(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のコーティングを作成する方法であって、該コーティングは、
ガラス状マトリックス材料と、
ガラス状マトリックス材料に保持される複数の金属ナノ粒子を有する配列とを含み、
前記方法は、
１つ以上の温度又は温度範囲を選択することと、
選択された１つ以上の温度又は温度範囲に基づいて、マトリックス材料及び金属ナノ粒子材料は異なる熱伝導率を有し、金属ナノ粒子のサイズは結果として得られる金属ナノ粒子の間の間隔が基板を通って熱を輸送するフォノン群の波長に一致し、マトリックス材料が基板の熱膨張率に一致する熱膨張率を有するように、マトリックス材料及び金属ナノ粒子材料を選択することと、
金属ナノ粒子にガラス状マトリックス材料をコーティングすることと、
溶剤をコーティングされたナノ粒子と添加混合することによりスラリーを形成することと、
スラリーを基板に塗布することと、
スラリーから溶剤を蒸発させることと、
ナノ粒子にコーティングされたガラス状マトリックス材料を溶融合体させることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記配列は３次元配列である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の金属ナノ粒子は球形である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の金属ナノ粒子は：
タングステン、及び
コバルト
のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ガラス状マトリックス材料は：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、
アルミノ−シリカガラス
のうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記溶融石英はアモルファスＳｉＯ２を含み、
前記ソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＣａＯを含み、
前記アルミノ−シリカガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のナノ粒子の化学式量は、前記ガラス状マトリックス材料の化学式量よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ガラス状マトリックス材料の化学式量に対する前記複数のナノ粒子の化学式量の比は、１０よりも大きい、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の金属ナノ粒子の弾性定数は、前記ガラス状マトリックス材料の弾性定数よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、材料内での熱エネルギー輸送を制御する方法に関するものであり、特に遮熱コーティング、及び当該コーティングを調製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料内での熱エネルギーの流れを制御することは、多岐に亘る産業分野において重要である。熱エネルギーは、材料内をフォノンとして知られる熱量子の形態で流れる。材料内でのフォノンの流れは、絶縁体を使用することにより抑制することができ、この絶縁体が、フォノンの流れに対して抵抗を示すことにより、熱差または熱勾配が生じる。しかしながら、熱エネルギー輸送を制御するための絶縁体の使用は、幾つかの用途において制限を受ける可能性がある。例えば、航空宇宙産業では、絶縁体を、熱エネルギー輸送を低減するために使用すると、不所望の重量がビークルに追加されてしまう、または部品群が極めて大きくなり過ぎて、または厚くなり過ぎて用途条件を満たすことができなくなる。
【０００３】
材料内でのフォノンの流れは、当該材料に反射面を設けることによって抑制することもでき、この反射面は、材料からの熱を、この熱を吸収してしまう前に反射する。しかしながら、熱エネルギー輸送を制御する高反射率面の信頼度もまた、反射面の研磨状態を維持する、そして／または反射面を鏡面状に維持する必要があり、これが作業コストに加わってしまうので、幾つかの用途においては問題となり得る。
【０００４】
ごく最近、層状かつ２次元的に配列された微細金属粒子群がフォノンの流れを妨げることにより、これらの層に略垂直な方向のこれらの層内での熱流を低減することができるという知見が得られている。しかしながら、層状かつ２次元的に配列された微細金属粒子群を利用して、フォノン干渉として知られる現象により熱流を低減する手法は、研究所における実験に殆ど限定されてきた。公知の２次元層状配列は、形成するためには多大な時間を要し、かつコストが高く付き、そしてこの２次元層状配列によって表面が、航空宇宙産業に見出される用途のような高性能用途に十分に耐えることができない虞がある。
【０００５】
従って、材料内での熱流を、フォノン干渉を利用して制御するために遮熱材として使用することができ、かつ耐久性が高く、強固なコーティングが必要である。また、非常に安価であるとともに、使用することにより、基板表面の非常に広い領域を被覆することができるコーティングを調製し、そして当該コーティングを基板に塗布する方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
開示の実施形態は、熱流を、複合材構造を用いて阻止する、または低減する遮熱コーティングを提供し、この複合材構造は、高い熱伝導率及び低い熱伝導率を有し、かつ薄膜として、またはマトリックスに保持される微細粒子配列として配置されるナノスケール材料を含む。１つの実施形態では、複合材構造は、準周期的かつ３次元的に配列された金属ナノ球状粒子群を含み、これらの金属ナノ球状粒子は、比較的高い熱伝導率を有し、かつ比較的低い熱伝導率を有するガラス状エナメルマトリックスに埋め込まれる。コーティング内を伝播する熱波は、熱伝導率の不連続部分に衝突し、そしてマトリックス材料とナノ粒子群との間の内部境界で部分的に反射される。不連続部分に在る多数の境界による部分反射が蓄積されると、材料が全体として非常に高い反射率を持つようになる。幾つかの場合では、これらの内部反射を生じさせて、これらの反射が互いに量子レベルで干渉するようにすることができる。この干渉によって、非常に高い指向性散乱特性が得られ、この散乱特性が作用して、前方への熱流が大きく制限されて、材料が非常に低い熱伝導率を示すようになる。実際、開示のコーティングは、熱エネルギー帯で内部「光沢を発現する」。正しいサイズに形成される場合、当該コーティングは、バルク合金に混合して合体させた同じマトリックス材料及びナノ粒子材料の熱伝導率の２％に過ぎない熱伝導率を呈することができる。開示の遮熱コーティングは、熱流を制御するために表面特性に依存するということがないので、当該遮熱コーティングを部材群または基板群の内部に、または部材群または基板群の間に埋め込むことができる。
