專利名稱：一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)熱材料是目前應(yīng)用比較廣泛的新型功能材料，利用它可以解決能源供應(yīng)與需求時(shí)間空間不匹配的矛盾，儲(chǔ)熱材料主要應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用、工業(yè)余熱廢熱回收、建筑節(jié)能等領(lǐng)域。公知的主要儲(chǔ)熱材料有顯熱儲(chǔ)熱材料和相變(潛熱)儲(chǔ)熱材料兩種。其中，顯熱儲(chǔ)熱材料易得、安全、價(jià)格低廉，但儲(chǔ)熱密度小、使用溫度不能恒定；相變(潛熱)儲(chǔ)熱材料主要有無(wú)機(jī)鹽、無(wú)機(jī)水合鹽、金屬及合金、有機(jī)化合物等，它們?cè)谑褂眠^(guò)程中材料整體會(huì)發(fā)生物態(tài)的變化，如固態(tài)和液態(tài)的相互轉(zhuǎn)變，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須加以封裝或使用專門的容器，這不但會(huì)增加傳熱介質(zhì)與相變材料之間的熱阻，降低傳熱效率，且成本亦會(huì)相應(yīng)提高；同時(shí)還常常存在過(guò)冷、相分離和易老化等問(wèn)題。
為解決以上問(wèn)題，20世紀(jì)80年代末，無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料被提出，該材料由相變潛熱無(wú)機(jī)鹽和顯熱陶瓷體復(fù)合而成，既具備了顯熱儲(chǔ)熱材料和潛熱儲(chǔ)熱材料兩者的長(zhǎng)處，又克服了兩者的不足，是一種新型的有應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的相變儲(chǔ)能材料。該類材料目前公知的制備方法主要采用混合燒結(jié)法，但存在如下問(wèn)題第一，燒結(jié)溫度與相變潛熱材料無(wú)機(jī)鹽在復(fù)合材料中含量的矛盾，由于相變復(fù)合材料的儲(chǔ)熱性能主要取決于相變潛熱材料的含量，含量越高，其儲(chǔ)熱性能越好，然而，陶瓷基體燒結(jié)溫度遠(yuǎn)高于無(wú)機(jī)鹽的熔點(diǎn)，融鹽的蒸發(fā)是難免的；第二，正是因?yàn)闊Y(jié)溫度與融鹽蒸發(fā)的矛盾，燒結(jié)溫度不可能太高，導(dǎo)致復(fù)合儲(chǔ)能材料的機(jī)械強(qiáng)度偏低，特別是當(dāng)元件尺寸變大時(shí)，材料的機(jī)械強(qiáng)度將下降更為嚴(yán)重，這不利于材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；第三，由于無(wú)機(jī)鹽類大多數(shù)具有較強(qiáng)的吸濕性，材料成品長(zhǎng)期置于空氣中會(huì)因鹽類的吸收空氣中的水分而出現(xiàn)表面結(jié)霜現(xiàn)象，這不僅使材料霉變，還影響材料的致密性和機(jī)械強(qiáng)度以及外觀。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服混合燒結(jié)工藝制備無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料存在的種種不足，本發(fā)明提出一種新的制備工藝——自發(fā)熔融浸滲合成工藝。該制備工藝有以下步驟(1)首先制備出具有三維連通超微結(jié)構(gòu)多孔陶瓷預(yù)制體；(2)然后將相變潛熱儲(chǔ)熱材料無(wú)機(jī)鹽升溫至完全熔融，迅速將多孔陶瓷預(yù)制體浸入其中，熔融無(wú)機(jī)鹽自發(fā)滲入多孔陶瓷預(yù)制體中，浸滲一段時(shí)間后隨爐冷卻至室溫；(3)實(shí)施表面去鹽處理即得成品。
上述步驟(1)中采用添加造孔劑的方法制備多孔陶瓷預(yù)制體，所用的顯熱儲(chǔ)熱陶瓷為二氧化硅粉體，占80％，造孔劑為淀粉，占15％，高溫粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土，占5％，加入適量的水玻璃溶液作成型劑，經(jīng)多次攪拌、過(guò)篩混料；混料在壓力機(jī)上成型，成型壓力為15MPa左右，成型后的坯體在干燥箱中200℃干燥2小時(shí)，然后燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250℃，多孔陶瓷預(yù)制體的孔隙率46％左右，平均孔徑約為26μm。
上述步驟(2)相變潛熱儲(chǔ)熱材料無(wú)機(jī)鹽為無(wú)水硫酸鈉；浸滲合成時(shí)，浸滲溫度在900～1000℃，浸滲時(shí)間為0.5～1.5小時(shí)，浸滲方式為浸液浸滲。
上述步驟(1)(2)中多孔陶瓷預(yù)制體的燒結(jié)和浸滲合成均在常壓電阻爐中進(jìn)行。
上述成品無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料中相變材料硫酸鈉的含量為45～55％，儲(chǔ)能密度在227.17～245.43kJ/kg(ΔT＝100℃)之間。
與公知技術(shù)相比本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果(1)制備過(guò)程中，先制備出多孔陶瓷預(yù)制體，既很好地避免了無(wú)機(jī)鹽與陶瓷基體的一起燒結(jié)，又能很好地提高無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的機(jī)械強(qiáng)度。
(2)浸滲合成在常壓電阻爐中進(jìn)行，無(wú)需抽成真空，大大簡(jiǎn)化了制備工藝。
(3)浸滲合成時(shí)，由于熔融無(wú)機(jī)鹽與預(yù)制體之間良好的潤(rùn)濕性，熔融鹽是因毛細(xì)張力的作用而自發(fā)滲入多孔陶瓷預(yù)制體，無(wú)需另外施加壓力，簡(jiǎn)化了制備工藝。高，相變潛熱大，儲(chǔ)能密度高，極大地提高了材料的儲(chǔ)熱性能。
