實現(xiàn)例如250°C擺動寬度的一種 配置，隔熱膜的厚度需要設(shè)定為大約1〇〇微米和這兩層中的中空粒子平均含量需要設(shè)定為 大約3.5質(zhì)量％。例如，上層和底層各自可具有50微米厚度并且只有上層可含有所有7質(zhì) 量％的中空粒子(整個隔熱膜的平均值為3.5質(zhì)量％)。
[0028] 第一個有利效果在于，底層具有比上層低的燒制溫度，因此底層的玻璃料在燒制 過程中提高溫度時提前熔融以開始流動。例如，不含中空粒子的層的燒制溫度為大約550 °C，而含有5至10質(zhì)量％的中空粒子的層的燒制溫度為大約630°C。這是因為中空粒子吸熱， 在含有中空粒子時燒制溫度提高。在底層開始流動時，因為底層不含中空粒子或含有比所 述上層少的量的中空粒子，底層的粘度低，因此底層例如能夠進(jìn)入任何細(xì)間隙，如在上層中 形成的裂紋。因此，可以形成無裂紋的隔熱膜。
[0029] 第二個有利效果在于，由于底層不含中空粒子或含有少量中空粒子，該底層具有 16Χ1(Γ6/Κ的線膨脹系數(shù)，這是搪瓷材料本身的線膨脹系數(shù)或與其接近的線膨脹系數(shù)，因此 鋁基元件的壁表面、底層和上層之間的線膨脹系數(shù)的量級關(guān)系表示為元件〉底層〉上層，線 膨脹系數(shù)差異被減輕(梯度效應(yīng)）。借助這種有利效果，可以降低在例如溫度從在大約630°C 下燒制變成常溫時因溫度差出現(xiàn)的界面應(yīng)力，因此可以防止裂紋。
[0030] 本發(fā)明的第二方面提供一種形成隔熱膜的方法。該方法包括:第一步驟，制造由鋁 基的板和在所述板的表面上的隔熱膜形成的中間產(chǎn)品，通過將中空粒子、玻璃料和釉料的 混合材料施加到所述板的表面上，通過加熱熔融所述玻璃料，和在所述板的表面上形成由 基質(zhì)層和分散在所述基質(zhì)層中的中空粒子形成的隔熱膜而進(jìn)行，所述基質(zhì)層在常溫至200 °C的溫度范圍內(nèi)具有15Χ1(Γ6/Κ至25Χ1(Γ6/Κ的線膨脹系數(shù)且由搪瓷材料制成;和第二步 驟，通過將所述中間產(chǎn)品裝在模中并在所述中間產(chǎn)品的所述板上澆鑄鋁基熔融金屬而在由 熔融金屬硬化部分和與所述硬化部分結(jié)合在一起的所述板形成的鋁基元件的壁表面上形 成隔熱膜。
[0031] 當(dāng)在元件，如發(fā)動機(jī)缸蓋上沉積由搪瓷材料制成的隔熱膜時，在一種方法中，將中 空粒子、玻璃料和釉料的混合材料施加到機(jī)械加工過的產(chǎn)品上，然后通過加熱燒制;但是， 由于沉積溫度高并且為大約650°C，擔(dān)心加熱整個產(chǎn)品對產(chǎn)品的影響。在一種方法中，在機(jī) 械加工前的澆鑄步驟中形成由搪瓷材料制成的隔熱膜;但是，由本發(fā)明的發(fā)明人的檢驗發(fā) 現(xiàn)，在隔熱膜中生成大氣泡，以致薄膜強(qiáng)度降低。這是因為在將熔融金屬倒入模時由搪瓷材 料的材料生成氣體;但是，生成的氣體沒有空間逸出，因為薄膜被熔融金屬和模包圍，因此 生成的氣體留在薄膜內(nèi)形成大氣泡。
[0032] 因此，在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法中，通過將中空粒子、玻璃料和釉料的混合 材料施加到具有所需形狀的板的表面上并通過加熱熔融玻璃料，制造中間產(chǎn)品，其中在鋁 基的板的表面上形成隔熱膜，將該中間產(chǎn)品安裝在模中，然后澆注熔融金屬。
