JP2017101297A - Heat insulating film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば火力発電設備等において敷設された高温配管の表面に被覆され、高温配管表面における反射率を高めることで輻射率を低減し、高温配管からの放熱ロスを低減させるための遮熱膜に関する。 The present invention covers, for example, the surface of a high-temperature pipe laid in a thermal power generation facility, etc., reduces the radiation rate by increasing the reflectance on the surface of the high-temperature pipe, and heat insulation for reducing heat dissipation from the high-temperature pipe Relates to the membrane.
従来、高温配管からの放熱を抑えるために、一般的には高温配管を断熱材で被覆する構造が採用されている。しかしながら、この場合には配管表面の錆や防錆塗料の膜などが高い放射率を有することから、輻射伝熱が大きくなり、放熱ロスを低減させることが困難であった。 Conventionally, in order to suppress heat dissipation from the high-temperature pipe, a structure in which the high-temperature pipe is covered with a heat insulating material is generally employed. However, in this case, since the rust on the pipe surface, the film of the rust preventive paint, etc. have high emissivity, the radiant heat transfer becomes large and it is difficult to reduce the heat dissipation loss.
また、輻射伝熱を抑える膜としてセラミックスを多層に積層した積層膜が検討されている。この積層膜によれば、赤外線を反射することによって放熱ロスを減少させることができる。しかし、このようなセラミックスの積層膜では、赤外線の反射波長帯が狭く、反射率も低いことから、輻射伝熱の十分な抑制を図ることが難しい。 In addition, a laminated film in which ceramics are laminated in multiple layers has been studied as a film for suppressing radiant heat transfer. According to this laminated film, heat dissipation loss can be reduced by reflecting infrared rays. However, in such a ceramic laminated film, since the infrared reflection wavelength band is narrow and the reflectance is low, it is difficult to sufficiently suppress radiant heat transfer.
この種の遮熱膜として、例えば特許文献１には熱反射材が開示されている。この熱反射材は、チタン酸化物系材料層としてのＡ２Ｔｉ２Ｏ７層とアルミナ系材料層とが各２層以上交互に積層され、Ａ２Ｔｉ２Ｏ７層が最表面側に配置されるものである。Ａ２Ｔｉ２Ｏ７層のＡとしては、イットリウム（Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）等の希土類元素が用いられる。 As this type of thermal barrier film, for example, Patent Document 1 discloses a heat reflecting material. In this heat reflecting material, two or more A 2 Ti 2 O 7 layers and alumina material layers as titanium oxide-based material layers are alternately laminated, and the A 2 Ti 2 O 7 layer is disposed on the outermost surface side. It is what is done. As A of the A 2 Ti 2 O 7 layer, a rare earth element such as yttrium (Y) or samarium (Sm) is used.
前述した特許文献１に記載されている従来構成の熱反射材において、その反射率は、光の波長が０．３〜０．７μｍ（３００〜７００ｎｍ）及び１．０〜１．４μｍ（１０００〜１４００ｎｍ）という狭い波長範囲で高くなっているに過ぎず、その反射率も５０％未満という低いものであった。このため、基材表面の輻射率（放射率）を十分に低減させることができず、放熱ロスを低減してエネルギー効率を高めることが難しいという欠点があった。 In the heat reflecting material having the conventional configuration described in Patent Document 1 described above, the reflectance is such that the wavelength of light is 0.3 to 0.7 μm (300 to 700 nm) and 1.0 to 1.4 μm (1000 to 1000). It was only high in a narrow wavelength range of 1400 nm), and the reflectance was also low, less than 50%. For this reason, the emissivity (emissivity) of the substrate surface cannot be sufficiently reduced, and there is a drawback that it is difficult to reduce heat dissipation loss and increase energy efficiency.
加えて、特許文献１に記載の発明では、熱反射性を発現するＡ２Ｔｉ２Ｏ７層が最表面側に配置され、外部環境に晒されていることから、熱反射材の耐久性に欠けるおそれがある。 In addition, in the invention described in Patent Document 1, since the A 2 Ti 2 O 7 layer that exhibits heat reflectivity is disposed on the outermost surface side and exposed to the external environment, the durability of the heat reflective material is improved. There is a risk of chipping.
そこで、本発明の目的とするところは、反射率を高め、輻射伝熱を抑制してエネルギー効率を高めることができるとともに、耐久性を向上させることができる遮熱膜を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermal barrier film that can increase the reflectivity, suppress the radiant heat transfer, increase the energy efficiency, and improve the durability.
上記の目的を達成するために、本発明の遮熱膜は、基材の輻射伝熱を抑制するために基材表面を被覆する遮熱膜であって、前記基材側に金属シリサイドよりなる反射膜を有するとともに、その反射膜上に該反射膜の酸化を抑制する酸化抑制膜が積層されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the thermal barrier film of the present invention is a thermal barrier film that covers the surface of the base material in order to suppress radiant heat transfer of the base material, and is made of a metal silicide on the base material side. It has a reflection film, and an oxidation suppression film for suppressing oxidation of the reflection film is laminated on the reflection film.
前記反射膜は非酸化物シリサイドの膜であり、酸化抑制膜は窒化物の膜であることが好ましい。
前記非酸化物シリサイドは、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）又はタンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）であることが好ましい。
The reflection film is preferably a non-oxide silicide film, and the oxidation suppression film is preferably a nitride film.
