本发明专利技术涉及一种多孔陶瓷制品、其制备方法以及固态制冷系统。多孔陶瓷制品包含烧结的陶瓷颗粒，并且所述多孔陶瓷制品具有多个供流体介质通过的孔隙，其中在所述制品的横截面上，各孔隙之间的距离为孔隙特征尺寸的至少1倍，并且最外围的各孔隙到横截面的边缘的距离为孔隙特征尺寸的至少1.2倍。多孔陶瓷制品可显著减少换热流体介质与其直接接触所带来的沿程热损失，并且无需根据不同的回热器结构设计与之匹配的制品(例如加载压头)形式。与之匹配的制品(例如加载压头)形式。与之匹配的制品(例如加载压头)形式。
【技术实现步骤摘要】
多孔陶瓷制品、其制备方法以及固态制冷系统
[0001]本专利技术涉及高强度性能材料领域，尤其涉及用于制冷机械的高性能材料，具体涉及一种高强度多孔陶瓷制品、其制备方法以及其在固体制冷系统中的应用，例如用于制备加载压头材料。
技术介绍
[0002]为了解决由传统蒸气压缩制冷技术引起的臭氧层破坏加剧及严重温室效应等问题，各国学者逐步对新型制冷技术展开了研究。其中，以形状记忆合金的马氏体相变及逆相变为设计基础的固态制冷技术，于2004年被英国科学家提出后，现已被美国能源部认为是最具潜力的新型制冷技术。
[0003]近年来，以形状记忆合金固态制冷为原理的机械结构及系统方案也先后被提了出来。在这种固态制冷系统中，涉及到较高的加载应力(通常在500MPa以上)。因此，这些固体制冷系统通常采用高强度耐压材料制备与加载结构接触的加载压头。这些高强度耐压材料包括高锰钢、碳化钨等。
[0004]然而，采用这些高强度耐压材料制备加载压头容易产生系统输出温差偏小(2K-10K之间)等问题。
[0005]此外，固态制冷系统还通常包括回热器结构，并且需要选用不同的回热器结构以实现更大的力学稳定性和比表面积。然而，在这种情况下需要考虑直接与回热器接触的加载压头结构与回热器结构的一致性，即对每一种特定结构的回热器都需要另行设计与之结构匹配的压头结构以保证换热介质的流动，而这无疑会增加制冷机械的设计难度和加工难度。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种新型的多孔陶瓷制品、其制备方法以及其在固态制冷系统中的应用。该多孔陶瓷制品能够解决上述的至少一个问题。
[0007]因此，本专利技术提供了：
[0008]1.一种多孔陶瓷制品，包含烧结的陶瓷颗粒，其中所述多孔陶瓷制品具有多个供流体介质通过的孔隙，其中在所述制品的横截面上，各孔隙之间的距离为所述孔隙特征尺寸的至少1倍，并且最外围的各孔隙到所述横截面的边缘的距离为孔隙特征尺寸的至少1.2倍。特征尺寸选自直径、对角线和边长中的至少一者。
[0009]优选地，所述孔隙的特征尺寸为1-10mm之间，优选为1-3mm。
[0010]优选地，所述制品的厚度为孔隙特征尺寸的0.1倍-10倍，优选为孔隙特征尺寸的1倍-3倍。
[0011]优选地，所述制品为圆盘形、圆柱形、圆筒形、四边形和六角形中的任意一种形状。
[0012]优选地，所述陶瓷颗粒包含金属氧化物、金属碳化物、硅酸盐和其混合物中的任意一者，优选氧化铝、氧化锆、氧化钙、莫来石、蓝晶石或其混合物中的任意一者。
[0013]优选地，所述金属选自由锆、铝、钙、锰、钛或其合金中的至少一者。
[0014]优选地，所述横截面为圆形横截面，并且沿着圆形横截面的径向，各个孔隙之间的距离基本相同。
[0015]优选地，在所述横截面上，各个孔隙之间的距离基本相同并且各个孔隙均匀分布。
[0016]优选地，在所述横截面上，所述孔隙被布置为均匀分布的矩阵图案、扇形图案、圆形图案或其任意组合。
[0017]优选地，所述制品的抗压强度为500-6000Mpa，优选为3000-3600Mpa，
[0018]任选地，所述制品的密度为2-10g/cm3，优选为3-5g/cm3；
[0019]任选地，所述制品的导热系数为2-10W/(m
·
K)，优选2-5W/(m
·
K)，
[0020]任选的，所述制品的孔隙率为至少25％至75％。
[0021]优选地，所述制品为固态制冷装置的加载压头、固态制冷装置的回热器端口、固态制冷部件的端口中的任意一者或者其组合。
[0022]2.一种制备多孔陶瓷制品的方法，包括下列步骤：
[0023](I)提供包含陶瓷颗粒的陶瓷前驱体；
[0024](II)将陶瓷前驱体布置多个供流体介质通过的孔隙，使得在所述制品的横截面上，各孔隙之间的距离为所述孔隙特征尺寸的至少1倍，并且最外围的所述各孔隙到所述横截面的边缘的距离为孔隙特征尺寸的至少1.2倍。特征尺寸选自直径、对角线和边长中的至少一者。
[0025]优选地，所述陶瓷前驱体为包含陶瓷氧化物颗粒的混合粉体并且所述步骤(II)包括将所述混合粉体在石墨模具中直接挤压成型，从而得到布置多个供流体介质通过的孔隙的陶瓷胚体，然后将所述陶瓷胚体热压烧结并且冷却，从而得到所述多孔陶瓷制品。
[0026]优选地，所述氧化物陶瓷颗粒的粒径为15μm-30μm，
[0027]任选地，步骤(II)中的挤压压力约为15MPa-50MPa；
[0028]任选地，热压烧结的烧结温度为约1750℃-2000℃，烧结压力为约50MPa-100MPa，并且烧结时间为2h-3h。
[0029]优选地，所述陶瓷前驱体为包含烧结的氧化物陶瓷颗粒的圆盘，并且所述步骤(II)包括采用钻头对所述圆盘钻孔并且进行磨削加工，以提供所述多孔陶瓷制品。