【０００７】
開示の遮熱コーティングは、軽量であり、かつ比較的安価であるので、基板の広い領域に塗布することができる。当該コーティングは、調整することにより、比較的広い温度範囲の熱エネルギー輸送を低減することができ、更には耐久性が非常に高く、そして航空宇宙産業における用途のような高性能用途において使用されるために適している。幾つかの用途では、開示の遮熱コーティングを使用することにより、より高い温度に耐えるように設計することができるチタンのような比較的高価な材料の必要性を低減することができる。他の用途では、当該コーティングは更に、グラファイト／エポキシ複合材のような複合材を覆うようにして使用されるために適する低温用途向けに調整することができる。２次元層状配列によって、これらの層と直交する方向に合わせて進むフォノンの周波数のみを放棄する先行技術とは異なり、開示の遮熱コーティングによって、フォノン干渉を熱エネルギー流の全ての方向から起こす。
【０００８】
１つの開示の実施形態によれば、基板に塗布されて前記基板内を移動する熱流を制御するように適合させたコーティングが提供される。前記コーティングは、ガラス状マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含む。前記配列は、ほぼ準周期的かつ３次元的な配列とすることができる。前記ナノ粒子群は金属を含むことができ、かつ略球形とすることができる。前記配列における前記ナノ粒子群の間隔は略一定とすることができ、そして前記ナノ粒子群の分子量は、前記マトリックス材料の分子量よりも大幅に大きい。１つの実施形態では、前記マトリックス材料の分子量に対する前記ナノ粒子材料の分子量の比は、約１０よりも大きい。別の表現をすると、金属球状粒子群は、タングステンのような重い材料により形成され、そしてマトリックスは、シリコンのような軽い材料により形成される。他の材料選択は、一般性を損なうことなく行なうことができる。
【０００９】
開示の別の実施形態によれば、基板に塗布されて前記基板内を移動する熱流を制御するように適合させたコーティングが提供される。前記コーティングは、マトリックスに保持されるナノ粒子配列を含み、前記ナノ粒子群は前記マトリックスの熱伝導率よりも大幅に大きい熱伝導率を有する。前記マトリックスは、溶融石英、ソーダ石灰ガラス、ホウ−ケイ酸塩ガラス、及びアルミノ−シリカガラスのうちの１つを含むガラス状化合物とすることができる。前記マトリックスは、酸窒化アルミニウムのようなセラミックの形態とすることができる。前記ナノ粒子群のサイズは、コーティング内で事前選択温度の熱輸送を担うフォノン群の波長と略同じである。
【００１０】
更に別の実施形態によれば、遮熱コーティングが提供される。前記コーティングは、少なくとも２つの層を含み、各層は、ガラス状マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含む。これらの層は、少なくとも２つの温度範囲の熱輸送を低減するようにそれぞれ調整される特性を有する。これらの特性として、ナノ粒子群の間隔、ガラス状マトリックス材料に対するナノ粒子群の質量の比、及びガラス状マトリックス材料に対するナノ粒子群の弾性定数の比を挙げることができる。前記遮熱コーティングは更に、ガラス状マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含む第３層を含むことができ、前記第３層は、第１及び第２温度範囲とは異なる第３温度範囲の熱輸送を低減するように調整される特性を有する。
【００１１】
更に別の実施形態によれば、航空機部品に用いる遮熱コーティングが提供される。前記コーティングは、ガラス状マトリックスと、そして前記マトリックスに保持される複数の金属ナノ粒子と、を含む。これらのナノ粒子は、３次元配列に配置され、そして熱エネルギーをコーティング内で輸送するフォノン群の波長に略等しい略一定の距離だけ離間する。
【００１２】
更に別の実施形態によれば、遮熱コーティングを調製する方法が提供される。前記方法は、ガラス状化合物を金属ナノ粒子群に塗布する工程と、そして前記ガラス状化合物を溶融させて前記ナノ粒子群を保持するガラスマトリックスとする工程と、を含む。前記コーティングは、ガラス質粉末を前記ナノ粒子群にスプレー塗布することにより、またはゾルゲルシリカ化合物を前記ナノ粒子群にコーティングすることにより形成することができる。前記方法は更に、前記ナノ粒子群を組織化させて準周期的かつ３次元的な配列とする工程を含む。
【００１３】
開示の更に別の実施形態によれば、遮熱コーティングを基板に形成する方法が提供される。前記方法は、金属ナノ粒子群にガラス状化合物をコーティングする工程と、そして前記コーティング済みナノ粒子群を自己組織化させて準周期的かつ３次元的な配列とする工程と、を含む。前記方法は更に、前記組織化ナノ粒子群を前記基板に塗布する工程と、そして前記ガラス状化合物コーティングを溶融させて略均質なマトリックスとする工程と、を含む。
【００１４】
１．
基板に塗布されて前記基板内を移動する熱流を制御するように適合させたコーティングであって：
ガラス状マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含む、コーティング。
【００１５】
２．
前記配列は３次元配列である、請求項１に記載のコーティング。
【００１６】
３．
前記配列は、ほぼ準周期的である、請求項１に記載のコーティング。
【００１７】
４．
前記ナノ粒子群は略球形である、請求項１に記載のコーティング。
【００１８】
５．
前記ナノ粒子群は：
タングステン、及び
コバルト
のうちの１つを含む、請求項１に記載のコーティング。
【００１９】
６．
前記ガラス状マトリックス材料は：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、
アルミノ−シリカガラス
のうちの１つを含む、請求項１に記載のコーティング。
【００２０】
７．
前記溶融石英はアモルファスＳｉＯ２を含み、
前記ソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＣａＯを含み、そして
前記アルミノ−シリカガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，ＭｇＯ，及びＣａＯを含む、請求項６に記載のコーティング。
【００２１】
８．
前記ガラス状マトリックス材料はセラミックである、請求項１に記載のコーティング。
