CN109809833A - 一种高导热多孔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热多孔材料及其制备方法。该方法是将氮化铝粉末、造孔剂、烧结助剂和无水乙醇湿磨混合均匀，再烘干；将物料倒入模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具存在间隙；再倒入物料填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层；对顶部物料层施加压力并保压，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加物料；再对顶部物料层施加压力并保压，脱模后得到素坯；对素坯施加压力并保压，后置于氮氧气氛中进行烧结；先升温至使造孔剂完全烧尽，再升温使素坯内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构，得到高导热多孔材料。用该多孔材料吸附相变材料得到的复合相变材料的导热系数高，提高了相变材料蓄热量的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体是一种高导热多孔材料及其制备方法。
背景技术
多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界(即孔洞之间是相通的)，则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的(即每个孔洞与周围孔洞完全隔开)，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。按照孔径大小的不同，多孔材料又可以分为微孔(孔径小于2nm)材料、介孔(孔径2-50nm)材料和大孔(孔径大于50nm)材料。
现阶段常见的多孔材料有膨胀珍珠岩、多孔火山岩、蛭石、二氧化硅、氧化铝等，但对于用来吸附相变蓄能材料来说，现有技术中的多孔陶瓷的导热系数低，无法提高相变蓄能材料的导热系数，使得蓄热量利用率低。文献《佟禹,何丽红,朱洪洲.PEG/多孔火山岩复合相变材料的制备及其表征[J].化工新型材料,2014,42(5):120-122.》中采用多孔火山岩吸附相变材料聚乙二醇，吸附了聚乙二醇的火山岩的导热系数仅为0.558W/(m·K)。文献《谢尚群,孔祥飞,何金棋,等.复合相变蓄能屋顶的制备及性能研究[J].墙材革新与建筑节能,2017(7):47-52.》以多孔材料膨胀珍珠岩为吸附材料，采用压模压定型法制备复合相变板材，将其与屋顶相结合制成复合相变蓄能屋顶，对其进行了实际应用测试，得出复合相变材料的导热系数仅为0.05701W/(m·K)。
氮化铝晶体是以四面体为结构单元的共价键化合物，具有纤锌矿型结构，属六方晶系。多晶氮化铝热导率达到260W/(m·K)，比氧化铝高5-8倍。文献《Wang W,Yang X,FangY,et al.Enhanced thermal conductivity and thermal performance of form-stablecomposite phase change materials by usingβ-Aluminum nitride[J].AppliedEnergy,2009,86(7-8):1196-1200.》中通过混合聚乙二醇、硅胶和氮化铝粉末制备导热系数较高、形状稳定的复合相变材料并使用Hotdisk热分析仪测试该复合相变材料的导热系数。结果表明，复合相变材料的导热系数随着氮化铝含量的增加而增加，但潜热值相应减少，熔化温度没有变化。随着氮化铝质量比从5％增加到30％，导热系数从0.3847W/(m·K)增加到0.7661W/(m·K)。该文献中只是简单地将氮化铝粉末混合到聚乙二醇中来提高相变材料的导热系数，但导热系数低且提升并不明显。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高导热多孔材料及其制备方法。
本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种高导热多孔材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将氮化铝粉末、造孔剂、烧结助剂和无水乙醇湿磨混合均匀；氮化铝粉末:烧结助剂:造孔剂的质量比为11-15:2-4:3-5；
(2)将步骤1)得到的物料放入烘干环境中烘干无水乙醇；
(3)将步骤2)得到的物料倒入模具底部，在模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具内壁之间存在间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层，使得海绵的外部被物料完全包裹；
(4)对顶部物料层施加压力并保压，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再对顶部物料层施加压力并保压，然后脱模，得到素坯；
(5)对步骤4)得到的素坯施加压力并保压，将素坯压制紧实；保压完成后置于氮氧气氛中进行烧结；在烧结的过程中，烧结温度先升温至造孔剂的燃点温度并保温，使造孔剂完全烧尽；烧结温度继续升高，达到使素坯内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构的温度并保温，得到高导热多孔材料。
本发明解决所述材料技术问题的技术方案是，提供一种所述高导热多孔材料的制备方法得到的高导热多孔材料。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本方法以高导热氮化铝为原料，添加造孔剂，制备出多孔材料。该多孔材料内部除了拥有毫米大小的通孔外，还有微米级(大于15μm)孔洞或纳米级(2nm～50nm)孔洞，提高了多孔材料的吸附效果。
(2)用该多孔材料吸附相变材料得到的复合相变材料的导热系数高，提高了相变材料蓄热量的利用率。
(3)氮化铝材料无毒，最高可稳定到2200℃，因此，用氮化铝烧制的多孔材料吸附相变材料制备的复合相变材料不易燃。
附图说明
