CN103273695A - 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法 - Google Patents

泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103273695A
CN103273695A CN201310192491XA CN201310192491A CN103273695A CN 103273695 A CN103273695 A CN 103273695A CN 201310192491X A CN201310192491X A CN 201310192491XA CN 201310192491 A CN201310192491 A CN 201310192491A CN 103273695 A CN103273695 A CN 103273695A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
silicon carbon
foam silicon
silicon carbide
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310192491XA
Other languages
English (en)
Inventor
赵骁
李少华
郭婷婷
孙佰仲
王虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd filed Critical China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201310192491XA priority Critical patent/CN103273695A/zh
Publication of CN103273695A publication Critical patent/CN103273695A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法，属于太阳能利用技术领域。该材料主要由金属材料作为基底，在该基底的一个表面或两个表面结合一层泡沫碳化硅作为表面材料构成，泡沫碳化硅与金属材料基底通过其界面直接相连接，或泡沫碳化硅与金属材料基底通过过渡材料相连接。该方法为先将金属基材料通过加热使表面软化或熔化，再将软化或熔化的金属材料表面直接与泡沫碳化硅复合成一整体，或者通过加热高温有机聚合物、纳米金属粉末等过渡材料将泡沫碳化硅和金属基材料相连接。本材料具有高热吸收率、高热导率、及导热各向同性的特点，并且密度较低，抗热冲击性能好，易加工，非常适于与真空技术、介质压缩技术相结合。

