本申請(qǐng)要求2015年12月15日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2015-0179490號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容引入在此以供參考。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合物顆粒和方法。復(fù)合物顆?？梢跃哂泻线m的直徑，并且在應(yīng)用于高溫等下的涂覆工藝中時(shí)可以保持穩(wěn)定的形狀和內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：內(nèi)燃機(jī)是指其中由燃料的燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體直接施用于活塞或渦輪葉片等，以將燃料具有的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)通常是指往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中燃料與空氣的混合氣體在氣缸內(nèi)部點(diǎn)燃并引爆以推動(dòng)活塞，但是燃?xì)鉁u輪、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等也被包括在內(nèi)作為內(nèi)燃機(jī)。根據(jù)燃料的種類(lèi)，可以將內(nèi)燃機(jī)分為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、石油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等。例如，石油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)來(lái)自火花塞的電火花點(diǎn)燃，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料注入高溫高壓空氣中以自發(fā)地將燃料點(diǎn)燃。根據(jù)活塞的沖程和運(yùn)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)還可以是4-沖程或2-沖程循環(huán)型。通常，已知車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)具有約15％至35％的熱效率，但即使在內(nèi)燃機(jī)的最大熱效率下，總熱能的約60％或更多因通過(guò)內(nèi)燃機(jī)壁向外部排放的熱能、廢氣等而被消耗。因此，當(dāng)減少通過(guò)內(nèi)燃機(jī)壁排放至外部的熱能的量時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的效率可以得到提高。因此，已經(jīng)使用了向內(nèi)燃機(jī)的外部安裝隔熱材料、或者改變內(nèi)燃機(jī)的部分材料或結(jié)構(gòu)、或者開(kāi)發(fā)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的方法。特別地，當(dāng)使內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生的熱量通過(guò)其壁向外部的排放最小化時(shí)，則可以提高內(nèi)燃機(jī)的效率和車(chē)輛的燃料效率。然而，關(guān)于能夠在反復(fù)施加高溫高壓的內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間保持的隔熱材料、隔熱結(jié)構(gòu)等，尚未積極地進(jìn)行足夠的研究。因此，存在開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異的低熱導(dǎo)率和耐熱性并且在被應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)時(shí)能夠被長(zhǎng)時(shí)間保持的新型隔熱材料的需要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)合物顆粒，其可以包括內(nèi)部孔并且由陶瓷基材料制成。復(fù)合物顆?？梢孕纬蔀楸３趾线m的平均粒徑范圍，使得在應(yīng)用于高溫等下的涂覆過(guò)程中時(shí)，復(fù)合物顆?？梢员３址€(wěn)定的形狀和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。在一方面，本公開(kāi)提供了一種多孔陶瓷復(fù)合物顆粒。復(fù)合物顆粒可以包含內(nèi)部孔，因此在下文中，除非另外特別指明，復(fù)合物顆粒也是指多孔陶瓷復(fù)合物顆粒。復(fù)合物顆?？梢园ǎ簹饽z和陶瓷化合物。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，復(fù)合物顆?？梢赃m當(dāng)?shù)匕ㄖ睆綖榧s100nm至40,000nm的孔(內(nèi)部孔)。優(yōu)選地，陶瓷復(fù)合物顆?？