KR20190068008A - Porous coat with low thermal conductivity and low heat capacity and method of fabricating thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막에 관한 것이고, 또한 이러한 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a porous coating film having low thermal conductivity and low thermal capacity characteristics, and also relates to a method for manufacturing such a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
자동차 엔진이나 디젤 엔진, 항공 엔진 등의 엔진실 또는 피스톤과 같은 부품의 경우 엔진 효율을 향상시키기 위해 열전도도가 낮은 소재를 이용함이 바람직하다. 예를 들어 실린더의 경우 실린더 내부의 폭발 과정에서 장시간의 고열 및 수분에 의한 균열 혹은 마모의 발생에 따라 실린더 모재의 신뢰도가 떨어질 수 있는 문제점이 항상 존재한다.In the case of an engine room such as an automobile engine, a diesel engine, an aviation engine, or a part such as a piston, it is preferable to use a material having low thermal conductivity in order to improve the engine efficiency. For example, in the case of a cylinder, there is always a problem that reliability of the cylinder base material may be deteriorated due to generation of cracks or abrasion due to high temperature and moisture for a long time in the explosion process inside the cylinder.
또한, 열전도도가 낮은 소재를 이용하는 것도 중요하지만, 열을 빨리 방출할 수 있도록 고열방출 특성을 갖는 소재를 이용하는 것도 중요하다.It is also important to use a material having a low thermal conductivity, but it is also important to use a material having a high heat releasing property so as to release heat quickly.
즉, 이러한 엔진 부품이나 전자 부품의 경우 단열 효과도 좋아야 함과 동시에 열을 빠르게 방출할 수 있는 고열방출성 특성도 함께 좋은 것이 바람직하다. 다시 말하면, 열전도도가 낮고 비열/열용량이 낮은 재질의 소재를 이용함이 바람직한 것이다.That is, in the case of such engine parts and electronic parts, it is preferable that both the heat insulating effect should be good and the high heat releasing property capable of releasing heat quickly. In other words, it is preferable to use a material having a low thermal conductivity and a low specific heat / heat capacity.
이러한 특성을 얻기 위하여, 해당 부품의 모재는 표면에 코팅이 이루어지게 된다. 본 발명은 이러한 코팅에 있어서 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 코팅막을 제공함으로써 위와 같은 2가지 특성을 동시에 이루고자 한다.In order to obtain such characteristics, the surface of the base material of the component is coated. The present invention aims at simultaneously achieving the above two characteristics by providing a coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics in such a coating.
본 발명은 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 코팅막을 제공함으로써 이러한 코팅막을 자동차 부품, 항공 부품, 전자 부품에 이용하여 신뢰성 높은 코팅을 제공하고자 함을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a coating having a low thermal conductivity and a low heat capacity, and to provide a coating having high reliability by using such a coating film for automobile parts, aviation parts and electronic parts.
본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법은, 다공성 소재가 분산된 슬러리 또는 페이스트를 준비하는 단계; 상기 슬러리 또는 페이스트를 모재 위에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a porous coating film having low thermal conductivity and low thermal capacity characteristics, comprising: preparing a slurry or paste in which a porous material is dispersed; Coating the slurry or paste on the base material; And heat treating the coated slurry or paste.
상기 다공성 소재는 중공형 스피어(sphere) 또는 중공형 파이버(fiber)를 포함한다.The porous material includes a hollow sphere or a hollow fiber.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 중공형 고분자로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함할 수 있다. 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다.The hollow sphere or the hollow fiber may be made of a hollow polymer. In this case, the slurry or paste may further include a low thermal conductive material. The low thermal conductive material includes at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a rare earth oxide of lanthanum, or a complex oxide thereof do.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 저열전도성 중공형 유리질 소재로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함할 수 있다. 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다.The hollow sphere or hollow fiber may be made of a low thermal conductive hollow glassy material, and in this case, the slurry or paste may further include a low thermal conductive material. The low thermal conductive material includes at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a rare earth oxide of lanthanum, or a complex oxide thereof do.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 다공성 에어로겔(aerogel)을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함할 수 있다. 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다.The hollow sphere or hollow fiber may comprise a porous aerogel, wherein the slurry or paste may further comprise a low thermal conductive material. The low thermal conductive material includes at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a rare earth oxide of lanthanum, or a complex oxide thereof do.
