DE112016003205B9

DE112016003205B9 - Poröse keramische struktur

Info

Publication number: DE112016003205B9
Application number: DE112016003205.6T
Authority: DE
Inventors: Akinobu Oribe; Takahiro Tomita; Hiroharu KOBAYASHI
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: US20180141872A1; JP2018016541A; CN107835796A; JPWO2017010186A1; WO2017010185A1; JPWO2017010185A1; US20180134631A1; US10597336B2; DE112016003205B4; JP6231721B2; CN107835796B; DE112016003197T5; WO2017010186A1; JP2018058758A; JP6220099B2; CN107848899A; US10611696B2; DE112016003205T5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine poröse keramische Struktur. Eine poröse keramische Struktur (10) hat ein poröses keramisches Aggregat (14), das aus einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen (16) konfiguriert ist, und das Verhältnis der Anzahl von Ecken an Stellen, an denen zwei andere poröse keramische Teilchen (16) einer Ecke eines porösen keramischen Teilchens (16) gegenüberliegen in Bezug auf die Anzahl von Ecken der porösen keramischen Teilchen (16), die in dem porösen keramischen Aggregat (14) enthalten sind, ist 80% oder höher.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine poröse keramische Struktur und betrifft insbesondere eine poröse keramische Struktur, die geeignet ist, um eine Reduzierung einer Wärmeleitfähigkeit einer die poröse keramische Struktur enthaltenden Komponente zu erzielen.
Hintergrundtechnik
Als ein Füllstoff, der in ein wärmeisolierendes Material oder einen Film gefüllt ist, wurden Zusammensetzungen und hohle Teilchen und dergleichen in der JP 2010-155 946 A , der JP 2004-010 903 A und der JP 2010-064 945 A beschrieben. Die JP 2010-155 946 A beschreibt
eine härtbare Organopolysiloxan-Zusammensetzung, die in der Lage ist, ein gehärtetes poröses Organopolysiloxanprodukt mit niedriger Wärmeleitfähigkeit zu bilden.
Die JP 2004-010 903 A beschreibt die Bildung eines Films mit niedriger Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung eines Beschichtungsmaterials, in dem hohle Teilchen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Die JP 2010-064 945 A offenbart ein Verfahren, bei dem additive Teilchen auf Oberflächen von Basisteilchen durch eine elektrostatische Interaktion adsorbiert werden, wodurch nanobeschichtete Verbundteilchen hergestellt werden, und weiter eine Herstellung eines Verbundmaterials durch einen gewöhnlichen pulvermetallurgischen Prozess durch Verwendung der Verbundteilchen.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Technologie, die in der JP 2010-155 946 A und der JP 2004-010 903 A beschrieben ist, ist die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit unzureichend. In der in der JP 2010-064 945 A beschriebenen Technologie, da beabsichtigt ist, ein Verbundmaterial durch Pulvermetallurgie herzustellen, wird berücksichtigt, dass feine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser in der Größenordnung von Nanometern (nm) auf die Basisteilchen aufgetragen werden. Daher wird der Abstand zwischen den Basisteilchen gering und auch in diesem Fall ist die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit unzureichend.
Wenn die zu dem Klebstoff hinzugefügten Teilchen klein sind, ist es schwierig, die Teilchen in dem Klebstoff gleichmäßig zu verteilen. Da es weiter notwendig ist, einen Klebstoff, dem Teilchen zuvor hinzugefügt wurden, zu brennen, um einen Massekörper zu bilden, und danach den Klebstoff zum Beispiel auf das Objekt zu bringen, wird es schwierig, den Klebstoff in einen Teilbereich des Objekts zu bringen, und es ist schwierig, den Klebstoff entlang einer komplexen Form aufzubringen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben angeführten Probleme gemacht und hat die Aufgabe, eine poröse keramische Struktur vorzusehen, bei der es möglich ist, eine geringe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, zusammen mit einem Installieren der porösen keramischen Struktur direkt auf einem Objekt unter Verwendung eines Klebstoffs oder Ähnlichem, und es weiter möglich ist, eine Installation eines Massekörpers zu erleichtern.

[1] Eine poröse keramische Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein poröses keramisches Aggregat mit zumindest einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen, wobei ein Prozentsatz der Anzahl von Ecken an Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens zwei anderen porösen keramischen Teilchen gegenüberliegt, in Bezug auf die Anzahl von Ecken der porösen keramischen Teilchen, die in dem porösen keramischen Aggregat enthalten sind, 80% oder mehr ist.
[2] In der vorliegenden Erfindung ist Na/(Nz - Ne) × 100 (%) ≥ 80 (%), wobei Nz eine Gesamtanzahl von Ecken aller porösen keramischen Teilchen ist, die in dem porösen keramischen Aggregat enthalten sind, Na die Anzahl von Ecken an Stellen ist, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens zwei anderen porösen keramischen Teilchen innerhalb des porösen keramischen Aggregats gegenüberliegt, und Ne die Anzahl von Ecken ist, die an einem peripheren Teil des porösen keramischen Aggregats angeordnet sind.
[3] In der vorliegenden Erfindung ist Na/(Nz - Ne) × 100 (%) ≥ 90 (%).
[4] In der vorliegenden Erfindung sind ein Blatt (Sheet) und das auf dem Blatt verbundene poröse keramische Aggregat enthalten.
[5] In der vorliegenden Erfindung ist eine Porosität der porösen keramischen Teilchen vorzugsweise 20% bis 99%.
[6] In der vorliegenden Erfindung haben die porösen keramischen Teilchen vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser von kleiner oder gleich 500 nm.
[7] In der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmeleitfähigkeit der porösen keramischen Teilchen vorzugsweise kleiner als 1,5 W/mK.
[8] In der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmekapazität der porösen keramischen Teilchen vorzugsweise kleiner oder gleich 1000 kJ/m³K.

