热辐射元件及其生产方法
【专利说明】热辐射元件及其生产方法
[0001] 发明背景 1.发明领域
[0002] 本发明涉及热辐射元件及其生产方法。
[0003] 2.相关技术描述
[0004] 形成不规则形或者将高发射比无机颗粒置于基础材料表面的形状以有效地将传 递到基础材料中的热辐射到外部的技术是已知的。例如，当布置无机颗粒时，在基础材料表 面上形成涂层，且无机颗粒分散于涂层中。
[0005] 作为这种技术，提出例如下文所示的热辐射元件。例如在日本专利申请公开 No. 2010-168998(JP 2010-168998 A)中，提出包含由不锈钢、镍合金等制成的基础材料和 涂覆在基础材料表面上的热辐射涂层的热辐射元件。由锰、铁、铜、钴和铬中的至少一种制 备的氧化物构成的无机颗粒分散于构成热辐射元件、具有无机粘合剂如玻璃粘合剂等作为 粘合剂的热辐射涂层中。
[0006] 另外，作为另一技术，在日本专利申请公开No. 2004-43612 (JP 2004-43612 A)中 提出热辐射元件，其中在基础材料如铝等的表面上形成热辐射涂层。锡和锑的氧化物的无 机颗粒分散于构成热辐射元件、具有聚合物树脂作为粘合剂的热辐射涂层中。
[0007] 根据这些技术，由具有比基础材料的材料更高的反射比的材料（氧化物）制成的 无机颗粒分散于涂覆在基础材料表面上的热辐射涂层中；因此，传递到基础材料中的热可 有效地辐射到外部。
[0008] 然而，JP 2010-168998 A中所述热辐射元件使用玻璃粘合剂作为无机粘合剂。因 此，在沉积期间，必须使用玻璃软化温度或更高温度将热辐射涂层沉积。因此，当金属材料 如铝等具有低于基础材料的玻璃软化温度的熔点时，基础材料可熔融。另外，当热辐射元件 在玻璃软化温度或更高温度的温度范围内使用时，热辐射涂层本身可能由于玻璃粘合剂的 软化而变形。
[0009] 另一方面，JP 2004-43612 A中所述热辐射元件使用聚合物树脂作为粘合剂。然 而，在热辐射元件的使用期间，聚合物树脂可降解。此外，由于作为粘合剂的聚合物树脂与 构成基础材料的金属如铝等之间的热膨胀差，在基础材料和热辐射涂层的界面中可能产生 热应力，并将热辐射涂层剥离。发明概述
[0010] 本发明提供可对于宽范围金属基础材料生产并确保在宽温度区域中的可靠性和 耐久性的热辐射元件，及其生产方法。
[0011] 根据本发明第一方面的热辐射元件包含：由第一金属材料制成的金属基础材料； 和多个热辐射部分，所述热辐射部分分开地附着以分散于金属基础材料的表面上且包含不 同于第一金属材料的第二金属材料和暴露于各热辐射部分各自的表面上的第二金属材料 的氧化物。
[0012] 根据上述方面，由于贡献于热辐射的热辐射部分分开地附着以分散于由第一金属 材料制成的金属基础材料的表面上，并可降低由于构成金属基础材料的金属与构成热辐射 部分的金属的线性膨胀系数差导致的热应力。
[0013] 即，在金属基础材料的表面上形成连续涂层的情况下，金属基础材料与整个涂层 之间的热膨胀差充当对其界面的热应力。然而，根据上述方面，不同于涂层，由于布置了分 开地附着于金属基础材料表面上以分散的多个热辐射部分，热辐射部分具有其中涂层在平 面中按复数分隔的结构。因此，金属基础材料与各热辐射部分之间的热膨胀差与其中布置 涂层的情况相比更小。金属基础材料与各热辐射部分之间产生的热应力可降低。因此，在 宽温度范围内，可确保热辐射元件的可靠性和耐久性。
[0014] 另外，金属氧化物具有比金属非氧化物更高的辐射系数。因此，由于暴露在各热辐 射部分表面上的第二金属材料的氧化物，输入金属基础材料中的热可从热辐射部分的表面 上有效地辐射（热辐射）到外部。
[0015] 在以上方面中，各热辐射部分的第二金属材料可由多种金属制成。一个热辐射部 分包含多种金属，通过多种金属氧化而得到的氧化物由热辐射部分暴露。因此，热辐射部分 具有与其中使用一种金属材料的情况相比在宽波长区域中的高辐射系数。
[0016] 在以上方面中，各热辐射部分各自的第二金属材料可由主要由单一金属材料制成 的金属形成，且多个热辐射部分可包含多种单一金属材料。根据该方面，与其中使用一种金 属材料的情况相比，可得到在宽波长区域中的高辐射系数。