【００２２】
９．
前記セラミックは酸窒化アルミニウムである、請求項８に記載のコーティング。
【００２３】
１０．
前記配列における前記ナノ粒子群の間隔は略一定である、請求項１に記載のコーティング。
【００２４】
１１．
前記ナノ粒子群の原子質量は、前記マトリックス材料の原子質量よりも大幅に大きい、請求項１に記載のコーティング。
【００２５】
１２．
前記マトリックス材料の質量に対する前記ナノ粒子群の原子質量の比は、約１０よりも大きい、請求項１１に記載のコーティング。
【００２６】
１３．
前記ナノ粒子群の弾性定数は、前記マトリックス材料の弾性定数よりも大幅に大きい、請求項１に記載のコーティング。
【００２７】
１４．
前記ガラス状マトリックス材料はガラスエナメルである、請求項１に記載のコーティング。
【００２８】
１５．
基板に塗布されて前記基板内を移動する熱流を制御するように適合させたコーティングであって：
マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含み、前記ナノ粒子群は、前記マトリックス材料の熱伝導率よりも大幅に大きい熱伝導率を有する、コーティング。
【００２９】
１６．
前記配列は、ほぼ準周期的かつ３次元的な配列である、請求項１５に記載のコーティング。
【００３０】
１７．
前記マトリックス材料はガラス状材料である、請求項１５に記載のコーティング。
【００３１】
１８．
前記ナノ粒子群は、略球体の形状をしている、請求項１５に記載のコーティング。
【００３２】
１９．
前記ナノ粒子群は：
タングステン、及び
コバルト
から成るグループから選択される、請求項１５に記載のコーティング。
【００３３】
２０．
前記ガラス状材料は：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、
アルミノ−シリカガラス
のうちの１つを含む、請求項１７に記載のコーティング。
【００３４】
２１．
前記溶融石英はアモルファスＳｉＯ２を含み、
前記ソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＣａＯを含み、そして
前記アルミノ−シリカガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，ＭｇＯ，及びＣａＯを含む、請求項２０に記載のコーティング。
【００３５】
２２．
前記ガラス状材料はセラミックである、請求項１７に記載のコーティング。
【００３６】
２３．
前記セラミックは酸窒化アルミニウムである、請求項２２に記載のコーティング。
【００３７】
２４．
前記配列における前記ナノ粒子群の間隔は略一定である、請求項１５に記載のコーティング。
【００３８】
２５．
前記マトリックス材料の原子質量に対する前記ナノ粒子群の原子質量の比は、約１０よりも大きい、請求項１５に記載のコーティング。
【００３９】
２６．
前記ナノ粒子群の弾性定数は、前記マトリックス材料の弾性定数よりも大幅に大きい、請求項１５に記載のコーティング。
【００４０】
２７．
前記ガラス状材料はガラスエナメルである、請求項１７に記載のコーティング。
【００４１】
２８．
前記配列におけるナノ粒子群の間の距離は、熱を前記コーティング内で輸送するフォノン群の波長に略等しい、請求項１３に記載のコーティング。
【００４２】
２９．
各層が、ガラスマトリックスに保持される金属ナノ粒子配列を含む構成の少なくとも２つの層を含み、これらの層は、少なくとも２つの温度範囲の熱輸送を低減するようにそれぞれ調整される特性を有する、
遮熱コーティング。
【００４３】
３０．
前記特性は：
前記配列群の各配列における前記ナノ粒子群の間隔、
前記配列群の各配列における前記ガラスマトリックスに対する前記ナノ粒子群の質量の比、及び
前記配列群の各配列における前記ガラスマトリックスに対する前記ナノ粒子群の弾性定数の比、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２９に記載の遮熱コーティング。
【００４４】
３１．
更に、ガラスマトリックスに保持される金属ナノ粒子配列を含む第３層を含み、前記第３層は、前記第１及び第２温度範囲とは異なる第３温度範囲の熱輸送を低減するように調整される特性を有する、請求項２９に記載の遮熱コーティング。
【００４５】
３２．
前記配列群の各配列は３次元配列であり、かつ準周期的であり、そして
前記配列群の各配列における前記ナノ粒子群は略球形である、
請求項２９に記載の遮熱コーティング。
【００４６】
３３．
前記層群の各層の前記ガラスマトリックスは：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、及び
アルミノ−シリカガラス
のうちの１つを含む、請求項２９に記載の遮熱コーティング。
【００４７】
３４．
航空機部品に用いる遮熱コーティングであって：
ガラス状エナメルマトリックスと、
前記マトリックスに保持される複数の金属ナノ粒子と、を含み、前記ナノ粒子群は、３次元配列に配置され、そして熱エネルギーを前記コーティング内で輸送するフォノン群の波長に略等しい略一定の距離だけ離間する、
遮熱コーティング。
【００４８】
３５．
遮熱コーティングを調製する方法であって：
ガラス状化合物を金属ナノ粒子群に塗布する工程と、
前記ガラス状化合物を溶融させて、前記ナノ粒子群を保持するガラスマトリックスとする工程と、
を含む、方法。
【００４９】
３６．
前記ガラス状化合物の塗布は：
ガラス質粉末を前記ナノ粒子群にスプレー塗布する工程、及び
ゾルゲルガラス質粉末を前記ナノ粒子群に塗布する工程、
のうちの１つの工程によって行なわれる、請求項３５に記載の方法。
【００５０】
３７．
更に：
前記ナノ粒子群を、準周期的かつ３次元的な配列に配置する工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【００５１】
３８．
更に：
温度範囲を選択する工程であって、前記温度範囲に亘って、前記コーティングが遮熱材として作用するように設計される、前記選択する工程と、
前記金属ナノ粒子群のサイズを、前記選択温度範囲に基づいて選択する工程と、
を含む、請求項３５に記載の方法。
【００５２】
３９．
前記ガラス状化合物の溶融は、前記塗布済みナノ粒子群を被覆する前記ガラス状化合物を、前記ガラス状化合物の溶解温度に加熱することにより行なわれる、請求項３５に記載の方法。
【００５３】
４０．
前記ガラス状化合物の加熱は、レーザにより行なわれる、請求項３９に記載の方法。
【００５４】
４１．
更に：
前記ナノ粒子群を組織化させて、準周期的かつ３次元的な配列とする工程を含む、請求項３５に記載の方法。
【００５５】
４２．
請求項３５に記載の方法により調製される遮熱コーティング。