[0030]优选地，所述钻头为麻花钻、冲击钻、扩孔钻中的至少一者，
[0031]任选地，所述磨削加工通过细砂轮或硬质合金棒进行。
[0032]3.一种固态制冷系统，包括固态制冷部件以及与固态制冷部件相连的加载压头，其所述加载压头包含上述的任意多孔陶瓷制品或者根据上述任意的方法制备的多孔陶瓷制品。
[0033]优选地，所述固态制冷部件包括形状记忆合金管，优选钛镍合金、铁钯合金、镍铁镓钴合金或铁镍钴铝合金中的一种或多种。
[0034]优选地，所述固态制冷部件包括回热器，并且所述加压压头的结构与所述回热器的结构匹配。
[0035]优选地，所述固态制冷系统还包括用于给所述加载压头循环施加压力和卸载压力的加载结构，所述加载机构包括电动压机。4.上述的任意多孔陶瓷制品或者上述任意的方法制备的多孔陶瓷制品在制造固态制冷系统中的压头中的应用。
[0036]本专利技术的多孔陶瓷制品在保证较高抗压强度的同时，可实现极低的导热系数(仅约为2-10W/(m
·
K))，从而适合用于与传热介质流体接触的加载压头材料。
[0037]多孔陶瓷制品可以对不同回热器结构保持较好的通用性。这种高强度多孔陶瓷制品有利于固态制冷系统或机械减少系统热损失，从而更快地实现更大的系统输出温差。
[0038]更具体来说，本专利技术的多孔陶瓷制品具备如下的优点和显著特点：
[0039]1、极低的导热系数，更少的沿程热损失：本专利技术的多孔陶瓷制品的导热系数可以仅仅为约2-10W/(m
·
K)，其值约为高锰钢压头导热系数的1/25、碳化钨压头导热系数的1/80。当多孔陶瓷制品用在固态制冷系统中的加载压头材料时，可显著减少换热流体介质和压头材料直接接触所带来的沿程热损失，进而更快地实现更大的系统输出温差。
[0040]2、密度小，通用性更好：本专利技术的多孔陶瓷制品的密度可以为约3-5g/cm3，是高锰钢材料密度的1/4以及碳化钨材料密度的1/5。更轻本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔陶瓷制品，包含烧结的陶瓷颗粒，其特征在于所述多孔陶瓷制品具有多个供流体介质通过的孔隙，其中在所述制品的横截面上，各孔隙之间的距离为所述孔隙的特征尺寸的至少1倍，并且最外围的各孔隙到所述横截面的边缘的距离为孔隙的特征尺寸的至少1.2倍，其中所述特征尺寸选自直径、对角线和边长中的至少一者。2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述孔隙的特征尺寸为1-10mm之间，优选为1-3mm。3.根据权利要求1或2所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述制品的厚度为孔隙特征尺寸的0.1倍-10倍，优选为孔隙特征尺寸的1倍-3倍。4.根据权利要求1-3所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述制品为圆盘形、圆柱形、圆筒形、四边形和六角形中的任意一种形状。5.根据权利要求1-4所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述陶瓷颗粒包含金属氧化物、金属碳化物、硅酸盐和其混合物中的任意一者，优选氧化铝、氧化锆、氧化钙、莫来石、蓝晶石或其混合物中的任意一者。6.根据权利要求5所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述金属选自由锆、铝、钙、锰、钛或其合金中的至少一者。7.根据权利要求1所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述横截面为圆形横截面，并且沿着圆形横截面的径向，各个孔隙之间的距离基本相同。8.根据权利要求1-6所述的多孔陶瓷制品，其特征在于在所述横截面上，各个孔隙之间的距离基本相同并且各个孔隙均匀分布。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的多孔陶瓷制品，其特征在于在所述横截面上，所述孔隙被布置为均匀分布的矩阵图案、扇形图案、圆形图案或其任意组合。10.根据权利要求1-9所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述制品的抗压强度为500-6000MPa，优选为3000-3600MPa，任选地，所述制品的密度为2-10g/cm3，优选为3-5g/cm3；任选地，所述制品的导热系数为2-10W/(m
·
K)，优选2-5W/(m
·
K)，任选的，所述制品的孔隙率为至少25％至75％。11.根据权利要求1-10所述的多孔陶瓷制品，其特征在于所述制品为固态制冷装置的加载压头、固态制冷装置的回热器端口、固态制冷部件的端口中的任意一者或者其组合。12.一种制备多孔陶瓷制品的方法，其特征在于包括下列步骤：(I)提供包含陶瓷颗粒的陶瓷前驱体；以及(II)将陶瓷前驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国安，张龄匀，张炯炯，孙庆平，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：
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