一种高可靠性高温复合储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高可靠性高温复合储热材料及其制备方法，一种高可靠性高温复合储热材料及其制备方法，主要目的是解决熔盐泄露和挥发的问题，开发一种储热密度高、导热率高、可靠性性能优异的ss

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性高温复合储热材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温储热材料


技术介绍

[0002]相变储热因其高能量密度、准等温储释热过程、合理的成本而备受关注。熔盐稳定性高、成本低而被广泛应用，但需要对其进行封装使其形状稳定后才能在储热系统中使用。混合
‑
冷压
‑
烧结工艺是一种适用于工业大批量生产的封装方法，该工艺将熔盐粉末与多孔材料颗粒混合后压缩成型并在在高温炉中加热到熔盐相变温度(200℃
‑
900℃)附近，烧结一定时间获得形状稳定的复合相变材料(shape stable
‑
phase change material，ss
‑
PCM)。
[0003]文献《L.Sang,F.Li,Y.Xu,Form
‑
stable ternary carbonates/MgO composite material for high temperature thermal energy storage,Sol.Energy.180(2019)1
–
7》公开了一种三元碳酸盐与MgO混合烧结而成的ss
‑
PCM，该文指出ss
‑
PCM是靠融化的熔盐将熔盐与陶瓷颗粒烧粘到一起的，而陶瓷颗粒间隙的毛细作用将熔盐吸附，避免泄露。因此，熔盐/MgO质量比高于4：6时，熔盐会发生泄露，当该比例为7：3时，材料外形甚至不能保持稳定，只有该比例为3：7时，熔盐才不会发生泄露。这导致ss
‑
PCM中的熔盐含量过少，储热密度较低。
[0004]文献《Q.Yu,C.Zhang,Y.Lu,Q.Kong,H.Wei,Y.Yang,Q.Gao,Y.Wu,A.Sciacovelli,Comprehensive performance of composite phase change materials based on eutectic chloride with SiO2 nanoparticles and expanded graphite for thermal energy storage system,Renew.Energy.172(2021)1120
–
1132》一种通过添加膨胀石墨(EG)等碳材料来提高ss
‑
PCM的导热率，但高温下EG会发生氧化，这限制了含EG的ss
‑
PCM的使用温度及服役时间。
[0005]此外，ss
‑
PCM依靠多孔孔隙吸附熔盐，虽然能够防止熔盐泄露，但不能防止高温下ss
‑
PCM中熔盐的挥发，熔盐挥发会造成ss
‑
PCM储热密度下降，并腐蚀储热系统。因此，很有必要开发一种储热密度高、导热率高、能够同时防止泄露与挥发高可靠性ss
‑
PCM。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，开发一种储热密度高、导热率高、可靠性性能优异的ss
‑
PCM。本专利技术提出了一种高可靠性高温复合储热材料及其制备方法，所采用的技术方案具体如下：
[0007]本专利技术中一种高可靠性高温复合储热材料，由致密陶瓷外壳和内部储热复合芯材组成，主要成分为陶瓷粉末B；储热复合芯材是由熔盐、陶瓷粉末A和导热增强剂组成，熔盐吸附在陶瓷粉末和导热增强剂间隙内；
[0008]熔盐、陶瓷粉末A和导热增强剂的质量比为(40
‑
80):(5
‑
60):(0
‑
40)；所述熔盐为在陶瓷粉末A或陶瓷粉末B的烧结温度下不会分解的单组分盐或多元共晶盐；所述的陶瓷粉
末A选自MgO、SiC、硅藻土和SiO2，且粒径为1～100μm；陶瓷粉末B选自SiC、AlN、Al2O3和Si3N4，且粒径为1000目～3000目。
[0009]所述的导热增强剂优选为石墨粉、碳纤粉、氧化石墨、石墨烯、生物炭粉末、膨胀石墨、SiC和AlN中的一种。
[0010]本专利技术中陶瓷外壳的厚度优选为2～6mm。
[0011]所述一种高可靠性高温复合储热材料制备方法，具体步骤如下：
[0012]1)制备冷压块：将熔盐、陶瓷粉末A、导热增强剂按照质量比(40
‑
80):(5
‑
60):(0
‑
40)的比例混合，并在压片机中模压成型，成型压强10
‑
100MPa，获得冷压块；成型压强与为压片机油缸压力与样品截面积之比；所述的陶瓷粉末A选自MgO、SiC、硅藻土和SiO2，且粒径为1～100μm；