图1为本发明实施例1的多孔材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1的复合相变材料的TG图；
图3为本发明实施例1的相变材料、多孔材料和复合相变材料的红外光谱图；
图4为本发明实施例2的多孔材料的扫描电镜图；
图5为本发明实施例2的复合相变材料的TG图；
图6为本发明实施例2的相变材料、多孔材料和复合相变材料的红外光谱图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种高导热多孔材料的制备方法(简称方法)，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将氮化铝粉末、造孔剂和烧结助剂混合均匀得到混合料，再将混合料和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24～36h混合均匀；氮化铝粉末:烧结助剂:造孔剂的质量比为11-15:2-4:3-5；
所述烧结助剂是氧化钇、氟化钙、氧化钙、氧化锂、三氧化二钕或氧化钐等；
所述氮化铝粉末的粒径为2nm～100um；
当需要孔径为微米级的多孔材料时，造孔剂采用纤维素、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)微球、PS(聚苯乙烯)微球、酚醛树脂球、PVA(聚乙烯醇)粉末或PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末等；当需要孔径为纳米级的多孔材料时，造孔剂采用碳粉、石墨烯或石墨等。
(2)将步骤1)得到的物料取出并放入烘干环境中烘干无水乙醇，烘干环境是60℃烘箱中烘12h以上；优选，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入模具底部，在模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具内壁之间存在间隙，优选位于模具的中心位置；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层，使得海绵的外部被物料完全包裹；
底部物料层的厚度为海绵厚度的1/5-1/3；顶部物料层的厚度为海绵厚度的1/5-1/3；海绵的孔隙密度5PPI-25PPI，形状和尺寸与模具匹配，海绵边缘与模具内壁之间的距离为海绵厚度的1/15-1/12；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3-4MPa的压力，保压3-5min，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加7-10MPa的压力，保压3-5min后脱模，得到素坯；添加的物料厚度为海绵厚度的1/5-1/3；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中在150-200MPa压力条件下保压2-4min，将素坯压制得更加紧实；保压完成后取出，置于氮氧气氛的热压烧结炉中进行烧结；在烧结的过程中，烧结温度先升温至造孔剂的燃点温度，保温1-2h，使造孔剂完全被烧尽；烧结温度继续升高，达到使素坯坯体内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构的温度后保温1-2h，坯体逐渐成型，得到高导热多孔材料。
实施例1
(1)将粒径为20μm的氮化铝粉末、氧化钇、粒径为10nm的碳粉和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:碳粉的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在170MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至700℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1400℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
图1中深色区域表示孔洞，浅色区域是孔隙骨架。由图1可以看出，制备的多孔材料内除了有明显的孔径为0.5mm的通孔外，通孔壁上还存在很多孔洞。深色区域的面积较大，说明该深色区域的孔洞较大。深色区域的面积为黑色圆点，经测量为孔径25.45nm的纳米级孔洞。大孔洞的孔壁同时存在小的孔洞，为吸附相变材料提供了充足的空间。
以实施例1的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。具体是：将多孔材料置于0.02MPa的抽气罐中，保持1h，然后通过分液漏斗向抽气罐中加入处于液态的相变材料(本实施例相变材料为25#石蜡)至将多孔材料浸没为止；再抽真空至0.01MPa，开启磁力搅拌器，抽气罐内温度为70℃保持10h；关闭磁力搅拌器，然后在常压状态下渗透1h，在压差的作用下，使相变材料进一步浸入到多孔材料的孔洞缝隙内，冷却卸料，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的45.6％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为2.154W/(m·K)。
从图2中可以看出，复合相变材料在30℃-600℃以10℃/min的升温过程中，主要有三个阶段的变化：30℃-151℃为稳定阶段，复合相变材料维持原重，没有重量损失；151-300℃为失重阶段，复合相变材料失重主要集中在该阶段，失重率达到45.6％；300℃-600℃为平衡阶段，复合相变材料的重量基本保持不变，失重达到平衡。通过对这三个阶段的分析可知，在稳定阶段，复合相变材料保持热稳定性，不随温度的升高而挥发分解；在失重阶段，复合相变材料的热稳定被破坏，在升温过程中，相变材料逐渐挥发分解；在平衡阶段，复合相变材料易挥发分解的成分都已经挥发分解完毕。这表明复合相变材料在151℃以下能够保持热稳定性，且吸附率可达到45.6％。