본 발명은 상기 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법 중 어느 하나에 따라 제조되며, 저열전도성 및 저열용량 특성을 나타내는 다공성 코팅막을 제공한다.The present invention provides a porous coating film which is manufactured according to any one of the above methods for producing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics and exhibits low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 코팅막의 기공률은 40% 이상이고, 상기 코팅막의 열전도도는 1W/mK 이하이며, 상기 코팅막의 열용량은 1500kJ/m3K이하이다. 한편, 상기 코팅막의 두께는 20 내지 200 um이다.The coating film has a porosity of 40% or more, a thermal conductivity of the coating film is 1 W / mK or less, and a heat capacity of the coating film is 1500 kJ / m 3 K or less. On the other hand, the thickness of the coating film is 20 to 200 탆.
본 발명에 따르면, 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 코팅막을 제공할 수 있으며, 그 방법에 있어서도 매우 저가의 방법으로 제공할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a coating film having a low thermal conductivity and a low thermal capacity characteristic, and the method can also be provided at a very low cost.
따라서, 코팅막을 형성하는데 비용의 절감과 더불어 이러한 코팅막을 자동차 부품, 항공 부품, 전자 부품에 이용하여 부품의 신뢰성을 높일 수 있다.Accordingly, it is possible to reduce the cost of forming a coating film and increase the reliability of parts using such a coating film for automobile parts, aviation parts, and electronic parts.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 이용되는 중공형 스피어 및 중공형 파이버 소재들의 사진을 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법의 모식도 및 제작된 코팅막의 SEM의 사진을 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법의 모식도 및 제작된 코팅막의 SEM의 사진을 도시한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 추가적인 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법의 모식도를 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에서 열처리하는 방식에 대한 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. FIG. 1 shows a flowchart of a method of manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low-temperature capacity characteristics according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows photographs of hollow sphere and hollow fiber materials used in embodiments of the present invention.
3A and 3B are schematic views of a method of fabricating a porous coating film having low thermal conductivity and low thermal capacity characteristics according to an embodiment of the present invention and photographs of an SEM of the coated film.
4A and 4B show a schematic view of a method of manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics according to a further embodiment of the present invention and a photograph of a SEM of the coating film produced.
5 is a schematic view of a method of manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low thermal capacity characteristics according to still another embodiment of the present invention.
6A and 6B are views of a method of heat treatment in an embodiment of the present invention.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "
본 발명은 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 코팅막 및 이의 제조 방법을 매우 간단하면서도 저가의 방법으로 제공하는 내용에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 코팅막 및 제조 방법에 의해 비용의 절감이 이루어질 수 있고, 또한 이러한 코팅막을 자동차 부품, 항공 부품, 전자 부품에 이용하여 부품의 신뢰성을 높일 수 있다.The present invention relates to a coating film having a low thermal conductivity and a low heat capacity property and a method for manufacturing the same, in a very simple and inexpensive manner. The cost and the cost can be reduced by the coating film and the manufacturing method of the present invention, and the reliability of parts can be increased by using such a coating film for automobile parts, aviation parts and electronic parts.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법의 순서도를 도시한다.FIG. 1 shows a flowchart of a method of manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low-temperature capacity characteristics according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법은, 다공성 소재가 분산된 슬러리 또는 페이스트를 준비하는 단계(S 110); 상기 슬러리 또는 페이스트를 모재 위에 코팅하는 단계(S 120); 상기 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하는 단계(S 130)를 포함한다.A method of fabricating a porous coating film having low thermal conductivity and low thermal capacity characteristics according to an embodiment of the present invention includes: preparing (S 110) a slurry or paste in which a porous material is dispersed; Coating (S 120) the slurry or paste on the base material; And heat treating the coated slurry or paste (S 130).
S 110 단계에서는 다공성 소재가 분산된 슬러리 또는 페이스트를 준비하게 된다. 다공성 소재는 중공형 스피어(sphere) 또는 중공형 파이버(fiber)를 포함한다. 이러한 중공형 다공성 소재를 이용함으로써 저열전도성 및 저열용량 특성의 코팅이 가능하게 된다. 중공형 스피어 및 중공형 파이버는 도 2에서 도시된 것과 같은 소재들이 이용될 수 있다. In
중공형 소재로는 크게 3가지가 이용될 수 있는데, 중공형 고분자, 중공형 유리질 소재, 및 다공성 에어로겔이 이용될 수 있다.Three types of hollow materials can be used, including hollow polymers, hollow glass materials, and porous aerogels.