【００５６】
４３．
遮熱コーティングを基板に形成する方法であって：
金属ナノ粒子群にガラス状化合物をコーティングする工程と、
前記コーティング済みナノ粒子群を自己組織化させて、準周期的かつ３次元的な配列とする工程と、
前記組織化ナノ粒子群を前記基板に塗布する工程と、
前記ガラス状化合物コーティングを溶融させて略均質なマトリックスとする工程と、
を含む、方法。
【００５７】
４４．
前記溶融は、前記コーティング済みナノ粒子群を、少なくとも前記ガラス状化合物の溶解温度に加熱することにより行なわれる、請求項４３に記載の方法。
【００５８】
４５．
前記自己組織化は：
スラリーを、溶剤を前記コーティング済みナノ粒子群と添加混合することにより形成し、そして前記溶剤を前記スラリーから蒸発させることにより行なわれる、請求項４３に記載の方法。
【００５９】
４６．
前記基板への前記組織化ナノ粒子群の塗布は、前記スラリーを前記基板に塗布することにより行なわれる、請求項４５に記載の方法。
【００６０】
４７．
更に：
温度範囲を選択する工程であって、前記温度範囲内で、前記コーティングによって熱エネルギー輸送を低減させることになる、前記選択する工程と、
前記ナノ粒子群及び前記ガラス状化合物の特性を、前記選択温度範囲に基づいて選択する工程と、
を含む、請求項４３に記載の方法。
【００６１】
４８．
更に：
前記３次元配列における前記ナノ粒子群の間隔を、熱エネルギーを前記コーティング内で輸送するフォノン群の波長に略一致させる工程を含む、請求項４５に記載の方法。
【００６２】
４９．
基板内を移動する熱流を制御する方法であって：
コーティングを前記基板に塗布する工程を含み、前記コーティングを塗布する際に、３次元配列された金属粒子群をマトリックス内で組織化させる、方法。
【００６３】
５０．
更に：
前記基板内を移動する熱流を、前記金属粒子群を利用して前記コーティング内を通過する熱フォノン群を反射することにより、少なくとも部分的に阻止する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【００６４】
５１．
更に：
前記金属粒子群を利用して、前記コーティング内を通過する熱フォノン群をほぼ任意の方向に反射する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【００６５】
５２．
更に：
金属粒子群及びマトリックスを選択する工程であって、前記金属粒子群及びマトリックスが、大幅に異なる熱伝導率を有し、かつ前記金属粒子群及びマトリックスによって、前記コーティング内を移動するフォノン群の反射が起こる、前記選択する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【００６６】
５３．
前記金属粒子群の選択では、温度範囲に応じた前記金属粒子群のサイズを選択し、前記温度範囲内で、熱の移動が制御されることになる、請求項５２に記載の方法。
【００６７】
５４．
前記マトリックスの選択では、前記マトリックスの熱膨張率を、前記基板の熱膨張率に略一致させる、請求項５２に記載の方法。
【００６８】
５５．
前記３次元配列された前記金属粒子群の組織化では、前記金属粒子群にガラス状化合物をコーティングし、そして前記コーティングを溶解させて略均質なマトリックスとする、請求項４９に記載の方法。
【００６９】
５６．
前記３次元配列された前記金属粒子群の組織化では：
前記金属粒子群及びマトリックス材料の混合物を前記基板に塗布し、そして
前記マトリックス材料を溶融させて、前記金属粒子群を前記３次元配列に保持する略均質なマトリックスとする、
請求項４９に記載の方法。
【００７０】
５７．
前記マトリックス材料の溶融は、前記混合物を、少なくとも前記マトリックス材料の溶解温度に加熱することにより行なわれる、請求項５６に記載の方法。
【００７１】
５８．
前記３次元配列された前記金属粒子群の組織化では、前記粒子群を互いから、熱を前記コーティング内で運ぶフォノン群の間の干渉を起こす距離だけ離間させる、請求項４９に記載の方法。
【００７２】
５９．
航空宇宙ビークル部品に用いる遮熱コーティングであって：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、及び
アルミノ−シリカガラスから成るグループから選択されるガラス状化合物マトリックスと、
準周期的かつ３次元的に配列された球形金属ナノ粒子群と、を含み、前記金属ナノ粒子群は前記マトリックスに保持され、かつタングステン及びコバルトから成るグループから選択され、前記金属ナノ粒子群は、前記マトリックスの熱伝導率よりも大幅に大きい熱伝導率を有し、かつ互いから、熱エネルギーを前記マトリックス内で輸送するフォノン群の波長に略等しい距離だけ離間する、遮熱コーティング。
【００７３】
６０．
遮熱材を航空宇宙ビークルの部品に形成する方法であって：
温度範囲を選択する工程であって、前記温度範囲内で、前記遮熱材によって、前記部品に輸送される熱エネルギーを低減することになる、前記選択する工程と、
金属ナノ粒子群を選択してコーティング内に使用し、前記金属ナノ粒子群を選択する際に、前記ナノ粒子群の材料を選択し、そして前記ナノ粒子群のサイズを前記選択温度範囲に基づいて選択する工程と、
ガラス状化合物マトリックス材料を選択する工程であって、前記ナノ粒子を、前記ナノ粒子群として使用するために選択される前記材料の熱伝導率を利用して保持することができる、前記選択する工程と、
ガラス状化合物シェルを前記ナノ粒子群の周りに、ガラス状化合物粉末を前記ナノ粒子群にスプレー塗布することにより形成する工程と、
スラリーを、溶剤を前記塗布済みナノ粒子群と混合することにより形成する工程と、
前記スラリーを前記部品の表面に塗布する工程と、
前記塗布済みナノ粒子群を自己組織化させて、準周期的かつ３次元的な配列とし、自己組織化させる際に、前記溶剤を前記スラリーから蒸発させる工程と、
前記３次元配列されたナノ粒子群を支持する略均質なマトリックスを形成し、そして前記マトリックスを前記部品の表面に、前記ガラス状化合物シェル群を溶融させて合体させることにより接着させ、接着させる際に、前記ガラス状化合物を、少なくとも前記ガラス状化合物の溶解温度に加熱する工程と、
を含む、方法。
【００７４】
開示のこれらの実施形態は、基板内での熱エネルギーの輸送を制御する非常に多岐に亘る用途において有用な低コスト、高耐久性、高性能遮熱コーティングの必要性を満たす。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、開示の実施形態による遮熱コーティングをその上に形成する構成の基板を断面から見た図である。
【図２】図２は、遮熱コーティングを熱シールドに塗布した構成の熱シールドを含む航空機エンジン取り付け構造を側面から見た図である。