Dank der porösen keramischen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit zu erzielen, zusammen mit einem Installieren der porösen keramischen Struktur direkt auf einem Objekt unter Verwendung eines Klebstoffs oder dergleichen, und weiter ist es möglich, eine Installation eines Massekörpers zu erleichtern.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine poröse keramische Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein poröses keramisches Aggregat aus einem Typ von planarer Form besteht, 2B ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein poröses keramisches Aggregat aus zwei Typen von planaren Formen besteht, und 2C ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem ein poröses keramisches Aggregat aus drei Typen von planaren Formen besteht;
3A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Anzahl von Ecken an Stellen (Kreuzungspunkte Ca), wo eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens zwei anderen porösen keramischen Teilchen gegenüberliegt, innerhalb des porösen keramischen Aggregats sechs ist und die Anzahl von Ecken an Stellen (Kreuzungspunkte Cb), wo eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens drei anderen porösen keramischen Teilchen gegenüberliegt, eins ist, und 3B ist ein erläuterndes Diagramm, das die Typen von Ecken darstellt, die in 3A gezeigt werden.
4A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Anzahl von Kreuzungspunkten Ca 29 ist und die Anzahl von Kreuzungspunkten Cb eins ist, und 4B ist ein erläuterndes Diagramm, das die Typen von Ecken darstellt, die in 4A gezeigt werden.
5A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem die Anzahl von Kreuzungspunkten Ca null ist und die Anzahl von Kreuzungspunkten Cb neun ist, und 5B ist ein erläuterndes Diagramm, das die Typen von Ecken darstellt, die in 5A gezeigt werden.
6A ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Abstand, der zwischen porösen keramischen Teilchen gebildet ist, schmal ist, 6B ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Abstand, der zwischen porösen keramischen Teilchen gebildet ist, breit ist, und 6C ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Abstand, der zwischen porösen keramischen Teilchen gebildet ist, eine Mischung aus einem schmalen Abstand und einem breiten Abstand ist;
7A ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Neigungswinkel einer Seitenfläche der porösen keramischen Teilchen kleiner oder gleich 45 Grad ist, 7B ist eine Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Neigungswinkel einer Seitenfläche der porösen keramischen Teilchen größer als 45 Grad ist, und 7C ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Definition des Neigungswinkels für einen Fall darstellt, in dem Seitenflächen des porösen keramischen Teilchens gebogen sind;
8 ist ein Prozessdiagramm, das ein erstes Verfahren zum Herstellen der porösen keramischen Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Rakelvorrichtung zeigt;
10 ist ein Prozessdiagramm, das ein zweites Verfahren zum Herstellen der porösen keramischen Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
11A ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die poröse keramische Struktur auf einem Objekt angeordnet wird, 11B ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein Blatt von der porösen keramischen Struktur abgelöst wird, und 11C ist ein Prozessdiagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein Harzmaterial auf das poröse keramischen Aggregat aufgetragen wird, das auf dem Objekt angeordnet ist;
12 ist eine Querschnittsansicht mit teilweiser Weglassung, die einen Massekörper zusammen mit dem Objekt zeigt;
13A ist ein erläuterndes Diagramm mit teilweiser Weglassung, das einen Zustand zeigt, in dem eine Vielzahl von Teilchen in einer Schlämme verteilt sind, gemäß einem herkömmlichen Beispiel, und 13B ist ein erläuterndes Diagramm mit teilweiser Weglassung, das einen Zustand zeigt, in dem die Schlämme getrocknet, gebrannt und zu einem Massekörper verfestigt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ein Beispiel einer porösen keramischen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 13B beschrieben. In der vorliegenden Spezifikation wird das Tilde-Symbol „~“, das einen numerischen Bereich angibt, mit der Implikation verwendet, dass die vor und nach dem Tilde-Symbol geschriebenen numerischen Werte darin als ein unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert des numerischen Bereichs enthalten sind.
Wie zum Beispiel in 1 gezeigt, umfasst die poröse keramische Struktur 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Blatt 12 und ein poröses keramisches Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist. Das poröse keramische Aggregat 14 umfasst eine Vielzahl von getrennten porösen keramischen Teilchen 16. In diesem Fall impliziert der Begriff „verbunden (bonded)“, dass ein Element in einem ablösbaren Zustand befestigt ist, und bezieht sich auf einen Zustand, in dem der befestigte Zustand aufgrund von Änderungen gelöst wird, die im Laufe der Zeit oder durch Hinzufügen externer Faktoren auftreten, wodurch ein verbundenes Objekt getrennt wird. Demgemäß ist ein Zustand, in dem das Objekt durch eine Haftkraft befestigt ist, und auch ein Zustand, in dem das Objekt vorübergehend an einer Verbindungsfläche fest befestigt ist, enthalten. Das Blatt 12 und das poröse keramischen Aggregat 14 können unter Verwendung eines spezialisierten Materials, wie Klebstoff oder dergleichen, zwischen dem Blatt 12 und dem porösen keramischen Aggregat 14 miteinander verbunden sein.
Der Begriff „porös“ kann sich auf einen Zustand beziehen, der weder dicht noch hohl ist, sowie einen Zustand, der aus einer Vielzahl von Poren oder Körnern besteht. Darüber hinaus bezieht sich der Begriff „dicht“ auf einen Zustand, in dem eine Vielzahl von feinen Körnern ohne Lücken verbunden sind und keine Poren haben. Der Begriff „hohl“ bezieht sich auf einen Zustand, in dem das Innere hohl ist und in dem ein äußerer Hüllenteil davon dicht ist.
Die porösen keramischen Teilchen 16 haben vorzugsweise ein Aspektverhältnis von größer oder gleich 3. Bevorzugter ist das Aspektverhältnis größer oder gleich 5 und noch bevorzugter größer oder gleich 7. In diesem Fall ist das Aspektverhältnis durch die Maximallänge La dividiert durch die Minimumlänge Lb oder La/Lb definiert. In diesem Fall bezieht sich die Maximallänge La auf eine Maximallänge auf einer breitesten Oberfläche (in diesem Fall eine einzelne Hauptoberfläche 16a) aus der Vielzahl von Oberflächen, die die porösen keramischen Teilchen 16 bilden. Unter der Annahme, dass die breiteste Oberfläche ein Quadrat, ein Rechteck, ein Trapez, ein Parallelogramm oder ein Polygon (Pentagon, Hexagon usw.) ist, entspricht die Maximallänge La der Länge einer längsten Diagonale, während, wenn die breiteste Oberfläche kreisförmig ist, die Maximallänge La der Länge eines Durchmessers entspricht, und wenn die breiteste Oberfläche eine Ellipse ist, entspricht die Maximallänge La der Länge einer Hauptachse der Ellipse. Andererseits, wie in 1 gezeigt, bezieht sich die Minimumlänge Lb auf die Dicke ta der porösen keramischen Teilchen 16.
Die Minimumlänge Lb ist vorzugsweise 50 ~ 500 µm, bevorzugter 55 ~ 400 µm, noch bevorzugter 60 ~ 300 µm und besonders bevorzugt 70 - 200 µm.
Was das Blatt 12 betrifft, kann zum Beispiel ein Blatt aus Harz oder ein Film mit einer Haftfestigkeit verwendet werden, und ein Blatt oder ein Film ist bevorzugt, das/der aufgrund von temporären Veränderungen oder aufgrund äußerer Faktoren, wie Wärme, Elektrizität, externer Kräfte oder dergleichen, ablösbar wird.
Das poröse keramische Aggregat 14 wird als ein Massekörper 20 auf einem Objekt 22 angeordnet, indem es mit einem Harzmaterial 18 (Matrix), wie einem Klebstoff, beschichtet wird, wie später beschrieben wird (siehe 11C und 12).
