一種熱循環高效率相變蓄熱材料及其制備方法技術

本發明專利技術一方面公開了一種熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體、納米氧化鋁粉體與溶劑混合，制成混合漿體；將混合漿體過濾、烘干，然后在90％以上濕度空氣氣氛和600～850℃條件下焙燒3～6h，冷卻至室溫，得到熱循環高效率相變蓄熱材料。本發明專利技術還公開了通過上述制備方法得到的熱循環高效率相變蓄熱材料，該相變蓄熱材料解決了鋁硅合金作為相變蓄熱材料在應用過程中熔化后易泄露的問題；能有效地為熔融狀態的鋁硅合金提供保護，避免鋁硅合金的流失和由此造成的腐蝕，增加鋁硅合金的循環使用次數。而且，本發明專利技術制備工藝簡單，易控制，容易實現工業化生產。

【技術實現步驟摘要】
一種熱循環高效率相變蓄熱材料及其制備方法
本專利技術屬于相變蓄熱復合材料
具體涉及提供一種熱循環高效率相變蓄熱材料及其制備方法。
技術介紹
蓄熱技術是利用蓄熱材料將暫時不需要的熱量儲存，等需要熱量時，再將熱量釋放出來的一種儲能技術。蓄熱技術解決了熱量供給與需求的時間差矛盾，提高了熱量的利用，因此可用于電力負荷的削峰填谷、太陽能的儲備和工業余熱的回收等，以達到發展新能源和節約舊能源的目的。蓄熱技術的核心問題是蓄熱材料的制備和應用，其中相變蓄熱材料因其儲能高和相變溫度可調而成為具有很好潛力的蓄熱材料。但相變蓄熱材料因在相變時易產生相變介質泄露、體積變化等問題，從而限制了相變蓄熱材料的實際應用。將相變材料制備成相變蓄熱微膠囊是解決上述問題的主要方法之一。相變蓄熱微膠囊由相變材料為核、包覆材料為殼構成。由于相變蓄熱微膠囊具有無腐蝕性、防介質泄漏、蓄熱密度較大和相變時恒溫等優點而成為近年來研究的熱點。相變材料按相變溫度分類，其中相變溫度在500℃以上的相變材料稱為高溫相變材料。鋁及鋁硅合金屬于高溫相變蓄熱材料中的一種，具有導熱性好、熱穩定性較好、相變潛熱大、導熱系數大和蓄熱密度高等優點。若將鋁或鋁硅合金作為相變蓄熱微膠囊的核，則對包覆材料有如下要求：耐腐蝕性好，周期穩定性好，溫度應力強度高，抗氧化性好。近年來，一些學者對鋁及鋁硅合金作為相變蓄熱材料開展了一些研究，公開了一些含有鋁或鋁硅合金的復合相變蓄熱材料。如“一種高溫復合相變蓄熱材料及其制備方法”(201310175016.1)專利技術，該技術采用白泥、高鋁礬土和鋁粉為原料，直接混合后壓制成型，高溫焙燒，制得一種高溫復合相變蓄熱材料；“一種具有相變蓄熱功能的金屬陶瓷及其制備方法”(201310293700.X)專利技術，以鋁硅合金粉、剛玉粉為原料，以氧化鎂為燒結助劑，經干法球磨、成型和焙燒，制得一種具有相變蓄熱功能的金屬陶瓷。上述技術方法皆是將相變材料作為原料直接用于復合相變蓄熱材料的制備中，利用相變材料在發生相變時的吸熱和放熱實現蓄熱目的。但是這種直接混合成型的方法在焙燒過程中鋁或鋁硅合金粉熔化后極易泄露及溢出，而且液相的鋁或者鋁硅合金也會降低材料的高溫物理性能。也有一些學者對鋁或鋁硅合金相變蓄熱微膠囊的制作進行了研究：“一種Al/Al2O3蓄熱材料及其制備方法”(201010127955.5)專利技術，以鋁粉為原料，用霧化后氧氣氣氛冷卻法制備了Al2O3包裹Al粉的核殼式復合相變蓄熱材料。此種核殼結構的復合相變蓄熱材料對設備要求高、制備工藝復雜和難于控制，制備的殼層較薄，難以滿足強度要求。“一種高溫相變蓄熱微膠囊及其制備方法”(201710502031.0)專利技術，以鋁硅合金粉為原料，用磷酸二氫鋁溶液進行直接處理后形成相變蓄熱微膠囊坯體，或將坯體焙燒后形成具有致密殼層的高溫相變蓄熱微膠囊。此種微膠囊的制備方法簡單，但是制備的微膠囊之間有粘接、難以滿足對分散性要求高的工業應用，且抗熱循環有待加強。
技術實現思路
為了解決現有技術存在的不足，本專利技術提供了一種工藝簡單和易于工業化生產的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法；用該方法制備的熱循環高效率相變蓄熱材料分散性好、熱循環次數多和熱量利用率高。一方面，本專利技術提供了一種熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體、納米氧化鋁粉體與溶劑混合，制成混合漿體；將所述混合漿體過濾、烘干，然后在90％以上濕度空氣氣氛和600～850℃條件下焙燒3～6h，得到熱循環高效率相變蓄熱材料。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體以及溶劑按照以下重量配比進行混合：鋁硅合金粉體40～60％、納米氧化鈣粉體5～20％、納米氧化硅粉體0.5～3％、納米氧化鋁粉體0.5～2％、溶劑30～40％。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述鋁硅合金粉體的粒徑≤88μm，所述鋁硅合金粉體中Si含量≤21％。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述納米氧化鈣粉體中CaO含量≥99％，粒徑≤0.1μm。