중공형 고분자는 도 3a에서 그 모식도가 도시된다. 중공형 고분자가 이용되는 경우 이러한 중공형 고분자를 포함한 슬러리 또는 페이스트를 준비하게 된다. 용매로는 특별히 반응성을 띠거나 유독한 것이 아니면 무엇이든 이용가능하며, 대표적으로는 알콜계 용매가 이용될 수 있다.The hollow polymer is schematically shown in Fig. 3A. When a hollow polymer is used, a slurry or paste containing such a hollow polymer is prepared. As the solvent, anything that is particularly reactive or toxic can be used. Typically, an alcohol-based solvent may be used.
중공형 고분자는 구조적으로 중공형을 나타내는 고분자이면 무엇이든 가능하며, 이에 대한 특별한 제한은 없다. The hollow polymer may be any polymer that is structurally hollow, and there is no particular limitation thereto.
중공형 고분자를 다공성 소재로 이용하는 경우, 고분자는 모재로의 기계적 부착력이 약하고, 기계적 안정성이 약한 문제점이 있다. 또한, 본 발명의 코팅막은 저열전도도 특성을 나타내므로 이러한 저열전도성 특성을 갖는 소재를 추가로 포함시키는 것이 바람직하다.When the hollow polymer is used as a porous material, the polymer has a weak mechanical adhesion to the base material and a low mechanical stability. In addition, since the coating film of the present invention exhibits a low thermal conductivity, it is preferable to further include a material having such low thermal conductivity properties.
이러한 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다. 일예로 SiO2, ZrO2, Al2O3, CeO2, La2O3 등이 있으며, 이러한 저열전도성 소재는 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.These low thermal conductive materials may include one or more of alkali metals and alkaline earth metals, oxides containing a Group 3-12 transition metal element, oxides containing a Group 13-14 metal element including P, lanthanum rare earth oxides, or complex oxides thereof . For example, SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , CeO 2 , La 2 O 3 , and the like can be used. Such a low thermal conductive material can improve the mechanical stability.
중공형 고분자를 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 모재(기판) 위에 코팅을 하고, 이후 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하게 된다. 이러한 열처리 온도는 중공형 고분자의 증발 온도보다 높은 온도로 가열되어 코팅 소재의 열처리에 의해 고분자는 모두 증발하고 고분자 내부의 기공들만 코팅막 내부에 남게 된다. 도 3b는 코팅 및 열처리 이후의 SEM 사진을 도시한다.A slurry or paste containing the hollow polymer is coated on the base material (substrate), and then the coated slurry or paste is heat treated. The heat treatment temperature is heated to a temperature higher than the evaporation temperature of the hollow polymer, and the polymer is evaporated by the heat treatment of the coating material, and only the pores inside the polymer remain in the coating film. Figure 3b shows SEM photographs after coating and heat treatment.
다음으로 중공형 소재로 유리질을 이용하는 경우 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 저열전도성 중공형 유리질 소재로 이루어진다.Next, when glass is used as the hollow material, the hollow sphere or the hollow fiber is made of a low heat conductive hollow glass material.
중공형 유리질 소재를 이용하는 경우는 도 4a에서 그 모식도가 도시된다. 중공형 유리질 소재를 이용되는 경우 이러한 중공형 유리질 소재를 포함한 슬러리 또는 페이스트를 준비하게 된다. 용매로는 특별히 반응성을 띠거나 유독한 것이 아니면 무엇이든 이용가능하며, 대표적으로는 알콜계 용매가 이용될 수 있다.In the case of using a hollow vitreous material, a schematic view thereof is shown in Fig. 4A. When a hollow glassy material is used, a slurry or paste containing such a hollow glassy material is prepared. As the solvent, anything that is particularly reactive or toxic can be used. Typically, an alcohol-based solvent may be used.