In diesem Fall, anstatt einzelne poröse keramische Teilchen 16 auf dem Objekt 22 anzuordnen, ist es einfacher, zusammen eine Vielzahl der porösen keramischen Teilchen 16 zusammen auf das Objekt 22 zu bringen, was es auch erleichtert, die Abstände zwischen den porösen keramischen Teilchen 16 zu steuern.
Eine planare Form des porösen keramischen Aggregats 14, wie von der oberen Oberfläche aus betrachtet, ist vorzugsweise die gleiche wie die planare Form von der oberen Oberfläche eines Bereichs des Objekts 22 aus betrachtet, wo das poröse keramische Aggregat 14 angeordnet werden soll (im Folgenden als ein Installationsbereich des Objekts 22 bezeichnet). In diesem Fall ist der Installationsbereich des Objekts 22 ein Konzept, das einen Teil des Objekts 22 enthält. Der oben verwendete Begriff „gleich“ umfasst einen Fall, in dem er vollständig derselbe ist, oder einen Fall, bei dem er ähnlich ist zu der planaren Form des Installationsbereichs des Objekts 22. In diesem Fall impliziert die ähnliche Beziehung eine Form, die durch Vergrößern der planaren Form des Installationsbereichs des Objekts 22 um das 1,1 ~ 2,0-fache erlangt wird, oder eine Form, die durch Reduzieren einer solchen planaren Form um das 1,1 ~ 2,0 -fache erlangt wird. Gemäß diesem Merkmal kann eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf Objekte 22 verschiedener Formen überführt werden, ohne einen Materialverlust (einen Verlust der porösen keramischen Teilchen 16) zu verursachen.
Weiter kann in der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16, die in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthalten sind, zumindest ein poröses keramischen Teilchen 16 existieren, für das die planare Form, wie von dessen oberer Oberfläche betrachtet, eine polygonale planare Form ist, die von einer Vielzahl von geraden Linien 24 umgeben ist (siehe 2A bis 5B). Die planaren Formen aller porösen keramischen Teilchen 16 können in der Form von polygonalen Formen sein, umgeben von einer Vielzahl von geraden Linien 24.
Zum Beispiel, wie in 2A gezeigt, kann ein Typ einer planaren Form verwendet werden, oder wie in 2B gezeigt, können zwei Typen von planaren Formen verwendet werden. Weiter, wie in 2C gezeigt, können drei Typen von planaren Formen verwendet werden.
In dem Beispiel von 2A wird ein Fall gezeigt, in dem die planaren Formen aller porösen keramischen Teilchen 16 vierseitige Formen sind. In dem Beispiel von 2B wird ein Fall gezeigt, in dem das poröse keramische Aggregat 14 durch eine Kombination von vierseitigen Formen und dreiseitigen Formen gebildet ist, und ein Beispiel wird gezeigt, bei dem sechs dreiseitige Formen an einer Innenseite und sechs vierseitige Formen an einer Außenseite angeordnet sind. In 2C wird ein Fall gezeigt, in dem das poröse keramische Aggregat 14 durch eine Kombination von dreiseitigen Formen, vierseitigen Formen und einer fünfeckigen Form gebildet ist, und ein Beispiel wird gezeigt, in dem eine fünfeckige Form, zwei dreiseitige Formen und fünf vierseitige Formen darauf angeordnet sind.
Weiter, wie in den 3A und 4A gezeigt, kann aus der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16, die in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthalten sind, ein Prozentsatz der porösen keramischen Teilchen 16, einschließlich einer Kurve 26 in den planaren Formen davon, wie von der oberen Oberfläche aus betrachtet, größer als 0% und kleiner oder gleich 50% sein.
Wenn die planaren Formen nur linear sind, tendieren die porösen keramischen Teilchen 16 dazu, bei einem Überführen der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf das Objekt 22 leicht verschoben zu werden. Als eine Folge der Kurven 26, die teilweise innerhalb des porösen keramischen Aggregats 14 vorhanden sind, ist es unwahrscheinlich, dass eine solche Verschiebung auftritt, und es wird auch möglich, die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 gleichmäßig auf das Objekt 22 zu überführen.
In dem Fall eines Bestimmens des Prozentsatzes der porösen keramischen Teilchen 16 einschließlich einer Kurve 26 in deren planarer Form, wie von der oberen Oberfläche aus betrachtet, kann ein solcher Prozentsatz durch Zählen der Gesamtanzahl Np von porösen keramischen Teilchen 16 auf dem Blatt 12 und der Gesamtanzahl Nw von porösen keramischen Teilchen 16 einschließlich einer Kurve 26 in der planaren Form davon, und dann Durchführen der Berechnung (Anzahl Nw/Anzahl Np) × 100 (%) bestimmt werden.
In 3A sind die planaren Formen von sieben der porösen keramischen Teilchen 16 (die porösen keramischen Teilchen 16, die in 3A durch (1) bis (7) angegeben sind) aus neun solcher poröser keramischer Teilchen 16 eine vierseitige Form, während die planaren Formen der verbleibenden zwei porösen keramischen Teilchen 16 (die porösen keramischen Teilchen 16, die in 3A durch (8) und (9) angegeben werden) jeweils Kurven 26 darin haben. In 4A sind die planaren Formen von achtzehn der porösen keramischen Teilchen 16 (die porösen keramischen Teilchen 16, die in 4A durch (3) bis (14), (16) bis (18) und (20) bis (22) angegeben werden) aus vierundzwanzig solcher poröser keramischer Teilchen 16 eine vierseitige Form, während die planaren Formen der verbleibenden sechs porösen keramischen Teilchen 16 (die porösen keramischen Teilchen 16, die in 4A durch (1), (2), (15), (19), (23) und (24) angegeben werden) jeweils Kurven 26 darin haben.
Ein Prozentsatz Fa ist definiert als die Anzahl von Ecken an Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt, in Bezug auf die Anzahl von Ecken der porösen keramischen Teilchen 16, die in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthalten sind. Fa ist vorzugsweise 80% oder mehr. Bevorzugter ist Fa 90% oder mehr. Der Begriff „gegenüberliegen“ gibt eine Situation an, in der Ecken einander mit oder ohne einem Zwischenraum dazwischen gegenüberliegen. Der Begriff „Ecke“ bezeichnet einen gebogenen Teil der planaren Form, wie von der oberen Oberfläche der porösen keramischen Teilchen 16 aus betrachtet. Insbesondere bezeichnet der Begriff „Ecke“ einen gebogenen Teil, der eine Stelle darstellt, an der sich Linien treffen, die den Umriss der planaren Form bilden, wobei eine Linie und eine Kurve den Umriss der planaren Form bilden, und Kurven, die den Umriss der planaren Form bilden, aufeinander treffen, wobei die Stelle gebogen ist.
Eine Stelle, an der eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt, ist eine Dreiwegekreuzung, wie mit einem Kreuzungspunkt Ca gezeigt. An einer Vierwegekreuzung als Kreuzungspunkt Cb liegt eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 drei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüber.
Ein Prozentsatz Fa wird wie folgt bestimmt. Es wird angenommen, dass eine Gesamtanzahl von Ecken aller porösen keramischen Teilchen 16, die in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthalten sind, Nz ist; die Anzahl von Ecken an Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 (die Anzahl von Ecken, die in allen Kreuzungspunkten Ca enthalten sind) innerhalb des porösen keramischen Aggregats 14 gegenüberliegt, Na ist; und die Anzahl von Ecken, die sich auf einem peripheren Teil des porösen keramischen Aggregats 14 befinden, Ne ist. Fa wird mit folgender Gleichung bestimmt: $Fa = Na / (Nz - Ne) \times 100 (%) .$
In den 3B, 4B und 5B sind Ecken, die als Na gezählt werden, mit „◯“ bezeichnet, und Ecken, die als Ne gezählt werden, mit „•“ bezeichnet. Ecken, die mit „△“ bezeichnet sind, sind wie die Kreuzungspunkte Cb in den 3A, 4A und 5A diejenigen, die in den Kreuzungspunkten enthalten sind, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 drei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt. Daher werden alle Ecken, die mit „◯“, „•“ „△“ bezeichnet sind, als Nz gezählt.
