikstruktur nach Anspruch 3, wobei der Spalt da und der Spalt db die Gleichung da = db erfüllen, und einander zugewandte Seitenflächen nebeneinanderliegender poröser Keramikteilchen (16) parallel sind.
Poröse Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Porosität der porösen Keramikteilchen (16) 20%~99% beträgt.
Poröse Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die porösen Keramikteilchen (16) einen durchschnittlichen Porendurchmesser von weniger als oder gleich 500 nm haben.
Poröse Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wärmeleitfähigkeit der porösen Keramikteilchen (16) weniger als 1,5 W/mK beträgt.
Poröse Keramikstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wärmekapazität der porösen Keramikteilchen (16) weniger als oder gleich 1000 kJ/m³K beträgt.