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陶瓷蓄热材料

作者:admin 发布时间:2019-09-15 21:36 浏览:

  2008.No.9 陶瓷 ? 7 ? 蓄热及多孔陶瓷蓄热材料 谢滨欢 曾令可 广州 510640) (华南理工大学材料学院 摘要介绍了蓄热材料的分类及特点并重点分析了蓄热储能多孔陶瓷材料的制备工艺,包括其孔隙,性能,材料的设计 ▲=○▼与选择等。 关键词蓄热材料多孔陶瓷孔隙率 身只是发生温度的变化,而不发生其他任何变化。这 前言 随着地球上人口的与日俱增,人们生活水平的不 断提高,人类对能源的大量开发和应用已导致地球环 境问题日益严重。各国都在从自己本国的国情出发来 解决能源◇•■★▼与环境问题。据统计,中国的工业部门能源 消耗量占全国能源总量的70%。其中工业窑炉是我 国耗能大户,约占全国总能耗的25%,能源利用率低 是造成工业窑炉耗能大的主要原因之一。据了解中国 的工业窑炉与发达国家的☆△◆▲■工业炉相比,窑炉平均热效 率要比国外低20%左右,中国的工业窑炉如能按国家 要求将热效率提高20%,则节约的能源相当于2亿t 标准煤,可见工业窑炉节能潜力是十分巨大的。为此, 开发和利用先进的储能技术已显得十分必要,而蓄热 材料是储能技术的基础。材料蓄热的本质在于它可将 一定形式的热量在特定的条件下贮存起来,并能在特 定的条件下加以释放和利用,因此可以实现能量供应 与人们需求一致性的目的,并达到节能降耗的作用。 正是这一本质,决定了蓄热材料必须具有可逆性好、贮 能密度高、可操作性强的特点。 种蓄热方式的优点是操作简单,成本低,但在释放能量 时,其温度发生连续▼▼▽●▽●变化,不能保持恒温,因此无法达 到控温的目的,该类材料蓄热密度较低,盛装容器体积 庞大,应用价值不是很高。 1.2潜热型蓄热材料 潜热型是利用蓄热材料在相变时吸热或放热的现 象,用以进行热能储存和温度调节控制,这类材料不仅 具有容积蓄热密度大,而且具有设备简单,体积小,设 计灵活,使用方便易于管理等优点。它在相变蓄热过 程中材料近似恒温,可以此来控制体系的温度。在3 大类蓄热材料中,潜热型最具有发展前途,也是目前应 用最多和最重要的蓄热方式。 潜热型蓄热可以分为4类:固一固相变、固一液相 ★◇▽▼•变、固一气相变及液一气相变。由于后2种相变方式 在相变过程中伴随有大量气体的存在,使材料体积变 化较大,因此尽管它们有很大的相变热,但在实际应用 中很少被选用,固一固相变和固一液相变是重点研究 的对象。 固一液相变材料是指在温度高于相变点时物相由 固相变为液相,吸收热量,当温度下降时物相又由液相 变为固相,放出热量的一类相变材料。固一固相变蓄 1 蓄热材料的分类及特点 按蓄热方式划分,蓄热材料一般可分为:显热型, 热材料是利用材料的状态改变来蓄热放热的材料。 1.3化学反应型蓄热材料 化学反应型储热材料是利用可逆化学反应通过热 能和化学能的转换进行蓄热的。它是一种高能量密度 潜热型和化学反应型3大类。 1.1显热型蓄热材料 的储存方式,但它在使用时存在技术复杂,一次性投资 大及整体效率不高等缺点,从而限制了它的发展。 显热型的蓄热材料在储存和释放热能时,材料自 万 方数据 ? 8 ? 陶瓷 2008.No.9 近年来,复合相变储热材料应运而生,其既能有效 克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺 点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用 范围。因此,研制复合相变储热材料已成为储热材料 领域的热点研究课题。 