專利名稱：一種Al/Al₂O₃蓄熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種A1/A1203蓄熱材料，屬于應(yīng)用節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蓄熱技術(shù)是解決能源危機、實現(xiàn)工業(yè)節(jié)能的重要手段之一，其核心應(yīng)用在于調(diào)和 熱能供給與需求在時間和空間上不相匹配的矛盾。常用的蓄熱材料可分為顯熱式和潛熱 式。顯熱式蓄熱材料具有性能穩(wěn)定、價格便宜等優(yōu)點，但其蓄熱密度低、蓄熱裝置體積龐大。 而相變蓄熱(潛熱蓄熱)材料以其蓄熱密度大、相變時溫度穩(wěn)定、所用裝置簡單、體積小、設(shè) 計靈活等優(yōu)點在太陽能儲存，工業(yè)余熱回收，電子器件熱管理等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng) 用。一般來講，金屬或合金相變潛熱大，熱導(dǎo)率高，熱穩(wěn)定性好，是很好的儲能材料。但金屬 材料在相變過程中有液相產(chǎn)生，具有流動性和強烈腐蝕性，存在著較大缺陷。而利用結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定、導(dǎo)熱率高的陶瓷材料作為蓄熱物質(zhì)的載體，合成出復(fù)合蓄熱材料，不僅可以提高蓄熱材 料的導(dǎo)熱率和穩(wěn)定性，還可在一定程度上提高材料蓄熱能力。另外，陶瓷材料如Al203、Mg0、 SiC、Si3N4等大都有強度高、重量輕、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕以及原料便宜等優(yōu)點，是一種理 想的結(jié)構(gòu)材料，作為顯熱式蓄熱材料已被大量的選作工業(yè)中蓄熱體。將其與金屬材料在一 定工藝條件下復(fù)合在一起，形成的復(fù)合材料具有高強度、高耐磨性、高耐蝕性、蓄熱密度大 及放熱迅速等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在此基礎(chǔ)上提出了一種全新的A1/A1203蓄熱材料及其制備方法。本發(fā)明一種A1/A1203蓄熱材料，是以氧化鋁為基體材料的，球形金屬鋁“核”被一 層氧化鋁“外殼”包裹住，所述A1203/A1蓄熱材料在蓄熱過程中金屬鋁吸收熱量從固態(tài)變?yōu)?液態(tài)并且升高溫度，同時外層的氧化鋁層也會吸收熱量溫度升高，而在換熱過程中金屬液 態(tài)鋁釋放潛熱與顯熱，氧化鋁外殼釋放顯熱。發(fā)明一種A1/A1203蓄熱材料的制備方法包含以下步驟將液態(tài)的金屬鋁，通過霧 化裝置霧化成細小的顆粒，細小的金屬鋁液體顆粒在氧化性氣氛下冷卻并將外層金屬鋁 氧化，以形成以金屬鋁為“核”，氧化鋁為“外殼”的A1/A1A相變蓄熱材料，冷卻后得到的 A1203/A1蓄熱材料直徑1000 u m，其中金屬鋁核心直徑為600 u m,再在壓樣機壓制成壓坯， 隨后送入空氣氣氛圍的燒結(jié)窯中燒結(jié)獲得成品。所述的氧化性氣氛可以使用經(jīng)過惰性氣體稀釋過的氧氣、水蒸氣、二氧化碳或者空氣。所述的液態(tài)的金屬鋁的溫度為700°C，氧化性氣氛下冷卻溫度為400°C。所述的壓樣機中的壓力為12Mpa的壓力，保壓時間為20min，S_CplO><15mm。所述的燒結(jié)窯中燒結(jié)時，溫度為800°C下，保溫?zé)Y(jié)時間為1. 5小時。本發(fā)明A1/A1203蓄熱材料是以氧化鋁為基體材料的，球形金屬鋁“核”被一層氧化 鋁“外殼”包裹住。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在蓄熱過程中金屬鋁會吸收熱量從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)并且升高溫度，同時外層的氧化鋁層也會吸收熱量溫度升高，而在換熱過程中金屬 液態(tài)鋁釋放潛熱與顯熱，氧化鋁外殼釋放顯熱。在蓄熱與放熱的過程中金屬鋁外層的氧化 鋁殼具有較高的強度，在較高溫度下不會發(fā)生較大形變，能夠?qū)⒐虘B(tài)或液態(tài)的金屬鋁包裹 在內(nèi)部，不會發(fā)生泄漏。