梢跃哂屑s50μm至500μm的平均直徑。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“氣凝膠”是指包含孔的固體或半固體材料(例如凝膠)。具體地，氣凝膠中的孔可被氣體或空氣填充。優(yōu)選地，氣凝膠中的孔可以具有各種不同的尺寸分布和尺寸范圍、各種不同的形狀和各種不同的孔隙率等。氣凝膠可以不特別限定為具體的材料，優(yōu)選地，本發(fā)明的氣凝膠可以包括二氧化硅、碳或有機(jī)聚合物作為主要成分，即，大于50wt％的氣凝膠可以適當(dāng)?shù)匕ǘ趸?、碳?或有機(jī)聚合物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“孔”是指在材料或基質(zhì)內(nèi)部形成的空位、孔洞或腔室?？椎拇笮』蛐螤羁梢圆皇芴貏e限制。優(yōu)選地，可用平均粒徑而不是孔的特定形狀定義多孔陶瓷復(fù)合物中包括的孔。在復(fù)合物顆粒中，可以在氣凝膠與陶瓷化合物之間形成鍵。氣凝膠可以是直徑為約1μm至5μm的氣凝膠粉末。陶瓷化合物可以是直徑為約1μm至5μm的陶瓷粉末。優(yōu)選地，陶瓷化合物可以包括一種或多種選自硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、釔(Y)和鈰(Ce)的金屬的氧化物。氣凝膠可以包括直徑為約1nm至500nm的納米孔。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“納米孔”是指可以具有納米級(jí)平均直徑的空位、洞、孔或腔室，例如，至多999nm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm，或特別地約1nm至500nm。優(yōu)選地，復(fù)合物顆?？梢跃哂屑s30％或更大的孔隙率。進(jìn)一步提供了一種可以包括本文所述的復(fù)合物顆粒的車(chē)輛部件。例如，車(chē)輛部件可以是在其內(nèi)表面上涂覆有復(fù)合物顆粒的內(nèi)燃機(jī)或者在其上涂覆有復(fù)合物顆粒的內(nèi)燃機(jī)組件。另一方面，本發(fā)明提供了一種制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法。該方法可以包括以下步驟：將包括氣凝膠和陶瓷化合物的混合物噴灑至以約1000rpm至20000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底；以及在約500℃至1500℃的溫度對(duì)噴灑所得的產(chǎn)物進(jìn)行熱處理?？梢詫⒒旌衔飮姙⒅粱咨?。優(yōu)選地，基于混合物的總體積，混合物中的固體含量以體積計(jì)可以為約40％-60％。此外，基于100重量份的包括在混合物中的陶瓷化合物，氣凝膠的含量可以為約50-500重量份。優(yōu)選地，陶瓷化合物可以包括至少一種選自硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、釔(Y)和鈰(Ce)的金屬的氧化物。氣凝膠可以包括直徑約為1-500nm的納米孔。熱處理可以進(jìn)行約1小時(shí)至10小時(shí)。方法還可以包括在噴灑步驟之前將氣凝膠和陶瓷化合物磨碎。此外，方法還可以包括在熱處理步驟之前，在約100-300℃的溫度下對(duì)噴灑所得的產(chǎn)物進(jìn)行干燥。本發(fā)明的其他方面在下文中公開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢跃哂羞m當(dāng)范圍的粒徑(平均直徑)，并且當(dāng)被應(yīng)用至高溫涂覆過(guò)程時(shí)可以保持穩(wěn)定的形狀和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。附圖說(shuō)明圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的在實(shí)施例1中制備的示例性多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的表面FE-SEM圖。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的在實(shí)施例1中制備的示例性多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的截面FE-SEM圖。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的在實(shí)施例1中制備的示例性多孔隔熱涂層的截面FE-SEM圖。圖4顯示了比較例2中制備的隔熱涂層的截面FE-SEM圖。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的在實(shí)施例1中使用的示例性氣溶膠的截面FE-SEM圖。具體實(shí)施方式本文所用的術(shù)語(yǔ)僅是出于描述特定的示例性實(shí)施方式的目的，而不意在限制本發(fā)明。