Description

泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种泡沫碳化硅/金属基光热复合材料。
技术背景
泡沫碳化硅是一种多孔轻质固体材料，具有耐高温、低膨胀系数、比表面积大的特点，并显示出优良的机械性能、导热性能和耐腐蚀性能。泡沫碳化硅微孔分布较均匀，根据不同的制备方法和工艺，其孔隙率为30-90%，平均孔径为2nm-5mm，开孔率也可根据需要在0至100%间进行调整。与一般泡沫陶瓷材料相比，泡沫碳化硅有着非常优异的热导率，其内部三维立体骨架结构的热导率可高达100W/mK。因此泡沫碳化硅除了耐高温性以外还具有良好的抗热冲击性，一般被用于高温过滤领域。
泡沫碳化硅拥有非常高的热吸收率，其具有的Si-C键是目前热吸收率最高的几种化学键之一，有着高达0.85以上的理论热吸收率。虽然泡沫碳化硅是多孔结构，Si-C键的密度并不高，但其多孔结构在另一方面却可以一定程度地提高泡沫碳化硅的热吸收率，不同孔隙率、不同孔径的泡沫碳化硅在不同温度下的实际热吸收率可达0.65-0.85。光热材料是光热领域的核心材料，其热吸收率和热导率决定着光热转换效率。泡沫碳化硅高热辐射率、高工作温度、高热导率和低密度的特点使得泡沫碳化硅在光热转换尤其是光热发电领域很有优势，并且已经在一些光热领域投入使用。
目前泡沫碳化硅光热材料仍然存在诸多技术问题，这其中最主要的原因就是泡沫碳化硅一般都是直接用来加热非完全封闭的气体介质，该技术方法很难有效利用光热发电寻求更高转换效率所必须的真空技术、介质压缩等技术，所以造成其光热转换效率难以大幅提高。比如专利CN101122425A和专利CN102650469A分别提出了一种碳化硅泡沫陶瓷太阳能空气吸热器，均利用泡沫碳化硅吸收太阳能并直接加热空气形成光热转化，但若要进行满足电厂需要的高效光热发电就必须在该装置前端增加真空区域降低热量流失并同时对该非高压的高温气体进行压缩从而驱动电机，而该专利很难与上述技术手段结合，所以只能通过进一步加热其它工质从而实现光热发电，在此过程中浪费了大量能量导致光热发电转化率难以达到令人满意的结果。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供了一种泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法，本发明的复合材料既具有表面泡沫碳化硅提供的很高的热吸收率，又兼顾了复合材料的导热性。并且，金属基材料使得泡沫碳化硅/金属基光热复合材料易于对工质进行加热和压缩，还可简单有效地与真空技术相结合，进一步提高光热发电的效率。
本发明提供的一种泡沫碳化硅/金属基光热复合材料，其特征在于：该复合材料主要由作为基底的金属材料，和在金属材料的一个表面或两个表面结合一层作为表面材料的泡沫碳化硅构成，该泡沫碳化硅与金属材料基底通过其界面直接相连接，或泡沫碳化硅与金属材料基底通过过渡材料相连接。
所述的金属基材料可为Al基、Fe基、Ni基、Co基和Cu基材料中的一种。
所述的泡沫碳化硅孔隙率为30%-80%，开孔率大于50%。
所述的泡沫碳化硅热导率大于100W/mK。
本发明还提供一种制备上述泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的方法，其特征在于：先将金属材料基底通过炉内加热、火焰加热或辐射加热方式使表面软化或熔化，再将软化或熔化的金属材料基底表面直接与泡沫碳化硅一表面进行复合成一整体。
本发明还提供第二种制备上述泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的方法，其特征在于：先在金属基材料基底表面与泡沫碳化硅表面之间涂覆一层作为过渡材料的高温有机聚合物母体材料(比如环氧改性高温树脂、塑料、沥青、胶体等)，再通过加热使该过渡材料软化及固化(根据选用的具体材料确定)，将泡沫碳化硅与金属基材料相连接成一体。
本发明还提供第三种制备上述泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的方法，其特征在于：先在金属材料基底与泡沫碳化硅表面之间覆盖一层作为过渡材料的纳米金属粉末（选取熔点温度低于金属基材料的纳米金属粉末即可）；再通过加热使该纳米金属粉末软化或熔化，将泡沫碳化硅与金属基材料相连接成一整体。
由于纳米金属粉末表面能非常高，所以其熔点大幅低于块体材料，这就保证金属基板在加热过程中几乎不受影响。
本发明的工作原理：
本发明提出的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料在进行实际光热转换的工作中可分为两个过程，首先是环境中的电磁波尤其是太阳光与泡沫碳化硅表面的电子相互影响，环境中的电磁波高效地与泡沫碳化硅表面的电子热运动相互转换；然后是泡沫碳化硅表面的电子热运动通过泡沫碳化硅网络结构和金属基材料内部的自由电子迅速向内部传导，实现高效、快速的传热过程，进而加热所需要的工质。
本发明的泡沫碳化硅作为光热材料与作为传统导热材料或高温过滤材料的泡沫碳化硅从原理上是截然不同的，光热转换过程即黑体辐射过程是电磁波与电子热运动的转换，由材料的电子态密度决定（而导热过程是电子热运动的传递，由材料的电子结构决定。泡沫碳化硅具有很强的热吸收能力），几毫米厚的泡沫碳化硅就几乎可以将表面电磁波吸收殆尽，使得该泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的热吸收性能仅与表面的泡沫碳化硅有关。
本发明提出的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料具有质量轻、热吸收率高、热吸收部分导热率高且导热各向同性的特点，其泡沫碳化硅一侧的热吸收率(光热转化率)在不同温度下可达0.65-0.85。
本发明提出的泡沫碳化硅与金属基材料都易于加工，所以该复合材料在尺寸和形状上没有具体限制。与泡沫碳/金属基光热复合材料相比，具有更优秀的抗热冲击性和韧性，更适合于实际应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1泡沫碳化硅/铝合金三明治结构光热复合材料:
本实施例的复合材料主要由作为基底的铝合金板，和作为铝合金板双侧表面材料的泡沫碳化硅构成，该泡沫碳化硅与金属材料通过其界面直接相连接。
本实施例的制备方法为：以熔点在600℃以上的铝合金（Al-0.2B）作为金属基材料，通过火焰加热对厚度为3mm的铝合金的一侧表面进行软化，将铝合金表面温度控制在550℃以下，然后将厚度为50mm、孔隙率为50%、开孔率为90%的泡沫碳化硅压在铝合金的受热表面，静压2小时以上，得到泡沫碳化硅/铝合金光热复合材料。在铝合金另一侧重复上述步骤，得到泡沫碳化硅/铝合金三明治结构光热复合材料，该复合材料适合在非高温工作情况下使用。
实施例2泡沫碳化硅/45#钢环形光热复合材料:
本实施例的复合材料主要由作为基底的45#钢管，和在该45#钢管的外表面结合一层作为表面材料的泡沫碳化硅构成，该泡沫碳化硅与金属材料基底通过石墨掺杂环氧改性高温树脂相连接。
本实施例的制备方法为：对外径为30mm的45#钢管（金属材料基底）外表面进行抛光，在其表面涂覆厚度为10μm的5wt.%石墨掺杂环氧改性高温树脂；然后在长度与45#钢管相同，直径为50mm的泡沫碳化硅中心轴向加工一个直径为30mm的通孔，将该环形泡沫碳化硅与上述表面涂覆的45#钢管进行配合，在二者的间隙处加入JRC-681固化剂，在100℃-200℃热处理后，得到泡沫碳化硅/45#钢环形光热复合材料，该复合材料可以作为低聚光度下的光热转换材料。
实施例3泡沫碳化硅/镍合金光热复合材料:
本实施例的复合材料主要由作为基底的镍合金板，和作为镍合金板表面材料的泡沫碳化硅构成，该泡沫碳化硅与镍合金板通过纳米镍粉末的加热熔化相连接。
以熔点在1300℃左右的镍合金作为金属基材料。在厚度为1.7mm的、洁净的镍合金表面均匀放置100μm厚、直径为50nm的纳米镍粉，将厚度为5mm、孔隙率为30%、开孔率为70%的泡沫碳化硅静压在其表面，在Ar气保护下，于高温马弗炉中缓慢加热至1000℃以上保温，缓慢冷却，得到泡沫碳化硅/镍合金光热复合材料，该复合材料适合在高温工作情况下使用。