저열전도성 중공형 유리질 소재는 구조적으로 중공형을 나타내면서 저열전도성인 것이 이용되며, 대표적으로 Si, Na, Ca을 포함하는 유리가 이용될 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.The low thermal conductive hollow glassy material is structurally hollow and has a low thermal conductivity. Typically, glass containing Si, Na, Ca may be used, but the present invention is not limited thereto.
저열전도성 중공형 유리질 소재를 다공성 소재로 이용하는 경우에도 저열전도성 특성을 갖는 소재를 추가로 포함시킬 수 있다. 이러한 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다. 일예로 SiO2, ZrO2, Al2O3, CeO2, La2O3 등이 있으며, 이러한 저열전도성 소재는 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.When a low thermal conductive hollow glassy material is used as a porous material, it is possible to further include a material having low thermal conductivity. These low thermal conductive materials may include one or more of alkali metals and alkaline earth metals, oxides containing a Group 3-12 transition metal element, oxides containing a Group 13-14 metal element including P, lanthanum rare earth oxides, or complex oxides thereof . For example, SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , CeO 2 , La 2 O 3 , and the like can be used. Such a low thermal conductive material can improve the mechanical stability.
저열전도성 중공형 유리질 소재를 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 모재(기판) 위에 코팅을 하고, 이후 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하게 된다. 열처리에 의해 유리질 소재는 코팅막을 이루게 되고 기공은 그대로 남아 있게 된다. 도 4b는 코팅 및 열처리 이후의 SEM 사진을 도시한다.A slurry or paste containing a low thermal conductive hollow glassy material is coated on the substrate (substrate) and then the coated slurry or paste is heat treated. By the heat treatment, the glassy material forms the coating film and the pore remains. Figure 4b shows SEM pictures after coating and heat treatment.
마지막으로 중공형 소재로 다공성 에어로겔(aerogel)을 이용하는 경우 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 다공성 에어로겔로 이루어진다.Finally, when a porous aerogel is used as the hollow material, the hollow sphere or the hollow fiber is made of a porous airgel.
다공성 에어로겔을 이용하는 경우는 도 5에서 그 모식도가 도시된다. 다공성 에어로겔를 이용되는 경우 이러한 다공성 에어로겔을 포함한 슬러리 또는 페이스트를 준비하게 된다. 용매로는 특별히 반응성을 띠거나 유독한 것이 아니면 무엇이든 이용가능하며, 대표적으로는 알콜계 용매가 이용될 수 있다.In the case of using a porous aerogel, a schematic view thereof is shown in Fig. When a porous aerogel is used, a slurry or paste containing such a porous aerogel is prepared. As the solvent, anything that is particularly reactive or toxic can be used. Typically, an alcohol-based solvent may be used.
다공성 에어로겔은 구조적으로 중공형인 다공성 겔이 이용된다. 대표적으로 SiO2 에어로겔이 이용될 수 있다.Porous aerogels are structurally hollow porous gels. Typically SiO 2 aerogels can be used.
다공성 에어로겔을 다공성 소재로 이용하는 경우에도 저열전도성 특성을 갖는 소재를 추가로 포함시킬 수 있다. 이러한 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함한다. 일예로 SiO2, ZrO2, Al2O3, CeO2, La2O3 등이 있으며, 이러한 저열전도성 소재는 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.Even when a porous airgel is used as a porous material, a material having low thermal conductivity characteristics can be further included. These low thermal conductive materials may include one or more of alkali metals and alkaline earth metals, oxides containing a Group 3-12 transition metal element, oxides containing a Group 13-14 metal element including P, lanthanum rare earth oxides, or complex oxides thereof . For example, SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , CeO 2 , La 2 O 3 , and the like can be used. Such a low thermal conductive material can improve the mechanical stability.
다공성 에어로겔을 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 모재(기판) 위에 코팅을 하고, 이후 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하게 된다. 열처리에 의해 에어로겔 소재는 코팅막을 이루게 되고 다공성 기공들은 그대로 남아 있게 된다.A slurry or paste containing a porous aerogel is coated on the base material (substrate), and then the coated slurry or paste is heat treated. By the heat treatment, the airgel material forms a coating film and the porous pores remain.