[0033] 熔融金屬的熱使該中間產(chǎn)品的板的一部分熔融，該熔融部分和熔融金屬硬化彼此 結(jié)合在一起，形成鋁基元件。已在該元件的一面上形成隔熱膜，因此在隔熱膜中不生成大氣 泡。
[0034] 在所述形成隔熱膜的方法中，板的厚度可以為1毫米至2毫米。
[0035] 當(dāng)板的厚度太薄時，熔融金屬的熱可能使該板破裂。通過本發(fā)明的發(fā)明人的檢驗 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該板的厚度小于1毫米時存在破裂危險。
[0036] 另一方面，考慮到熔融金屬的固化時間，將澆注到模中的熔融金屬量限于一定量。 也就是說，由于固化時間是確定的，在澆注大量熔融金屬時出現(xiàn)沒有充分固化的部分，損害 硬化部分的質(zhì)量。當(dāng)該板的厚度變厚時，在熔融金屬接觸該板時熱在整個板上散逸，因此不 可能充分熔融該板的表面。即使在板的厚度厚但熔融金屬的量大時，也可能充分熔融該板 的表面。但是，如上所述，由于將熔融金屬的量限于一定量或更低，因此不可能充分熔融過 厚的板的表面。由此，當(dāng)澆注到模中的熔融金屬量有限且在該板的厚度太厚的情況下該板 的表面沒有充分熔融時，擔(dān)心由于在該板的厚度過厚的情況下該板的表面沒有充分熔融而 在該板的表面與通過與熔融金屬結(jié)合在一起而形成的硬化部分之間形成間隙。根據(jù)發(fā)明人 的檢驗發(fā)現(xiàn)，在板的厚度超過2毫米的情況下存在這樣的危險。
[0037] 根據(jù)上述檢驗結(jié)果，通過使用中間產(chǎn)品（其中隔熱膜預(yù)先在具有1毫米至2毫米厚 度的板的表面上形成）在壁表面上形成隔熱膜，可以制造包括具有高界面強(qiáng)度的隔熱膜的 鋁產(chǎn)品（發(fā)動機(jī)等)而不在隔熱膜與壁表面之間的界面處形成大氣泡。
[0038] 從上文的描述可以理解，借助根據(jù)本發(fā)明的第一方面的隔熱膜，在鋁基元件的壁 表面上形成隔熱膜，該隔熱膜由用具有與鋁的線膨脹系數(shù)接近的線膨脹系數(shù)的搪瓷材料制 成的基質(zhì)層和分散在基質(zhì)層中的中空粒子形成，因此隔熱膜具有低熱導(dǎo)率、低體積比熱和 高的改善元件與隔熱膜之間的界面剝離的效果。借助根據(jù)本發(fā)明的第二方面的形成隔熱膜 的方法，在隔熱膜中或在隔熱膜與元件之間的界面處不生成氣泡，因此可以形成具有高膜 強(qiáng)度和高界面強(qiáng)度的隔熱膜。
[0039]附圖簡要說明
[0040] 下面參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義， 其中類似數(shù)字是指類似元件，且其中：
[0041] 圖1是顯示與鋁基元件一起的本發(fā)明的隔熱膜的第一實施方案的縱向截面圖；
[0042] 圖2是圖示擺動寬度的圖；
[0043]圖3是顯示與鋁基元件一起的本發(fā)明的隔熱膜的第二實施方案的縱向截面圖；
[0044] 圖4是圖示本發(fā)明的形成隔熱膜的方法的第一步驟的流程圖；
[0045] 圖5是圖示本發(fā)明的形成隔熱膜的方法的第二步驟的流程圖；
[0046] 圖6是圖示通過本發(fā)明的形成隔熱膜的方法形成的隔熱膜的視圖；