除非上下文另有清楚的說(shuō)明，如本文所用，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該”也意味著包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解的是，當(dāng)用在本說(shuō)明書(shū)中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，但不排除一種或多種其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件的存在或加入。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一種或多種相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。除非具體規(guī)定或從上下文顯而易見(jiàn)，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“約”被理解為在本領(lǐng)域正常偏差范圍內(nèi)，例如在平均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述數(shù)值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內(nèi)。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車(chē)，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(chē)(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商務(wù)車(chē)的客車(chē)，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)、氫動(dòng)力車(chē)和其它代用燃料車(chē)(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車(chē)是具有兩種或多種動(dòng)力源的車(chē)輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車(chē)輛。本發(fā)明提供了一種包括氣凝膠和陶瓷化合物的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒。具體地，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢园ㄖ睆綖榧s100-40,000nm的孔并且陶瓷復(fù)合物顆?？梢跃哂屑s50-500μm的平均直徑。此外，本發(fā)明提供了一種制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法。該方法可以包括以下步驟：將包含氣凝膠和陶瓷化合物的混合物噴灑至以1000rpm至20000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底；以及在500℃至1500℃的溫度下對(duì)噴灑所得的產(chǎn)物進(jìn)行熱處理?？梢酝ㄟ^(guò)任何常規(guī)涂覆方法例如噴灑、熱噴灑、等離子體沉積、浸漬、涂裝、浸沒(méi)等施用混合物。例如，可以將混合物噴灑至基底。在下文中，將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒及其制備方法的各種示例性實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種可以包括氣凝膠和陶瓷化合物的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒。具體地，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢园睆綖榧s100-40,000nm的孔，并且陶瓷復(fù)合物顆?？梢跃哂屑s50-500μm的平均直徑。本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用上述特定的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒時(shí)，在復(fù)合物顆粒內(nèi)部的氣凝膠與陶瓷顆粒之間可以形成較強(qiáng)的鍵，因此復(fù)合物顆粒內(nèi)部的組分能夠在高溫下的涂覆過(guò)程中保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。特別地，由于多孔陶瓷復(fù)合物顆粒中包括的孔和氣凝膠中包括的納米孔穩(wěn)定地保持其形狀，當(dāng)將多孔陶瓷復(fù)合物顆粒應(yīng)用于隔熱材料等中時(shí)，可以獲得高隔熱效果。此外，通過(guò)降低密度，其重量也可以得到降低。而且，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢赃m當(dāng)?shù)乇３中螤罨蚱骄剑沟迷谕扛策^(guò)程中，整個(gè)復(fù)合物顆?？赡懿粫?huì)熔化，僅復(fù)合物顆粒的一部分表面可能熔化，且內(nèi)部孔和包括納米孔的氣凝膠結(jié)構(gòu)可以得到保持。另一方面，當(dāng)使用常規(guī)使用的氣凝膠和陶瓷化合物的簡(jiǎn)單混合粉末時(shí)，可能無(wú)法形成氣凝膠與陶瓷化合物之間的鍵，因此復(fù)合物顆?？