In dem Fall des porösen keramischen Aggregats 14 der 3A und 3B gibt es sechs Kreuzungspunkte Ca und einen Kreuzungspunkt Cb und somit ist die Gesamtanzahl der Kreuzungspunkte Ca und Cb sieben. In diesem Beispiel, wie in 3B gezeigt, ist Nz = 37, Ne = 20 und Na = 13, wobei der Prozentsatz Fa gleich 76% ist. In dem Fall des porösen keramischen Aggregats 14 der 4A und 4B gibt es 29 Kreuzungspunkte Ca und einen Kreuzungspunkt Cb und somit ist die Gesamtanzahl der Kreuzungspunkte Ca und Cb 30. In diesem Beispiel ist Nz = 96, Ne = 34 und Na = 58, wobei der Prozentsatz Fa gleich 94% ist.
Zum Vergleich zeigen die 5A und 5B ein poröses keramisches Aggregat 14, das nur Kreuzungspunkte umfasst, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 drei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt. In diesem Beispiel sind nur die Kreuzungspunkte Cb vorhanden und die Anzahl von Kreuzungspunkten Cb ist neun. Da es keine Ecken gibt, die dem Kreuzungspunkt Ca (Na = 0) entsprechen, ist der Prozentsatz Fa gleich 0%.
Das heißt, wenn die Anzahl der Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt, zunimmt, erhöht sich die Anzahl von Kreuzungspunkten Ca und Cb. Selbst wenn eine Oberfläche des Objekts 22 eine gekrümmte Oberfläche ist oder erhabene und vertiefte Teile umfasst, können mehrere poröse keramische Teilchen 16 in Übereinstimmung mit der Form der Oberfläche des Objekts 22 angeordnet werden. Zusätzlich, da ein Zustand erlangt wird, in dem Passagen zwischen gegenüberliegenden porösen keramischen Teilchen 16 sich kompliziert verzweigen, ist es unwahrscheinlich, dass eine Wärmeübertragung durch das Harzmaterial 18 stattfindet, und die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit kann begünstigt werden.
In den Beispielen der 5A und 5B, da zumindest vier Ecken an den Kreuzungspunkten Cb zusammenkommen und es keinen Kreuzungspunkt Ca gibt und somit die Anzahl von Kreuzungspunkten insgesamt abnimmt, ist es wahrscheinlich, dass ein peripherer Teil, insbesondere eine Ecke, der porösen keramischen Teilchen 16 „schwimmend“ ist. Folglich besteht die Möglichkeit, dass die porösen keramischen Teilchen 16 abgelöst werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind andererseits mehrere poröse keramische Teilchen 16 in Übereinstimmung mit der Form der Oberfläche des Objekts 22 angeordnet und somit besteht nicht die Möglichkeit, dass die porösen keramischen Teilchen 16 abgelöst werden.
Wie in 2B gezeigt, kann das poröse keramischen Aggregat 14 einen Teil 27 umfassen, in dem fünf oder mehr poröse keramische Teilchen 16 angeordnet sind, wobei jeweils eine Spitze den anderen gegenüberliegt. Aufgrund dessen wird die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 einfach entlang einer Oberflächenform des Objekts 22 angeordnet, selbst wenn gekrümmte Oberflächen oder Unregelmäßigkeiten lokal auf der Oberfläche des Objekts 22 ausgebildet sind.
Es ist bevorzugt, dass der Abstand d (siehe 6A bis 6C), der zwischen angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16 ausgebildet ist, größer oder gleich 0,1 µm und kleiner oder gleich 10 µm ist. Demgemäß ist es einfach, die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf das Objekt 22 zu überführen, und darüber hinaus wird es möglich, die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 gleichmäßig auf das Objekt 22 zu überführen. In diesem Fall bezieht sich der Abstand d auf einen schmalsten Abstand aus den Abständen zwischen angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16. Insbesondere ist bei dem Abstand d, der in 6A gezeigt ist, und dem Abstand d, der in 6B gezeigt ist, der in 6A gezeigte Abstand d schmal und der in 6B gezeigte Abstand d breit. Andererseits wird in dem Fall, in dem ein breiter Abstand db und ein schmaler Abstand da gemischt werden, wie bei den in 6C gezeigten Abständen d, der schmale Abstand da als der Abstand d zwischen den porösen keramischen Teilchen 16 definiert. Ein solcher Abstand d wird erlangt durch Messen, mit einem optischen Mikroskop, des Raums zwischen angrenzenden der porösen keramischen Teilchen 16 in dem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist.
Wie in 7A gezeigt, ist bei den angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16 der Neigungswinkel θ der Seitenfläche von einem der porösen keramischen Teilchen 16 vorzugsweise kleiner oder gleich 45 Grad in Bezug auf eine Normallinie 28, die normal zu dem Blatt 12 ist, d.h. größer oder gleich 0 Grad und kleiner oder gleich 45 Grad und bevorzugter größer als 0 Grad und kleiner oder gleich 45 Grad. In dem Fall, dass die Seitenflächen von angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16 parallel zueinander liegen, und wenn der Neigungswinkel θ größer als 45 Grad ist, wie in 7B gezeigt, können Fälle auftreten, in denen die Peripherien der porösen keramischen Teilchen 16 abgeschlagen werden und Fragmente 17 verstreut werden. Insbesondere, durch Setzen des Neigungswinkels θ auf größer oder gleich 0 Grad und kleiner oder gleich 45 Grad, wenn eine Vielzahl der porösen keramischen Teilchen 16 auf das Objekt 22 überführt werden, oder wenn die poröse keramische Struktur 10 gehandhabt wird, ist es unwahrscheinlich, dass die porösen keramischen Teilchen 16 Sprünge oder Abplatzungen bekommen, und es gibt nur wenig Schaden bei der Bildung des Massekörpers 20. Weiter kann der oben genannte Neigungswinkel θ auch die Bedeutung einer vertikalen Ebene umfassen. Der Neigungswinkel θ wird erlangt durch Messen mit einem optischen Mikroskop des Neigungswinkels θ zwischen angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16 in dem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist.
Darüber hinaus ist der zwischen angrenzenden porösen keramischen Teilchen 16 gebildete Abstand nicht notwendigerweise ein linearer Abstand. Zum Beispiel, wie in 7C gezeigt, können auch Fälle auftreten, bei denen ein Teil des Abstands gebogen ist (in einer konvexen Form gebogen oder in einer konkaven Form gebogen). In einem solchen Fall, wenn in einem vertikalen Querschnitt des porösen keramischen Teilchens 16 betrachtet, wird der Neigungswinkel θ durch den Winkel definiert, der zwischen einer geraden Linie Lx, die das obere Ende und das untere Ende der Seitenfläche des porösen keramischen Teilchens 16 verbindet, und der Normallinie 28, die normal zu dem Blatt 12 ist, gebildet ist.
Weiter unterscheiden sich die Anzahldichten der porösen keramischen Teilchen 16 vorzugsweise je nach Stelle in dem porösen keramischen Aggregat 14. Weiter sind die Größen von jeweiligen planaren Formen der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 vorzugsweise unterschiedlich.
Zum Beispiel ist in einem Bereich, in dem die Oberfläche des Objekts 22 flach ist, die Anzahldichte klein (die Größe der porösen keramischen Teilchen 16 ist groß), und in einem Bereich, in dem die Oberfläche des Objekts 22 eine gekrümmte Oberfläche ist und innerhalb der umgebenden Umgebung, ist die Anzahldichte groß (die Größe der porösen keramischen Teilchen 16 ist klein). Wenn somit die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf das Objekt 22 überführt wird, ist es möglich, die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 in der folgenden Beziehung zu der Oberfläche des Objekts 22 anzuordnen.
Das Verhältnis des Maximalwerts und des Minimumwerts der Anzahldichte (maximale Anzahldichte/minimale Anzahldichte) ist vorzugsweise größer als 1,2.
Die Anzahldichte kann auf folgende Weise berechnet werden. Insbesondere werden in dem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist, zehn beliebige Sichtfelder mit einem optischen Mikroskop betrachtet, und die Anzahl der in jedem Sichtfeld enthaltenen porösen keramischen Teilchen 16 wird gemessen. In Bezug auf jedes dieser Sichtfelder kann zum Beispiel ein quadratischer Bereich von 3 mm x 3 mm angenommen werden.
Zusätzlich wird durch Dividieren der Anzahl der in jedem gemessenen Sichtfeld enthaltenen porösen keramischen Teilchen 16 durch die Fläche des Sichtfelds (= 9 mm²) die Anzahldichte pro Flächeneinheit (Anzahl/mm²) berechnet. Durch Vergleichen der Anzahldichten, die den zehn einzelnen Sichtfeldern entsprechen, werden die maximale Anzahldichte und die minimale Anzahldichte extrahiert, und das Verhältnis davon (maximale Anzahldichte/minimale Anzahldichte) wird berechnet.