具有较高的开口气孔率,围绕这一目的,目前•☆■▲国内外在 制备高孔隙多孔陶瓷材料方面进行了较多的研究,主 要包括采用陶瓷纤维材料的纤维网状结构的多孔陶瓷 材料以及采用有机聚合物前驱体的泡沫陶瓷材料。 2.2材料性能要求 ‘由于高温蓄热式热交换器的工作特点,对蓄热材 2蓄热储能多孔陶瓷材料 多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔洞,孔隙 率较高、体积密度小,还具有发达的比表面及其独特的 物理表面特性,对液体和气体介质有选择的透过性,能 量吸收或阻尼特性,加之陶瓷材料特有的耐高温、耐腐 蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性,使多孑L陶瓷这一绿 色材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载 体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料、特种墙体 材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用。孔隙率 作为多孔陶瓷材料的一个主要技术指标,其对材料性 能有较大的影响。一般来讲,高孔隙率的多孔陶瓷材 料具有更好的隔热性能和过滤性能,因而其应用更加 广泛。 2.1 料提出了很高要求。 2.2.1 温度 蓄热式热交换器的优点之一,在于能够克服常规 金属换热器不能在高温下长期工作的弱点。无论是高 温余热回收,还是实现高温预热,蓄热介质必须首先满 足长期在高温下工作的要求,因此,作为蓄热介质的蓄 热体材料的耐火度必须达到很高的耐火度及高温结构 强度的要求。 2.2.2高热震稳定性 因蓄热式热交换器的工作特点,蓄热载体始终处 于加热和冷却交替循环的工作状态,其表面及▲★-●其内部 的温度始终随时间作周期性的变化。由于该材料长期 处于急冷急热这样恶劣的循环工作环境,经常地承受 着因内外温差变化而引起的应力的作用,因此对材料 多孔陶瓷的孔隙研究 由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因 的抗热震稳定性提出了较高的要求。如果达不到相应 的要求,蓄热材料在频繁的温度变化过程中,会因为温 度的变化引发应力的变化影响而破裂甚至粉碎,造成 热交换器气流通道的阻塞,从而造成热交换器不能正 常工作。 2.2.3 素。因此在目前比较成熟的多孔陶瓷制备方法的基础 上,更加注重通过特殊方法控制孑L隙的大小、形态,以 提高材料性能,并相应地建立孔形成、长大模型,对孔 隙形成的机理进行理论分析。 多孔陶瓷就微孔结构形式可分为:闭气孔结构和 开口气孔结构。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔分 布在连续的陶瓷基体中,孔与孔之间相互分离;而开口 气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通和 一边开口另一边闭口形成不连通气孔2种。多孔陶瓷 的孑L隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体中含 有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯体形成过 程中机械发泡形成的空隙,以及由于坯体成形过程中 引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等。一般采用骨料 颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开El气 孔的多孔陶瓷制品,而采用可燃物或分解物在坯体内 部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开I:1气孔,采用 机械发泡法形成的气孔基本上都是闭口气孑L。