CN100999414A - 一种超多孔陶瓷基蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

一种超多孔陶瓷基蓄热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超多孔陶瓷基蓄热材料及其制备方法。本发明材料由陶瓷基体和相变材料组成，陶瓷基体由陶瓷纤维组成，具有三维网状结构，其气孔率为96％以上；相变材料为无机水合盐，包括明矾、以及明矾和六水合氯化镁的混合物，其熔解热大于220J/g。其制备方法包括：超多孔陶瓷基体的制备；相变盐的改性；将相变盐加热融化，浸渗入陶瓷基体中。本发明超多孔陶瓷基体气孔率高(可达96％以上)，远高于传统的多孔陶瓷(气孔率一般在40～80％)；本发明还充分发挥超多孔陶瓷显气孔率高及明矾盐溶解热大的优良性能，提供了一种高储能密度的定形相变储能材料，该材料可以用于蓄热取暖及其他节能领域。

Description

一种超多孔陶瓷基蓄热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料和能源利用领域，更具体的说是涉及一种超多孔陶瓷基蓄热材料及其制备方法。
背景技术
目前国内外对相变材料储热性能的研究越来越多，相变材料具有独特的热性能：它在其物相变化过程中，可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热(冷)量，从而达到热量储存和释放的目的。利用此特性不仅可制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变时温度近似恒定，可以用于调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用。
传统的固-液相变贮能材料在发生相变时，由于其存在固-液态转变过程，故在实际应用中需要加以封装或使用专门的容器，以防止其泄露。这不仅会增加传热介质与相变材料之间的热阻，降低传热效率，而且会增加成本。定形相变材料则可以有效地解决上述问题，定形相变材料由支撑材料(基体)和相变材料组成，相变材料填充于基体材料的孔隙之中，这种定形相变材料在发生相变前后均呈固态状，形状保持不变。定形相变材料由于在宏观上不发生由固态向液态的转变，从而保持其原有形状。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可以利用材料的显热又可以利用材料的潜热，具有高的储能密度和稳定的形状，可作为储能材料使用到相关行业的超多孔陶瓷基蓄热材料。
本发明的另一个目的在于提供一种超多孔陶瓷基蓄热材料的制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种超多孔陶瓷基蓄热材料，由陶瓷基体和相变材料组成，所述陶瓷基体由陶瓷纤维组成，具有三维网状结构，其气孔率达到96％以上；所述相变材料为无机水合盐。
相变材料为无机水合盐明矾，其熔解热大于220J/g。
所述无机水合盐可以是明矾和六水合氯化镁的混合物，亦可以是明矾和硝酸铵的混合物。
一种超多孔陶瓷基蓄热材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)超多孔陶瓷基体的制备：将氢氧化铝粉和磷酸溶液按P/Al＝23的摩尔比例混合，加热搅拌，使之形成无色透明的粘结剂溶液，加入蒸馏水稀释到质量百分比浓度为10％，将陶瓷纤维和粘结剂溶液混合，采用加压排水法，将陶瓷纤维成形为需要的形状，干燥后在高温电炉中烧成为多孔陶瓷烧结体。所得纤维多孔陶瓷其气孔率达到96％以上；
(2)相变盐的浸渗：
可以直接将无机水合盐明矾浸渗入纤维多孔陶瓷基体内，制得蓄热材料；
也可以先将适量碳粉和钛酸脂偶联剂加入粘结剂溶液后填充于纤维多孔陶瓷基体内，经过干燥处理后再进行明矾盐溶液的浸渗，制得蓄热材料；
亦可以将明矾和六水合氯化镁混合后浸渗入纤维多孔陶瓷基体内制得蓄热材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、超多孔陶瓷基体气孔率高(可达96％以上)，远高于传统的多孔陶瓷(气孔率一般在40～80％)，由于无机盐陶瓷基复合材料的蓄热能力主要由相变盐决定，所以多孔陶瓷的显气孔率直接决定了储能材料蓄热能力的大小；
2、本发明充分发挥超多孔陶瓷显气孔率高及明矾盐溶解热大的优良性能，提供了一种高储能密度的定形相变储能材料，所述材料可以用于蓄热取暖及其他节能领域。
附图及说明
图1是本发明测试实验的示意图；
图2是本发明实施例2所采用的超多孔陶瓷的扫描电镜微观结构照片。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1：超多孔陶瓷基体的制备
将氢氧化铝粉和磷酸溶液按P/Al＝23的摩尔比例混合，加热搅拌，使之形成无色透明的粘结剂溶液，加入蒸馏水稀释到质量百分比浓度为10％，将陶瓷纤维和粘结剂溶液混合，采用加压排水法，将陶瓷纤维成形为需要的形状，干燥后在高温电炉中烧成为多孔陶瓷烧结体。所得纤维多孔陶瓷其气孔率达到96％以上。
实施例2
称取明矾150g，实施例1制备的超多孔陶瓷基体一块(以重量计20.6g)，将明矾覆盖于多孔陶瓷基体上，放在容器内，在烘箱内加热干燥，干燥温度为100～120℃，并保温30分钟，将浸渗了盐溶液的多孔陶瓷取出，冷至室温，去除表面多余的物质，即得相变蓄热体。超多孔陶瓷基体的扫描电镜图如图2所示，由放大2000倍的扫描电镜图片可以看出，陶瓷纤维相互搭链形成了三维网状结构，纤维之间形成的孔隙在十几个微米左右。这种微米级的孔所形成的毛细管力可以使熔盐保持在陶瓷基体中而不会流出。
实施例3
称取超细碳粉1g，加入40ml质量百分比浓度为10％的A23溶液中，其中A23由氢氧化铝粉和磷酸按1∶23的摩尔比配置而成。由于碳粉表面憎水，加入0.1％(以碳粉质量计)的钛酸酯偶联剂进行表面改性处理，使其均匀分散于A23溶液中，将实施例1制备的超多孔陶瓷基体浸入该混合液中，在100～150℃左右烘干，得到含了碳粉的多孔陶瓷基体。称取明矾150g，超多孔陶瓷基体一块，将明矾覆盖于多孔陶瓷基体上，放在容器内，在烘箱内加热至120℃，并保温30分钟，将浸渗了盐溶液的多孔陶瓷取出，冷至室温，去除表面多余的物质，即得相变蓄热体。
实施例4
称取明矾135g，六水合氯化镁15g，超多孔陶瓷基体一块(以重量计20.6g)。将明矾和六水合氯化镁混合均匀，覆盖于实施例1制备的多孔陶瓷基体上，放在容器内，在烘箱内加热至100～120℃，并保温30分钟。将浸渗了盐溶液的多孔陶瓷取出，冷至室温，去除表面多余的物质。
实施例1和实施例2无机水合盐相变材料的浸渗效果如表1所示。
                表1
样品     浸渗前     浸渗后
实施例2     20.6(g)     147(g)
实施例3     23.1(g)     117(g)
由表1可以看出，实施例2的超多孔陶瓷基材料重量由浸渗前的20.6g增加到147g，无机盐的浸渗率达到86％，实施例3的无机盐浸渗率达到81.3％。
比较实施例
如图1所示，将实施例1～2的样品分别放置于电加热的咖啡壶上，并连接电流表和电压表，接通电源进行蓄热性能的实际考核。通过记录电加热咖啡壶单位时间的通断电次数，以衡量其节能效果如表2所示。
                              表2
   样品   通断电次数(/小时) 电压(V)   电流(A)   加热时间
 0#        22   118     7.3     11.48
 实施例1        9   118     7.3     11.43
 实施例2        12   118     7.3     11.44
注：0#代表未使用蓄热材料
由表2可以看出，采用制备的蓄热材料后，电加热咖啡壶的在一小时内的通断电次数由未加前的22次分别降到了实施例1和实施例2的9次和12次，可见其一小时内加热时间被大大缩短，达到缩短一半时间以上，节能效果十分明显。