赡軣o(wú)法得到優(yōu)異的耐久性。同樣，粉末的平均粒徑小于預(yù)定尺寸，例如，小于約50μm，因此在隨后的涂覆過(guò)程中，氣凝膠可能很容易暴露出。而且，由于暴露出的氣凝膠因高達(dá)10,000K的高處理溫度而熔化，氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)可能無(wú)法得到保持，從而使熱導(dǎo)率和體積熱容量增加。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有高度耐久性的顆粒通過(guò)氣凝膠與陶瓷化合物之間的鍵而形成，顆粒的平均粒徑保持在合適的尺寸，且通過(guò)防止位于顆粒內(nèi)部的氣凝膠在隨后的涂覆過(guò)程等中熔化，可以制備具有低熱導(dǎo)率和體積熱容量的多孔隔熱涂層。因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢蕴峁└魺岵牧匣蚋魺峤Y(jié)構(gòu)，其能夠在反復(fù)應(yīng)用于高溫高壓條件下的內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部保持很長(zhǎng)一段時(shí)間。例如，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢孕纬稍趦?nèi)燃機(jī)的內(nèi)表面上或者內(nèi)燃機(jī)的組件上。用于在內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)表面或者內(nèi)燃機(jī)組件上形成多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法的例子沒(méi)有特別的限制，但是例如是通過(guò)將多孔陶瓷復(fù)合物顆粒分散至粘合劑樹(shù)脂等而形成涂層的方法。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒可以包括氣凝膠和陶瓷化合物，具體而言，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢园ㄖ睆綖榧s100nm至40,000nm的孔。氣凝膠可以具有由粗度為頭發(fā)的約萬(wàn)分之一的纏繞的細(xì)纖維制成的結(jié)構(gòu)，且具有約90％或更高的孔隙率。氣凝膠可以包括二氧化硅、碳或有機(jī)聚合物作為主要成分。具體而言，由于上述結(jié)構(gòu)特性，氣凝膠可以是具有高傳光性質(zhì)和基本上較低的熱導(dǎo)率的密度極低的材料。作為氣凝膠，可以使用之前已知的常規(guī)氣凝膠，例如，二氧化硅、碳、聚合物、金屬氧化物、或者其兩種或多種的混合物可被用作氣凝膠用組分。聚合物的例子可以包括，但不具體限于，聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸鈉、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯等。氣凝膠可以包含直徑為約1nm至500nm、或者約5nm至300nm、或者特別地約10nm至100nm的納米孔。因而，氣凝膠可以具有約100cm3/g至1,000cm3/g、或特別地約300cm3/g至900cm3/g的比表面積。氣凝膠可以是直徑為約1μm至5μm的氣凝膠粉末。用于制備氣凝膠粉末的方法的例子可以包括，但不特別限于，研磨固相氣凝膠的方法。作為研磨方法的例子，可以使用多種已知的研磨方法例如球磨而不受限制。陶瓷化合物可以包括至少一種或多種，或者兩種或更多種金屬氧化物。優(yōu)選地，金屬氧化物可以包括其中一種或多種、或者兩種或更多種選自硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、釔(Y)和鈰(Ce)的金屬元素分別與氧結(jié)合的氧化物。例如，金屬氧化物可以包括，例如，包含鋯氧化物和釔氧化物的釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。可以使用的陶瓷化合物可以是直徑為約1μm至5μm的陶瓷粉末。用于制備陶瓷粉末的方法的例子可以包括，但不特別限于，研磨固相陶瓷化合物的方法。作為研磨方法的例子，可以使用多種已知的研磨方法例如球磨而沒(méi)有限制。基于100重量份陶瓷化合物，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢园s50-500重量份、或者約80-400重量份、或者特別地約100-300重量份的量的氣凝膠。當(dāng)氣凝膠的含量小于預(yù)定量時(shí)，例如，小于約50重量份時(shí)，熱導(dǎo)率可能無(wú)法降低到足以適用于可以最終制備的多孔隔熱涂層，從而使充分的隔熱性劣化。當(dāng)氣凝膠的含量大于預(yù)定量時(shí)，例如，大于500重量份時(shí)，在最終制備的多孔隔熱涂層的內(nèi)部的氣凝膠含量可能大大增加，氣凝膠的一部分表面可能暴露于多孔隔熱涂層的表面，并且在多孔隔熱涂層的表面上可能產(chǎn)生凹凸，從而引起對(duì)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)壁的粘合性降低。