Claims (7)

1.一种泡沫碳化硅/金属基光热复合材料，其特征在于，该复合材料主要由作为基底的金属材料，和在该金属材料的一个表面或两个表面结合一层作为表面材料的泡沫碳化硅构成，该泡沫碳化硅与金属材料基底通过其界面直接相连接，或泡沫碳化硅与金属材料基底通过过渡材料相连接。
2.根据权利要求1中所述的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料，其特征在于：所述的金属基材料为Al基、Fe基、Ni基、Co基和Cu基材料中的一种。
3.根据权利要求1中所述的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料，其特征在于：所述的泡沫碳化硅孔隙率为30%-80%，开孔率大于50%。
4.根据权利要求1中所述的泡沫碳/金属基光热复合材料，其特征在于：所述的泡沫碳化硅热导率大于100W/mK。
5.一种如权利要求1中所述的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的制备方法，其特征在于：先将金属材料基底通过炉内加热、火焰加热或辐射加热方式使表面软化或熔化，再将软化或熔化的金属材料基底表面直接与泡沫碳化硅一表面进行复合成一整体。
6.一种如权利要求1中所述的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的制备方法，其特征在于：先在金属材料基底表面与泡沫碳化硅表面之间涂覆一层作为过渡材料的高温有机聚合物母体材料，再通过加热使该过渡材料软化及固化，将泡沫碳化硅与金属基材料相连接成一整体。
7.一种如权利要求1中所述的泡沫碳化硅/金属基光热复合材料的制备方法，其特征在于：先在金属材料基底与泡沫碳化硅表面之间覆盖一层作为过渡材料的纳米金属粉末；再通过加热使该纳米金属粉末软化或熔化，将泡沫碳化硅与金属基材料相连接成一整体。
CN201310192491XA 2013-05-22 2013-05-22 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法 Pending CN103273695A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310192491XA CN103273695A (zh) 2013-05-22 2013-05-22 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310192491XA CN103273695A (zh) 2013-05-22 2013-05-22 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103273695A true CN103273695A (zh) 2013-09-04

