熱輻射元件及其生產(chǎn)方法
【專利說明】熱輻射元件及其生產(chǎn)方法
[0001] 發(fā)明背景 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及熱輻射元件及其生產(chǎn)方法。
[0003] 2.相關(guān)技術(shù)描述
[0004] 形成不規(guī)則形或者將高發(fā)射比無機顆粒置于基礎(chǔ)材料表面的形狀以有效地將傳 遞到基礎(chǔ)材料中的熱輻射到外部的技術(shù)是已知的。例如，當(dāng)布置無機顆粒時，在基礎(chǔ)材料表 面上形成涂層，且無機顆粒分散于涂層中。
[0005] 作為這種技術(shù)，提出例如下文所示的熱輻射元件。例如在日本專利申請公開 No. 2010-168998(JP 2010-168998 A)中，提出包含由不銹鋼、鎳合金等制成的基礎(chǔ)材料和 涂覆在基礎(chǔ)材料表面上的熱輻射涂層的熱輻射元件。由錳、鐵、銅、鈷和鉻中的至少一種制 備的氧化物構(gòu)成的無機顆粒分散于構(gòu)成熱輻射元件、具有無機粘合劑如玻璃粘合劑等作為 粘合劑的熱輻射涂層中。
[0006] 另外，作為另一技術(shù)，在日本專利申請公開No. 2004-43612 (JP 2004-43612 A)中 提出熱輻射元件，其中在基礎(chǔ)材料如鋁等的表面上形成熱輻射涂層。錫和銻的氧化物的無 機顆粒分散于構(gòu)成熱輻射元件、具有聚合物樹脂作為粘合劑的熱輻射涂層中。
[0007] 根據(jù)這些技術(shù)，由具有比基礎(chǔ)材料的材料更高的反射比的材料（氧化物）制成的 無機顆粒分散于涂覆在基礎(chǔ)材料表面上的熱輻射涂層中；因此，傳遞到基礎(chǔ)材料中的熱可 有效地輻射到外部。
[0008] 然而，JP 2010-168998 A中所述熱輻射元件使用玻璃粘合劑作為無機粘合劑。因 此，在沉積期間，必須使用玻璃軟化溫度或更高溫度將熱輻射涂層沉積。因此，當(dāng)金屬材料 如鋁等具有低于基礎(chǔ)材料的玻璃軟化溫度的熔點時，基礎(chǔ)材料可熔融。另外，當(dāng)熱輻射元件 在玻璃軟化溫度或更高溫度的溫度范圍內(nèi)使用時，熱輻射涂層本身可能由于玻璃粘合劑的 軟化而變形。
[0009] 另一方面，JP 2004-43612 A中所述熱輻射元件使用聚合物樹脂作為粘合劑。然 而，在熱輻射元件的使用期間，聚合物樹脂可降解。此外，由于作為粘合劑的聚合物樹脂與 構(gòu)成基礎(chǔ)材料的金屬如鋁等之間的熱膨脹差，在基礎(chǔ)材料和熱輻射涂層的界面中可能產(chǎn)生 熱應(yīng)力，并將熱輻射涂層剝離。發(fā)明概述
[0010] 本發(fā)明提供可對于寬范圍金屬基礎(chǔ)材料生產(chǎn)并確保在寬溫度區(qū)域中的可靠性和 耐久性的熱輻射元件，及其生產(chǎn)方法。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明第一方面的熱輻射元件包含：由第一金屬材料制成的金屬基礎(chǔ)材料； 和多個熱輻射部分，所述熱輻射部分分開地附著以分散于金屬基礎(chǔ)材料的表面上且包含不 同于第一金屬材料的第二金屬材料和暴露于各熱輻射部分各自的表面上的第二金屬材料 的氧化物。
[0012] 根據(jù)上述方面，由于貢獻于熱輻射的熱輻射部分分開地附著以分散于由第一金屬 材料制成的金屬基礎(chǔ)材料的表面上，并可降低由于構(gòu)成金屬基礎(chǔ)材料的金屬與構(gòu)成熱輻射 部分的金屬的線性膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的熱應(yīng)力。
[0013] 即，在金屬基礎(chǔ)材料的表面上形成連續(xù)涂層的情況下，金屬基礎(chǔ)材料與整個涂層 之間的熱膨脹差充當(dāng)對其界面的熱應(yīng)力。然而，根據(jù)上述方面，不同于涂層，由于布置了分 開地附著于金屬基礎(chǔ)材料表面上以分散的多個熱輻射部分，熱輻射部分具有其中涂層在平 面中按復(fù)數(shù)分隔的結(jié)構(gòu)。因此，金屬基礎(chǔ)材料與各熱輻射部分之間的熱膨脹差與其中布置 涂層的情況相比更小。金屬基礎(chǔ)材料與各熱輻射部分之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力可降低。因此，在 寬溫度范圍內(nèi)，可確保熱輻射元件的可靠性和耐久性。
[0014] 另外，金屬氧化物具有比金屬非氧化物更高的輻射系數(shù)。因此，由于暴露在各熱輻 射部分表面上的第二金屬材料的氧化物，輸入金屬基礎(chǔ)材料中的熱可從熱輻射部分的表面 上有效地輻射（熱輻射）到外部。
[0015] 在以上方面中，各熱輻射部分的第二金屬材料可由多種金屬制成。一個熱輻射部 分包含多種金屬，通過多種金屬氧化而得到的氧化物由熱輻射部分暴露。因此，熱輻射部分 具有與其中使用一種金屬材料的情況相比在寬波長區(qū)域中的高輻射系數(shù)。
[0016] 在以上方面中，各熱輻射部分各自的第二金屬材料可由主要由單一金屬材料制成 的金屬形成，且多個熱輻射部分可包含多種單一金屬材料。根據(jù)該方面，與其中使用一種金 屬材料的情況相比，可得到在寬波長區(qū)域中的高輻射系數(shù)。