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒中包括的氣凝膠與陶瓷化合物之間可以形成鍵。由于氣凝膠與陶瓷化合物之間的鍵，復(fù)合物顆粒內(nèi)部的組分在高溫下的涂覆過(guò)程中保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。鍵可以是氣凝膠與陶瓷化合物之間的物理鍵或粘合。用于在氣凝膠與陶瓷化合物之間形成鍵的方法的例子沒(méi)有特別限制，例如，可以使用燒結(jié)法，其中將氣凝膠與陶瓷化合物混合，將混合物加熱至接近熔點(diǎn)的溫度以使混合物熔化并將其固化。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的平均直徑可以為約50μm至500μm，或特別地約50μm至200μm。當(dāng)多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的平均直徑小于約50μm時(shí)，在用于多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的高溫下的涂覆過(guò)程中，包含在多孔陶瓷復(fù)合物顆粒內(nèi)部的氣凝膠可能熔化，由此最終制備的涂層內(nèi)部的孔隙率可能降低，并且熱導(dǎo)率和體積熱容量可能增加。另外，當(dāng)多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的平均直徑大于約500μm時(shí)，在用于多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的高溫涂覆過(guò)程中可能無(wú)法獲得對(duì)基底的充分粘合性。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的具體形狀的例子沒(méi)有特別限制，但是陶瓷復(fù)合物顆粒可以具有如圖1所示的球形或接近球形的外觀。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的孔隙率可以為約30％或更高，或者約40％或更高，或者約50％或更高，或者特別地約65％或更高。多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的孔隙率是指所有包含在多孔陶瓷復(fù)合物顆粒中的孔(例如，氣凝膠內(nèi)部的孔和涂層內(nèi)部的孔)的比例。例如，其可以指，就多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的一個(gè)端面而言，基于整個(gè)截面面積的孔的面積。因?yàn)樵谕扛策^(guò)程中，多孔陶瓷復(fù)合物顆粒中包含的氣凝膠的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)(納米孔)可能通過(guò)熔化等而消失，因此當(dāng)多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的孔隙率低于30％時(shí)，來(lái)自氣凝膠的隔熱性可能降低，從而導(dǎo)致最終制備的隔熱涂層的隔熱性的降低。同時(shí)，根據(jù)發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種用于制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法，其包括以下步驟：將包括氣凝膠和陶瓷化合物的混合物施用到以約1000rpm至20000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底上；在500℃至1500℃的溫度下對(duì)施用有混合物的基底進(jìn)行熱處理?；旌衔锟梢酝ㄟ^(guò)通常已知的涂覆方法例如噴灑、熱噴灑、等離子體沉積、浸漬、涂裝、浸沒(méi)等施用到基底上。多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢酝ㄟ^(guò)根據(jù)多個(gè)示例性實(shí)施方式的用于制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法而獲得，并且關(guān)于氣凝膠、陶瓷化合物和多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的描述包括之前在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中給出的所有描述。用于制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法可以包括將包含氣凝膠和陶瓷化合物的混合物噴灑到以約1000rpm至20000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底上的步驟。混合物可以包括氣凝膠和陶瓷化合物。如上所述，氣凝膠可以具有由粗度為約頭發(fā)的萬(wàn)分之一的纏繞的細(xì)纖維制得的結(jié)構(gòu)，并且具有約90％或更高的孔隙率。氣凝膠可以包括二氧化硅、碳或有機(jī)聚合物作為主要成分。具體而言，由于上述結(jié)構(gòu)特性，氣凝膠可以是具有高傳光性質(zhì)和基本上較低熱導(dǎo)率的密度極低的材料。