一种高温相变蓄热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高温相变蓄热复合材料及其制备方法。其技术方案是：将三元铝基合金粉用酸溶液和去离子水交替洗涤，保护气氛中干燥，置于加压水蒸气中预处理，即得预处理三元铝基合金粉。将预处理三元铝基合金粉置于铝溶胶中真空浸渍，取出后过滤，再置于硅溶胶中真空浸渍，过滤后取出；按照交替浸渍方法反复3～5次，过滤，干燥，制得预包覆三元铝基合金粉。将预包覆三元铝基合金粉置于高温炉中，于1100～1400℃和空气气氛条件下烧成，冷却，制得高温相变蓄热复合材料。本发明专利技术工艺简单、成本低和易于工业生产，制备的高温相变蓄热复合材料壳层强度高、相变温度高、蓄热密度大、热量利用率高和利用效率高，适用于太阳能发电和高温工业等。

【技术实现步骤摘要】
一种高温相变蓄热复合材料及其制备方法
本专利技术属于高温相变蓄材料
具体涉及一种高温相变蓄热复合材料及其制备方法。
技术介绍
蓄热技术是利用蓄热材料将暂时不需要的热量储存，等需要热量时，再将热量释放出来的一种储能技术。蓄热技术解决了热量供给与需求的时间差矛盾，提高了热量的利用，可用于电力负荷的削峰填谷、太阳能的储备、工业余热的回收等，以达到发展新能源、节约旧能源的目的。蓄热技术的核心问题是蓄热材料的制备和应用，其中相变蓄热材料因其储能高，相变温度可调而成为具有很好潜力的蓄热材料。金属及相关合金具有导热系数大、相变潜热高、相变温度稳定、相变过程体积变化小等特性，是理想的相变储热材料。其中铝基合金具有导热性好、热稳定性较好、相变潜热大、导热系数大和蓄热密度高等优点，将其作为相变蓄热材料能够有效提高热量利用率和利用效率。但铝基合金因在相变时易产生相变介质泄露、体积变化等问题，从而限制了其实际应用，将相变材料进行包覆，形成核-壳结构是解决上述问题的主要技术之一。一些学者对铝或铝硅合金相变蓄热微胶囊的制作进行了研究：“一种Al/Al2O3蓄热材料及其制备方法”(201010127955.5)专利技术，以铝粉为原料，用雾化后氧气气氛冷却法制备了Al2O3包裹Al粉的核壳式复合相变蓄热材料。此种核壳结构的复合相变蓄热材料对设备要求高，制备工艺复杂，难于控制，制备的壳层较薄，难以满足强度要求。“一种大直径相变蓄热颗粒及其制备方法”(CN109796937A)专利技术，将铝硅合金粉用酸和去离子水交替洗涤、或用碱和去离子水交替洗涤，在保护气氛中和60～200℃条件下干燥，制得表面改性铝硅合金粉；再将面改性铝硅合金粉置于高温气氛炉内，高温烧成后，制得大直径相变蓄热颗粒。该方法制备出的微胶囊相变温度低，高温蓄热密度低，不能满足高温工业的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供制备工艺简单、成本低和易于工业生产的高温相变蓄热复合材料的制备方法；所制备的高温相变蓄热复合材料壳层强度高、相变温度高、蓄热密度大、热量利用率高和利用效率高，适用于太阳能发电和高温工业等。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤是：步骤一、将三元铝基合金粉用酸溶液和去离子水交替洗涤5～10次，再将洗涤后的三元铝基合金粉置于保护气氛中，在80～120℃条件下干燥6～12h，即得表面改性的三元铝基合金粉。步骤二、将所述表面改性的三元铝基合金粉置于加压水蒸气中，保持60～100min，即得预处理三元铝基合金粉。步骤三、将所述预处理三元铝基合金粉先置于铝溶胶中，真空浸渍5～10min，取出后过滤；再置于硅溶胶中，真空浸渍10～25min，过滤后取出，完成一次交替浸渍；按照所述一次交替浸渍方法，反复进行3～5次，取出后过滤，最后于80～120℃条件下干燥，制得预包覆三元铝基合金粉。所述真空浸渍的真空压强为0.05～0.1MPa。步骤四、将预包覆三元铝基合金粉置于高温炉中，于1100～1400℃和空气气氛条件下保温1～3h，冷却，制得高温相变蓄热复合材料。所述三元铝基合金粉为铝硅铁合金粉和铝硅镍合金粉中的一种，三元铝基合金粉的中位径为28～100μm。所述铝硅铁合金粉：Al含量为45～60wt％，Si含量为30～40wt％，Fe含量为5～15wt％。所述铝硅镍合金粉：Al含量为30～40wt％，Si含量为35～45wt％，Ni含量为20～30wt％。所述酸溶液为稀盐酸溶液、稀硝酸溶液和稀硫酸溶液中的一种。所述保护气氛为氩气气氛、或为氮气气氛。所述加压水蒸气的表压为0.1～0.5MPa；加压水蒸气的温度为400～600℃。所述铝溶胶中的Al2O3粒度<25nm，铝溶胶的质量分数为20～30％。所述硅溶胶中的SiO2粒度<25nm，硅溶胶的质量分数为20～30％。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：本专利技术以铝基合金粉为原料，成本低；制备过程中将铝基合金粉先用酸溶液和去离子水交替洗涤，干燥；置于加压水蒸气中，再于铝溶胶和硅溶胶中在真空条件下交替浸渍；将过滤后的滤渣干燥，然后置于高温炉中，于空气气氛和1100～1400℃条件下烧成，自然冷却，制得高温相变蓄热复合材料。制备工艺简单和易于工业生产。本专利技术采用铝基合金粉为相变材料，而铝基合金中的铝为两性物质，颗粒表面的铝易与水蒸气发生反应生成氢氧化铝，表面的铁或镍在400～600℃条件下也会被腐蚀，与氢氧化铝共同形成多孔状的具有吸附性的壳层。