作为用 作过滤、布气等使用的多孔陶瓷材料来讲,一般都希望 良好的导热性 蓄热材料作为热的载体,工作中要求它在短暂的 时间内能够具有热量及时吸收和放出的能力,才能在 与放热及被预热介质的热交换过程中,把放热介质的 热量传递到蓄热介质的内部并及时地释放给被预热介 质,这种及时吸热放热的特性,要求作为蓄热载体的材 料必须具有良好的导热性能。导热性能越好,其体积 利用率越高,蓄热设备的体积及用材可以减少到最少。 越有利于设备的微型化,对设备的布置安装有利。 2.2.4密度和比热 作为蓄热载体,最主要的是要求其具有尽可能高 的贮热能力,而衡量物体贮热能力大小的参数为(在无 相变时)物体的密度与比热的乘积,这个量越大,表明 单位物体的贮热能力越大。贮热能力大的物体,在额 定贮热量的条件下,需要最小的体积,便于设备在整体 万 方数据 2008.No.9 陶瓷 换材料。 ? 9 ? 上缩小体积。因此,无论是提高密度还是提高比热都 可以达到增加物理蓄热能力的目的。由于物体的密度 和比热与物体的组成及温度密切相关,一般难以人为 改变,作为蓄热载体的蓄热材料为多种单一物质复合 而成的★△◁◁▽▼耐火陶瓷材料,根据耐火材料的有关性能,其致 密度越高,材料的密度越大,其组成物质中密度大的含 量越高,材料的密度越大。但是材料的致密度对材料 的抗热震稳定性有很大影响,致密度越高,其热震稳定 性越差。而且有些密度大的物质又会对组成材料的耐 火性能有着直接的负面影响。因此在选择蓄热材料的 配方时,应在保证材料抗热震稳定性的前提下,要有尽 可能高的致密度。 2.3多孔蓄热材料的设计与选择 一般来说,要求蓄热体材料蓄热量大,换热速度 快。高温下结构强度高,可承受较大热应力,频繁冷热 变换时无脆裂、脱落和变形,性价比高等。蓄热式陶瓷 换热器的优点之一,在于能够克服常规金属换热器不 能在高温下长期工作的弱点。无论是高温余热回收, 还是实现助燃空气的高温预热,蓄热介质必须首先满 足长期在高温下工作的要求。因此,作为蓄热介质的 蓄热体材料的耐火度一般不能低于1 250℃。作为蓄 热载体,还要求其具有较高的蓄热密度。蓄热密度大 的材料可以减小蓄热室的体积,降低其高度和减少温 度的波动。对于显热蓄热材料来说,衡量其蓄热能力 大小的参数为材料的密度与比热容,二者的乘积越大, 表明材料单位体积的蓄热能力越大。蓄热能力大的物 体,在额定蓄热量的条件下需要的体积小,便于设备在 整体上缩小体积。因此,在选材时应尽量选择高比热 和高密度的材料。蓄热体是在高温和承受上层及自身 重量的条件下工作的,因此还必须具有足够的高温结 构强度(主要是高温耐压强度),否则,很容易发生变形 和破碎。在加热炉的炉气烟尘中,含有大量的氧化铁, 不管是氧化铁还是氧化亚铁,一旦与蓄热材料接触,在 加热炉的温度条件下,与蓄热材料反应形成低共熔物, 降低蓄热材料的软化或熔融温度。因此,在正常使用 过程中,并非因为蓄热材料的软化与熔融温度低,才造 成材料的软化或熔化,而是由于炉气中氧化铁的存在, 降低了材料的软化或熔融温度。最终熔融的材料堵死 了材料的气流通道,造成蓄热器内气流不畅,严重时气 流不通,热交换器无法正常工作,不得不停炉检修,更 3 无机盐多孔陶瓷基复合储能材料的 制备工艺 蓄热储能材料种类繁多,而无机盐陶瓷基复合储 能材料作为其中一个分支,近年来研究比较活跃。就 目前国内外研究现状来看,主要制备工艺有两种:混合 烧结工艺和熔融浸渗工艺。 3.1混合烧结工艺 混合烧结法通过在陶瓷配料中混合一定比例的无 机盐(即相变材料PCM)和添加剂,然后经过成形、高 温烧结,PCM保持在陶瓷基体中且占有一定的空间, 使得陶瓷基体烧结成具有网络多孔状结构。优点:制 备工艺简单;能按比例配备无机盐与陶瓷粉末;适合高 熔点无机盐。