作為氣凝膠，可以使用之前已知的常規(guī)氣凝膠，例如，二氧化硅、碳、聚合物、金屬氧化物或者其兩種或更多種的混合物可被用作氣凝膠用成分。聚合物的例子可以包括，但不特別限于，聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸鈉鹽、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯等。氣凝膠可以包括直徑為約1nm至500nm、或者約5nm至300nm、或者特別地約10nm至100nm的納米孔。因此，氣凝膠可以具有約100cm3/g至1000cm3/g，或者約300cm3/g至900cm3/g的比表面積。陶瓷化合物可以包括至少一種或多種，或者兩種或更多種金屬氧化物。優(yōu)選地，金屬氧化物可以包括其中一種或多種、或者兩種或更多種選自硅(Si)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、釔(Y)和鈰(Ce)的金屬元素分別與氧結(jié)合的氧化物。例如，可以使用包含鋯氧化物和釔氧化物的釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作為金屬氧化物的例子?；?00重量份的陶瓷化合物，多孔陶瓷復(fù)合物顆?？梢园s50-500重量份、或者約80-400重量份、或者特別地約100-300重量份的氣凝膠。當(dāng)氣凝膠的含量小于預(yù)定量時(shí)，例如，小于約50重量份時(shí)，最終制備的多孔隔熱涂層的熱導(dǎo)率可能無(wú)法充分地降低，從而可能無(wú)法獲得充足的隔熱性。當(dāng)氣凝膠的含量高于預(yù)定量時(shí)，例如，高于約500重量份時(shí)，最終制備的多孔隔熱涂層的內(nèi)部的氣凝膠含量可能大大增加，并且氣凝膠的一部分表面可能暴露于多孔隔熱涂層的表面，且在多孔隔熱涂層的表面上可能產(chǎn)生凹凸，從而引起對(duì)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)壁的粘合性的降低?；旌衔锟梢粤硗獍ㄌ砑觿?，例如分散劑和溶劑。用作添加劑的分散劑的例子可以包括，但不具體限于，聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、明膠、淀粉、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、十二烷基硫酸鈉、四亞甲基溴化銨、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉(Aerosol-OT)、十六烷基三甲基溴化銨、或其兩種或更多種的混合物。此外，溶劑不受特別限制，可以使用多種常規(guī)已知的有機(jī)溶劑、無(wú)機(jī)溶劑、或含水溶劑而不受限制?；旌衔锟梢酝ㄟ^(guò)在溶劑中加入并混合固體內(nèi)容物(例如，選自氣凝膠、陶瓷化合物和添加劑的一種或多種)而制備?；旌戏椒ǖ睦硬皇芫唧w限制，可以使用多種已知的混合方法例如球磨等而不受限制。基于混合物的總體積，混合物中包括的固體內(nèi)容物(固體成分)的量以體積計(jì)可以為約40％-60％。換言之，混合物可以在漿料中形成，在漿料中可以包含高于預(yù)定水平的量的固體內(nèi)容物。當(dāng)混合物中包含的固體內(nèi)容物的量以體積計(jì)小于約40％時(shí)，可能無(wú)法形成多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的球形形狀和大小，因?yàn)樵诨旌衔锏幕旌线^(guò)程中可能在溶液中產(chǎn)生氣泡。當(dāng)混合物中包括的固體內(nèi)容物的量以體積計(jì)高于60％時(shí)，在噴灑過(guò)程中可能無(wú)法形成細(xì)液滴，因?yàn)榛旌衔锏恼扯仍黾犹唷？梢詫⒒旌衔飮姙⒅烈约s1000rpm至20000rpm、或特別地約7000rpm至12000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底上。優(yōu)選地，當(dāng)將混合物噴灑至以7000rpm至12000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的基底上時(shí)，可以通過(guò)基底的離心力使混合物吹開(kāi)，使得可以在基底附近形成具有限定水平的直徑的液滴。當(dāng)基底的旋轉(zhuǎn)速度低于預(yù)定速度時(shí)，例如，低于約1000rpm時(shí)，產(chǎn)生的液滴的直徑可能增加至大于約200μm，從而最終制備的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的直徑也可能增加。由此，在用于多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的高溫下的涂覆過(guò)程中可能無(wú)法獲得對(duì)基底的充分粘合性。當(dāng)基底的旋轉(zhuǎn)速度高于預(yù)定速度時(shí)，例如，高于20000rpm時(shí)，產(chǎn)生的液滴的直徑可能降低至小于10μm，使得最終制備的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的直徑也可能降低。