Weiter ist das Verhältnis (Maximalwert/Minimumwert) des Maximalwerts und des Minimumwerts der Größen der planaren Formen der porösen keramischen Teilchen 16 vorzugsweise größer als 1,2.
Die Größen der planaren Formen der porösen keramischen Teilchen 16 können auf die folgende Weise berechnet werden. Insbesondere werden in dem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist, zehn beliebige Sichtfelder jeweils mit einem optischen Mikroskop betrachtet. Zusätzlich werden für jedes Sichtfeld fünf beliebige gerade Linien gezogen und die Länge der Liniensegmente innerhalb der porösen keramischen Teilchen 16, die die geraden Linien kreuzen, wird gemessen und ein Durchschnittswert davon wird verwendet, um die Größe der porösen keramischen Teilchen 16 innerhalb des Sichtfelds zu repräsentieren. Die Größen der porösen keramischen Teilchen 16 innerhalb der zehn Sichtfelder werden verglichen, ein Maximalwert und ein Minimumwert der Größen der porösen keramischen Teilchen 16 werden extrahiert und das Verhältnis davon (Maximalwert/Minimumwert) wird berechnet.
Eine Dicke ta (siehe 7A) der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16, die in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthalten sind, ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1000 µm, und eine Variation der Dicke ta ist vorzugsweise kleiner oder gleich 10 %. Die Dicke ta kann unter Verwendung einer Konstantdruck-Dickenmessvorrichtung oder dergleichen gemessen werden.
In Übereinstimmung mit diesem Merkmal, wie in den 11C und 12 gezeigt, wenn das poröse keramische Aggregat 14 vollständig mit einem Harzmaterial 18 (Matrix) bedeckt ist, wie einem Klebstoff oder dergleichen, um den Massekörper 20 zu bilden, wird ein Beschichten des gesamten porösen keramischen Aggregats 14 mit dem Harzmaterial 18 erleichtert, und es wird einfach, die Dicke des Harzmaterials 18 auf Teilen der porösen keramischen Teilchen 16 gleichmäßig zu machen. Dies trägt auch zu einer geringeren Wärmeleitfähigkeit des Massekörpers 20 bei.
Die Porosität der porösen keramischen Teilchen 16 ist vorzugsweise 20% ~ 99%. Die Poren umfassen zumindest eines aus geschlossenen Poren und offenen Poren und können sowohl geschlossene Poren als auch offene Poren umfassen. Weiter kann die Form der Poren, d.h. eine Oberflächenform ihrer Öffnungen, eine beliebige Form haben, einschließlich einer quadratischen Form, einer vierseitigen Form, einer dreiseitigen Form, einer hexagonalen Form, einer kreisförmigen Form usw. oder einer unregelmäßigen Form.
Der durchschnittliche Porendurchmesser ist vorzugsweise kleiner oder gleich 500 nm und bevorzugter 10 ~ 500 nm. Diese Dimension verhindert effektiv das Auftreten von Gitterschwingungen (Phononen), die eine Hauptursache für die Wärmeleitfähigkeit sind.
Die porösen keramischen Teilchen 16 haben eine Struktur, bei der feine Körner in drei Dimensionen verbunden sind. Ein Korndurchmesser der feinen Körner ist vorzugsweise 1 nm ~ 5 µm. Bevorzugter ist der Korndurchmesser 50 nm ~ 1µm. Die porösen keramischen Teilchen 16, die aus feinen Körnern mit einem solchen Korngrößenbereich bestehen, erreichen effektiv eine geringe Wärmeleitfähigkeit, da das Auftreten von Gitterschwingungen (Phononen), die eine Hauptursache für Wärmeleitung sind, verhindert wird. Die feinen Körner können ein Korn sein, das aus einem kristallinen Korn (eines einkristallinen Korns) besteht, oder ein Korn, das aus einer großen Anzahl von kristallinen Körnern (ein polykristallines Korn) besteht. Anders ausgedrückt sind die porösen keramischen Teilchen 16 vorzugsweise Ansammlungen von feinen Körnern mit Korndurchmessern, die innerhalb der oben angeführten Bereiche liegen. Der Korndurchmesser der feinen Körner wird bestimmt durch Messen, aus einem Bild einer elektronischen mikroskopischen Betrachtung, der Größe (ein Durchmesser in dem Fall von sphärischen Körnern oder ansonsten ein maximaler Durchmesser) eines Korns der Korngruppen, die ein Gerüst der porösen keramischen Teilchen 16 darstellen.
Die Wärmeleitfähigkeit der porösen keramischen Teilchen 16 ist vorzugsweise kleiner als 1,5 W/mK, bevorzugter kleiner oder gleich 0,7 W/mK, noch bevorzugter kleiner oder gleich 0,5 W/mK und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,3 W/mK.
Die Wärmekapazität der porösen keramischen Teilchen 16 ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1000 kJ/m³K, bevorzugter kleiner oder gleich 900 kJ/m³K, noch bevorzugter kleiner oder gleich 800 kJ/m³K, und besonders bevorzugt kleiner als 500 kJ/m³K.
Das Material, aus dem die porösen keramischen Teilchen 16 bestehen, enthält vorzugsweise ein Metalloxid und besteht vorzugsweise nur aus einem Metalloxid. Dies aufgrund dessen, dass, wenn ein solches Metalloxid darin enthalten ist, die Wärmeleitfähigkeit niedriger ist aufgrund der Tatsache, dass die lonenbindungseigenschaft zwischen Metall und Sauerstoff stärker ist als in dem Fall eines Nichtoxids (z.B. ein Carbid oder Nitrid) eines Metalls.
In diesem Fall ist das Metalloxid vorzugsweise ein Oxid eines Elements oder ein Verbundoxid von zwei oder mehr Elementen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zr, Y, AI, Si, Ti, Nb, Sr, La, Hf, Ce, Gd, Sm, Mn, Yb, Er und Ta. Dies aufgrund dessen, dass, wenn das Metalloxid ein Oxid oder ein Verbundoxid solcher Elemente ist, eine Wärmeleitung aufgrund von Gitterschwingungen (Phononen) unwahrscheinlich ist.
Spezifische Beispiele des Materials umfassen ZrO₂-Y₂O₃, zu dem Gd₂O₃, Yb₂O₃, Er₂O₃, usw. hinzugefügt wird. Weitere spezifische Beispiele dafür 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, Y2Ti207, LaTa₃O₉, Yb₂Si₂O₇, Y₂Si₂O₇, Ti₃O₅, und dergleichen sein.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 ein erstes Herstellungsverfahren und ein zweites Herstellungsverfahren zur Herstellung der porösen keramischen Struktur 10 beschrieben.
Zuerst wird das erste Herstellungsverfahren beschrieben. Zuerst wird in Schritt S1 von 8 ein porenbildendes Mittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher und ein Lösungsmittel zu einem Materialpulverbestandteil der oben angeführten porösen keramischen Teilchen 16 hinzugefügt und damit vermischt, um eine Gießschlämme 36 herzustellen (siehe 9).
Danach wird in Schritt S2 die Gießschlämme 36 einer Vakuumentschäumungsbehandlung unterzogen, wodurch die Viskosität der Schlämme angepasst wird, gefolgt von einem Foliengießen, um einen Gusskörper 30 herzustellen (grünes Blatt, grüner Körper) (Herstellungsschritt grüner Körper). Zum Beispiel, wie in 9 gezeigt, wird die Gießschlämme 36 auf eine Polyesterfolie 34 eines Keramik-Ablösetyps einer Rakelvorrichtung 32 aufgebracht, und der Gusskörper 30 (grünes Blatt) wird durch eine Rakel 38 hergestellt, so dass eine Dicke davon nach einem Brennen eine spezifizierte Dicke hat.
Danach wird in Schritt S3 von 8 der Gusskörper 30 (grünes Blatt) von der Polyesterfolie 34 getrennt und aufgenommen. Da die Oberfläche des Polyesterfilms 34 des Keramik-Ablösetyps eine Spiegelfläche ist, von unter der Oberfläche des Gusskörpers 30, wird auch die Oberfläche, von der der Polyesterfilm 34 abgelöst wurde (im Folgenden als eine abgelöste Oberfläche 30a bezeichnet) eine Spiegelfläche.
Danach wird in Schritt S4 der abgenommene Gusskörper 30 gebrannt, wodurch ein blattförmiger gesinterter Körper 40 erlangt wird (Brennschritt). Dann wird in Schritt S5 der gesinterte Körper 40 auf das Blatt 12 geklebt bzw. gebondet (Verbindungsschritt). Wie oben angeführt, ist die abgelöste Oberfläche 30a des Gusskörpers 30 in der Form einer Spiegelfläche, und daher ist auch eine Endfläche 40a des gesinterten Körpers 40 (die Oberfläche der abgelösten Oberfläche 30a) nach dem Brennprozess ebenfalls in der Form einer Spiegelfläche. Demgemäß wird der gesinterte Körper 40 durch Verbinden (bonding) der Endfläche 40a des gesinterten Körpers 40 mit dem Blatt 12 fest mit dem Blatt 12 verbunden.