The non-oxide silicide is preferably cobalt silicide (CoSi 2 ), nickel silicide (NiSi), titanium silicide (TiSi 2 ), or tantalum silicide (TaSi 2 ).
前記窒化物は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）であることが好ましい。
前記反射膜の厚さは１５０〜３００ｎｍであり、酸化抑制膜の厚さは１０〜１００ｎｍであることが好ましい。
The nitride is preferably silicon nitride (Si 3 N 4 ).
The thickness of the reflective film is preferably 150 to 300 nm, and the thickness of the oxidation suppression film is preferably 10 to 100 nm.
前記反射膜の基材側には、基材と反射膜との反応を抑制する反応抑制膜が１０〜１００ｎｍの厚さで設けられていることが好ましい。
前記反応抑制膜は、窒化珪素の膜であることが好ましい。
It is preferable that a reaction suppression film for suppressing a reaction between the base material and the reflective film is provided on the base side of the reflective film with a thickness of 10 to 100 nm.
The reaction suppression film is preferably a silicon nitride film.
前記反射膜は、光の波長１〜１５μｍにおける反射率が６０％以上のものであることが好ましい。 The reflection film preferably has a reflectance of 60% or more at a light wavelength of 1 to 15 μm.
本発明の遮熱膜によれば、反射率を高め、輻射伝熱を抑制してエネルギー効率を高めることができるとともに、耐久性を向上させることができるという効果を奏する。 According to the heat-shielding film of the present invention, it is possible to increase the reflectivity, suppress the radiant heat transfer, increase the energy efficiency, and improve the durability.
以下、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、この実施形態における遮熱膜１０は、基材１１の輻射伝熱を抑制するために、基材１１表面（外表面）を被覆して形成される。前記基材１１は、例えば火力発電所の電力設備として使用される高温配管であって、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等により形成されている。この基材１１は特に制限されず、シリカ、アルミナ等により形成されていてもよい。また、基材１１としては、その他の鉄鋼、自動車、航空宇宙等の分野における種々の材料が適用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the thermal barrier film 10 in this embodiment is formed so as to cover the surface (outer surface) of the base material 11 in order to suppress the radiant heat transfer of the base material 11. The base material 11 is a high-temperature pipe used as power equipment for a thermal power plant, for example, and is formed of carbon steel, stainless steel, alloy steel, or the like. This base material 11 is not particularly limited, and may be formed of silica, alumina or the like. Moreover, as the base material 11, various materials in fields such as other steels, automobiles, and aerospace are applied.
前記遮熱膜１０は、基材１１側に金属シリサイドよりなる反射膜１２を有するとともに、その反射膜１２上に該反射膜１２の酸化を抑制する酸化抑制膜１３が積層されて構成される。金属シリサイドは、基材１１表面における光の反射率を高めることができ、特に光の波長が１〜１５μｍ（１０００〜１５０００ｎｍ）という広範囲の赤外線領域における反射率を６０％以上まで高めることができる。すなわち、輻射率を４０％以下に抑え、輻射伝熱を抑制することができる。 The thermal barrier film 10 includes a reflective film 12 made of metal silicide on the base 11 side, and an oxidation suppression film 13 that suppresses oxidation of the reflective film 12 is laminated on the reflective film 12. The metal silicide can increase the reflectance of light on the surface of the substrate 11, and in particular, the reflectance in a wide infrared region where the wavelength of light is 1 to 15 μm (1000 to 15000 nm) can be increased to 60% or more. That is, the radiation rate can be suppressed to 40% or less, and the radiation heat transfer can be suppressed.
金属シリサイドとしては非酸化物シリサイドが好ましく、その非酸化物シリサイドとして例えばコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）等が挙げられる。これらの非酸化物シリサイドのうち、チタンシリサイドは遮熱膜１０の反射率を８５％にでき、タンタルシリサイドは遮熱膜１０の反射率を７５％にできるが、コバルトシリサイド及びニッケルシリサイドは遮熱膜１０の反射率を９０％以上にできる点から好ましい（いずれも光の波長２５００ｎｍにて）。 The metal silicide is preferably a non-oxide silicide, and examples of the non-oxide silicide include cobalt silicide (CoSi 2 ), nickel silicide (NiSi), titanium silicide (TiSi 2 ), and tantalum silicide (TaSi 2 ). Of these non-oxide silicides, titanium silicide can increase the reflectance of the thermal barrier film 10 to 85%, and tantalum silicide can increase the reflectance of the thermal barrier film 10 to 75%. This is preferable from the viewpoint that the reflectance of the film 10 can be 90% or more (both at a wavelength of 2500 nm).
該金属シリサイドよりなる反射膜１２は、具体的にはスパッタリング法（直接スパッタリング法）又は反応性スパッタリング法の常法に従って形成される。例えば、コバルトシリサイドを反応性スパッタリング法で形成する場合には、コバルトとシリカをターゲットとし、アルゴン等の不活性ガスによりスパッタリングを行ってコバルトとシリカを反応させ、コバルトシリサイドの膜を基材１１上に形成することができる。 Specifically, the reflective film 12 made of the metal silicide is formed according to a conventional method of sputtering (direct sputtering) or reactive sputtering. For example, when cobalt silicide is formed by a reactive sputtering method, cobalt and silica are used as a target, sputtering is performed with an inert gas such as argon, and cobalt and silica are reacted to form a cobalt silicide film on the substrate 11. Can be formed.