【図３】図３は、図１と同様の図であり、遮熱コーティングを用いて基板から逃げる熱エネルギーを低減する様子を示している。
【図４】図４は、２つの基板の間に挟まれる遮熱コーティングを示すように断面から見た図である。
【図５】図５、図４と同様の図であり、２つの遮熱コーティングを３つの基板の間に挟んで、２つの個別の温度範囲の熱エネルギー輸送を制御する様子を示している。
【図６】図６は、３つの異なる温度範囲の熱エネルギー輸送をそれぞれ制御する３つの積層遮熱コーティングを有する基板を断面から見た図である。
【図７】図７は、遮熱コーティングを斜めから見た図であり、金属ナノ粒子群が、準周期的かつ３次元的な配列に配置されている。
【図８】図８は、溶融して略均質なガラスエナメルとなる前に、配列に配置されるコーティング済みナノ粒子群を平面から見た図である。
【図９】図９は、フォノン干渉による熱エネルギー輸送の低減を説明するために有用な図を示している。
【図１０】図１０は、遮熱コーティングをその上に形成した構成の基板を断面から見た図であり、コーティングは、３つの異なる温度範囲の熱エネルギー輸送を制御する異なるサイズのナノ粒子群からなる複数層を含む。
【図１１】図１１は、遮熱コーティングを最適化し、そして塗布する方法のフロー図を示している。
【図１２】図１２は、基板内を移動する熱流を制御する方法のフロー図を示している。
【図１３】図１３は、航空機製造及び整備方法のフロー図を示している。
【図１４】図１４は、航空機のブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
図１を参照するに、開示の実施形態は、遮熱コーティング３０に関するものであり、この遮熱コーティング３０を基板３４に塗布することにより、高温ＴＨ領域から低温ＴＬ領域への、本明細書では熱エネルギーとも表記される熱３６の移動を制御することができる。図１に示す例では、遮熱コーティング３０は、基板３４に達する熱３６の量を低減するように設計される。以下に更に詳細に説明するように、遮熱コーティング３０は、コーティング３０内でのフォノンの流れを妨げることにより、フォノンとして知られる熱量子の形態の熱エネルギー３６の輸送を低減する材料からなる非常に薄い耐久層または耐久層群とすることにより、基板３４に供給される熱エネルギー３６を大幅に低減する遮熱材を形成することができる。フォノンは、固体の弾性的性質の周期結晶構造の格子振動モードの量子化により特徴付けられる準粒子である。フォノンは、粒子的な性質を持つ波束と見なすことができる。
【００７７】
開示の遮熱コーティング３０は、これに限定されないが、航空宇宙産業のような多様な産業に向けて多岐に亘る用途を有する。例えば、図２は、コーティング３０が航空宇宙用途に使用される様子を示している。ジェットエンジン３８は航空機翼４０にパイロン４２を介して取り付けられる。金属製熱シールド４４がパイロン４２を、参照番号４６の位置のエンジン３８から出る高温排気ガスの過剰な熱から保護する。遮熱コーティング３０は、熱シールド４４の外側表面に塗布することにより、熱シールド４４に達する熱エネルギーの量を低減することができる。コーティング３０による遮熱効果として、熱シールド４４は、エンジン３８から出る高温の排気ガスに直接曝される状況に耐える機能を持たずに済むような、より軽い、そして／またはより安価な材料により形成することができる。例えば、これに限定されないが、遮熱コーティング３０が無い状態では、チタンにより形成される熱シールド４４を用いて、エンジン３８から出る高温の排気ガスに耐えるようにする必要がある。しかしながら、遮熱コーティング３０を用いる場合、熱シールド４４は、アルミニウムまたは複合材料のようなより安価な、そして／またはより軽い材料により形成することができる。
【００７８】
コーティング３０が航空宇宙用途に使用される他の代表的な例として、これらには限定されないが、ＡＰＵ（ａｕｘｉｌｉａｒｙ  ｐｏｗｅｒ  ｕｎｉｔ：補助電源装置）近傍に位置する部品、高温油圧部品、エンジンナセル、チタンノズル表面、タービンブレード、及び燃焼室の壁などを挙げることができる。遮熱コーティング３０を他の産業において用いることにより、例えば極低温ケーブル（図示せず）を二重壁構造の真空システム（図示せず）の内部に保持することができる。コーティング３０を塗布すると、真空を維持する必要性を低くすることができるので、組み立て及び作業のコストを大幅に低減することができる。
【００７９】
図３は、厚さｔを有する遮熱コーティング３０を用いて、コーティング３０を塗布する対象の基板３４から逃げる熱エネルギー（熱）３６の量を制限する別の例を示している。この例では、熱エネルギー輸送方向は、図１の例に示す方向とは反対である。厚さｔのコーティング３０内での熱エネルギー３６の流れを抑制する他に、コーティング３０はまた、コーティング３０内での図３の矢印３６ａで示す面内方向だけでなく、他の方向の熱エネルギー輸送を低減するために効果的である。
【００８０】
図４を参照するに、遮熱コーティング３０は、図１及び３に示す単なる表面コーティングとしてだけではなく、２つの基板３４と３４ａとの間に挟まれる内部介在層３５として用いることができる。遮熱コーティング３０に接触する基板３４，３４ａは、これらには限定されないが、金属及び複合材料を含む種々の材料のうちの任意の材料とすることができる。
【００８１】
１つよりも多くの遮熱コーティング３０を用いて、１つ以上の基板３４内での熱エネルギーの輸送を制御することができる。例えば、図５に示すように、２つの遮熱コーティング３０，３０’は、２つの外側基板３４，３４ｂと中央基板３４ａとの間にそれぞれ挟まれる。用途によって異なるが、２つの遮熱コーティング３０，３０’は、略同じとすることができる、または２つの異なる温度範囲Ｔｒ１，Ｔｒ２の熱エネルギーの輸送を制御するためにそれぞれ有用である異なる材料及び／又は特性を有することができる。
【００８２】
図６は、遮熱コーティング３０の別の実施形態を示している。この例では、コーティング３０は、３つの積層膜３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含み、これらの積層膜はそれぞれ、異なる材料を用いる、そして／または異なる特性を有することにより、積層膜３０ａ，３０ｂ，３０ｃによってそれぞれ、コーティング３０内での異なる温度範囲Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の熱エネルギーの輸送を制御する。
【００８３】
