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CN108017403A - 一种高温相变复合储热陶瓷基材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温相变复合储热陶瓷基材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于储热材料技术领域，具体公开了一种高温相变复合储热陶瓷基材料及其制备方法。以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质10～15份、碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份、高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份。本发明制备的高温相变复合储热陶瓷基材料，具有相变潜热大、高温稳定性强、毒性小、腐蚀性小等优点，可作为相变储热材料使用，提高了能量转换效率；导热性能更高，吸热放热速度更快；在相变时不会改变其外形，可以有效防止泄露。

Description

一种高温相变复合储热陶瓷基材料及其制备方法
技术领域
本发明属于储热材料技术领域，具体涉及一种高温相变复合储热陶瓷基材料及其制备方法。
背景技术
节能与环保是能源利用领域的一个重要课题，利用相变储热材料的相变潜热储存能量是一种新型的节能技术。储热材料在相变过程中，吸收周围环境的热量，并在周围环境温度降低时，向周围环境释放热量，从而达到控制周围环境温度和节能的目的。它在太阳能利用、热能回收、空调制冷、建筑节能、航空航天等领域都有广泛的应用前景。
目前的储热材料普遍存在导热性能差的缺点，因此制成的相变储热部件由于导热性差，无法充分发挥储热材料的储热功能。其次，储热材料发生固一液相变时，会导致泄漏问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高温相变复合储热陶瓷基材料，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质10～15份、碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份、高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份。
优选的，上述高温相变复合储热陶瓷基材料，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质15份、碳酸锂25份、碳酸钾25份、碳酸钠40份、高导热碳纤维1份、掺杂石墨2份。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料中，所述陶瓷基质为SiC、SiO2、或者MgO。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料中，所述掺杂石墨为氮掺杂石墨或者硼掺杂石墨。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份和陶瓷基质10～15份混合，进行研磨混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份在500～600℃惰性气体中加热15min，然后加入到上述无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨混合均匀，形成复合体系；
(3)上述复合体系经加压成型后，于700～760℃烧结20～30min，烧结完成后降温至常温，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，步骤(1)和步骤(2)中研磨至粒径在400～500目之间。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，步骤(3)中所述加压的条件为：压力2.4～2.8MPa，加压时间2～2.5min。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，步骤(3)中所述烧结时的升温速率为3～5℃/min，所述降温时的降温速率为10℃/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的高温相变复合储热陶瓷基材料，具有相变潜热大、高温稳定性强、毒性小、腐蚀性小等优点，可作为相变储热材料使用，提高了能量转换效率；导热性能更高，吸热放热速度更快；在相变时不会改变其外形，可以有效防止泄露。
具体实施方式
本发明提供了一种高温相变复合储热陶瓷基材料，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质10～15份、碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份、高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份；
所述陶瓷基质为SiC、SiO2、或者MgO，所述掺杂石墨为氮掺杂石墨或者硼掺杂石墨。
优选的，上述高温相变复合储热陶瓷基材料，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质15份、碳酸锂25份、碳酸钾25份、碳酸钠40份、高导热碳纤维1份、掺杂石墨2份。
进一步的，本发明还提供了上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份和陶瓷基质10～15份混合，进行研磨至400～500目混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份在500～600℃惰性气体中加热15min，然后加入到上述无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨至400～500目混合均匀，形成复合体系；
(3)上述复合体系经加压成型后，加压压力2.4～2.8MPa，加压时间2～2.5min，于700～760℃烧结20～30min，烧结完成后降温至常温，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。
其中，上述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，步骤(3)中所述烧结时的升温速率为3～5℃/min，所述降温时的降温速率为10℃/min。
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明，但并不因此限制本发明的保护范围。
实施例1
高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂25份、碳酸钾25份、碳酸钠40份和SiC陶瓷基质15份混合，进行研磨至400目混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维1份、氮掺杂石墨2份在520℃惰性气体中加热15min，然后加入到无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨至400目混合均匀，形成复合体系；
(3)复合体系经加压成型后，加压压力2.8MPa，加压时间2min，于760℃烧结20min，烧结时的升温速率为5℃/min，烧结完成后降温至常温，降温时的降温速率为10℃/min，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。
实施例2
高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂20份、碳酸钾30份、碳酸钠30份和MgO陶瓷基质10份混合，进行研磨至500目混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维2份、氮掺杂石墨1份在600℃惰性气体中加热15min，然后加入到无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨至500目混合均匀，形成复合体系；
(3)复合体系经加压成型后，加压压力2.4MPa，加压时间2.5min，于700℃烧结30min，烧结时的升温速率为3℃/min，烧结完成后降温至常温，降温时的降温速率为10℃/min，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。
实施例3
高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂30份、碳酸钾20份、碳酸钠35份和SiO2陶瓷基质12份混合，进行研磨至450目混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维1.5份、硼掺杂石墨1.5份在560℃惰性气体中加热15min，然后加入到无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨至460目混合均匀，形成复合体系；
(3)复合体系经加压成型后，加压压力2.6MPa，加压时间2min，于740℃烧结25min，烧结时的升温速率为3℃/min，烧结完成后降温至常温，降温时的降温速率为10℃/min，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。

Claims (8)

1.一种高温相变复合储热陶瓷基材料，其特征在于，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质10～15份、碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份、高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份。
2.根据权利要求1所述的一种高温相变复合储热陶瓷基材料，其特征在于，以重量份计，该材料由以下原料制备得到：陶瓷基质15份、碳酸锂25份、碳酸钾25份、碳酸钠40份、高导热碳纤维1份、掺杂石墨2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高温相变复合储热陶瓷基材料，其特征在于，所述陶瓷基质为SiC、SiO2、或者MgO。
4.根据权利要求1或2所述的一种高温相变复合储热陶瓷基材料，其特征在于，所述掺杂石墨为氮掺杂石墨或者硼掺杂石墨。
5.权利要求1～4任一项所述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将碳酸锂20～30份、碳酸钾20～30份、碳酸钠30～40份和陶瓷基质10～15份混合，进行研磨混合均匀，得到无机盐陶瓷基质体系；
(2)将高导热碳纤维1～2份、掺杂石墨1～2份在500～600℃惰性气体中加热15min，然后加入到上述无机盐陶瓷基质体系中，通过研磨混合均匀，形成复合体系；
(3)上述复合体系经加压成型后，于700～760℃烧结20～30min，烧结完成后降温至常温，得到高温相变复合储热陶瓷基材料。
6.根据权利要求5所述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中研磨至粒径在400～500目之间。
7.根据权利要求5所述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述加压的条件为：压力2.4～2.8MPa，加压时间2～2.5min。
8.根据权利要求5所述高温相变复合储热陶瓷基材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述烧结时的升温速率为3～5℃/min，所述降温时的降温速率为10℃/min。
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