缺点:熔融盐流失和蒸发严重;机械强度 低,特别是大尺寸制品。该工艺适用于半工业化生产, 但材料的选择和配方、相变材料和陶瓷材料的选择是 相当苛刻的。首先要遵循陶瓷基体与相变材料的相容 性,既要求在高温下二者相互不发生化学反应或固相 反应,又要求有一定的浸润性,对相变材料来说要求能 耐高温,有大的潜热值和比热值以及高的热化学稳定 性,对陶瓷基体则主要考虑它在高温熔盐环境中的化 学稳定性。另外,熔盐在陶瓷基体内能否保持不流动 性,既取决于陶瓷基体的性质(如颗粒度、相对形状分 布和比表面积等),也取决于熔融盐的特性(如表面张 力、粘度等)。 3.2熔融浸渗工艺 该工艺先按要求制备出有连通网络结构的多孔陶 瓷基体,再将无机盐熔化渗入陶瓷基体中,也称二级制 造法。优点:能避免熔融无机盐在高温烧结时的流失 和蒸发;制品保形性好,尺寸可精控;有较好的综合力 学性能。缺点:工艺较复杂,成本高;无机盐含量有限。 材料的选择基本上遵循混合烧结法的选择原则, 其不同点是可以避免与陶瓷基体一起烧结,从而避免 大量的熔融无机盐流失和蒸发(一般说来,烧结温度远 高于熔盐的熔点)。所以对该材料的热化学稳定性只 要求在其使用温度(即熔点温度附近)达到稳定即 可。由于其制备工艺的复杂性,影响 (下转第55页) 万 方数据 2008.No.9 陶瓷 出版杜,1998 ? 55 ? 料来生产的。 2俞康泰.现代陶瓷色釉料与装饰技术手册.武汉工业大 5 结语 普通陶瓷工业中用得最多的锫制品是锆英粉和硅 学出版社,1999 3俞康泰.陶瓷添加剂应用技术.北京:化学工业出版社, 2006 4韩敏芳.非金属矿物材料制备与工艺.北京:化学工业 出版社,2004 5张勋兆.独居石与锆英石选矿.北京:冶金工业出版社, 1960 酸锆,其次是脱硅电熔二氧化锆和氧氯化锆、化学二氧 化锆。不同的行业鉴于产品的特殊▽•●◆性,对同一类锆制 品,如锆英粉、氧化锆等有其特殊的要求,生产出符合 各行业需求的,高质量稳定的硅酸锆制品是我们的共 同愿望。 6曹茂盛.超微颗粒制备科学与技术.哈尔滨:哈尔滨工 业出版社,1998 7郑水林.非金属矿加工与应用.北京:化学工业出版社, 参考文献 1俞康泰.陶瓷色釉料与装饰导论.武汉:武汉工业大学 2003 (上接第9页)材料性能的因素也较为复杂,从大的方 面来讲,要求成功制备出所需的连通网络结构的多孔 陶瓷基体,并能将熔融无机盐渗透进入陶瓷基体内。 对多孔陶瓷的制备应注意以下3点:①陶瓷颗粒间应 具有足够的连接强度;②一定的孔隙度;③具有一定尺 寸并彼此相连通的孔。由于加压浸渗,需要高温、高 压,必然带来加工时间长,成本高的问题,所以,熔融浸 渗法一般采用熔体自发浸渗(又称无压浸渗)工艺。自 发渗入对无机盐熔体及陶瓷颗粒有如下要求:无机盐 熔体应对陶瓷基体浸润;陶瓷基体应具有相互连通的 渗入通道;体系组分性质需匹配;渗入条件不宜苛刻。 影响熔渗的因素除考虑陶瓷基体和熔体自身的热稳定 性外还要从以下几个方面考虑:①温度与熔渗时间,升 高温度或延长液固接触时间能减小湿润角,但时间的 作用是有限的,根据界面化学反应的湿润热力学理论, 升高温度有利于界面反应,从而改善湿润性;②表面活 性物质的影响,熔体中添加表面活性物质能改善熔体 与基体的湿润性;③陶瓷基体孔表面状态的影响,基体 表面吸附气体、杂质或有氧化膜、油污存在,均将降低 熔体对基体的湿润性。 的发展,人们对热能存储技术的应用不仅仅局限于简 单的日常生活中,而是应用于能源节约及环境保护等 大的方面。所以,蓄热材料的研究和开发显得尤为重 要。由于现在的技术还不成熟,虽然蓄热材料已经被 广泛使用,但仍造成了大量的能源浪费。所以,从本质 上去研究蓄热技术是目前我们面临的最大挑战。随着 技术的日益更新,蓄热材料的应用将越来越广泛,它将 为人类的可持续发展提供更广阔的舞台。 