次に、図７及び８を参照するに、コーティング３０は、準周期的かつ３Ｄ（３次元）的に配列された個別ナノサイズ粒子群６０を含み、これらのナノサイズ粒子６０は、シリカ系化合物を含むことができるマトリックス６６に埋め込まれて保持される。本明細書において使用されるように、「３−Ｄ  ａｒｒａｙ（３次元配列）」または「ｑｕａｓｉ−ｒｅｇｕｌａｒ  ３−Ｄ  ａｒｒａｙ（準周期的かつ３次元的配列）」とは、ナノ粒子群６０がほぼ３次元配列に配置され、そして略一定距離Ｄだけ離間し、かつこれらに限定されないが、ギャップ、一定ではない粒子間の間隔、ナノ粒子群６０の欠落などのような或る程度の不規則性が存在する３Ｄ配列（３−Ｄ  ａｒｒａｙ：３次元配列）を指す。
【００８４】
図８は、中間製造工程におけるコーティング済みナノ粒子群５８を示しており、これらの個別ナノ粒子６０には、これらのナノ粒子６０を取り囲むシェル６２を形成するガラス状（シリカ系）化合物層がコーティングされている。金属ナノ粒子群６０は、タングステンまたはコバルトのような金属を含むことができ、そして球形とすることができるが、他の金属及び幾何学形状を用いることもできる。ナノ粒子群６０のサイズ、及び配列５６におけるこれらのナノ粒子の間隔Ｄ（図９）は、フォノン群６４の波長λによって異なり、この波長λが今度は、遮熱コーティング３０が効果を発揮するように設計される温度または温度範囲によって決定される。コーティング３０内を通過するフォノン群の平均自由行程を用いて、配列におけるナノ粒子間隔Ｄを定義する。１個の粒子の平均自由行程は、当該粒子が連続する衝突の間に移動する平均距離である。
【００８５】
支持マトリックス６６として選択される材料は、少なくともフォノン波長λ以上のフォノンの平均自由行程長を有することにより、材料転位によるフォノン散乱を防止する必要がある。マトリックス６６に用いる材料とナノ粒子群６０に用いる材料の原子質量比は、出来る限り高くする必要があり、そしてマトリックス６６の材料の機械的な適合性を最適化することにより、コーティング３０に関する高いフォノン捕獲率を実現することができる。１つの実現可能な実施形態では、ナノ粒子群６０とマトリックス６６の原子質量比は、少なくとも約１０である。
【００８６】
コーティング３０は、自己組織化プロセスにおける転位または誤差を許容するために十分な厚さｔを有することができる。マトリックス６６として有用な化合物は、コーティング３０の熱膨張率が、当該コーティング３０を塗布する対象の基板３４の熱膨張率に略一致するように選択する必要がある。コーティング３０の性能は、原子質量比、熱伝導率比、弾性定数、及び複合材構造体の幾何学形状によって異なる可能性がある。２つの原子質量の差が超格子において大きくなると、超格子がフォノンミラーとして一層強く作用して、非常に大きな弾性定数差がマトリックス６６とナノ粒子群６０との間にある限り、熱を反射する。
【００８７】
本明細書において使用されるように、「ｇｌａｓｓ」、「ｇｌａｓｓｙ」、「ｇｌａｓｓ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ」、「ｇｌａｓｓ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ」及び「ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ」とは、シリカ含有化合物を指す。１つの実施形態では、マトリックス６６は、これらには限定されないが、セラミック、溶融石英、ソーダ石灰ガラス、ホウ−ケイ酸塩ガラス、アルミノ−シリカガラスなどのようなガラス状化合物を含むことができる。溶融石英は、アモルファスＳｉＯ２を含むことができ、そしてソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，及びＭｇＯを含むことができる。ホウ−ケイ酸塩ガラスは、Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，及びＣａＯを含むことができる。アルミノ−シリカガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，及びＭｇＯを含むことができる。ホウ−ケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，ＭｇＯ，及びＣａＯを含むことができる。溶融石英及び溶融シリカは、アモルファス状のシリカを主として含有する種類のガラスである。ソーダ石灰シリカガラス（ｓｏｄａ−ｌｉｍｅ−ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ）とも表記されるソーダ石灰ガラスは、最も広く利用されている種類のガラスであり、そして窓ガラス及びガラス容器に広く使用されている。
【００８８】
公知の実績のあるガラス工学技術を用いて、ガラス状エナメルを調製して、マトリックス６６として使用することができる。適切なセラミックスは、酸化物、非酸化物、及び複合材料を含むことができる。代表的なセラミックスとして、酸窒化アルミニウム、シリカガラス繊維、及びシリカエアロゲルを挙げることができる。これらの３種類のセラミックスは、約１１５０°Ｆ〜１２００°Ｆの最大安全動作温度を有することができる。上に説明した種類のシリカ系化合物を含むマトリックス６６はガラスフリットの形態とすることができる。熱を加えて溶解させると、ガラスフリットは溶融して安価な高耐久性ガラス状エナメルコーティングとなり、このガラス状エナメルコーティングは、良好な接着性を有し、そして表面金属酸化物に容易に接着する。このエナメルコーティングは更に、望ましい量子的性質を持つことができ、そして約１４００°Ｆを超える温度まで有用である。
【００８９】
図９は、製造工程の後のナノ粒子群６０の埋め込み３Ｄ（３次元）配列５６の一部を示しており、この場合、外部シェル６２（図８）を溶融させて略均質なガラス状マトリックス６６としている。コーティング３０内での弾道フォノン群６４の流れは、これらのフォノン６４がコーティング３０の内部の高温領域ＴＨから低温領域ＴＬに移動するときに妨害される。この妨害は、ホストマトリックス６６とナノ粒子群６０との間の多数の境界６５によって生じ、これらのマトリックス６６及びナノ粒子６０はそれぞれ、大きく異なる熱伝導率を有している。
【００９０】
ナノ粒子群６０と衝突するフォノン群６４は、矢印７０で示すように、部分的に反射される。これらのナノ粒子６０の間隔が、フォノン群６４の波長λに近い値である場合、これらの反射７０は互いに干渉する可能性がある。これらの干渉が積み重なると、総括的な熱反射が生じ、これにより、コーティング３０内での熱エネルギー流速が減少し、そして当該コーティング３０の有効熱伝導率が低くなる。マトリックス６６及び粒子群６０の熱伝導率の差によって、フォノン群６４の反射７０が干渉することになるが、この差は、質量比、有効マトリックス弾性係数、マトリックス内の短い行程長に亘るフォノン分散及び散乱、及びナノ粒子群６０の相対的かつ周期的な配列によって異なり得る。ここで、これらの粒子の間隔に関して選択される距離Ｄ（図８）を含むナノ粒子群６０の３次元空間配置によって、コーティング３０内でのフォノン群６４の流れの方向に関係なく、フォノン群６４の所望の内部反射が生じることに注目されたい。