この反射膜１２の厚さは、反射率を高める観点から１５０〜３００ｎｍであることが好ましい。反射膜１２の厚さが１５０ｎｍを下回る場合には、十分な反射率が得られなかったり、反射膜１２の強度が確保できなかったりして好ましくない。その一方、反射膜１２の厚さが３００ｎｍを上回る場合には、反射膜１２の厚さに見合う反射率の向上が望めなかったり、製造コストが嵩んだりして好ましくない。 The thickness of the reflective film 12 is preferably 150 to 300 nm from the viewpoint of increasing the reflectance. When the thickness of the reflective film 12 is less than 150 nm, it is not preferable because sufficient reflectivity cannot be obtained or the strength of the reflective film 12 cannot be ensured. On the other hand, when the thickness of the reflective film 12 exceeds 300 nm, it is not preferable because an improvement in reflectance corresponding to the thickness of the reflective film 12 cannot be expected or the manufacturing cost increases.
前記酸化抑制膜１３は酸素の透過を抑えて反射膜１２の酸化を抑制するように保護するもので、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）等により形成される膜である。酸化抑制膜１３を形成する化合物のうち、酸素バリア性が高く、反射膜１２の酸化抑制作用に優れる点から窒化物が好ましく、その窒化物の中で特に窒化珪素が好ましい。この酸化抑制膜１３により、６００℃以上という高温領域における遮熱膜１０の耐酸化性を発現できる。 The oxidation suppression film 13 protects the reflection film 12 from being suppressed by suppressing the permeation of oxygen. For example, silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ). It is a film | membrane formed by etc. Of the compounds forming the oxidation suppression film 13, a nitride is preferable because it has a high oxygen barrier property and is excellent in the oxidation suppression action of the reflective film 12, and among these nitrides, silicon nitride is particularly preferable. With this oxidation suppression film 13, the oxidation resistance of the thermal barrier film 10 in a high temperature region of 600 ° C. or higher can be expressed.
この酸化抑制膜１３も、前記反射膜１２と同様にスパッタリング法又は反応性スパッタリング法の常法に従って形成される。例えば、窒化珪素の膜を反応性スパッタリング法で形成する場合には、珪素をターゲットとし、窒素ガスを流してスパッタリングを行い、珪素と窒素を反応させて窒化珪素の膜を基材１１上に形成することができる。 This oxidation suppression film 13 is also formed in accordance with a conventional sputtering method or reactive sputtering method, similar to the reflection film 12. For example, when a silicon nitride film is formed by a reactive sputtering method, silicon is used as a target, sputtering is performed by flowing nitrogen gas, and silicon and nitrogen are reacted to form a silicon nitride film on the substrate 11. can do.
該酸化抑制膜１３の厚さは１０〜１００ｎｍであることが好ましい。酸化抑制膜１３の厚さが１０ｎｍより薄い場合には、十分な酸化抑制作用が得られなかったり、酸化抑制膜１３の強度が確保できなかったりして好ましくない。その一方、酸化抑制膜１３の厚さが１００ｎｍより厚い場合には、酸化抑制膜１３の厚さに見合う酸化抑制作用が得られなかったり、製造コストが嵩んだりするだけでなく、反射膜１２との積層体にて反射率を低下させるため好ましくない。 The thickness of the oxidation suppression film 13 is preferably 10 to 100 nm. When the thickness of the oxidation suppression film 13 is less than 10 nm, it is not preferable because sufficient oxidation suppression action cannot be obtained or the strength of the oxidation suppression film 13 cannot be ensured. On the other hand, when the thickness of the oxidation suppression film 13 is larger than 100 nm, not only the oxidation suppression action corresponding to the thickness of the oxidation suppression film 13 is obtained and the manufacturing cost increases, but also the reflection film 12 is increased. Since the reflectance is lowered in the laminate with the above, it is not preferable.
図２に示すように、前記反射膜１２の基材１１側には、基材１１と反射膜１２との反応を抑制する反応抑制膜１４を設けることが望ましい。この反応抑制膜１４を設けることにより、反射膜１２の機能を長期に亘って維持することができ、遮熱膜１０の寿命を例えば６００℃で１０年以上に延長することができる。 As shown in FIG. 2, it is desirable to provide a reaction suppression film 14 that suppresses the reaction between the base material 11 and the reflective film 12 on the base material 11 side of the reflective film 12. By providing this reaction suppression film 14, the function of the reflection film 12 can be maintained over a long period of time, and the life of the thermal barrier film 10 can be extended to, for example, 600 ° C. for 10 years or more.
この反応抑制膜１４を構成する材料としては、基材１１と反射膜１２との間の反応を抑えることができれば特に制限されないが、前述した酸化抑制膜１３を形成する材料が好適に用いられる。この材料としては、基材１１と反射膜１２との反応抑制に最も有効な窒化珪素が好ましい。 The material constituting the reaction suppression film 14 is not particularly limited as long as the reaction between the base material 11 and the reflection film 12 can be suppressed. However, the material forming the oxidation suppression film 13 is preferably used. As this material, silicon nitride which is most effective for suppressing the reaction between the base material 11 and the reflective film 12 is preferable.