[0013]2)制备陶瓷粉体：按照55
‑
80wt％陶瓷粉末B、15
‑
45wt％助熔剂、0.5
‑
2wt％粘接剂和1
‑
3wt％去离子水的称取陶瓷粉体原料，将上述原料在球磨机中混合0.5小时；陶瓷粉末B选自SiC、AlN、Al2O3和Si3N4，粒径为1000目～3000目；
[0014]3)模压成型：在模具底部先预铺一层陶瓷粉体，再将冷压块放入模具中央，并用陶瓷粉体将模具与冷压块间隙填满并没过冷压块，通过模压成型获得具有陶瓷外壳的复合储热材料生胚，成型压强50
‑
100MPa并且高于冷压块的成型压强；所述间隙宽度根据陶瓷外壳的厚度调节；
[0015]4)高温烧结：将生胚置于高温炉中经高温烧结，自然降至室温后获得高可靠性高温复合储热材料。
[0016]步骤4)中高温烧结的优选方式为：将生胚置于高温炉中，以2
‑
3℃/min升温至熔盐熔点以上50
‑
200℃，较低的升温速率是为了避免固相熔盐快速膨胀；再以5℃/min继续升温至700
‑
1200℃并保温1
‑
3小时使外壳烧结致密，自然降至室温后获得高温复合储热材料。
[0017]步骤3)中助熔剂优选为钾长石、钠长石、玻璃熔块、高岭土中的一种或几种，粘接剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇。
[0018]优选的，为了在避免使用过程中，熔盐受热膨胀使陶瓷外壳破裂，在陶瓷外壳和内部储热复合芯材间还设置一层0.5
‑
2mm多孔碳层，吸收熔盐的热膨胀，多孔碳通过高残炭率的树脂炭化获得，其制备方法如下：
[0019]1)制备冷压块：将熔盐、陶瓷粉末A、导热增强剂按照质量比(40
‑
80):(5
‑
60):(0
‑
40)的比例混合，并在压片机中模压成型，成型压强10
‑
100MPa，获得冷压块；成型压强与为压片机油缸压力与样品截面积之比；所述的陶瓷粉末A选自MgO、SiC、硅藻土和SiO2，且粒径为1～100μm。
[0020]2)将冷压块浸入高残炭树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性高温复合储热材料，其特征在于，该材料由致密的陶瓷外壳和内部储热复合芯材组成，主要成分为陶瓷粉末B；储热复合芯材是由熔盐、陶瓷粉末A和导热增强剂组成，熔盐吸附在陶瓷粉末和导热增强剂间隙内；熔盐、陶瓷粉末A和导热增强剂的质量比为(40
‑
80):(5
‑
60):(0
‑
40)；所述熔盐为在陶瓷粉末A或陶瓷粉末B的烧结温度下不会分解的单组分盐或多元共晶盐；所述的陶瓷粉末A选自MgO、SiC、硅藻土和SiO2，且粒径为1～100μm；陶瓷粉末B选自SiC、AlN、Al2O3和Si3N4，且粒径为1000目～3000目。2.一种高可靠性高温复合储热材料，其特征在于，陶瓷外壳的厚度为2～6mm。3.根据权利要求1所述的高可靠性高温复合储热材料，其特征在于，所述的导热增强剂为石墨粉、碳纤粉、氧化石墨、石墨烯、生物炭粉末、膨胀石墨、SiC和AlN中的一种。4.一种如权利要求1所述高可靠性高温复合储热材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：1)制备冷压块：将熔盐、陶瓷粉末A、导热增强剂按照质量比(40
‑
80):(5
‑
60):(0
‑
40)的比例混合，并在压片机中模压成型，成型压强10
‑
100MPa，获得冷压块；成型压强与为压片机油缸压力与样品截面积之比；所述的陶瓷粉末A选自MgO、SiC、硅藻土和SiO2，且粒径为1～100μm；2)制备陶瓷粉体：按照55
‑
80wt％陶瓷粉末B、15
‑
45wt％助熔剂、0.5
‑
2wt％粘接剂和1
‑
3wt％去离子水的称取陶瓷粉体原料，将上述原料在球磨机中混合0.5小时；陶瓷粉末B选自SiC、AlN、Al2O3和Si3N4，粒径为1000目～3000目；3)模压成型：在模具底部先预铺一层陶瓷粉体，再将冷压块放入模具中央，并用陶瓷粉体将模具与冷压块间隙填满并没过冷压块，通过模压成型获得具有陶瓷外壳的复合储热材料生胚，成型压强50
‑
100MPa并且高于冷压块的成型压强；所述间隙宽度根据陶瓷外壳的厚度调节；4)将生胚置于高温炉中经高温烧结，自然降至室温后获得高可靠性高温复合储热材料。5.根据权利要求4所述的高可靠性高温复合储热材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中高温烧结的方法为：以2
‑
3℃/min升温至熔盐熔点以上50
‑
20...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丽梅，李子源，王养俊，商震，王欢，
申请(专利权)人：吉林大学威海仿生研究院，
类型：发明
国别省市：