【００９１】
図１０は、図６に関連して前に説明したコーティングと同様の多層コーティング３０の更なる詳細を示している。この例では、層３０ａ，３０ｂ，及び３０ｃの各層は、ガラス状マトリックス ６６（図９）に埋め込まれ、準周期的かつ３Ｄ（３次元）的に配列されたナノ粒子６０ａ，６０ｂ，及び６０ｃを含み、各層３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、特定のバンドギャップに個別に「調整され」、このバンドギャップによって、特定の温度範囲の熱エネルギー輸送を低減させる。層３０ａ，３０ｂ，３０ｃの調整では、周期、粒子サイズ、質量比、弾性定数、散乱長密度（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｄｅｎｓｉｔｙ）などのような、３Ｄ配列構造のパラメータ群の組み合わせを選択することができる。例えば、これに限定されないが、１つの実現可能な実施形態では、最上層３０ａの場合、ナノ粒子群６０の１０〜２０ｎｍの周期または間隔が、層を調整して約１０００°Ｆ〜５００°Ｆの温度範囲の熱エネルギー輸送を低減するために必要となる。中間層３０ｂが、当該中間層を約５００°Ｆ〜２００°Ｆの温度範囲に調整するために約２０ｎｍ〜５０ｎｍのナノ粒子周期を必要とするのに対して、最下層３０ｃは、当該最下層を約２５０°Ｆ〜１００°Ｆの温度範囲に調整するために約５０ｎｍ〜１００ｎｍのナノ粒子周期を必要とする。
【００９２】
次に、図１１を参照するに、図１１は、基板３４内を移動する熱を、遮熱コーティング３０を使用して制御する方法だけでなく、コーティング３０を調製する方法の１つの実施形態の全工程を示している。工程７２から始まって、この工程７２では、所定の用途に対応する１つ以上の温度、または温度範囲を選択する。選択されるこれらの温度は、遮熱コーティング３０が、基板３４内を移動する熱エネルギーを制御するように設計される温度である。工程７２で選択されるこれらの温度に基づいて、マトリックス材料を工程７４において選択し、そしてナノ粒子材料を工程７６において選択する。工程７４及び７６におけるマトリックス材料及びナノ粒子材料の選択は、工程７２において選択されるこれらの温度範囲に少なくとも部分的に基づいて行なわれる。マトリックス材料及びナノ粒子材料は、工程７４及び７６において、これらの材料が、大きく異なる熱伝導率を有するように選択される。金属ナノ粒子群６０のサイズは、金属ナノ粒子群６０の結果として得られる間隔Ｄ（図８）が、基板３４内で熱を輸送するフォノン群６４の波長に略一致するように選択される。マトリックス材料は、当該マトリックス材料が基板３４の熱膨張率に略一致する熱膨張率を有するように選択することができる。次に、工程７８では、選択されたナノ粒子群６０にマトリックス材料を、種々のプロセスのうちの任意のプロセスを使用してコーティングし、このプロセスでは、これに限定されないが、マトリックス材料をナノ粒子群６０にスプレー塗布する。次に、工程８０では、スラリーを、コーティング済みナノ粒子群５８（図８）を溶剤またはゲル（図示せず）に浸して、コーティング済みナノ粒子群５８が自己組織化して準周期的かつ３次元的に配列するようにすることにより調製することができる。工程８２では、スラリーを基板３４に、適切な任意の方法により、例えば基板３４にスラリーをスプレー塗布することにより、または基板３４をスラリーに浸漬することにより塗布する。
【００９３】
工程８４では、溶剤またはゲルを基板３４上のスラリーから蒸発させて、コーティング済みナノ粒子群５８が自己組織化して準周期的かつ３次元的に配列するようにする。上に説明した解決法によりコーティング済みナノ粒子群５８を自己組織化させて３次元配列させる代わりに、自己組織化は、静電噴霧乾燥堆積法（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｄｒｙ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により行なうことができる。最後に、工程８６では、コーティング済みナノ粒子群５８を焼結させることにより、ナノ粒子群６０の周りのシェル６２を溶融合体させて略均質なマトリックス６６を形成する。マトリックス材料シェル６２の焼結及び溶融は、コーティング済みナノ粒子群５８をオーブンで加熱して、ガラスフリット状のシェル６２を溶解及び溶融させることにより、またはレーザを使用してシェル６２を溶解させて、基板３４に接着するエナメル質表面とすることにより生じさせることができる。レーザを使用してシェル６２を溶融させることにより、処理温度をより低くすることができるので、遮熱コーティングを、グラファイト／エポキシ複合材のような複合材構造体（図示せず）に塗布することができる。コーティング３０は基板３４に、浸漬法、スプレー法、または他の適切な方法により塗布することができる。
【００９４】
図１２は、基板内を移動する熱流を、図１１に関連して前に説明した方法により形成される遮熱コーティング３０を使用して制御する方法の工程群を示している。工程８７から始まって、この工程８７では、遮熱コーティング３０が効果を発揮することになる温度または温度範囲を選択する。工程８９では、金属粒子群６０及びマトリックス６６に用いる材料を選択する。これらの２種類の材料は、これらの材料の熱伝導率の差が極めて大きくなるように選択される。工程９１では、３次元配列された金属粒子群６０のサイズ及び間隔を、これらの粒子が、ほぼ任意の方向からのコーティング３０内でのフォノン群６４の流れを妨げるように選択される。前に説明したように、粒子群６０の間隔は、選択される温度範囲におけるフォノン群の波長に略等しくなるように選択されることになるので、フォノン反射が干渉する。工程９３では、コーティング３０を基板３４上に、前に説明したコーティング３０を調製し、そして塗布する方法に従って形成する。工程９５では、粒子群６０を利用して、ほぼ任意の方向からコーティング３０内を流れてくるフォノン群６４を内部反射することにより、基板３４内での熱エネルギー輸送を低減させる。
【００９５】