从图3可以看出，相变材料在2968.10cm-1、2855.99cm-1、1752.25cm-1、1471.97cm-1、1374.35cm-1、719.44cm-1等处都有明显的峰值；多孔材料在3499.68cm-1、1108.57cm-1和689.11cm-1等处均有明显的峰值；复合相变材料在3499.78cm-1、2968.23cm-1、2856.67cm-1、1753.25cm-1、1472.65cm-1、1373.975cm-1、1108.45cm-1、719.53cm-1和689.28cm-1等处均有明显的峰值，峰的形状仅仅是相变材料和多孔材料光谱曲线的叠加，峰的波数未发生明显改变，并没有新的物质产生。因此，相变材料被多孔材料吸附只是发生物理上单一的嵌合关系，并未发生化学反应。
实施例2
(1)将粒径为20μm的氮化铝粉末、氧化钇、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1400℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
图4中深色区域表示孔洞，浅色区域是孔隙骨架。由图4可以看出，制备的多孔材料内除了有明显的孔径为0.5mm的通孔外，通孔壁上还存在很多孔洞。孔与孔之间相互分隔，孔没有固定形状，孔径分布在几微米至几十微米之间，主要为11.26μm的孔洞，这些通孔壁上的孔洞为吸附相变材料提供了充足的空间。
以实施例2的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的52.6％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为1.982W/(m·K)。
从图5中可以看出，复合相变材料在30℃-600℃以10℃/min的升温过程中，主要有三个阶段的变化：30℃-152℃为稳定阶段，复合相变材料维持原重，没有重量损失；152℃-342℃为失重阶段，复合相变材料失重主要集中在该阶段，失重率达到52.6％；342℃-600℃为平衡阶段，复合相变材料的重量基本保持不变，失重达到平衡。通过对这三个阶段的分析可知，在稳定阶段，复合相变材料保持热稳定性，不随温度的升高而挥发分解；在失重阶段，复合相变材料的热稳定被破坏，在升温过程中，相变材料逐渐挥发分解；在平衡阶段，复合相变材料易挥发分解成分都已经挥发分解完毕。这表明复合相变材料在152℃以下能够保持热稳定性，且吸附率可达到52.6％。
从图6可以看出，相变材料在2967.10cm-1、2855.86cm-1、1749.35cm-1、1476.63cm-1、1375.32cm-1、715.68cm-1等处都有明显的峰值；多孔材料在3491.63cm-1、1105.89cm-1和690.6cm-1等处均有明显的峰值，而复合相变材料在3491.63cm-1、2967.10cm-1、2855.86cm-1、1749.35cm-1、1476.63cm-1、1375.32cm-1、1105.89cm-1、715.68cm-1和690.6cm-1等处均有明显的峰值，峰的形状仅仅是相变材料和多孔材料光谱曲线的叠加，峰的波数未发生明显改变，并没有新的物质产生。因此，相变材料被多孔材料吸附只是发生物理上单一的嵌合关系，并未发生化学反应。
实施例3
(1)将粒径为40um的氮化铝粉末、氧化钇、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成4mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成4mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成4mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1400℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例3的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的49.2％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为2.083W/(m·K)。
实施例4
(1)将粒径为20um的氮化铝粉末、氟化钙、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1500℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例4的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的50.12％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为1.973W/(m·K)。
实施例5
(1)将粒径为20um的氮化铝粉末、氧化钙、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1450℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例5的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的51.23％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为2.041W/(m·K)。
实施例6
(1)将粒径为20um的氮化铝粉末、氧化锂、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1500℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例5的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的52.34％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为1.905W/(m·K)。
实施例7