該反応抑制膜１４の厚さは１０〜１００ｎｍであることが好ましい。反応抑制膜１４の厚さが１０ｎｍ未満の場合には、十分な反応抑制作用が得られなかったり、反応抑制膜１４の強度が確保できなかったりして好ましくない。その一方、反応抑制膜１４の厚さが１００ｎｍを超える場合には、反応抑制膜１４の厚さに見合う反応抑制作用が得られなかったり、製造コストが上昇したりして好ましくない。 The thickness of the reaction suppression film 14 is preferably 10 to 100 nm. When the thickness of the reaction suppression film 14 is less than 10 nm, it is not preferable because sufficient reaction suppression action cannot be obtained or the strength of the reaction suppression film 14 cannot be ensured. On the other hand, when the thickness of the reaction suppression film 14 exceeds 100 nm, it is not preferable because the reaction suppression action corresponding to the thickness of the reaction suppression film 14 cannot be obtained or the manufacturing cost increases.
以上のように構成された遮熱膜１０を基材１１の外表面に設けることにより、基材１１の反射率を高め、輻射率を低減させ、放熱ロスを減少させてエネルギー効率を向上させることができる。ここで、輻射率（％）は、キルヒホッフの法則に基づいて下式により算出される。 By providing the thermal barrier film 10 configured as described above on the outer surface of the base material 11, the reflectance of the base material 11 is increased, the radiation rate is reduced, the heat dissipation loss is reduced, and the energy efficiency is improved. Can do. Here, the emissivity (%) is calculated by the following equation based on Kirchhoff's law.
輻射率（％）＝吸収率（％）＝１００−反射率（％）−透過率（％）
なお、遮熱膜１０の透過率は実質的に０である。
図３（ａ）に示すように、前記図２に示す遮熱膜１０の構成において、酸化抑制膜１３上にさらに反射膜１２及び酸化抑制膜１３を積層するように構成してもよい。遮熱膜１０をこのように構成した場合には、遮熱膜１０の耐酸化性をさらに抑制して耐久性を高めることができる。
Emissivity (%) = Absorptance (%) = 100−Reflectivity (%) − Transmittance (%)
Note that the transmittance of the thermal barrier film 10 is substantially zero.
As shown in FIG. 3A, in the configuration of the thermal barrier film 10 shown in FIG. 2, the reflection film 12 and the oxidation suppression film 13 may be further laminated on the oxidation suppression film 13. When the heat shield film 10 is configured in this manner, the oxidation resistance of the heat shield film 10 can be further suppressed to increase the durability.
図３（ｂ）に示すように、上記図３（ａ）に示す遮熱膜１０の構成において、最外表面の酸化抑制膜１３上にさらに反射膜１２及び酸化抑制膜１３を積層するように構成してもよい。この場合には、遮熱膜１０の耐酸化性を一層抑制して耐久性を著しく高めることができる。 As shown in FIG. 3B, in the configuration of the thermal barrier film 10 shown in FIG. 3A, the reflection film 12 and the oxidation suppression film 13 are further laminated on the oxidation suppression film 13 on the outermost surface. It may be configured. In this case, the oxidation resistance of the heat shield film 10 can be further suppressed and the durability can be remarkably enhanced.
このようにして、反射膜１２及び酸化抑制膜１３を、実用上許容される範囲で交互に積層する積層数を増加すればするほど、遮熱膜１０の耐久性向上を図ることができる。その積層数は、遮熱膜１０の目標とする寿命や製造コスト等に基づいて適宜決定される。 In this way, the durability of the thermal barrier film 10 can be improved as the number of the layers in which the reflective film 12 and the oxidation suppression film 13 are alternately stacked within a practically allowable range is increased. The number of stacked layers is appropriately determined based on the target lifetime, manufacturing cost, etc. of the thermal barrier film 10.
次に、前記のように構成された遮熱膜１０について作用を説明する。
さて、火力発電所の高温配管内に高温流体が流通されると、高温流体の熱エネルギーの一部が輻射熱により高温配管表面から失われる。しかしながら、本実施形態では、図１に示すように、高温配管（基材１１）の外表面に遮熱膜１０が設けられている。この遮熱膜１０は、高温配管側の反射膜１２とその反射膜１２上の酸化抑制膜１３とで構成されている。反射膜１２はコバルトシリサイド、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドで形成され、酸化抑制膜１３は窒化珪素で形成されている。
Next, an effect | action is demonstrated about the thermal insulation film | membrane 10 comprised as mentioned above.
Now, when a high temperature fluid is circulated in the high temperature piping of a thermal power plant, a part of the thermal energy of the high temperature fluid is lost from the surface of the high temperature piping due to radiant heat. However, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the thermal barrier film 10 is provided on the outer surface of the high-temperature pipe (base material 11). The thermal barrier film 10 is composed of a reflective film 12 on the high temperature pipe side and an oxidation suppression film 13 on the reflective film 12. The reflection film 12 is made of metal silicide such as cobalt silicide or nickel silicide, and the oxidation suppression film 13 is made of silicon nitride.
