泡沫金属基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泡沫金属基高温相变蓄热复合材料及其制备方法，涉及蓄热材料技术领域。其特征在于具有泡沫金属骨架材料，泡沫金属骨架材料上附着有≥６００℃时固－液相变蓄热材料，高温相变蓄热材料占总重量的百分比为６０％～９５％。本发明专利技术复合材料具有蓄热放热快、蓄热密度高、导热性能良好、体积收缩较小的优点；用途广，可适用于空间站太阳能热动力发电系统、太阳能发电和高温余热回收等多种领域，特别适用于空间太阳能热动力发电系统的吸热器；其制备方法简便、复合率高，易于保证产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蓄热材料

技术介绍
高温相变材料的应用主要集中在空间站的太阳能利用、工业余热回 收和电力削峰填谷等领域。在空间站太阳能热动力发电系统中，可以利 用抛物形的聚能器截取太阳能，将其聚集到吸热/蓄热器的圆柱形腔内， 换成热能，其中一部分热能传递给循环工质以驱动热机发电，另一部分 热量则被封装在多个小容器内的相变储能材料中通过熔化而吸收储存起 来。在轨道阴影期，相变储能材料在相变点附近凝固释热，充当热机热 源来加热循环工质，使得空间站处于阴影期时仍能连续工作发电。相变 材料蓄热容器是空间站太阳能热动力发电系统吸热一储热器的主要部 件。在太阳能热发电厂中，采用水槽形聚光板，将太阳光聚集于太阳能 聚集器中，换成热能， 一部分用以加热蒸汽发电，另一部分储存起来， 待太阳光不足时使用，以保证连续发电。另外，在工业生产过程中会产 生大量的热，这些热量通常没有得到利用就被浪费掉，这时就需要一种 材料把这些高温余热回收以备日后使用。对于空间太阳能热动力发电系统的吸热器来说，由于受热机循环温度(70(TC以上)的限制，要求采用高温潜热蓄热，在对大量相变材料进 行了研究后，氟盐成为主要的选择对象，其主要优点是相变潜热高，而 且通过不同熔点的氟盐的混合，可以得到具有不同相变温度的蓄热介质， 从而在很宽广的温度范围内满足空间太阳能热动力发电循环的要求。氟 盐和金属容器材料的相容性也比较好。美国自由号空间站的太阳能热动 力发电系统选用了 LiF-CaF2共晶物作为蓄热介质。氟盐能够满足其热力性能和相容性的需求，但它的一个明显缺点是 其热导率较低以及凝固时体积收縮很大(LiF高达23%)。这两个缺点导致3阴影期内相变材料凝固收縮时在容器内形成空穴，造成日照期内出现"热 松脱"和"热斑"，这两种现象均会造成容器的热疲劳损坏，会较大的影 响蓄热材料的传热性能，从而会影响到整个系统的热性能和可靠性。此 外，盐类相变材料在高温下有较强的腐蚀性，容器材料必须采用耐腐蚀 的高温合金，目前大多着眼于钴基、镍基、铌基等高温合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种泡沫金属基高温相变蓄热复合材料及其制 备方法，该复合材料具有蓄热放热快、蓄热密度高、导热性能良好、体积收縮较小的优点；用途广，可适用于空间站太阳能热动力发电系统、 太阳能发电和高温余热回收等多种领域，特别适用于空间太阳能热动力 发电系统的吸热器；其制备方法简便、复合率高，易于保证产品质量。本专利技术之一的主要技术方案是 一种泡沫金属基高温相变蓄热复合 材料，其特征在于具有泡沫金属骨架材料，泡沫金属骨架材料上附着有 》60(TC时固-液相变蓄热材料，高温相变蓄热材料占总重量的百分比为 60% 95%。所述的泡沫金属骨架材料为泡沫金属Ni或泡沫金属Cu骨架材料为佳。所述的》600'C时固-液相变蓄热材料较佳为氟盐LiF;或LiF和CaF2 的混合物混合物中LiF和CaF2的质量组成比为2 l.l二l; >600^时固-液相变蓄热材料占总重量的80 95%。本专利技术之二的主要技术方案是上述的各种泡沫金属基高温相变蓄 热复合材料的制备方法，其特征在于具有如下步骤-a、 准备好泡沫金属骨架材料并放入到成型容器中。b、 按要求的质量组成准备》60(TC时固-液相变蓄热材料，拌匀，放入真空加热炉中加热除气除水使其呈熔融状态，加热炉熔化温度为在高 》600。C时固-液相变蓄热材料的相变温度以上50-10(TC;同时将盛放泡沫金属骨架材料的成型容器一同放入炉内加热。