Family

ID=49056365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310192491XA Pending CN103273695A (zh) 2013-05-22 2013-05-22 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103273695A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103722782A (zh) * 2013-09-11 2014-04-16 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种陶瓷基混杂复合材料及其结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101122425A (zh) * 2007-05-10 2008-02-13 中国科学院电工研究所 一种碳化硅泡沫陶瓷太阳能空气吸热器
CN102650469A (zh) * 2012-04-26 2012-08-29 宜兴市华瑞铸造材料有限公司 一种新型碳化硅泡沫陶瓷太阳能空气吸热器
US20120282454A1 (en) * 2011-05-03 2012-11-08 Lockheed Martin Corporation Direct bonding of heat conducting foam and substrates
CN103101246A (zh) * 2013-02-26 2013-05-15 赵骁 泡沫碳/金属基光热复合材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101122425A (zh) * 2007-05-10 2008-02-13 中国科学院电工研究所 一种碳化硅泡沫陶瓷太阳能空气吸热器
US20120282454A1 (en) * 2011-05-03 2012-11-08 Lockheed Martin Corporation Direct bonding of heat conducting foam and substrates
CN102650469A (zh) * 2012-04-26 2012-08-29 宜兴市华瑞铸造材料有限公司 一种新型碳化硅泡沫陶瓷太阳能空气吸热器
CN103101246A (zh) * 2013-02-26 2013-05-15 赵骁 泡沫碳/金属基光热复合材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103722782A (zh) * 2013-09-11 2014-04-16 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种陶瓷基混杂复合材料及其结构
CN103722782B (zh) * 2013-09-11 2016-01-27 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种陶瓷基混杂复合材料及其结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105236982B (zh) 氮化铝增强的石墨基复合材料及制备工艺
CN106478105A (zh) 一种多步反应烧结法制备低残硅的碳化硅陶瓷材料的方法
CN105568037B (zh) 一种镀铬金刚石颗粒分散铜基复合材料的制备方法
CN105503227B (zh) 一种立体织物增强碳化硅‑金刚石复合材料的制备方法
CN105081333B (zh) 石墨‑金属导热复合材料及其制备方法
CN103171207B (zh) 一种热沉材料及其制备方法
CN103979974B (zh) 一种C/SiC-HfB2-HfC超高温陶瓷基复合材料的制备方法
CN103101246A (zh) 泡沫碳/金属基光热复合材料及其制备方法
CN110241325A (zh) 一种钛金属化石墨片增强铝基复合材料及其制备方法和应用
CN103589887B (zh) 一种低成本制备高精度金刚石/Al复合材料零件的方法
CN104651658B (zh) 一种新型高导热铜基复合材料制备方法
CN108611511B (zh) 一种三维互通CNTs/Cu复合材料及其制备方法
CN103159482B (zh) 一种Mo(Sil-x,Alx)2/MoSi2复相硅化钼材料发热体的制备方法
CN107084541A (zh) 一种新型高效的太阳能多孔介质吸热器
CN105016773B (zh) 反应烧结及微氧化处理制备多孔碳化硅陶瓷的方法
CN109987954A (zh) 一种碳化钨增强石墨基复合材料及制备方法
CN103273695A (zh) 泡沫碳化硅/金属基光热复合材料及其制备方法
CN103964813A (zh) 一种纳米微孔隔热板及其制造方法
CN101759436B (zh) 一种基于纳米四组份烧结助剂的碳化硅陶瓷制造方法
CN106187263B (zh) C/C-SiC复合材料部件的制造方法及C/C-SiC复合材料部件
CN202192806U (zh) 复合隔热材料
CN104446587A (zh) 沿平面和厚度方向同时具有高导热系数碳基复合材料的制备方法
CN106892684A (zh) 一种C/C复合材料表面ZrC涂层的制备方法
CN112853144A (zh) 一种金刚石/石墨烯/金属的复合材料的制备方法
CN108002854A (zh) 一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130904