参考文献 1曾令可,胡动力,税安泽,等.多孔陶瓷制备新工艺及其 进展.▷•●中国陶瓷,2007,43(4):3—6 2任雪潭,曾令可,刘艳春,等.蓄热储能多◁☆●•○△孔陶瓷材料. 陶瓷学报.2006,27(2):217.226 3罗钊明,王慧,刘平安,等.多孔陶瓷材料的制备及性能 研究.全国性建材科技期刊——陶瓷,2006(3):14—17 4宋婧,曾令可,任雪潭,等.蓄热材料的研究现状及展 望.全国性建材★-●=•▽科技期刊▲●…△——陶瓷,2007(4):1一10 5李朝祥.陶瓷蓄热材料的开发研究.冶金能源,2002,21 (1):46—48 6王胜林,王华,祁先进,等.高温相变蓄热的研究进展. 4前景与挑战◆■ 自古以来,人们就懂得将热能存储的方法并应用 于生产和生活之中。随着人类社会的进步,科学技术 能源工程,2004(6):6,11 7黄金,张仁元,李爱菊.无机盐陶瓷基复合储能材料的 制备技术.新工艺新技术?材料与表面处理,2004(7):49—51 8樊栓狮,梁德青,杨向阳,等.储能材料与技术.北京:化 学工业出版社,2004 万 方数据 蓄热及多孔陶瓷蓄热材料 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 谢滨欢, 曾令可, Xie Binhuan, Zeng Lingke 华南理工大学材料学院,广州,510640 陶瓷 CERAMICS 2008,(9) 0次 参考文献(8条) 1.曾令可.胡动力.税安泽 多孔陶瓷制备新工艺及其进展[期刊论文]-中国陶瓷 2007(04) 2.任雪潭.曾令可.刘艳春 蓄热储能多孔陶瓷材料[期刊论文]-陶瓷学报 2006(02) 3.罗钊明.王慧.刘平安 多孔陶瓷材料的制备及性能研究[期刊论文]-陶瓷 2006(03) 4.宋婧.曾令可.任雪潭 蓄热材料的研究现状及展望[期刊论文]-陶瓷 2007(04) 5.李朝祥 陶瓷蓄热材料的开发研究[期刊论文]-冶金能源 2002(01) 6.王胜林.王华.祁先进 高温相变蓄热的研究进展[期刊论文]-能源工程 2004(06) 7.黄金.张仁元.李爱菊 无机盐陶瓷基复合储能材料的制备技术[期刊论文]-新工艺新技术·材料与表面处理 2004(07) 8.樊栓狮.梁德青.杨向阳 储能材料与技术 2004 相似文献(10条) 1.期刊论文 宋婧.曾令可.税安泽.王慧.刘平安.程小苏.刘艳春Hui. Liua Pingan.Cheng Xiaosu.Liu Yanchun 纤维多孔陶瓷作为复合蓄热材料基体的可行性研究 -陶瓷学报 2007,28(1) 混合烧结法与熔融浸渍法是目前复合蓄热材料的两种基本制备方法,自发浸渍法是无机盐/多孔基体复合蓄热材料较佳的制备工艺.结合自发浸渍工艺 原理的分析,对蜂窝陶瓷、添加造孔剂制备的多孔陶瓷与纤维多孔陶瓷在孔隙率、孔结构及力学性能等方面进行了比较.纤维多孔陶瓷因其高孔隙率(可达 95%以上)、优良的连通孔结构及特殊的断裂力学性能,可用作复合蓄热材料基体.纤维多孔陶瓷用于复合蓄热材料基体可有效地解决普通多孔基体中相变 材料含量低、熔融物易溢出及抗热震稳定性差等问题. 2.学位论文 宋婧 无机水合盐/多孔陶瓷基复合蓄热材料的制备及性能表征 2008 在无机水合盐/多孔陶瓷基复合蓄热材料的研究过程中,无机水合盐的性能缺陷(如过冷度大,导热性能差等)及相变材料含量难以提高等问题成为目前 研究的重点,也是复合蓄热材料研究过程中急需解决的问题。 本文选择钾明矾(KAl(SO4)2·12H2O)作为相变材料,并对其过冷性能、及导热性能进行了研究。通过冷指法及添加成核剂的方法对钾明矾的过冷性能 进行了改进,从多种成核剂中选择出能有效改善钾明矾过冷性能的成核剂,并确定成核剂的最佳添加量。