S 120 단계에서는 준비된 슬러리 또는 페이스트를 모재 위에 코팅을 하게 된다. 이러한 코팅을 하는 방법은 다양하게 이루어질 수 있으며 분사 또는 코팅 부착 방법 등이 이용될 수 있다.In
S 130 단계에서는 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리한다. 열처리 역시 용도 및 상태에 따라 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 대표적으로는 플레임(flame)에 의한 융착 방식(도 6a) 또는 슬러리 코팅층을 형성한 이후 램프에 의한 가열 방식(도 6b)을 이용할 수 있으며, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.In
지금까지 설명한 다양한 방법에 의해 본 발명에서는 저열전도성 및 저열용량 특성을 나타내는 다공성 코팅막을 제공할 수 있게 된다.By the various methods described so far, it becomes possible to provide a porous coating film exhibiting low thermal conductivity and low heat capacity characteristics in the present invention.
이러한 저열전도성 및 저열용량 특성을 나타내는 다공성 코팅막은 다음과 같은 특성을 갖는 것이 바람직하다.The porous coating film exhibiting such low thermal conductivity and low heat capacity characteristics preferably has the following characteristics.
코팅막의 기공률은 40% 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60% 이상인 것이 바람직하다. 기공률이 40% 이상이 되어야 저열전도도 및 저열용량 특성이 동시에 효과적으로 확보될 수 있다.The porosity of the coating film is preferably 40% or more, more preferably 60% or more. When the porosity is 40% or more, low thermal conductivity and low heat capacity characteristics can be effectively secured at the same time.
코팅막의 열전도도는 1W/mK 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 열전도도는 0.2 내지 0.8W/mK인 것이 바람직하다.The thermal conductivity of the coating film is preferably 1 W / mK or less. More preferably, the thermal conductivity is 0.2 to 0.8 W / mK.
코팅막의 열용량은 1500kJ/m3K이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 700 내지 1300kJ/m3K인 것이 바람직하다.The heat capacity of the coating film is preferably 1500 kJ / m 3 K or less, and more preferably 700 to 1300 kJ / m 3 K.
또한, 코팅막의 두께는 20 내지 200 um인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40 내지 150 um인 것이 바람직하다. 왜냐하면 20um 미만인 경우에는 코팅의 효과를 거의 볼 수 없고, 200um 초과인 경우에는 두께에 비해 본 발명에서 얻고자 하는 저열전도도 및 저열용량 특성의 향상이 크게 이루어지지 아니하기 때문이다.The thickness of the coating film is preferably from 20 to 200 탆, more preferably from 40 to 150 탆. If the thickness is less than 20 μm, the effect of the coating is hardly observed. If the thickness is more than 200 μm, the improvement of the low thermal conductivity and the low-temperature capacity characteristic to be obtained in the present invention is not achieved.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제작된 저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막에 대해 설명하였다. 이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.A porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics according to an embodiment of the present invention has been described and a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics manufactured by such a method has been described. Hereinafter, the contents of the present invention will be further described with reference to specific embodiments.
실시예 1에서는 PMMA 중공형 고분자를 다공성 소재로 이용하였고, 저열전도성 소재로 SiO2를 이용하였다. 20 내지 60um 크기의 PMMA 중공형 스피어와 함께 SiO2 프리커서(precursor)를 혼합하여 슬러리를 만든 이후 Si 기판 위에 페이스트 코팅을 하였다. 페이스트를 코팅한 이후 에어 상태에서 10분 동안 450℃의 온도로 열처리하였다. 실시예 1의 제작 모식도는 도 3a에서 도시되어 있으며, 실제 제작된 코팅막의 SEM 사진은 도 3b에서 도시된다.In Example 1, PMMA hollow polymer was used as a porous material and SiO 2 was used as a low thermal conductive material. A SiO 2 precursor was mixed with a PMMA hollow sphere of 20 to 60 um in size to form a slurry and then paste-coated onto a Si substrate. After coating the paste, it was heat treated at 450 < 0 > C for 10 minutes in air. A fabrication view of Example 1 is shown in Fig. 3A, and an SEM photograph of an actually fabricated coating film is shown in Fig. 3B.
실시예 1과 같이 중공형 고분자를 이용할 경우에는 열처리 온도는 400 내지 600℃가 바람직하며, 이에 의해 고분자는 모두 날아가고 내부에 기공만 남는 구조 형태가 얻어진다.When a hollow polymer is used as in Example 1, the heat treatment temperature is preferably 400 to 600 ° C, whereby the polymer is entirely blown out and a pore-forming structure is obtained.