Claims (7)

1、一种超多孔陶瓷基蓄热材料，由陶瓷基体和相变材料组成，其特征在于，所述陶瓷基体由陶瓷纤维组成，具有三维网状结构，其气孔率为96％以上；所述相变材料为无机水合盐。
2、根据权利要求1所述的超多孔陶瓷基蓄热材料，其特征在于，所述相变材料为明矾，其熔解热大于220J/g。
3、根据权利要求2所述的超多孔陶瓷基蓄热材料，其特征在于所述的蓄热材含有0.5～1％的碳粉。
4、根据权利要求1所述的超多孔陶瓷基蓄热材料，其特征在于，所述无机水合盐是明矾和六水合氯化镁的混合物。
5、权利要求1所述一种超多孔陶瓷基蓄热材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)超多孔陶瓷基体的制备：将氢氧化铝粉和磷酸溶液按P与Al的摩尔比为23∶1的比例进行秤料混合，加热搅拌，使之形成无色透明的粘结剂溶液，加入蒸馏水稀释到质量百分比浓度为10％，将陶瓷纤维和粘结剂溶液混合，采用加压排水法，将陶瓷纤维成形为需要的形状，干燥后在高温电炉中烧成为多孔陶瓷烧结体，所得纤维多孔陶瓷其气孔率达到96％以上；
(2)相变盐的浸渗：直接将无机水合盐明矾浸渗入纤维多孔陶瓷基体内，制得蓄热材料。
6、根据权利要求5所述一种超多孔陶瓷基蓄热材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)是先将1％的碳粉和钛酸脂偶联剂加入质量百分比浓度为10％的酸性磷酸盐溶液后填充于纤维多孔陶瓷基体内，经过干燥处理后再进行明矾盐溶液的浸渗，制得蓄热材料。
7、根据权利要求5所述一种超多孔陶瓷基蓄热材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)是将明矾和六水合氯化镁混合后浸渗入纤维多孔陶瓷基体内制得蓄热材料。
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