c、 将呈熔融状态的》600。C时固-液相变蓄热材料按要求的质量组成在氩气保护气雾下，迅速准确地灌入成型容器内，在真空加热炉中加热复合，复合过程温度控制在比该》60(TC时固-液相变蓄热材料的熔点高 80 200°C。d、复合结束后，关掉电炉电源将盛放泡沫金属基高温相变蓄热复合 材料的成型容器在炉内缓慢冷却，然后将盛放泡沫金属基高温相变蓄热 复合材料容器的顶盖封装好即得成品。所述的成型容器的材质为钴基、镍基或铌基高温合金如lncone1617， Haynesl88， Haynes230， 316ss等。本专利技术的积极效果是》60(TC时固-液相变蓄热材料比较均匀充分 地分布在泡沫金属骨架材料基体中，金属骨架把^600'C时固-液相变蓄 热材料分成无数个微小的蓄热单元，这些微小的蓄热单元在改善吸热、 放热的同时，还因毛细管张力作用阻止熔化的相变材料外流，其复合率 高，蓄热能力好，导热性能高；利用和控制空穴的形成以强化传热，还 可限制固液相变时较大的体积收縮；该复合材料具有蓄热放热快、蓄热 密度高、导热性能良好、体积收縮较小的优点；不仅蓄热能力好，尤其 解决了现有技术中长期存在的热导率较低及凝固时体积收縮大的难题； 其用途广，可适用于空间站太阳能热动力发电系统、太阳能发电和高温 余热回收等多种领域，特别适用于空间太阳能热动力发电系统的吸热器； 其制备方法简便、复合率高，易于保证产品质量。以下结合实例作详述，但不作为对本专利技术的限定。 具体实施例方式实施例生产工艺如下将》600。C时固-液相变蓄热材料氟化锂，或氟化锂和氟化钙按一定质量百分比混合成一定重量的熔融混合物，在该熔融盐共晶体中加入称量一定重量的泡沫金属骨架材料，共同放到蓄热相变容器中在真空加热炉中进行复合，控制复合温度，复合一定时间后，成品在真空中冷却到一定温度后取出，封装好蓄热相变容器即得成品。步骤一清洗多孔质泡沫金属材料，去除其表面或孔中可能存在的油污，并按一定质量放入到成型容器中。步骤二按氟盐LiF百分之百，或LiF和CaF2的混合物LiF和CaF2的质量组成比为2 1. l二l，称取氟盐，机械搅拌尽可能均匀，放入真空加热炉中加热除气、除水并熔融；同时将盛放泡沫金属骨架材料的成型 容器一同放入炉内加热。步骤三准备100ml的Al203陶瓷烧杯或高纯石墨坩锅若干，烧杯中 可装高温固-液相变蓄热材料不少于60g，在氩气保护气雾下，迅速准确 地将灌入成型容器内。在真空加热炉中加热进行复合，复合过程温度控 制在比潜热蓄热材料的熔点高80-200°C，复合时间2-3小时。步骤四关掉电炉将盛放泡沫金属基高温相变蓄热复合材料的成型 容器在炉内缓慢冷却，取出后用真空电子束焊接将成型容器端盖密封好。例1:连续多孔泡沫金属骨架材料采用泡沫金属Ni，高温相变蓄热 材料采用氟化锂和氟化钙质量组成比按1. 1: 1，按，蓄热金属容器(即 成型容器)材料采用Haynesl88，工艺条件如下1、 潜热蓄热材料在加热炉中的加热熔化温度为820-870°C (即高温 固-液相变蓄热材料在加热炉中熔化为温度在其相变温度以上50-100 °C);2、 复合过程温度为850-970°C (即复合过程温度控制在比该高温相 变蓄热材料的熔点高80 200。C)，复合时间为3小时；3、 氟化锂和氟化钙蓄热材料占泡沫金属基高温相变蓄热复合材料总 重量的95%。实施结果所制备的复合高温相变蓄热材料相变潜热870.6 kj/kg， 相变温度为769.8°C。例2:连续多孔泡沬金属骨架材料采用泡沫金属Ni，高温相变蓄热 材料采用氟化锂和氟化钙质量组成比按2: 1，蓄热金属容器(即成型容 器)材料采用Hayne本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫金属基高温相变蓄热复合材料，其特征在于具有泡沫金属骨架材料，泡沫金属骨架材料上附着有≥６００℃时固－液相变蓄热材料，高温相变蓄热材料占总重量的百分比为６０％～９５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海亭，邢玉明，吴斌，彭培英，郭彦书，王振辉，崔皓辰，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]