실시예 2에서는 40 내지 70um의 유리 중공형 스피어를 슬러리로 만들었고, 이를 Si 기판위에 코팅한 이후 에어 상태에서 10분 동안 700℃의 온도로 열처리하였다. 실시예 2의 제작 모식도는 도 4a에서 도시되어 있으며, 실제 제작된 코팅막의 SEM 사진은 도 4b에서 도시된다.In Example 2, a glass hollow sphere of 40 to 70 um was made into a slurry, which was coated on a Si substrate and then heat-treated at a temperature of 700 ° C for 10 minutes in air. 4A, and an SEM photograph of an actually fabricated coating film is shown in FIG. 4B.
실시예 2와 같이 유리질 중공형 스피어를 이용하는 경우 유리질 중공형 스피어 자체가 코팅막에 남게 되며, 일부는 녹아서 글래스를 형성하기도 한다. 이 경우 열처리 온도는 600 내지 800℃가 바람직하다.When the glassy hollow spheres are used as in Example 2, the glassy hollow spheres themselves remain in the coating film, and some of them are melted to form glass. In this case, the heat treatment temperature is preferably 600 to 800 ° C.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (16)
상기 슬러리 또는 페이스트를 모재 위에 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 슬러리 또는 페이스트를 열처리하는 단계를 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
Preparing a slurry or paste in which a porous material is dispersed;
Coating the slurry or paste on the base material; And
Heat treating the coated slurry or paste.
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 다공성 소재는 중공형 스피어(sphere) 또는 중공형 파이버(fiber)를 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the porous material comprises a hollow sphere or a hollow fiber.
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 중공형 고분자로 이루어진,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
3. The method of claim 2,
The hollow sphere or the hollow fiber is made of a hollow polymer,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the slurry or paste further comprises a low thermal conductive material,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the low thermal conductive material is at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a Group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a lanthanum rare earth oxide, Including,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 저열전도성 중공형 유리질 소재로 이루어진,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
3. The method of claim 2,
The hollow sphere or hollow fiber is made of a low thermal conductive hollow glassy material,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the slurry or paste further comprises a low thermal conductive material,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the low thermal conductive material is at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a Group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a lanthanum rare earth oxide, Including,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 중공형 스피어 또는 중공형 파이버는 다공성 에어로겔(aerogel)을 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
3. The method of claim 2,
The hollow sphere or hollow fiber includes a porous aerogel.
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 슬러리 또는 페이스트는 저열전도성 소재를 추가로 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the slurry or paste further comprises a low thermal conductive material,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
상기 저열전도성 소재는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 3-12족 전이금속 원소를 포함한 산화물, P를 포함한 13-14족 금속원소를 포함한 산화물, 란타넘족 희토류 산화물 중 어느 하나 이상 또는 이들의 복합 산화물 형태를 포함하는,
저열전도성 및 저열용량 특성을 갖는 다공성 코팅막을 제작하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the low thermal conductive material is at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, an oxide containing a Group 3-12 transition metal element, an oxide containing a Group 13-14 metal element including P, a lanthanum rare earth oxide, Including,
A method for manufacturing a porous coating film having low thermal conductivity and low heat capacity characteristics.
저열전도성 및 저열용량 특성을 나타내는,
다공성 코팅막.
12. A process for the preparation of a composition according to any one of claims 1 to 11,
Showing low thermal conductivity and low heat capacity characteristics,
Porous coating film.
상기 코팅막의 기공률은 40% 이상인,
다공성 코팅막.
13. The method of claim 12,
Wherein the coating film has a porosity of 40%
Porous coating film.
상기 코팅막의 열전도도는 1W/mK 이하인,
다공성 코팅막.
13. The method of claim 12,
The thermal conductivity of the coating film is 1 W / mK or less,
Porous coating film.
상기 코팅막의 열용량은 1500kJ/m3K 이하인,
다공성 코팅막.
13. The method of claim 12,
Wherein the coating film has a heat capacity of 1500 kJ / m < 3 &
Porous coating film.
상기 코팅막의 두께는 20 내지 200 um인,
다공성 코팅막.13. The method of claim 12,
Wherein the thickness of the coating film is 20 SIMILAR 200 mu m,
Porous coating film.
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