該A1/A1203蓄熱材料的制備過程較傳統(tǒng)的方法有很大的不同。將液態(tài)的金屬鋁 (660°C以上)通過霧化裝置霧化成細小的顆粒，細小的金屬鋁液體顆粒在氧化性氣氛下冷 卻并將外層金屬鋁氧化，以形成以金屬鋁為“核”，氧化鋁為“外殼”的A1/A1203相變蓄熱材 料。氧化性氣氛可以使用經(jīng)過惰性氣體稀釋過的氧氣、水蒸氣、二氧化碳或者空氣。該制備 方法簡單、易于規(guī)模化生產(chǎn)。本發(fā)明提出一種以高潛熱的金屬鋁為相變材料，高穩(wěn)定性的三氧化二鋁陶瓷為基 體材料的復(fù)合相變蓄熱材料。該復(fù)合材料結(jié)合顯熱蓄熱和潛熱蓄熱兩種蓄熱材料的優(yōu)點， 不僅具有較高的強度和優(yōu)良的耐腐蝕性能，而且能保證在相變材料的相變點附近吸、放熱， 高密度的儲存熱量。相變材料的熔化和凝固過程是在陶瓷基體中進行，兩者在高溫下不發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)。這樣可以采用直接接觸換熱方式，不需要換熱器，能減少材料用量和縮小容器 尺寸，因而可以較大幅度的提高蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性，能滿足太陽能儲存和各種工業(yè)余熱回 收。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(1)以金屬鋁為“核心”，氧化鋁陶瓷為“外殼”，增強了材料的機械性能與穩(wěn)定性。(2)結(jié)合了顯熱蓄熱和潛熱蓄熱兩種蓄熱材料的優(yōu)點，不僅具有較高的強度和優(yōu) 良的耐腐蝕性能，而且能保證在相變材料的相變點附近吸、放熱，高密度的儲存熱量。(3)解決了金屬相變材料需用耐高溫腐蝕的容器盛裝的問題，并使材料有較強的 循環(huán)使用性能。(4)原料便宜、工藝簡單、易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。


圖1材料制備的工藝流程示意圖。圖2A1/A1203復(fù)合材料微的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1為氧化鋁；2為鋁。
具體實施例方式下面以實例進一步說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。實施例11)實施條件在700°C下使用霧化裝置對鋁液進行霧化，霧化后的小液滴在400°C的氧化室內(nèi) 進行冷卻，氧化性氣氛為水蒸氣，氬氣作為水蒸氣的載氣。冷卻后得到的A1203/A1蓄熱材 料粒度為(直徑)1000 iim，其中金屬鋁核心直徑(直徑)600iim。在壓樣機中于12Mpa的 壓力，保壓時間20min條件下壓制成cpl0xl5mm的壓坯。送入空氣氣氛圍的燒結(jié)窯中燒 結(jié)，在800°C下保溫?zé)Y(jié)1. 5小時，獲得成品。2)實施結(jié)果
成品的燒結(jié)強度很高。熱膨脹系數(shù)為0. 12，燒結(jié)密度為2.87g/cm3，孔隙率為 16-21%，導(dǎo)熱系數(shù)為 34. 98w/m k，800_825°C 時的蓄熱密度為 1520kJ/kg。實施例21)實施條件在700°C下使用霧化裝置對鋁液進行霧化，霧化后的小液滴在500°C的氧化室 內(nèi)進行冷卻，氧化性氣氛為二氧化碳。冷卻后得到的A1203/A1蓄熱材料粒度為(直 徑)1500 ym，其中金屬鋁核心直徑(直徑)700i!m。在壓樣機中于12Mpa的壓力，保壓時間 20min條件下壓制成cpl0xl5mm的壓坯。送入空氣氣氛圍的燒結(jié)窯中燒結(jié)，在800°C下保 溫?zé)Y(jié)1.5小時，獲得成品。2)實施結(jié)果成品的燒結(jié)強度很高。熱膨脹系數(shù)為0. 16，燒結(jié)密度為3.27g/cm3，孔隙率為 20-25%，導(dǎo)熱系數(shù)為 30. 48w/m k，800_825°C 時的蓄熱密度為 1320kJ/kg。實施例31)實施條件在700°C下使用霧化裝置對鋁液進行霧化，霧化后的小液滴在300°C的氧化室內(nèi) 進行冷卻，氧化性氣氛為空氣。冷卻后得到的A1203/A1蓄熱材料粒度為(直徑)800i!m，其 中金屬鋁核心直徑(直徑)300i!m。在壓樣機中于12Mpa的壓力，保壓時間20min條件下 壓制成cp 10x15mm的壓坯。送入空氣氣氛圍的燒結(jié)窯中燒結(jié)，在800°C下保溫?zé)Y(jié)1. 5小