[0047] 圖7是顯示一個實例的縱向截面圖，其中本發(fā)明的隔熱膜被施加到面向內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)燃燒室的壁表面上；
[0048]圖8是顯示隔熱膜與鋁基元件之間的界面處的剪切應(yīng)力與由鋁基搪瓷材料制成的 隔熱膜、由氧化鋁制成的隔熱膜和由耐酸鋁(alumite)制成的隔熱膜的隔熱膜內(nèi)應(yīng)力之間 的相關(guān)性的圖；
[0049]圖9是顯示根據(jù)實施例的隔熱膜的熱物理性質(zhì)的測量結(jié)果的圖；
[0050] 圖10是顯示根據(jù)實施例的隔熱膜與鋁基元件之間的界面的SEM照片和ΕΡΜΑ線分析 結(jié)果的視圖；
[0051] 圖11是圖示形成隔熱膜的方法的實例的視圖；
[0052] 圖12是檢查形成隔熱膜的方法的實例的效力的實驗結(jié)果，并且是用于確定在隔熱 膜內(nèi)是否有氣泡的截面照片；
[0053] 圖13是檢查形成隔熱膜的方法的實例的效力的實驗結(jié)果，并且是用于確定在隔熱 膜的表面上是否有裂紋的平面照片；以及
[0054] 圖14是顯示測定板厚度的最佳范圍的實驗結(jié)果的視圖。
[0055]實施方案詳述
[0056] 下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的隔熱膜和形成隔熱膜的方法的實施方案。盡管 施加所示隔熱膜的實例是面向內(nèi)燃發(fā)動機(jī)燃燒室的壁表面，但施加隔熱膜的壁表面的用途 不僅是面向燃燒室的壁表面，還有需要低熱導(dǎo)率和低熱容量的各種用途的壁表面，如構(gòu)成 車輛進(jìn)氣/排氣管線的壁表面、構(gòu)成渦輪機(jī)葉片的壁表面和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的外壁、容納航天器 的外殼等。
[0057] 圖1是顯示隔熱膜的第一實施方案的縱向截面圖。所示隔熱膜100由用搪瓷材料制 成的基質(zhì)層10和分散在基質(zhì)層10內(nèi)的中空粒子20構(gòu)成?；|(zhì)層10的一部分構(gòu)成擴(kuò)散結(jié)合層 10'且在鋁基元件W的壁表面上形成。隔熱膜100的厚度t為大約100微米。
[0058] 由于在鋁基元件W的壁表面上形成隔熱膜100,使用與鋁基元件W相容的原材料作 為形成基質(zhì)層10的搪瓷材料。
[0059] 搪瓷材料由釩基玻璃料與釉料的混合材料形成。隔熱膜100在常溫至200°C的溫度 范圍內(nèi)具有15Χ1(Γ6/Κ至25Χ1(Γ6/Κ的線膨脹系數(shù)并具有基本等于鋁基元件W的線膨脹系 數(shù)(根據(jù)合金的類型，線膨脹系數(shù)為19Χ1(Γ6/Κ至23Χ1(Γ6/Κ)。因此，在隔熱膜100與鋁基元 件W之間幾乎不存在熱變形差。
[0060] 由此，由于隔熱膜100經(jīng)由擴(kuò)散結(jié)合層10'與元件W結(jié)合和在隔熱膜100與元件W之 間沒有大的線膨脹系數(shù)差異，因此在它們之間幾乎不存在熱變形差，因此抑制了隔熱膜100 與元件W之間的界面處的斷裂或剝離。
[0061] 在形成隔熱膜100時，將釩基(氧化釩)玻璃料(含有二氧化硅)與釉料(含有氧化鈦 和二氧化硅)混合，將通過使該混合物含有中空粒子20并用水調(diào)節(jié)粘度而獲得的材料噴涂 到壁表面上，通過加熱燒制該材料以使玻璃料熔融，然后硬化。