[0017] 在以上方面中，第一金屬材料為鋁基材料或不銹鋼，第二金屬材料可以為主要由 錳制成的金屬材料。
[0018] 根據(jù)該方面，錳主要具有高輻射系數(shù)，并且在其中主要使用鋁基材料的溫度區(qū)域 (200°C至300°C)中具有優(yōu)異的輻射系數(shù)。當(dāng)鋁基材料或不銹鋼用作第一金屬材料時，本發(fā) 明中所用材料可應(yīng)用于其中需要散熱性能的部位，例如車輛的發(fā)動機、電機殼等。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明第二方面的生產(chǎn)熱輻射元件的方法包括將網(wǎng)置于由第一金屬材料制 成的金屬基礎(chǔ)材料上；和將通過由不同于第一金屬材料的第二金屬材料制成的顆粒和由其 氧化物制成的顆粒制粒的粒狀顆粒噴霧在具有網(wǎng)的金屬基礎(chǔ)材料表面上而在金屬基礎(chǔ)材 料表面上形成由粒狀顆粒制成的熱輻射部分。
[0020] 根據(jù)以上方面，由于將由第二金屬材料及其氧化物制成的粒狀顆粒通過網(wǎng)噴霧到 金屬基礎(chǔ)材料的表面上，分開以分散于金屬基礎(chǔ)材料表面上的多個熱輻射部分可附著于金 屬基礎(chǔ)材料的表面上。另外，附著的熱輻射部分各自包含通過將第二金屬材料氧化而得到 的氧化物，并且在熱輻射部分各自的表面上，通過將第二金屬材料氧化而得到的氧化物可 作為熱輻射材料暴露。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明第三方面的生產(chǎn)熱輻射元件的方法包括將網(wǎng)置于由第一金屬材料制 成的金屬基礎(chǔ)材料上；將由不同于第一金屬材料的第二金屬材料制成的金屬顆粒噴霧到具 有網(wǎng)的金屬基礎(chǔ)材料表面上；和形成熱輻射部分，其中噴霧金屬顆粒的表面通過將噴霧金 屬顆粒氧化而在金屬基礎(chǔ)材料的表面上氧化。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，由于由第二金屬材料制成的金屬顆粒通過網(wǎng)噴霧到金屬基礎(chǔ)材料的 表面上，分開以分散于金屬基礎(chǔ)材料表面上的多個金屬顆粒組可附著在金屬基礎(chǔ)材料表面 上。另外，由于附著的顆粒組各自被氧化，其中第二金屬材料在表面層中氧化的氧化物層可 作為熱輻射材料在熱輻射部分的表面層上形成。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明第四方面的生產(chǎn)熱輻射元件的方法包括將通過將偏壓施加在由第一 金屬材料制成的金屬基礎(chǔ)材料上而從由不同于第一金屬材料的第二金屬材料制成的耙中 排出的金屬顆粒附著在金屬基礎(chǔ)材料的表面上以分散在金屬基礎(chǔ)材料的表面上；和通過將 附著金屬顆粒氧化而在金屬基礎(chǔ)材料表面上形成其中附著金屬顆粒的表面被氧化的熱輻 射部分。
[0024] 根據(jù)以上方面，將由第二金屬材料制成的金屬顆粒附著在金屬基礎(chǔ)材料的表面 上。因此，分開以分散于金屬基礎(chǔ)材料表面上的多個金屬顆粒組可容易地附著在金屬基礎(chǔ) 材料的表面上。另外，將各個附著金屬顆粒組氧化。因此，其中第二金屬材料在表面層中氧 化的氧化物層可作為熱輻射材料在熱輻射部分的表面層上形成。
[0025] 根據(jù)以上方面，熱輻射元件可對于寬范圍的金屬基礎(chǔ)材料生產(chǎn)，并可確保在寬溫 度范圍內(nèi)的可靠性和耐久性。
[0026] 附圖簡述
[0027] 下面參考附圖描述本發(fā)明示例實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性，其 中類似的數(shù)字表示類似的元件，且其中：
[0028] 圖IA為顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的熱輻射元件的示意性概念圖的頂視圖；
[0029] 圖IB為沿著圖IA的A-A線箭頭標(biāo)記的截面圖；
[0030] 圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案的熱輻射元件的分析模型的圖；
[0031] 圖3為顯示通過使用圖2的分析模型得到的分析結(jié)果的圖；
[0032] 圖4為闡述根據(jù)本發(fā)明實施例1的生產(chǎn)粒狀顆粒的方法的示意圖；
[0033] 圖5為闡述根據(jù)本發(fā)明第一和第二生產(chǎn)方法的生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；
[0034] 圖6A為通過描述根據(jù)本發(fā)明第三生產(chǎn)方法的生產(chǎn)設(shè)備的示意圖闡述的整個設(shè)備 的視圖；
[0035] 圖6B為顯示圖6A中所示電弧斑點附近的圖；
[0036] 圖7A為根據(jù)本發(fā)明實施例1的生產(chǎn)熱輻射元件的方法生產(chǎn)的粒狀粉末的照片；
[0037] 圖7B為顯示根據(jù)本發(fā)明實施例1的熱輻射元件的表面的照片；
[0038] 圖7C為根據(jù)本發(fā)明實施例1的熱輻射元件的橫截面的照片；
[0039] 圖8A為用于闡述測量輻射系數(shù)的方法的示意圖；
[0040] 圖8B為顯示實施例1和