Dann wird in Schritt S6 der gesinterte Körper 40 in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 unterteilt (Teilungsschritt). Folglich wird eine poröse keramische Struktur 10 mit einem Blatt 12 und einem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist und aus einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 besteht, erlangt. Eine Oberflächenmodifikationsbehandlung kann an dem gesinterten Körper 40 nach dem Brennschritt durchgeführt werden oder kann an den porösen keramischen Teilchen 16 nach dem Teilungsschritt durchgeführt werden. Solch eine Oberflächenmodifikationsbehandlung ist eine Behandlung (hauptsächlich eine Behandlung, um eine Permeation des Harzmaterials unwahrscheinlich zu machen) zum Steuern des Eindringungsgrades des Harzmaterials 18 (Matrix: siehe 11C und 12), wie ein Klebstoff oder dergleichen, in die porösen keramischen Teilchen 16.
Der oben beschriebene Teilungsschritt in Schritt S6 teilt den gesinterten Körper 40 in eine Vielzahl von kleinen Stücken oder, anders ausgedrückt, eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16. Natürlich kann in dem Teilungsschritt eine solche Teilung durch verschiedene Verfahren ausgeführt werden. Zum Beispiel kann ein Messer gegen den gesinterten Körper 40 gedrückt werden, um den gesinterten Körper 40 in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 zu schneiden (teilen), oder der gesinterte Körper 40 kann mit einem Laser in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 geschnitten werden, oder dergleichen. In diesem Fall wird aufgrund der Tatsache, dass der gesinterte Körper 40 fest mit dem Blatt 12 verbunden ist, wenn eine Teilung durchgeführt wird, ein Ablösen des gesinterten Körpers 40 und der porösen keramischen Teilchen 16 von dem Blatt 12 verhindert.
Im Folgenden wird das zweite Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. In dem zweiten Herstellungsverfahren werden in den Schritten S101 bis S103 auf die gleiche Weise wie in den oben angeführten Schritten S1 bis S3 eine Vorbereitung der Gießschlämme 36, eine Herstellung des Gusskörpers 30 und eine Aufnahme des Gusskörpers 30 durchgeführt.
Danach werden in Schritt S104 durch Ausführen einer Laserbearbeitung oder einer Pressbearbeitung eine Vielzahl von Schnittlinien (Schnitte) 42 von der oberen Oberfläche des Gusskörpers 30 gebildet.
Danach wird in den Schritten S105 bis S107 auf die gleiche Weise wie in den oben angeführten Schritten S4 bis S6 der aufgenommene Gusskörper 30 gebrannt, wodurch ein blattförmiger gesinterter Körper 40 erlangt wird. Zusätzlich wird der gesinterte Körper 40 auf das Blatt 12 geklebt und in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 unterteilt.
Somit wird eine poröse keramische Struktur 10 mit einem Blatt 12 und einem porösen keramischen Aggregat 14, das mit dem Blatt 12 verbunden ist und aus einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 besteht, erlangt. Darüber hinaus kann auch in dem zweiten Herstellungsverfahren eine Oberflächenmodifikationsbehandlung an dem gesinterten Körper 40 nach dem Brennschritt durchgeführt werden, oder kann an den porösen keramischen Teilchen 16 nach dem Teilungsschritt durchgeführt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines einzelnen Massekörpers 20 unter Verwendung der porösen keramischen Struktur 10 unter Bezugnahme auf die 11A bis 11C und 12 beschrieben.
Zuerst, wie in 11A gezeigt, wird ein Klebstoff 44 auf das Objekt 22 aufgebracht. Die poröse keramische Struktur 10 wird auf dem Klebstoff 44 platziert, der auf das Objekt 22 aufgebracht wurde. In diesem Fall wird die poröse keramische Struktur 10 in einer solchen Weise angeordnet, dass der Klebstoff 44 auf dem Objekt 22 und das poröse keramischen Aggregat 14 einander gegenüberliegen.
Dann, wie in 11B gezeigt, zum Beispiel, wird das Blatt 12 erwärmt und das Blatt 12 wird abgelöst, wodurch das poröse keramischen Aggregat 14 auf den Klebstoff 44 des Objekts 22 überführt wird.
Danach, wie in den 11C und 12 gezeigt, wird das poröse keramische Aggregat 14 vollständig mit einem Harzmaterial 18 (Matrix) beschichtet, wie einem Klebstoff oder dergleichen, wodurch der Massekörper 20 gebildet wird. Insbesondere wird der Massekörper 20 an dem Objekt 22 installiert.
Herkömmlicherweise, wie in 13A gezeigt, da zu einer Schlämme 50 hinzugefügte Teilchen 52 klein sind, ist es schwierig, die Teilchen 52 in der Schlämme 50 gleichmäßig zu verteilen. Wenn somit, wie in 13B gezeigt, die Schlämme 50 zu einem Massekörper 54 verfestigt wird, existieren aufgrund der Tatsache, dass die Vielzahl von Teilchen 52 bei einem Verfestigen der Schlämme 50 nicht gleichmäßig in dem Klebstoff 56 verteilt sind, viele Bereiche 58, in denen nur der Klebstoff 56 vorhanden ist, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als die der Teilchen 52, und somit ist die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit des Massekörpers 54 unzureichend.
Im Gegensatz dazu wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die poröse keramische Struktur 10, die das poröse keramischen Aggregat 14 enthält, das aus der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 besteht, die mit dem Blatt 12 verbunden sind, auf dem Objekt 22 angeordnet. Danach wird das Blatt 12 abgelöst und das poröse keramische Aggregat 14 wird auf das Objekt 22 überführt. Dann wird das poröse keramische Aggregat 14 mit dem Harzmaterial 18 (Matrix), wie einem Klebstoff oder dergleichen, beschichtet, um dadurch den Massekörper 20 zu bilden.
Daher ist es möglich, die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 in dem Harzmaterial 18 gleichmäßig zu verteilen und anzuordnen. Zusätzlich kann, da Bereiche kleiner sind, die nur aus dem Harzmaterial 18 bestehen, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als die porösen keramischen Teilchen 16, die Wärmeleitfähigkeit des Massekörpers 20 unterdrückt werden und niedrig bleiben.
Darüber hinaus kann die Wärmeleitfähigkeit in dem Massekörper 20 ausgeglichen werden, es besteht keine Notwendigkeit, den Massekörper 20 entsprechend der Stelle, an der der Massekörper 20 installiert ist, zu verändern oder zu modifizieren, der Vorgang des Anordnens des Massekörpers 20 kann vereinfacht werden, und die Anzahl der hierfür erforderlichen Schritte kann reduziert werden.
Da der gesinterte Körper 40, der mit dem Blatt 12 verbunden ist, in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 unterteilt wird, im Gegensatz zu dem Fall der herkömmlichen Technik, kann weiter eine Vielzahl der porösen keramischen Teilchen 16 gleichmäßig auf dem Objekt 22 angeordnet werden. Auch in dem Fall, dass die Oberfläche des Objekts 22 eine unregelmäßige Form (verzogen oder dergleichen) oder eine gekrümmte Oberfläche hat, kann die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 einfach entlang einer Oberflächenform des Objekts 22 angeordnet werden, und die Gestaltungsfreiheit kann vergrößert werden. Da die poröse keramische Struktur 10 aus dem Blatt 12 und dem porösen keramischen Aggregat 14 besteht, das die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 hat, die mit dem Blatt 12 verbunden sind, wird weiter eine Handhabung der porösen keramischen Struktur 10 erleichtert, während zusätzlich der Vorgang des Überführens der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf das Objekt 22 vereinfacht ist. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf ein Vereinfachen des Herstellungsprozesses.
Vorzugsweise ist die Haftfestigkeit (JIS Z0237) des Blatts 12 größer oder gleich 1,0 N/10 mm, die Zugdehnung (JIS K7127) des Blatts 12 ist größer oder gleich 0,5% und die Dicke des Blatts 12 ist kleiner oder gleich 5 mm. Folglich können die folgenden Effekte erlangt werden.