そして、高温配管内の高温流体のもつ熱エネルギーは高温配管の管壁に伝熱され、その管壁の外表面から遮熱膜１０に熱伝導される。このとき、熱エネルギーの多くは遮熱膜１０内の反射膜１２で金属シリサイドの特性に基づいて大きく反射される。前記金属シリサイドが例えばコバルトシリサイド又はニッケルシリサイドで形成されている場合には、反射膜１２による反射率は９０％以上に達する。言い換えれば、反射膜１２の輻射率は１０％以下であり、輻射伝熱が大幅に抑えられ、放熱損失の著しい低減を図ることができる。 The thermal energy of the high-temperature fluid in the high-temperature pipe is transferred to the tube wall of the high-temperature pipe, and is conducted to the heat shield film 10 from the outer surface of the pipe wall. At this time, most of the thermal energy is largely reflected by the reflective film 12 in the thermal barrier film 10 based on the characteristics of the metal silicide. When the metal silicide is formed of, for example, cobalt silicide or nickel silicide, the reflectance by the reflective film 12 reaches 90% or more. In other words, the emissivity of the reflective film 12 is 10% or less, radiant heat transfer is significantly suppressed, and a significant reduction in heat dissipation loss can be achieved.
加えて、反射膜１２上には酸化抑制膜１３が設けられていることから、その酸化抑制膜１３により大気中の酸素の透過が遮断され、反射膜１２の酸化が抑えられる。このため、反射膜１２の酸化に基づく劣化が抑制され、遮熱膜１０の寿命が延長される。 In addition, since the oxidation suppression film 13 is provided on the reflection film 12, the oxidation suppression film 13 blocks the permeation of oxygen in the atmosphere and suppresses the oxidation of the reflection film 12. For this reason, deterioration due to oxidation of the reflective film 12 is suppressed, and the life of the heat shield film 10 is extended.
以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）この実施形態の遮熱膜１０は、基材１１側に金属シリサイドよりなる反射膜１２を有するとともに、その反射膜１２上に該反射膜１２の酸化を抑制する酸化抑制膜１３が積層されて構成されている。このため、基材１１側からの熱エネルギーは、反射膜１２で大きく遮断され、輻射伝熱が抑えられる。しかも、その反射膜１２は酸化抑制膜１３で覆われていることから、反射膜１２の劣化が抑制される。
The effect exhibited by the above embodiment is described collectively below.
(1) The thermal barrier film 10 of this embodiment has a reflective film 12 made of metal silicide on the substrate 11 side, and an oxidation suppression film 13 that suppresses oxidation of the reflective film 12 is laminated on the reflective film 12. Has been configured. For this reason, the heat energy from the base material 11 side is largely blocked by the reflective film 12, and radiant heat transfer is suppressed. In addition, since the reflection film 12 is covered with the oxidation suppression film 13, deterioration of the reflection film 12 is suppressed.
従って、この実施形態の遮熱膜１０によれば、反射率を高め、輻射伝熱を抑制してエネルギー効率を高めることができるとともに、耐久性を向上させることができる。その結果、例えば火力発電所における燃料（エネルギー）の利用効率を大幅に向上させることができる。 Therefore, according to the heat shield film 10 of this embodiment, the reflectance can be increased, the radiation heat transfer can be suppressed, the energy efficiency can be increased, and the durability can be improved. As a result, for example, the use efficiency of fuel (energy) in a thermal power plant can be greatly improved.
（２）前記金属シリサイドは、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、チタンシリサイド又はタンタルシリサイドである。このため、遮熱膜１０の反射率を例えば７５％以上に高めることができる。 (2) The metal silicide is cobalt silicide, nickel silicide, titanium silicide, or tantalum silicide. For this reason, the reflectance of the thermal barrier film 10 can be increased to, for example, 75% or more.
（３）前記金属シリサイドとしては、コバルトシリサイド又はニッケルシリサイドが好ましい。この場合には、遮熱膜１０の反射率を例えば９０％以上に高めることができる。
（４）前記酸化抑制膜１３は窒化珪素の膜である。従って、非酸化物系セラミックスである窒化珪素の性質に基づいて良好な酸素バリア性が発現され、６００℃以上という高温領域における反射膜１２の酸化を効果的に抑制することができる。
(3) The metal silicide is preferably cobalt silicide or nickel silicide. In this case, the reflectance of the thermal barrier film 10 can be increased to 90% or more, for example.
(4) The oxidation suppression film 13 is a silicon nitride film. Therefore, a good oxygen barrier property is expressed based on the property of silicon nitride which is a non-oxide ceramic, and the oxidation of the reflective film 12 in a high temperature region of 600 ° C. or higher can be effectively suppressed.
（５）前記反射膜１２の厚さは１５０〜３００ｎｍであり、酸化抑制膜１３の厚さは１０〜１００ｎｍである。このため、反射膜１２によって十分な反射機能を発現することができるとともに、酸化抑制膜１３によって十分な酸化抑制機能を発現することができる。 (5) The reflective film 12 has a thickness of 150 to 300 nm, and the oxidation suppression film 13 has a thickness of 10 to 100 nm. For this reason, a sufficient reflection function can be expressed by the reflection film 12 and a sufficient oxidation suppression function can be expressed by the oxidation suppression film 13.