因此，在用于多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的高溫下的涂覆過(guò)程中，多孔陶瓷復(fù)合物顆粒內(nèi)部包含的氣凝膠可能熔化，因此最終制備的涂層內(nèi)部的孔隙率可能降低，且熱導(dǎo)率和體積熱容量可能增加。作為基底，可以使用多種形成液滴的方法中常用的轉(zhuǎn)盤(pán)，其具體形狀和尺寸不受限制。作為形成液滴的方法的例子，可以使用噴霧干燥法，且作為其具體例子，將液體混合物供應(yīng)到以高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)的中央，然后通過(guò)盤(pán)的離心力使液體混合物吹開(kāi)，且可以在盤(pán)的附近形成液滴。使用上述方法，可以形成粉末而沒(méi)有材料的熱變形，因?yàn)樵撨^(guò)程在相對(duì)較低的溫度下實(shí)施，且該過(guò)程能夠快速實(shí)施，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效率。用于制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法還可以包括以下步驟：在向基底施用(噴灑)多孔陶瓷復(fù)合物顆粒之前，將氣凝膠和陶瓷化合物的混合物研磨。以這樣的方式，氣凝膠和陶瓷化合物可以分別以氣凝膠粉末和陶瓷粉末的狀態(tài)混合。氣凝膠粉末可以具有約1μm至5μm的直徑。用于制備氣凝膠粉末的方法的例子可以包括，但不特別限于，研磨固相的氣凝膠，且作為研磨方法的例子，可以使用多種已知的研磨方法例如球磨而不受限制。陶瓷粉末可以具有約1μm至5μm的直徑。用于制備陶瓷粉末的方法的例子可以包括，但不特別限于，研磨固相陶瓷化合物的方法，且作為研磨方法的例子，可以使用多種已知的研磨方法例如球磨而不受限制。用于制備多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的方法還可以包括以下步驟：在約500℃至1500℃的溫度下、或者特別地在約700℃至1100℃的溫度下對(duì)噴灑所得的產(chǎn)物進(jìn)行熱處理。因此，當(dāng)與氣凝膠混合時(shí)，只有由噴灑步驟獲得的產(chǎn)物中包含的陶瓷化合物可以熔化并形成鍵。結(jié)果，最終制備的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的耐久性可以得到增加，且陶瓷復(fù)合物顆粒內(nèi)部的氣凝膠的孔可以得到保持。當(dāng)熱處理溫度小于約500℃時(shí)，陶瓷化合物可能無(wú)法充分地熔化，且氣凝膠與陶瓷化合物之間的鍵合強(qiáng)度可能降低，并且當(dāng)熱處理溫度高于約1500℃時(shí)，最終制備的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒的孔隙率可能降低，因?yàn)闅饽z熔化太多。熱處理步驟可以進(jìn)行約1-10小時(shí)，或特別地約2-5小時(shí)。在熱處理步驟之前，還可以包括將噴灑步驟得到的產(chǎn)物在約100℃至300℃、或者特別地約150℃至200℃的溫度下進(jìn)行干燥的干燥步驟。通過(guò)干燥步驟，噴灑步驟的產(chǎn)物中包含的溶劑可以得到移除。方法還可以包括，在熱處理步驟之后，在低于約300℃的溫度下的冷卻步驟。通過(guò)冷卻步驟，多孔陶瓷復(fù)合物顆粒可以以固相粉末的形式得到。實(shí)施例將參考以下實(shí)施例詳細(xì)闡釋本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例僅是用于示例說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的范圍不限于此。<實(shí)施例1：陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層的制備>(1)陶瓷復(fù)合物顆粒的制備將1000g釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)與1000g多孔二氧化硅氣凝膠(比表面積約500cm3/g)混合24小時(shí)并進(jìn)行球磨，以制備粉末混合物。將粉末混合物與溶劑水以及聚乙烯醇(PVA)分散劑混合。其中，混合物的固體含量約為50體積％。之后，用噴嘴將混合物噴灑至以約10,000rpm的速度旋轉(zhuǎn)的盤(pán)，以形成球形液滴。通過(guò)施加180℃的熱空氣使球形液滴干燥，然后，在900℃進(jìn)行4小時(shí)的熱處理，以制備具有下表1的直徑的陶瓷復(fù)合物顆粒。(2)隔熱涂層的制備對(duì)于陶瓷復(fù)合物顆粒，使用電弧等離子體進(jìn)行等離子體熱噴涂，以制備隔熱涂層。具體地，氬和氫作為惰性氣體吹入，并且當(dāng)移動(dòng)熱噴槍時(shí)，向熱噴槍施加下表1的電流以使得惰性氣體成為等離子體，然后，使用等離子體，將陶瓷復(fù)合物顆粒在約0.1秒內(nèi)熔化至從表面起約5μm的深度，并在下表1的熱噴灑距離下噴灑10分鐘，以制備厚度為200μm的隔熱涂層。