本開示の種々の実施形態は、多種多様な潜在的用途に用いることができ、具体的には、例えば航空宇宙用途、船舶用途、及び自動車用途を含む輸送産業に用いることができる。従って、次に図１３及び１４を参照するに、本開示の種々の実施形態は、図１３に示す航空機製造及び整備方法９０、及び図１４に示す航空機９２に関連して用いることができる。開示の実施形態を航空機に適用した例は、例えば高温からの保護を必要とする極めて多岐に亘る構造／非構造パーツ群、及び構造／非構造部品群を含むことができる。製造前段階では、例示的な方法９０において、航空機９２の仕様決定及び設計９４、及び材料調達９６を行なうことができる。製造段階では、航空機９２の部品及びサブアセンブリ製造９８、及びシステム統合１００が行なわれる。その後、航空機９２は、証明書発行及び機体引き渡し１０２を経て、供用１０４される。顧客が供用している間、航空機９２は、日常的なメンテナンス及び整備１０６を行うようにスケジューリングされる（このメンテナンス及び整備１０６は、改修、再構成、改装などを含むこともできる）。
【００９６】
方法９０のプロセス群の各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって行なうことができるか、または実行することができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、任意の数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、任意の数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【００９７】
図１４に示すように、例示的な方法９０により製造される航空機９２は、複数のシステム１１０を搭載した機体１０８と、そして機内１１２と、を含むことができる。高位システム群１１０の例として、推進システム１１４、電気システム１１６、油圧システム１１８、及び環境システム１２０のうちの１つ以上を挙げることができる。任意の数の他のシステムを含めてもよい。開示のコーティングは、機内１１２において、機体１０８において、またはシステム群１１０のうちの任意のシステムにおいて用いられるパーツ群及び部品群に塗布することができる。航空宇宙用の例を示しているが、本開示の原理は、これらに限定されないが、船舶産業及び自動車産業のみならず、エネルギーシステム及びエネルギー供給を含む極めて多岐に亘る他の産業に適用することができる。
【００９８】
本明細書において具体化されるシステム及び方法は、製造及び整備方法９０の種々の段階のうちの任意の１つ以上の段階において用いることができる。例えば、製造プロセス１９８に対応するパーツ群、構造群、及び部品群は、航空機９２を供用している間に製造されるパーツ群、構造群、及び部品群と同様の方法で組み立てる、または製造することができる。更に、１つ以上の装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの実施形態の組み合わせは、製造段階９８及び１００において、例えば航空機９２の組み立てを大幅に促進することにより、または航空機９２のコストを大幅に低減することにより利用することができる。同様に、装置実施形態、方法実施形態、またはこれらの実施形態の組み合わせのうちの１つ以上の実施形態は、航空機９２を供用している間に、例えばこれに限定されないが、メンテナンス及び整備１０６が施されている状態で利用することができる。
【００９９】
本開示の種々の実施形態について、特定の例示的な実施形態に関連して説明してきたが、これらの特定の実施形態は、他の変形をこの技術分野の当業者であれば想到し得るので、例示という形態で開示しているのであり、限定的に解釈されるべきではないことを理解されたい。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
基板に塗布されて前記基板内を移動する熱流を制御するように適合させたコーティングであって：
ガラス状マトリックス材料に保持される金属ナノ粒子配列を含む、コーティング。
（態様２）
前記配列は３次元配列である、態様１に記載のコーティング。
（態様３）
前記配列は、ほぼ準周期的である、態様１に記載のコーティング。
（態様４）
前記ナノ粒子群は略球形である、態様１に記載のコーティング。
（態様５）
前記ガラス状マトリックス材料は：
溶融石英、
ソーダ石灰ガラス、
ホウ−ケイ酸塩ガラス、
アルミノ−シリカガラスのうちの１つを含み、
前記溶融石英はアモルファスＳｉＯ２を含み、
前記ソーダ石灰ガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＣａＯを含み、そして
前記アルミノ−シリカガラスは、ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯを含み、
前記ホウ−ケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，Ｎａ２Ｏ，ＭｇＯ，及びＣａＯを含む、態様１に記載のコーティング。
（態様６）
前記配列における前記ナノ粒子群の間隔は略一定である、態様１に記載のコーティング。
（態様７）
前記ナノ粒子群の原子質量は、前記マトリックス材料の原子質量よりも大幅に大きい、態様１に記載のコーティング。
（態様８）
前記マトリックス材料の質量に対する前記ナノ粒子群の原子質量の比は、約１０よりも大きい、態様７に記載のコーティング。
（態様９）
前記ナノ粒子群の弾性定数は、前記マトリックス材料の弾性定数よりも大幅に大きい、態様１に記載のコーティング。
（態様１０）
遮熱コーティングを調製する方法であって：
ガラス状化合物を金属ナノ粒子群に塗布する工程と、
前記ガラス状化合物を溶融させて前記ナノ粒子群を保持するガラスマトリックスとする工程と、
を含む、方法。
（態様１１）
前記ガラス状化合物の塗布は：
ガラス質粉末を前記ナノ粒子群にスプレー塗布する工程、及び
ゾルゲルガラス質粉末を前記ナノ粒子群に塗布する工程のうちの１つの工程によって行なわれる、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
更に：
前記ナノ粒子群を、準周期的かつ３次元的な配列に配置する工程を含む、態様１０に記載の方法。
（態様１３）
更に：
温度範囲を選択する工程であって、前記温度範囲に亘って、前記コーティングが遮熱材として作用するように設計される、前記選択する工程と、
前記金属ナノ粒子群のサイズを、前記選択温度範囲に基づいて選択する工程と
を含む態様１０に記載の方法。
（態様１４）
前記ガラス状化合物を溶融させる前記工程は、前記塗布済みナノ粒子群を被覆する前記ガラス状化合物を、前記ガラス状化合物の溶解温度に加熱することにより行なわれる、態様１０に記載の方法。
（態様１５）
更に：
前記ナノ粒子群を組織化させて、準周期的かつ３次元的な配列とする工程を含む、態様１０に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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