（６）前記反射膜１２の基材１１側には、基材１１と反射膜１２との反応を抑制する反応抑制膜１４が１０〜１００ｎｍの厚さで設けられている。このため、基材１１と反射膜１２との反応を抑え、反射膜１２の機能を長期間に亘って発揮することができる。 (6) On the base material 11 side of the reflective film 12, a reaction suppression film 14 that suppresses the reaction between the base material 11 and the reflective film 12 is provided with a thickness of 10 to 100 nm. For this reason, reaction of the base material 11 and the reflective film 12 can be suppressed, and the function of the reflective film 12 can be exhibited over a long period of time.
（７）前記反応抑制膜１４は窒化珪素の膜である。窒化珪素は安定した化学構造を有し、反応性の低い化合物であるため、基材１１と反射膜１２との反応を効果的に抑制することができる。 (7) The reaction suppression film 14 is a silicon nitride film. Since silicon nitride is a compound having a stable chemical structure and low reactivity, the reaction between the base material 11 and the reflective film 12 can be effectively suppressed.
（８）前記反射膜１２は、光の波長１〜１５μｍにおける反射率が６０％以上のものである。従って、反射膜１２は赤外線領域における広い波長範囲において高い反射性能を発揮することができ、輻射伝熱を有効に抑制することができる。 (8) The reflective film 12 has a reflectance of 60% or more at a light wavelength of 1 to 15 μm. Therefore, the reflective film 12 can exhibit high reflection performance in a wide wavelength range in the infrared region, and can effectively suppress radiant heat transfer.
以下に、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜４）
実施例１では、下記に示す条件下で、基材１１上に同時スパッタリング法の常法により反射膜１２としてコバルトシリサイドの膜を形成し、その上に反応性スパッタリング法の常法により酸化抑制膜１３として窒化珪素の膜を形成して遮熱膜１０とした。
Hereinafter, the embodiment will be described more specifically with reference to examples.
(Examples 1-4)
In Example 1, a cobalt silicide film is formed as a reflective film 12 on the substrate 11 by a conventional method of co-sputtering under the conditions shown below, and an oxidation suppression film is formed thereon by a conventional method of reactive sputtering. A silicon nitride film was formed as 13 to form a heat shield film 10.
基材１１：シリカ（ＳｉＯ２）の板材、厚さ０．５ｍｍ
コバルトシリサイドの膜：厚さ２００ｎｍ
窒化珪素の膜：厚さ５０ｎｍ
前記基材１１上に遮熱膜１０が形成された材料について、分光器と検出器を用い、常法に従って光の波長（μｍ）を変化させて反射率（％）の変化を測定した。その結果を図４に示した。得られた反射率の測定結果から、光の波長（μｍ）に対する輻射率（％）の変化を求めることができる（輻射率＝１００−反射率）。
Substrate 11: Silica (SiO 2 ) plate material, thickness 0.5 mm
Cobalt silicide film: 200 nm thick
Silicon nitride film: 50 nm thick
With respect to the material in which the thermal barrier film 10 was formed on the substrate 11, the change in reflectance (%) was measured by changing the wavelength (μm) of light according to a conventional method using a spectroscope and a detector. The results are shown in FIG. From the measurement result of the obtained reflectance, a change in the radiation rate (%) with respect to the wavelength (μm) of light can be obtained (radiation rate = 100−reflectance).
図４に示す結果より、波長１μｍ（１０００ｎｍ）で反射率が約６０％に達し、波長２μｍで反射率が約８５％に達するとともに、その後波長１５μｍに到るまで反射率約９５％が維持された。 From the results shown in FIG. 4, the reflectance reaches about 60% at a wavelength of 1 μm (1000 nm), the reflectance reaches about 85% at a wavelength of 2 μm, and then the reflectance of about 95% is maintained until the wavelength reaches 15 μm. It was.
次に、輻射率が１００％となる黒体について、１００℃から６００℃まで１００℃間隔で加熱したときの輻射熱量を計算した。そして、光の波長（μｍ）と輻射熱量（Ｗ／ｃｍ２／μｍ）との関係を図５に示した。 Next, the amount of radiant heat when a black body having an emissivity of 100% was heated from 100 ° C. to 600 ° C. at 100 ° C. intervals was calculated. The relationship between the wavelength of light (μm) and the amount of radiant heat (W / cm 2 / μm) is shown in FIG.
図５に示した結果より、波長約３〜５μｍを中心とする赤外線領域において輻射熱量が最も高く、その赤外線領域よりも波長が短い領域及び長い領域では材料の輻射熱量が次第に低下する山形状に変化した。この輻射熱量に図４から求められる輻射率をかけた輻射熱量が実際に輻射されることになる。従って、このような赤外線領域において反射率を高め、すなわち輻射率を下げることにより、輻射伝熱を抑え、エネルギー効率を向上させることができる。 From the results shown in FIG. 5, the radiant heat amount is the highest in the infrared region centered at a wavelength of about 3 to 5 μm, and the radiant heat amount of the material gradually decreases in the region where the wavelength is shorter and longer than the infrared region. changed. The amount of radiant heat obtained by multiplying the amount of radiant heat by the radiation rate obtained from FIG. 4 is actually radiated. Therefore, by increasing the reflectance in such an infrared region, that is, by reducing the radiation rate, it is possible to suppress radiation heat transfer and improve energy efficiency.