<比較例1-2>：陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層的制備比較例1：通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法制備陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層，不同之處在于不使用多孔二氧化硅氣凝膠。比較例2：對(duì)于通過(guò)將1000g釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)和1000g多孔二氧化硅氣凝膠(比表面積約500cm3/g)混合24小時(shí)并進(jìn)行球磨而制備的粉末混合物，使用電弧等離子體實(shí)施等離子體噴涂以制備陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層。[表1]實(shí)施例和比較例的陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層的制備條件平均直徑(μm)熱噴灑粉末(A)熱噴灑距離(mm)實(shí)施例110047075比較例110047075比較例22047075如表1所示，證實(shí)了實(shí)施例的陶瓷復(fù)合物顆粒具有100μm的平均直徑，而比較例2的陶瓷復(fù)合物顆粒具有20μm的平均直徑，這是降低的粒徑。<實(shí)驗(yàn)例：實(shí)施例和比較例中得到的陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層的性質(zhì)的測(cè)定>實(shí)施例和比較例中得到的陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層的性質(zhì)如下測(cè)定，結(jié)果示于表2和表3中。1.FE-SEM圖對(duì)于實(shí)施例1和比較例2中得到的陶瓷復(fù)合物顆粒和隔熱涂層，通過(guò)外部或截面FE-SEM圖，證實(shí)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)果示于表2中。[表2]實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，證實(shí)了實(shí)施例的陶瓷復(fù)合物顆粒外部具有球形，并具有100μm的平均直徑。并且，如圖2所示，證實(shí)了在陶瓷復(fù)合物顆粒的內(nèi)部，釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)和多孔二氧化硅氣凝膠均勻混合，且在混合界面等處，另外地包括孔以提供孔隙率。在如圖3所示的隔熱涂層的情況下，證實(shí)了原樣包括陶瓷復(fù)合顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而顯示出多孔性，且在外表面處，通過(guò)使陶瓷化合物或多孔二氧化硅氣凝膠熔化而形成膜。同時(shí)，在如圖4所示的比較例2的隔熱涂層的情況下，證實(shí)了釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)和多孔二氧化硅氣凝膠均熔化，因此涂層內(nèi)部不存在孔。2.熱導(dǎo)率(W/mK)對(duì)于實(shí)施例和比較例中得到的隔熱涂層，通過(guò)熱擴(kuò)散測(cè)量技術(shù)根據(jù)ASTME1461使用激光閃光法在室溫和大氣壓力的條件下測(cè)定熱導(dǎo)率，結(jié)果示于下表3中。3.體積熱容量(KJ/m3K)對(duì)于實(shí)施例和比較例中得到的隔熱涂層，根據(jù)ASTME1269使用DSC裝置在室溫條件下以藍(lán)寶石作為參照物測(cè)定比熱，結(jié)果示于下表3中。4.孔隙率(％)對(duì)于實(shí)施例和比較例中得到的隔熱涂層的縱斷面，使用圖像分析儀的ImageJ程序測(cè)定孔隙率，結(jié)果示于下表3中。5.密度(g/ml)對(duì)于實(shí)施例和比較例中獲得的隔熱涂層，根據(jù)ISO18754測(cè)定密度，結(jié)果示于下表3中。表3實(shí)施例和比較例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，實(shí)施例的隔熱涂層保證了65％或更高的孔隙率，從而滿(mǎn)足了1500KJ/m3K或更低的低體積熱容量和2.0或更低的低熱導(dǎo)率，密度也低至0.7g/ml。相反，由于比較例1在陶瓷復(fù)合物顆粒內(nèi)部不包含氣凝膠，孔隙率迅速降低至3％，因此，體積熱容量、熱導(dǎo)率和密度顯著增加。并且，在包含通過(guò)將陶瓷化合物和氣溶膠簡(jiǎn)單混合而得到的粉末的比較例2的情況下，氣凝膠在熱噴涂過(guò)程中熔化，因此孔隙率降低至8％，且體積熱容量和密度增加。因此，證實(shí)了通過(guò)使用如實(shí)施例的多孔陶瓷復(fù)合物顆粒，氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)可以在通過(guò)熱噴涂工藝制備的多孔涂層的內(nèi)部得到保持，從而達(dá)到降低熱導(dǎo)率和熱容的效果。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3