時，獲得成品。2)實施結(jié)果成品的燒結(jié)強度很高。熱膨脹系數(shù)為0. 12，燒結(jié)密度為2.68g/cm3，孔隙率為 18-22%，導(dǎo)熱系數(shù)為 40. 48w/m k，800_825°C 時的蓄熱密度為 1520kJ/kg。本發(fā)明氧化性氣氛可以使用經(jīng)過惰性氣體稀釋過的氧氣、水蒸氣、二氧化碳或者 空氣。本發(fā)明制備方法簡單、易于規(guī)模化生產(chǎn)。
權(quán)利要求
一種Al/Al2O3蓄熱材料，其特征在于以氧化鋁為基體材料的，球形金屬鋁“核”被一層氧化鋁“外殼”包裹住，所述Al2O3/Al蓄熱材料在蓄熱過程中金屬鋁吸收熱量從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)并且升高溫度，同時外層的氧化鋁層也會吸收熱量溫度升高，而在換熱過程中金屬液態(tài)鋁釋放潛熱與顯熱，氧化鋁外殼釋放顯熱。
2.—種A1/A1203蓄熱材料的制備方法，其特征在于包含以下步驟將液態(tài)的金屬鋁，通 過霧化裝置霧化成細小的顆粒，細小的金屬鋁液體顆粒在氧化性氣氛下冷卻并將外層金屬 鋁氧化，以形成以金屬鋁為“核”，氧化鋁為“外殼”的A1/A1203相變蓄熱材料，冷卻后得到的 A1203/A1蓄熱材料直徑1000 u m，其中金屬鋁核心直徑為600 u m,再在壓樣機壓制成壓坯， 隨后送入空氣氣氛圍的燒結(jié)窯中燒結(jié)獲得成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種A1/A1203蓄熱材料的制備方法，其特征在于所述的氧化 性氣氛可以使用經(jīng)過惰性氣體稀釋過的氧氣、水蒸氣、二氧化碳或者空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種A1/A1203蓄熱材料的制備方法，其特征在于所述的液態(tài) 的金屬鋁的溫度為700°C，氧化性氣氛下冷卻溫度為400°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種A1/A1203蓄熱材料的制備方法，其特征在于所述的壓樣 機中的壓力為12Mpa的壓力，保壓時間為20min，S_CplO><15mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種A1/A1203蓄熱材料的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié) 窯中燒結(jié)時，溫度為800°C下，保溫?zé)Y(jié)時間為1. 5小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Al/Al2O3蓄熱材料及其制備方法，是以氧化鋁為基體材料的，球形金屬鋁“核”被一層氧化鋁“外殼”包裹住。在蓄熱過程中金屬鋁會吸收熱量從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)并且升高溫度，同時外層的氧化鋁層也會吸收熱量溫度升高，而在換熱過程中金屬液態(tài)鋁釋放潛熱與顯熱，氧化鋁外殼釋放顯熱。該Al/Al2O3蓄熱材料的制備過程較傳統(tǒng)的方法有很大的不同。將液態(tài)的金屬鋁(660℃以上)通過霧化裝置霧化成細小的顆粒，細小的金屬鋁液體顆粒在氧化性氣氛下冷卻并將外層金屬鋁氧化，以形成以金屬鋁為“核”，氧化鋁為“外殼”的Al/Al2O3相變蓄熱材料。氧化性氣氛可以使用經(jīng)過惰性氣體稀釋過的氧氣、水蒸氣、二氧化碳或者空氣。該制備方法簡單、易于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C09K5/06GK101798498SQ20101012795
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者李孔齋, 王 華, 祝星, 胡建杭, 魏永剛 申請人:昆明理工大學(xué)