(a) Je höher die Haftfestigkeit ist, umso fester können die porösen keramischen Teilchen 16 befestigt werden.
(b) Wenn die Zugdehnung zunimmt, ist es möglich, der gekrümmten Oberfläche zu folgen.
(c) Wenn die Dicke davon dünner ist, wird es leichter, der gekrümmten Oberfläche zu folgen.

Detaillierter zeigt die Haftfestigkeit des Blatts 12 die folgenden Eigenschaften. Insbesondere ist die Haftfestigkeit an dem Zeitpunkt, an dem die porösen keramischen Teilchen 16 gehalten werden, größer oder gleich 1,0 N/10 mm, und die Haftfestigkeit an dem Zeitpunkt des Ablösens der porösen keramischen Teilchen 16 ist kleiner oder gleich 0,1 N/10 mm.
Das Verfahren zum Evaluieren der Haftfestigkeit des Blatts 12 ist das gleiche wie das zum Evaluieren der Haftfestigkeit eines Klebebandes verwendete Verfahren. Insbesondere ist das Blatt 12 an einer Platte aus rostfreiem Stahl befestigt, und das Blatt 12 wird in einem Winkel von 180 Grad oder 90 Grad gezogen, woraufhin die Kraft, die bei einem Ablösen des Blatts 12 von der Platte aus rostfreiem Stahl ausgeübt wird, als die Haftkraft (Haftfestigkeit) angesehen wird.
Weiter wird das Blatt 12 durch Aufbringen eines Klebstoffs auf ein Basismaterial (Träger) gebildet. In diesem Fall wird als der Typ des Basismaterials vorzugsweise ein Material aus den folgenden ausgewählt.
Insbesondere, wenn die porösen keramischen Teilchen 16 auf das planare Objekt 22 überführt werden, ist es bevorzugt, einen Film, eine Metallfolie, Papier oder dergleichen als Basismaterial zu verwenden. Da in diesem Fall das Basismaterial des Blatts 12 steif ist, ist es möglich, das Blatt 12 in Form eines Films ohne Falten in Bezug auf das planare Objekt 22 anzuordnen.
In dem Fall eines Überführens der porösen keramischen Teilchen 16 auf ein Objekt 22 mit einer gekrümmten Oberflächenform (konvexe Oberfläche, konkave Oberfläche, unregelmäßige Oberfläche), ist es bevorzugt, ein Tuch, eine Gummifolie, Schaumstoff oder dergleichen als Basismaterial zu verwenden. Da in diesem Fall das Basismaterial des Blatts 12 weich und dehnbar ist, ist es möglich, das Blatt 12 in folgender Beziehung zu der gekrümmten Oberflächenform des Objekts 22 anzuordnen.
Weiter kann durch Anwenden von Wärme, Wasser, einem Lösungsmittel, Licht (ultraviolettes Licht) oder Mikrowellen die Haftfestigkeit des Blatts 12 geschwächt werden und das Blatt 12 kann leicht abgelöst werden. An diesem Zeitpunkt ist die Haftfestigkeit des Blatts 12 vorzugsweise schwächer als die Haftfestigkeit des Klebstoffs 44, der zwischen dem Objekt 22 und der porösen keramischen Struktur 10 verwendet wird.
[Beispiele]
Es wurde ein Nachweis durchgeführt hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Einfachheit, der gekrümmten Oberfläche zu folgen, bezüglich der Massekörper 20 für Fälle, in denen die Massekörper 20 hergestellt wurden unter Verwendung der porösen keramischen Strukturen 10 gemäß den Beispielen 1 und 2, der porösen keramischen Strukturen gemäß den Referenzbeispielen 1 und 2 und der porösen keramischen Strukturen gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
(Beispiel 1)
Poröse keramische Teilchen 16 mit jeweils einer Porosität von 60% und einer Dicke von 60 µm wurden als die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 verwendet, die die poröse keramische Struktur 10 bilden, und ein Massekörper 20 gemäß Beispiel 1 wurde gemäß dem oben beschriebenen ersten Herstellungsverfahren hergestellt. Insbesondere wurde zuerst eine poröse keramische Struktur 10 verwendet, die ein Blatt 12 und eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 umfasst, die mit einer Oberfläche des Blatts 12 verbunden sind. Dann wurde nach dem Aufbringen eines Klebstoffs 44 (Wärmeleitfähigkeit 2 W/mK) auf ein Objekt 22 die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 auf den Klebstoff 44 des Objekts 22 unter Verwendung des Blatts 12 überführt, und durch Anwendung von Wärme darauf wurde das Blatt 12 abgelöst. Nach dem Beschichten der überführten Teilchen auf dem Objekt mit einem Harzmaterial 18 (Matrix) von oben wurde das Harzmaterial 18 verfestigt, und der Massekörper 20 wurde auf der Oberfläche des Objekts 22 installiert.
<Herstellung einer porösen keramischen Struktur 10>
In Beispiel 1 wurden eine poröse keramische Struktur 10 zur Messung der Porosität und eine poröse keramische Struktur 10 zur Verwendung als Massekörper in der folgenden Weise hergestellt. Die porösen keramischen Strukturen des später beschriebenen Beispiels 2, der Referenzbeispiele 1, 2 und der Vergleichsbeispiele 1, 2 wurden ebenfalls auf ähnliche Weise hergestellt.
Zuerst wurden ein porenbildendes Mittel (Latexteilchen oder Melaminharzteilchen), ein Polyvinylbutyralharz (PVB - polyvinyl butyral) als Bindemittel, DOP (Dioctylphthalat) als Weichmacher und Xylol und 1-Butanol als Lösungsmittel zu Yttrium-teil-dotiertem Zirkoniumoxidpulver hinzugefügt und in einer Kugelmühle für 30 Stunden gemischt, um eine Gießschlämme 36 vorzubereiten. Die Gießschlämme 36 wurde einer Vakuumentschäumungsbehandlung unterzogen, wodurch ihre Viskosität auf 4000 cps angepasst wurde, und danach wurde der Gusskörper 30 (grünes Blatt) durch die Rakelvorrichtung 32 derart hergestellt, dass seine Dicke nach dem Brennen 60 µm betrug. Danach wurde der Gusskörper 30 bei 1100 °C 1 Stunde lang gebrannt, um den gesinterten Körper 40 zu erlangen. Danach wurde der gesinterte Körper 40 auf die obere Oberfläche des Blatts 12 geklebt. Weiter wurde der gesinterte Körper 40 in eine Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 aufgeteilt. Insbesondere wurde eine poröse keramische Struktur 10 hergestellt, bei der ein poröses keramischen Aggregat 14, das aus einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 besteht, auf das Blatt 12 geklebt wurde.
Die planare Form des porösen keramischen Aggregats 14 auf dem Blatt 12 ist eine quadratische Form mit einer Länge von 100 mm und einer Breite von 100 mm, und die poröse keramische Struktur 10 ist in einem Zustand mit ungefähr 40000 der porösen keramischen Teilchen 16 angeordnet auf dem Blatt 12 ausgebildet.
In dem Fall der porösen keramischen Struktur 10 gemäß Beispiel 1 war der Prozentsatz Fa 90%. Der Prozentsatz Fa ist als die Anzahl von Ecken an Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt, in Bezug auf die Anzahl von Ecken der in dem porösen keramischen Aggregat 14 enthaltenen porösen keramischen Teilchen 16 definiert.
(Beispiel 2)
Der Massekörper 20 gemäß Beispiel 2 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass als poröse keramische Struktur 10 der Prozentsatz Fa 80% ist.
(Referenzbeispiel 1)
Der Massekörper 20 gemäß Referenzbeispiel 1 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass der Prozentsatz Fa 70% ist als die poröse keramische Struktur 10.
(Referenzbeispiel 2)
Der Massekörper 20 gemäß Referenzbeispiel 2 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass als poröse keramische Struktur 10 der Prozentsatz Fa 50% ist.
(Vergleichsbeispiel 1)
Der Massekörper 20 gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass als die poröse keramische Struktur 10 eine poröse keramische Struktur 10 verwendet wurde, in der es keine Stelle gibt, an der eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens 16 zwei anderen porösen keramischen Teilchen 16 gegenüberliegt (das heißt, der Kreuzungspunkt Ca), und die Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 in einer Gitterform angeordnet ist.
(Vergleichsbeispiel 2)
Wie in 13A dargestellt, wurde der Massekörper 54 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 hergestellt durch Bereiten einer Schlämme 50, die Teilchen 52 (im Handel erhältliche poröse keramische Teilchen) mit einer Porosität von 90% und einem Teilchendurchmesser von 50 µm, feine Polystyrolharzteilchen und Wasser enthält, und danach Gießen der Schlämme 50 in eine Form und dann, nach dem Trocknen, Durchführen eines Brennens und Verfestigens, um den Massekörper 54 zu erlangen.
[Messverfahren, Berechnungsverfahren und Evaluierungsstandards]
<Messung der Porosität>
Unter Bezugnahme auf die Beispiele 1 und 2, die Referenzbeispiele 1 und 2 und das Vergleichsbeispiel 1 wurden zehn poröse keramische Teilchen 16 zufällig aus der Vielzahl von porösen keramischen Teilchen 16 ausgewählt, die eine poröse keramische Struktur 10 darstellen, zur Messung der Porosität, und die ausgewählten porösen keramischen Teilchen 16 wurden in Harz eingebettet. Das Harz wurde poliert, bis eine Beobachtungsstelle entstand, an der die porösen keramischen Teilchen 16 mit einem Elektronenmikroskop betrachtet werden konnten, um dadurch eine mit Harz gefüllte polierte Oberfläche zu erlangen. Dann wurde eine elektronenmikroskopische Betrachtung (Bildanalyse) an der mit Harz gefüllten polierten Oberfläche durchgeführt. Aus einer solchen Bildanalyse wurden die jeweiligen Porositäten der zehn porösen keramischen Teilchen 16 berechnet, und der Durchschnittswert der zehn porösen keramischen Teilchen 16 wurde als die Porosität der porösen keramischen Teilchen 16 genommen.
<Messung des durchschnittlichen Porendurchmessers>
Der durchschnittliche Porendurchmesser der porösen keramischen Teilchen 16 wurde unter Verwendung eines automatisierten Porosimeters (Handelsname „Autopore 9200“), hergestellt von Shimadzu Corporation, gemessen.
<Verfahren zum Messen der Wärmeleitfähigkeit des Massekörpers 20 und Evaluierungskriterien>
Zuerst wurde die Dichte des Massekörpers 20 mit einem Quecksilberporosimeter gemessen. Dann wurde die spezifische Wärme des Massekörpers 20 unter Verwendung eines DSC(Differential Scanning Calorimeter)-Verfahrens gemessen. Als nächstes wurde das thermische Diffusionsvermögen des Massekörpers 20 unter Verwendung eines Laserblitzverfahrens gemessen. Danach wurde die Wärmeleitfähigkeit des Massekörpers 20 aus dem folgenden Vergleichsausdruck berechnet:

Thermisches Diffusionsvermögen × Spezifische Wärme × Dichte = Wärmeleitfähigkeit

Dann wurden basierend auf den folgenden Evaluierungskriterien die Wärmeleitfähigkeiten der Beispiele 1 und 2, der Referenzbeispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 evaluiert.

A: Kleiner oder gleich 0,9 W/mK
B: Größer oder gleich 1,0 W/mK und kleiner oder gleich 1,4 W/mK
C: Größer oder gleich 1,5 W/mK und kleiner oder gleich 1,9 W/mK
D: Größer oder gleich 2,0 W/mK

[Evaluierung einer Einfachheit zum Folgen einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts 22]
Die Anzahl Nb der porösen keramischen Teilchen 16, deren peripherer Teil schwimmend bleibt, aus den porösen keramischen Teilchen 16, die auf dem Objekt 22 existieren, wurde mit einem optischen Mikroskop bestätigt, und der Prozentsatz der Anzahl Nb in Bezug auf die Gesamtanzahl Nz von porösen keramischen Teilchen 16 auf dem Blatt 12, oder genauer, der Wert (Anzahl Nb/Gesamtanzahl Nz) × 100 (%) wurde bestimmt. Zusätzlich wurden die Beispiele 1 und 2, die Referenzbeispiele 1 und 2 und das Vergleichsbeispiel 1 auf der Basis der folgenden Evaluierungsstandards bewertet. Das Vergleichsbeispiel 2 wurde aus dieser Evaluierung ausgeschlossen, da das Vergleichsbeispiel 2 den Massekörper 54 betrifft, der Teilchen 52 mit einem Teilchendurchmesser von 50 µm in dem Klebstoff 56 enthält, nicht von sich aus eine Konfiguration, bei der die Teilchen 52 an das Objekt 22 gebunden werden.

A: Kleiner als 3%
B: Größer oder gleich 3% und kleiner als 5%
C: Größer oder gleich 5% und kleiner als 10%
D: Größer oder gleich 10% <Evaluierungsergebnisse>

Die Evaluierungsergebnisse der Beispiele 1 und 2, der Referenzbeispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 werden im Folgenden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Inhalt	Geringe Wärmeleitfähigkeit	Einfachheit zum Folgen einer gekrümmten Oberfläche
Beispiel 1	Na/(Nz-Ne)×100=90%	A	A
Beispiel 2	Na/(Nz-Ne)×100=80%	A	B
Referenzbeispiel 1	Na/(Nz-Ne)×100=70%	B	C
Referenzbeispiel 2	Na/(Nz-Ne)×100=50%	B	C
Vergleichsbeispiel 1	Es gibt keinen Kreuzungspunkt Ca. (gitterförmig)	C	D
Vergleichsbeispiel 2	Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von 50 µm) sind in dem Klebstoff verteilt.	D	-

Wie aus Tabelle 1 zu erkennen ist, war in dem Vergleichsbeispiel 2 die Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 2,0 W/mK. In dem Massekörper 54 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 wird angenommen, dass der Grund, warum die Wärmeleitfähigkeit erhöht war, darin besteht, dass es viele Bereiche 58 gab, in denen nur der Klebstoff 56 vorhanden war. Auch in dem Vergleichsbeispiel 1 war die Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 1,5 W/mK. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der Tatsache ist, dass, da sich Durchlässe zwischen den einander gegenüberliegenden porösen keramischen Teilchen 16 linear über das gesamte poröse keramischen Aggregat 14 in dem Massekörper 54 gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 erstrecken, es wahrscheinlich ist, dass eine Wärmeübertragung durch das Harzmaterial 18 auftritt.
Im Gegensatz dazu war in den Beispielen 1 und 2 und den Referenzbeispielen 1 und 2 die Wärmeleitfähigkeit niedrig bei kleiner oder gleich 1,4 W/mK und insbesondere in den Beispielen 1 und 2 war die Wärmeleitfähigkeit extrem niedrig bei 0,9 W/mK. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der Tatsache ist, dass, da sich Durchlässe zwischen einander gegenüberliegenden porösen keramischen Teilchen 16 kompliziert verzweigen, es unwahrscheinlich ist, dass eine Wärmeübertragung durch das Harzmaterial 18 auftritt, und die Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit wurde begünstigt.
In den Beispielen 1 und 2, den Referenzbeispielen 1 und 2 und dem Vergleichsbeispiel 1 wurden in Bezug auf die Einfachheit eines Folgens der gekrümmten Oberfläche des Objekts 22 die Beispiele 1 und 2 hoch bewertet, während das Beispiel 1 am höchsten bewertet wurde. In Bezug auf die Referenzbeispiele 1 und 2 wird angenommen, da der Prozentsatz Fa kleiner als 80% ist, dass eine kleine Anzahl von Kreuzungspunkten Ca und Cb vorliegt und somit die Einfachheit zum Folgen der gekrümmten Oberfläche des Objekts 22 verringert wurde.
Die poröse keramische Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und es ist offensichtlich, dass verschiedene Konfigurationen hier verwendet werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den obigen Beispielen wird das poröse keramischen Aggregat 14 mit dem Harzmaterial 18 beschichtet, wenn der Massekörper 20 hergestellt wird. Alternativ kann jedoch ein Teil des porösen keramischen Aggregats 14 mit dem Harzmaterial 18 beschichtet werden, um dadurch den Massekörper 20 zu bilden, oder der Massekörper 20 kann lediglich durch Installieren des porösen keramischen Aggregats 14 auf dem Objekt 22 ohne Verwendung des Harzmaterials 18 gebildet werden.

Claims

Eine poröse keramische Struktur, die aufweist: ein poröses keramisches Aggregat (14) mit zumindest einer Vielzahl von porösen keramischen Teilchen (16), wobei ein Prozentsatz der Anzahl von Ecken an Stellen, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens (16) zwei anderen porösen keramischen Teilchen (16) gegenüberliegt, in Bezug auf die Anzahl von Ecken der porösen keramischen Teilchen (16), die in dem porösen keramischen Aggregat (14) enthalten sind, 80% oder höher ist.
Die poröse keramische Struktur gemäß Anspruch 1, wobei $Na / (Nz - Ne) \times 100 (%) \geq 80 (%)$
wobei Nz eine Gesamtanzahl von Ecken aller porösen keramischen Teilchen (16) ist, die in dem porösen keramischen Aggregat (14) enthalten sind, Na die Anzahl von Ecken an Stellen ist, an denen eine Ecke eines porösen keramischen Teilchens (16) zwei anderen porösen keramischen Teilchen (16) innerhalb des porösen keramischen Aggregats (14) gegenüberliegt, und Ne die Anzahl von Ecken ist, die sich auf einem peripheren Teil des porösen keramischen Aggregats (14) befinden.
Die poröse keramische Struktur gemäß Anspruch 2, wobei Na/(Nz - Ne) × 100 (%) ≥ 90 (%).
Die poröse keramische Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die aufweist: ein Blatt (12); und das poröse keramische Aggregat (14), das mit dem Blatt (12) verbunden ist.
Die poröse keramische Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Porosität der porösen keramischen Teilchen (16) 20% ~ 99% ist.
Die poröse keramische Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die porösen keramischen Teilchen (16) einen durchschnittlichen Porendurchmesser von kleiner oder gleich 500 nm haben.
Die poröse keramische Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der porösen keramischen Teilchen (16) kleiner als 1,5 W/mK ist.
Die poröse keramische Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Wärmekapazität der porösen keramischen Teilchen (16) kleiner oder gleich 1000 kJ/m³K ist.