再将三元铝基合金粉置于铝溶胶和硅溶胶中交替浸渍，由于包覆的壳层疏松，在真空条件下，溶液中的纳米Al2O3颗粒和纳米SiO2颗粒能较容易的吸附到到铝基合金粉的多孔表面，并且分布均匀，形成铝的水化物+铝和铁或镍的氧化物+纳米SiO2和Al2O3的初始壳层。高温烧成过程中，小于合金熔点时，部分氢氧化铝分解生成Al2O3小晶粒对铝基合金粉形成疏松包覆；继续升高温度，合金熔化膨胀过程中，疏松的壳层与熔体一起膨胀，焙烧气氛中的O2通过膨胀产生的裂缝扩散，与熔融铝基合金反应。由于合金中铝含量较少，当O2与Al反应完后与Fe或Ni反应，最终形成铁铝尖晶石或镍铝尖晶石并填充裂缝。由于控制合金熔化速度与晶粒形成和生长速度的平衡，至合金完全熔化充分膨胀时，表面的Al2O3小晶粒与纳米Al2O3和纳米SiO2反应形成莫来石壳层“定时”包覆在铝基合金粉表面；继续升高温度，裂缝中的铁铝尖晶石或镍铝尖晶石继续长大，镶嵌在莫来石壳层表面，形成肋带镶嵌结构。经高温烧成后形成的肋带镶嵌式壳层结构，使制备的高温相变蓄热复合材料具有高的使用温度、良好的热震稳定性和热循环性能，使用寿命长。尖晶石具有强度高和抗热震性能和抗侵蚀性能优良的特点，交错分布镶嵌在莫来石壳层表面，可以增强壳层抗冷热循环和抗侵蚀的性能。所制备的高温相变蓄热复合材料能有效防止蓄热材料在制备或使用过程中壳层破裂而导致的合金在高温下熔化后泄露的发生，而铝基合金具有导热系数大和相变热高等特点，故能有效提高热量的利用率和利用效率，适用于太阳能电厂、工业炉窑高温热交换和高温工业废气的热量回收。本专利技术所制备的高温相变蓄热复合材料经检测：蓄热密度为446.8～858.3J/g；800～1100℃热循环1000次后，蓄热密度保持率大于65％。因此，本专利技术具有制备工艺简单、成本低和易于工业生产的特点，所制备的高温相变蓄热复合材料壳层强度高、相变温度高、蓄热密度大、热量利用率高和利用效率高，适用于太阳能发电和高温工业等。具体实施方式一种高温相变蓄热复合材料及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法是：步骤一、将三元铝基合金粉用酸溶液和去离子水交替洗涤5～10次，再将洗涤后的三元铝基合金粉置于保护气氛中，在80～120℃条件下干燥6～12h，即得表面改性的三元铝基合金粉。步骤二、将所述表面改性的三元铝基合金粉置于加压水蒸气中，保持60～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温相变蓄热复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：/n步骤一、将三元铝基合金粉用酸溶液和去离子水交替洗涤5～10次，再将洗涤后的三元铝基合金粉置于保护气氛中，在80～120℃条件下干燥6～12h，即得表面改性的三元铝基合金粉；/n步骤二、将所述表面改性的三元铝基合金粉置于加压水蒸气中，保持60～100min，即得预处理三元铝基合金粉；/n步骤三、将所述预处理三元铝基合金粉先置于铝溶胶中，真空浸渍5～10min，取出后过滤；再置于硅溶胶中，真空浸渍10～25min，过滤后取出，完成一次交替浸渍；按照所述一次交替浸渍方法，反复进行3～5次，取出后过滤，最后于80～120℃条件下干燥，制得预包覆三元铝基合金粉；/n所述真空浸渍的真空压强为0.05～0.1MPa；/n步骤四、将预包覆三元铝基合金粉置于高温炉中，于1100～1400℃和空气气氛条件下保温1～3h，冷却，制得高温相变蓄热复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温相变蓄热复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、将三元铝基合金粉用酸溶液和去离子水交替洗涤5～10次，再将洗涤后的三元铝基合金粉置于保护气氛中，在80～120℃条件下干燥6～12h，即得表面改性的三元铝基合金粉；
步骤二、将所述表面改性的三元铝基合金粉置于加压水蒸气中，保持60～100min，即得预处理三元铝基合金粉；
步骤三、将所述预处理三元铝基合金粉先置于铝溶胶中，真空浸渍5～10min，取出后过滤；再置于硅溶胶中，真空浸渍10～25min，过滤后取出，完成一次交替浸渍；按照所述一次交替浸渍方法，反复进行3～5次，取出后过滤，最后于80～120℃条件下干燥，制得预包覆三元铝基合金粉；
所述真空浸渍的真空压强为0.05～0.1MPa；
步骤四、将预包覆三元铝基合金粉置于高温炉中，于1100～1400℃和空气气氛条件下保温1～3h，冷却，制得高温相变蓄热复合材料。


2.根据权利要求1所述的高温相变蓄热复合材料的制备方法，其特征在于所述三元铝基合金粉为铝硅铁合金粉和铝硅镍合金粉中的一种，三元铝基合金粉的中位径为28～100μm；
所述铝硅铁合金粉：Al含量为45～60wt％，Si含量为30～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张美杰，张吉祥，顾华志，黄奥，付绿平，栗海峰，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42