さらに、この実施例１の遮熱膜１０について、次に示す方法で加速劣化試験を行い、遮熱膜１０の耐久性を評価した。
すなわち、前記遮熱膜１０を設けた基材１１を加熱炉内に置いて１０００℃（１２７３Ｋ）、９００℃（１１７３Ｋ）及び８００℃（１０７３Ｋ）にそれぞれ加熱し、反射率が１０％低下するまでの時間（寿命）を測定した。そして、絶対温度の逆数〔１０００／Ｔ（Ｋ−１）〕と時間ｔ（ｈｒ）の対数〔ｌｏｇ（ｔ）〕との関係より、その相関性を示す直線を外挿することで６００℃における寿命を求め、その結果を図８に示した。
Further, the thermal barrier film 10 of Example 1 was subjected to an accelerated deterioration test by the following method, and the durability of the thermal barrier film 10 was evaluated.
That is, the base material 11 provided with the thermal barrier film 10 is placed in a heating furnace and heated to 1000 ° C. (1273 K), 900 ° C. (1173 K), and 800 ° C. (1073 K), respectively, until the reflectance decreases by 10%. The time (life) was measured. And from the relationship between the reciprocal of the absolute temperature [1000 / T (K-1)] and the logarithm of the time t (hr) [log (t)], a straight line indicating the correlation is extrapolated at 600 ° C. The lifetime was determined and the result is shown in FIG.
図８の結果より、温度６００℃という高温領域における遮熱膜１０の寿命は、３．０８年であった。
（実施例２）
前記実施例１において、反射膜１２としてニッケルシリサイドの膜を用いた以外は実施例１と同様にして基材１１上に遮熱膜１０を形成した。
From the result of FIG. 8, the lifetime of the thermal barrier film 10 in the high temperature region of 600 ° C. was 3.08 years.
(Example 2)
In Example 1, the heat shielding film 10 was formed on the substrate 11 in the same manner as in Example 1 except that a nickel silicide film was used as the reflective film 12.
そして、光の波長（μｍ）と反射率（％）との関係を図６に示した。図６の結果より、波長２μｍで反射率が約８０％に達し、波長３μｍで反射率が約９０％に達するとともに、その後波長１５μｍに到るまで反射率約９５％が維持された。 FIG. 6 shows the relationship between the wavelength (μm) of light and the reflectance (%). From the result of FIG. 6, the reflectance reached about 80% at the wavelength of 2 μm, the reflectance reached about 90% at the wavelength of 3 μm, and the reflectance of about 95% was maintained until reaching the wavelength of 15 μm thereafter.
（実施例３）
前記実施例１において、反射膜１２としてチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）の膜を用いた以外は実施例１と同様にして基材１１上に遮熱膜１０を形成した。なお、この場合には、スパッタリング法においてターゲットにチタンシリサイドを使用した。
(Example 3)
In Example 1, a thermal barrier film 10 was formed on the substrate 11 in the same manner as in Example 1 except that a titanium silicide (TiSi 2 ) film was used as the reflective film 12. In this case, titanium silicide was used as a target in the sputtering method.
そして、光の波長（μｍ）と反射率（％）との関係を図７に示した。図７の結果より、波長３μｍで反射率が約８５％に達し、波長４μｍで反射率が約９０％に達するとともに、その後波長１５μｍに到るまで反射率約９０％が維持された。 FIG. 7 shows the relationship between the wavelength (μm) of light and the reflectance (%). From the results of FIG. 7, the reflectance reached about 85% at a wavelength of 3 μm, the reflectance reached about 90% at a wavelength of 4 μm, and then maintained at about 90% until the wavelength reached 15 μm.
（実施例４）
前記実施例１において、反射膜１２としてタンタルシリサイド（ＴａＳｉ２）の膜を用いた以外は実施例１と同様にして基材１１上に遮熱膜１０を形成した。
Example 4
In Example 1, the thermal barrier film 10 was formed on the substrate 11 in the same manner as in Example 1 except that a tantalum silicide (TaSi 2 ) film was used as the reflective film 12.
そして、光の波長（μｍ）と反射率（％）との関係を測定した結果、波長２．５μｍにおける反射率が７０％に達し、それ以上の波長では反射率がさらに上昇する結果が得られた。 As a result of measuring the relationship between the wavelength (μm) of light and the reflectance (%), the reflectance at a wavelength of 2.5 μm reaches 70%, and the reflectance is further increased at wavelengths longer than that. It was.
（実施例５）
前記実施例１において、基材１１と反射膜１２との間に反応抑制膜１４として厚さ５０ｎｍの窒化珪素の膜を反応性スパッタリング法により形成した以外は実施例１と同様にして基材１１上に遮熱膜１０を形成した。この遮熱膜１０について、実施例１と同様にして光の波長（μｍ）と反射率（％）との関係を測定した結果、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
(Example 5)
In Example 1, the substrate 11 was formed in the same manner as in Example 1 except that a silicon nitride film having a thickness of 50 nm was formed as the reaction suppression film 14 between the substrate 11 and the reflective film 12 by the reactive sputtering method. A thermal barrier film 10 was formed thereon. As a result of measuring the relationship between the wavelength (μm) of light and the reflectance (%) in the same manner as in Example 1, the thermal barrier film 10 was found to have almost the same result as in Example 1.