(1)将粒径为20um的氮化铝粉末、三氧化二钕、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1550℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例5的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的50.78％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为2.154W/(m·K)。
实施例8
(1)将粒径为20um的氮化铝粉末、氧化钐、粒径为100μm的纤维素和无水乙醇在密封的球磨罐中湿磨24h混合均匀；氮化铝粉末:氧化钇:纤维素的质量比15:2:3，质量分别为37.5g、5g和7.5g；
(2)将步骤1)得到的物料放入60℃烘箱中烘12h烘干无水乙醇，烘干后再用120目的筛网过筛；
(3)将步骤2)得到的物料倒入内径为50mm的圆柱形模具底部，在模具底部形成3mm厚的底部物料层；再将孔隙密度为10PPI、厚度为15mm、直径为48mm的圆柱形海绵放到模具中心位置且与模具内壁之间存在1mm的间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成3mm厚的顶部物料层；
(4)在手动压片机上对顶部物料层施加3MPa的压力，保压3min；再向模具中添加能在模具内部形成3mm厚的步骤2)得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加8MPa的压力，保压3min后脱模，得到素坯；
(5)将步骤4)得到的素坯装入等静压机的腔体中，在180MPa压力条件下保压3min，保压完成后取出；将压制好的素坯置于氧气体积含量为50％的氮氧气氛的热压烧结炉中，以5℃/min升温速度由室温升至400℃，保温1h；然后再以10℃/min升温至1600℃，保温2h，得到高导热多孔材料。
以实施例5的多孔材料和相变材料为原料，采用真空吸附法使得相变材料浸入到多孔材料内，制备得到复合相变材料。该多孔材料可以吸附占多孔材料与相变材料总重的51.72％的相变材料。采用南京大展机电技术研究所的DZDR-S快速导热仪测得复合相变材料的导热系数为1.985W/(m·K)。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种高导热多孔材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）将氮化铝粉末、造孔剂、烧结助剂和无水乙醇湿磨混合均匀；氮化铝粉末:烧结助剂:造孔剂的质量比为11-15:2-4:3-5；
（2）将步骤1）得到的物料放入烘干环境中烘干无水乙醇；
（3）将步骤2）得到的物料倒入模具底部，在模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具内壁之间存在间隙；再倒入步骤2）得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层，使得海绵的外部被物料完全包裹；
（4）对顶部物料层施加压力并保压，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加步骤2）得到的物料，填补施压后出现的空隙；再对顶部物料层施加压力并保压，然后脱模，得到素坯；
（5）对步骤4）得到的素坯施加压力并保压，将素坯压制紧实；保压完成后置于氮氧气氛中进行烧结；在烧结的过程中，烧结温度先升温至造孔剂的燃点温度并保温，使造孔剂完全烧尽；烧结温度继续升高，达到使素坯内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构的温度并保温，得到高导热多孔材料。
2.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于所述烧结助剂是氧化钇、氟化钙、氧化钙、氧化锂、三氧化二钕或氧化钐。
3.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于所述氮化铝粉末的粒径为2nm～100um。
4.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于造孔剂为纤维素、PMMA微球、PS微球、酚醛树脂球、PVA、PVB、碳粉、石墨烯或石墨。
5.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于步骤2）中烘干环境是60℃烘箱中烘12h以上；烘干后再用120目的筛网过筛。
6.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于步骤3）中海绵放到模具中心位置处。
7.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于步骤3）中底部物料层的厚度为海绵厚度的1/5-1/3；顶部物料层的厚度为海绵厚度的1/5-1/3；海绵的孔隙密度5PPI-25PPI，海绵边缘与模具内壁之间的距离为海绵厚度的1/15-1/12。
8.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于步骤3）具体是：在手动压片机上对顶部物料层施加3-4MPa的压力，保压3-5min，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加步骤2）得到的物料，填补施压后出现的空隙；再在手动压片机上对顶部物料层施加7-10MPa的压力，保压3-5min后脱模，得到素坯；添加的物料厚度为海绵厚度的1/5-1/3。
9.根据权利要求1所述的高导热多孔材料的制备方法，其特征在于将步骤4）得到的素坯装入等静压机中在150-200MPa压力条件下保压2-4min，将素坯压制得更加紧实；保压完成后取出，置于氮氧气氛的热压烧结炉中进行烧结；在烧结的过程中，烧结温度先升温至造孔剂的燃点温度，保温1-2h，使造孔剂完全烧尽；烧结温度继续升高，达到使素坯内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构的温度后保温1-2h，得到高导热多孔材料。
10.一种权利要求1-9任一所述的高导热多孔材料的制备方法得到的高导热多孔材料。
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