(5)制備出的無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料是超微結(jié)構(gòu)，改善了材料的換熱性能。


圖1是本發(fā)明自發(fā)熔融浸滲合成工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
1.實(shí)施條件二氧化硅粉體過(guò)180目標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，造孔劑淀粉和高溫粘結(jié)劑膨潤(rùn)土過(guò)325目標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，其配比為二氧化硅80％，造孔劑15％，高溫粘結(jié)劑5％，加入適量的成型劑水玻璃溶液，經(jīng)多次攪拌和過(guò)篩使配料混合均勻，在液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上成型為φ約30mm、h約25mm的短圓柱體，成型壓力為15Mpa；壓制后的試樣置于電熱鼓風(fēng)干燥箱200℃干燥2小時(shí)，在電阻爐內(nèi)燒成，燒成溫度為1250℃；隨爐緩慢冷卻后出爐即得多孔陶瓷預(yù)制體。然后用制備出的多孔陶瓷預(yù)制體與無(wú)機(jī)鹽硫酸鈉進(jìn)行浸滲合成，其合成工藝為將硫酸鈉置于坩堝連同燒制成的多孔陶瓷預(yù)制體一起置于常壓箱式電阻爐中升溫至浸滲溫度900～1000℃，待硫酸鈉完全熔融后，迅速將預(yù)制體浸入熔融硫酸鈉溶液中，熔鹽與預(yù)制體之間有良好的潤(rùn)濕性，并因毛細(xì)張力的作用而自發(fā)滲入陶瓷預(yù)制體的孔隙中，浸滲合成時(shí)間為0.5～1.5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，然后施行表面去鹽處理，即得無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料制品。
2.實(shí)施結(jié)果實(shí)施結(jié)果如下表

權(quán)利要求
1.一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝，其特征在于該制備工藝有以下步驟(1)首先制備出具有三維連通超微結(jié)構(gòu)多孔陶瓷預(yù)制體；(2)然后將相變潛熱儲(chǔ)熱材料無(wú)機(jī)鹽升溫至完全熔融，迅速將多孔陶瓷預(yù)制體浸入其中，熔融無(wú)機(jī)鹽自發(fā)滲入多孔陶瓷預(yù)制體中，浸滲一段時(shí)間后隨爐冷卻至室溫；(3)實(shí)施表面去鹽處理即得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于上述步驟(1)中采用添加造孔劑的方法制備多孔陶瓷預(yù)制體，所用的顯熱儲(chǔ)熱陶瓷為二氧化硅粉體，占80％，造孔劑為淀粉，占15％，高溫粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土，占5％，加入適量的水玻璃溶液作成型劑，經(jīng)多次攪拌、過(guò)篩混料；混料在壓力機(jī)上成型，成型壓力為15MPa左右，成型后的坯體在干燥箱中200℃干燥2小時(shí)，然后燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250℃，多孔陶瓷預(yù)制體的孔隙率46％左右，平均孔徑約為26μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于上述步驟(2)相變潛熱儲(chǔ)熱材料無(wú)機(jī)鹽為無(wú)水硫酸鈉；浸滲合成時(shí)，浸滲溫度在900～1000℃，浸滲時(shí)間為0.5～1.5小時(shí)，浸滲方式為浸液浸滲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于上述步驟(1)(2)中多孔陶瓷預(yù)制體的燒結(jié)和浸滲合成均在常壓電阻爐中進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備工藝，其特征在于上述成品無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料中相變材料硫酸鈉的含量為45～55％，儲(chǔ)能密度227.17～245.43kJ/kg(ΔT＝100℃)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基高溫相變儲(chǔ)能材料的制備工藝，該制備工藝首先采用添加造孔劑的方法制備出具有三維連通超微結(jié)構(gòu)多孔陶瓷預(yù)制體，然后將相變潛熱儲(chǔ)熱材料無(wú)機(jī)鹽在常壓電阻爐中升溫至完全熔融，迅速將預(yù)制體浸入其中，熔融無(wú)機(jī)鹽由于對(duì)預(yù)制體有良好的潤(rùn)濕性，且因毛細(xì)張力的作用而自發(fā)滲入多孔陶瓷預(yù)制體中，浸滲一段時(shí)間后隨爐冷卻至室溫，實(shí)施表面去鹽處理即得成品；這種制備工藝無(wú)需氣氛保護(hù)，也無(wú)需抽真空，制備工藝大大簡(jiǎn)化，制備出的材料能夠同時(shí)利用陶瓷基體的顯熱和無(wú)機(jī)鹽的潛熱，使用過(guò)程中，材料整體形狀不會(huì)發(fā)生變化，并可與相容性換熱流體直接接觸換熱，大大提高了換熱效率。
文檔編號(hào)C09K5/02GK1803965SQ200510120619
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者黃金, 張仁元, 柯秀芳 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)