また、この実施例５の遮熱膜１０について、前記実施例１と同様にして加速劣化試験を行い、遮熱膜１０の耐久性を評価した。そして、絶対温度の逆数〔１０００／Ｔ（Ｋ−１）〕と時間ｔ（ｈｒ）の対数〔ｌｏｇ（ｔ）〕との関係を図９に示した。 Moreover, about the heat shield film 10 of this Example 5, the accelerated deterioration test was done like the said Example 1, and durability of the heat shield film 10 was evaluated. FIG. 9 shows the relationship between the inverse of the absolute temperature [1000 / T (K-1)] and the logarithm of the time t (hr) [log (t)].
図９の結果より、温度６００℃という高温領域における遮熱膜１０の寿命は、１４１．０年であった。
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
From the result of FIG. 9, the lifetime of the thermal barrier film 10 in a high temperature region of 600 ° C. was 141.0 years.
It should be noted that the embodiment described above can be modified and embodied as follows.
・前記反応抑制膜１４を、基材１１や反射膜１２を形成する材料に応じ、前記酸化抑制膜１３を形成する窒化珪素とは異なる材料を使用して形成してもよい。
・前記実施例１〜５に示した酸化抑制膜１３又は反応抑制膜１４を、ターゲットに窒化珪素を用い、不活性ガスによりスパッタリングを行うスパッタリング法（直接スパッタリング法）によって形成してもよい。
The reaction suppression film 14 may be formed using a material different from the silicon nitride forming the oxidation suppression film 13 according to the material forming the base material 11 and the reflection film 12.
-You may form the oxidation suppression film | membrane 13 or the reaction suppression film | membrane 14 shown in the said Examples 1-5 by the sputtering method (direct sputtering method) which uses silicon nitride for a target and performs sputtering by inert gas.
１０…遮熱膜、１１…基材、１２…反射膜、１３…酸化抑制膜、１４…反応抑制膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thermal barrier film, 11 ... Base material, 12 ... Reflective film, 13 ... Oxidation suppression film, 14 ... Reaction suppression film | membrane.
Claims (8)
前記基材側に金属シリサイドよりなる反射膜を有するとともに、その反射膜上に該反射膜の酸化を抑制する酸化抑制膜が積層されていることを特徴とする遮熱膜。 A thermal barrier film that covers the surface of the substrate in order to suppress radiant heat transfer of the substrate,
A thermal barrier film comprising a reflective film made of a metal silicide on the substrate side, and an oxidation suppression film for suppressing oxidation of the reflective film being laminated on the reflective film.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019044258A (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 世枝 麦 | Method of manufacturing pvd antibacterial film on plastic |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63260840A (en) * | 1986-08-19 | 1988-10-27 | フラックスグラス・アクチエンゲゼルシャフト | Manufacture of preloaded and bent glass sheet, particularly sunscreening sheet |
| JPH02103002A (en) * | 1988-10-12 | 1990-04-16 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Wear resistant optical filter |
| JPH1067542A (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-10 | Nippon Ita Glass Techno Res Kk | Glass plate having thin film and its production |
| JP2002100585A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Sony Corp | Production method for semiconductor device and wafer to be treated |
| JP2010151120A (en) * | 2008-11-27 | 2010-07-08 | Toshiba Corp | Steam equipment |
| JP2012032551A (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Central Glass Co Ltd | Reflective lamination film |
| WO2013179881A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | 旭硝子株式会社 | Glass laminate and method for manufacturing electronic device |
| JP2014533232A (en) * | 2011-10-12 | 2014-12-11 | ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション | Coated product comprising a low-E coating with an absorbing layer on a functional layer designed to increase outer reflectivity |
| JP2015166637A (en) * | 2012-07-03 | 2015-09-24 | 旭硝子株式会社 | Light selective absorption film, heat collection tube and solar heat power generation device |
-
2015
- 2015-12-02 JP JP2015236015A patent/JP6637748B2/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63260840A (en) * | 1986-08-19 | 1988-10-27 | フラックスグラス・アクチエンゲゼルシャフト | Manufacture of preloaded and bent glass sheet, particularly sunscreening sheet |
| JPH02103002A (en) * | 1988-10-12 | 1990-04-16 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Wear resistant optical filter |
| JPH1067542A (en) * | 1996-08-26 | 1998-03-10 | Nippon Ita Glass Techno Res Kk | Glass plate having thin film and its production |
| JP2002100585A (en) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Sony Corp | Production method for semiconductor device and wafer to be treated |
| JP2010151120A (en) * | 2008-11-27 | 2010-07-08 | Toshiba Corp | Steam equipment |
| JP2012032551A (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Central Glass Co Ltd | Reflective lamination film |
| JP2014533232A (en) * | 2011-10-12 | 2014-12-11 | ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション | Coated product comprising a low-E coating with an absorbing layer on a functional layer designed to increase outer reflectivity |
| WO2013179881A1 (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | 旭硝子株式会社 | Glass laminate and method for manufacturing electronic device |
| JP2015166637A (en) * | 2012-07-03 | 2015-09-24 | 旭硝子株式会社 | Light selective absorption film, heat collection tube and solar heat power generation device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019044258A (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 世枝 麦 | Method of manufacturing pvd antibacterial film on plastic |
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