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述納米氧化硅粉體中SiO2含量≥99％，粒徑≤0.1μm。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述納米氧化鋁粉體中Al2O3含量≥99％，粒徑≤0.1μm。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體與溶劑在25-35℃下攪拌15-25分鐘，實現混合。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述溶劑為乙醇，所述乙醇的濃度≥90％。可選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，在90-97％的濕度空氣氣氛中進行焙燒。另一方面，本專利技術還提供了根據上述制備方法制得的熱循環高效率相變蓄熱材料。本專利技術具有如下有益效果：本專利技術制備的相變蓄熱材料具有核殼結構，解決了鋁硅合金作為相變蓄熱材料在應用過程中熔化后易泄露的問題；能有效地為熔融狀態的鋁硅合金提供保護，避免鋁硅合金的流失和由此造成的腐蝕，增加鋁硅合金的循環使用次數。而且，本專利技術制備工藝簡單，易控制，容易實現工業化生產。具體實施方式下面結合具體的實施方式對本專利技術作進一步的描述。一方面，本專利技術提供了一種熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體、納米氧化鋁粉體與溶劑混合，制成混合漿體；將所述混合漿體過濾、烘干，然后在90％以上濕度空氣氣氛和600～850℃條件下焙燒3～6h，冷卻至室溫，得到熱循環高效率相變蓄熱材料。優選地，所述鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體以及溶劑按照以下重量配比進行混合：鋁硅合金粉體40～60％、納米氧化鈣粉體5～20％、納米氧化硅粉體0.5～3％、納米氧化鋁粉體0.5～2％、溶劑30～40％。本專利技術熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法所采用的納米氧化鈣粉體在高濕度高溫處理過程中會發生水化同時釋放大量熱量，納米氧化硅粉體和納米氧化鋁粉體則能控制混合物發生反應的速度，使鋁硅合金粉中的鋁能生成氧化鋁及氧化鋁-鋁酸鈣復合物包覆在鋁硅合金表面，形成復合核殼結構，且表面潔凈，分散性好；同時，氧化鈣的水化和失水以及與氧化鋁的反應過程會使該氧化鋁-鋁酸鈣復合物包覆層形成許多封閉微孔，該封閉微孔能夠在防止合金熔體滲漏的同時緩沖熱應力，抵抗熱循環引起的破壞。由此，制備的具有核殼結構的相變蓄熱材料解決了鋁硅合金作為相變蓄熱材料在應用過程中熔化后易泄露的問題；能有效地為熔融狀態的鋁硅合金提供保護，避免鋁硅合金的流失和由此造成的腐蝕，增加鋁硅合金的循環使用次數。優選地，根據本專利技術的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，所述鋁硅合金粉體的粒徑≤88μm；所述鋁硅合金粉體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：/n將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體、納米氧化鋁粉體與溶劑混合，制成混合漿體；/n將所述混合漿體過濾、烘干，然后在90％以上濕度空氣氣氛和600～850℃條件下焙燒3～6h，得到熱循環高效率相變蓄熱材料。/n

【技術特征摘要】
1.一種熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：
將鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體、納米氧化鋁粉體與溶劑混合，制成混合漿體；
將所述混合漿體過濾、烘干，然后在90％以上濕度空氣氣氛和600～850℃條件下焙燒3～6h，得到熱循環高效率相變蓄熱材料。


2.根據權利要求1所述的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，其特征在于：所述鋁硅合金粉體、納米氧化鈣粉體、納米氧化硅粉體以及溶劑按照以下重量配比進行混合：鋁硅合金粉體40～60％、納米氧化鈣粉體5～20％、納米氧化硅粉體0.5～3％、納米氧化鋁粉體0.5～2％、溶劑30～40％。


3.根據權利要求1或2所述的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，其特征在于：所述鋁硅合金粉體的粒徑≤88μm，所述鋁硅合金粉體中Si含量≤21％。


4.根據權利要求1或2所述的熱循環高效率相變蓄熱材料的制備方法，其特征在于：所述納米氧化鈣粉體中CaO含量≥99％，粒徑≤0.1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃奧，張美杰，顧華志，韓藏娟，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42