[0017] 在以上方面中，第一金属材料为铝基材料或不锈钢，第二金属材料可以为主要由 锰制成的金属材料。
[0018] 根据该方面，锰主要具有高辐射系数，并且在其中主要使用铝基材料的温度区域 (200°C至300°C)中具有优异的辐射系数。当铝基材料或不锈钢用作第一金属材料时，本发 明中所用材料可应用于其中需要散热性能的部位，例如车辆的发动机、电机壳等。
[0019] 根据本发明第二方面的生产热辐射元件的方法包括将网置于由第一金属材料制 成的金属基础材料上；和将通过由不同于第一金属材料的第二金属材料制成的颗粒和由其 氧化物制成的颗粒制粒的粒状颗粒喷雾在具有网的金属基础材料表面上而在金属基础材 料表面上形成由粒状颗粒制成的热辐射部分。
[0020] 根据以上方面，由于将由第二金属材料及其氧化物制成的粒状颗粒通过网喷雾到 金属基础材料的表面上，分开以分散于金属基础材料表面上的多个热辐射部分可附着于金 属基础材料的表面上。另外，附着的热辐射部分各自包含通过将第二金属材料氧化而得到 的氧化物，并且在热辐射部分各自的表面上，通过将第二金属材料氧化而得到的氧化物可 作为热辐射材料暴露。
[0021] 根据本发明第三方面的生产热辐射元件的方法包括将网置于由第一金属材料制 成的金属基础材料上；将由不同于第一金属材料的第二金属材料制成的金属颗粒喷雾到具 有网的金属基础材料表面上；和形成热辐射部分，其中喷雾金属颗粒的表面通过将喷雾金 属颗粒氧化而在金属基础材料的表面上氧化。
[0022] 根据本发明，由于由第二金属材料制成的金属颗粒通过网喷雾到金属基础材料的 表面上，分开以分散于金属基础材料表面上的多个金属颗粒组可附着在金属基础材料表面 上。另外，由于附着的颗粒组各自被氧化，其中第二金属材料在表面层中氧化的氧化物层可 作为热辐射材料在热辐射部分的表面层上形成。
[0023] 根据本发明第四方面的生产热辐射元件的方法包括将通过将偏压施加在由第一 金属材料制成的金属基础材料上而从由不同于第一金属材料的第二金属材料制成的耙中 排出的金属颗粒附着在金属基础材料的表面上以分散在金属基础材料的表面上；和通过将 附着金属颗粒氧化而在金属基础材料表面上形成其中附着金属颗粒的表面被氧化的热辐 射部分。
[0024] 根据以上方面，将由第二金属材料制成的金属颗粒附着在金属基础材料的表面 上。因此，分开以分散于金属基础材料表面上的多个金属颗粒组可容易地附着在金属基础 材料的表面上。另外，将各个附着金属颗粒组氧化。因此，其中第二金属材料在表面层中氧 化的氧化物层可作为热辐射材料在热辐射部分的表面层上形成。
[0025] 根据以上方面，热辐射元件可对于宽范围的金属基础材料生产，并可确保在宽温 度范围内的可靠性和耐久性。
[0026] 附图简述
[0027] 下面参考附图描述本发明示例实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性，其 中类似的数字表示类似的元件，且其中：
[0028] 图IA为显示根据本发明一个实施方案的热辐射元件的示意性概念图的顶视图；
[0029] 图IB为沿着图IA的A-A线箭头标记的截面图；
[0030] 图2为显示根据本发明实施方案的热辐射元件的分析模型的图；
[0031] 图3为显示通过使用图2的分析模型得到的分析结果的图；
[0032] 图4为阐述根据本发明实施例1的生产粒状颗粒的方法的示意图；
[0033] 图5为阐述根据本发明第一和第二生产方法的生产设备的示意图；
[0034] 图6A为通过描述根据本发明第三生产方法的生产设备的示意图阐述的整个设备 的视图；
[0035] 图6B为显示图6A中所示电弧斑点附近的图；
[0036] 图7A为根据本发明实施例1的生产热辐射元件的方法生产的粒状粉末的照片；
[0037] 图7B为显示根据本发明实施例1的热辐射元件的表面的照片；
[0038] 图7C为根据本发明实施例1的热辐射元件的横截面的照片；
[0039] 图8A为用于阐述测量辐射系数的方法的示意图；
[0040] 图8B为显示实施例1和