研究表明:冷指法能较好的改善相变材料的过冷 性能,但具体操作不易控制;适量成核剂MgCl2·6H2O及NiSO4·6H2O的加入可有效改善钾明矾的过冷性能,2%的MgCl2·6H2O的加入可将钾明矾过冷度控 制在1℃之内,此外由于MgCl2·6H2O具有吸湿性能,MgCl2·6H2O吸收的水分可及时补充相变过程中损失的结晶水,所以MgCl2·6H2O是钾明矾良好的性能改 进剂。本文利用钛酸脂偶联剂对石墨进行了改性处理,解决了普通石墨与无机盐相容性差的问题,并从改性机理方面比较讨论了改性石墨与未改性石墨添 加剂对相变材料导热性能的影响及添加量的问题。实验研究表明改性石墨用量对相变材料热传导性能的提高存在最佳值,且最佳值为5%。在最佳用量下 改性石墨的加入可将相变时间缩短72.8%。 综合比较了复合蓄热材料的制备工艺及目前研究常用的几种多孔基体的性能,结合制备工艺原理对多孔基体的孔隙率、孔结构和断裂力学性能进行了 详细的比较,结果表明莫来石纤维多孔陶瓷作为复合蓄热材料基体是可行的。并针对纤维多孔陶瓷强度低这-问题,通过对粘结剂性能的优化及对多孔陶瓷 制备工艺的优化,制备出了与相变材料相容性好的基体。制备的多孔纤维陶瓷基体孔隙率在80%以上,孔径分布范围在熔融浸渍工艺要求的范围内,高气孔 率多孔基体的制备使相变材料含量的提高成为可能。 通过熔融浸渍法将性能改进后的相变材料与高孔隙率的多孔基体复合制备出性能优良的无机水合盐/多孔陶瓷基复合蓄热材料。结合无压浸渗理论和 具体实验确定了最佳浸渍温度、最佳浸渍时间、最佳浸渍方式等工艺参数。在最佳工艺条件下对制备的复合蓄热材料进行了全面热力学的表征,包括 DSC表征、导热系数、热容、储热密度及抗压强度的表征。复合相变材料的相变温度为83.3℃,相变潜热为654KJ/Kg;导热系数为1.415W/mK;比热容为 2.264MJ/m3K;储能密度为549KJ/Kg,抗压强度为10.9Mp。所制备的复合蓄热材料有合适的•□▼◁▼相变温度,较高的相变潜热和储热密度,抗压强度、热导率也能达 到应用所需的要求,是性能优良的蓄热材料,可应用于相变温度范围内的余热回收装置中。 3.期刊论文 曾令可.宋婧.陈丙璇.王慧.税安泽.程小苏.刘平安.ZENG Ling-ke.SONG Jing.CHEN Bing-xuan.WANG Hui.SHUI An-ze.CHENG Xiao-su.LIU Ping-an 钾明矾/纤维多孔陶瓷基复合蓄热材料的制备工艺优化 -人工晶体学 报2008,37(6) 本文以纤维多孔陶瓷为基体,无机水合盐为相变材料,熔融浸渍法制备了复合蓄热材料.通过对制备工艺的优化,得出浸渍方式为完全浸渍,浸渍温度为 98 ℃,浸渍时间为12 min的条件下制备出蓄热性能良好的复合蓄热材料,浸渍率高达83.17%. 4.学位论文 任雪潭 纤维多孔陶瓷基复合相变储能材料制备过程的基础研究 2007 能源是人类社会生存和发展的物质基础,在现有的能源结构中,热能是最重要的能源之一。但是大多数能源都存在问断性和不稳定性的特点,在许 多情况下人们还不能合理有效地利用能源。热能存储技术可以解决热能供给和需求之间的矛盾,是提高能源利用效率和保护环境的有效手段。利用固液 之间的相变来蓄热具有储能密度大、蓄放热过程近似恒温的优点,因此倍受研究者的关注。 目前采用无机盐和陶瓷复合制备相变蓄热材料的研究已有不少,但都存在复合材料中相变盐含量过低的缺点,本文采用莫来石纤维制备出了高孔隙 的多孔陶瓷,创新性地把其作为基体,并采用熔盐自发浸渗工艺制备了具有较高使用温度范围的无机盐陶瓷复合材料,本法具有设备简单,操作容易的 优点,所制备的材料在发生固液相变时可以保持原来的形状而不导致熔盐的流失,在蓄放热过程中可以与相容性流体直接接触换热,大大提高了换热效 率,本文从相图理论和热力学出发,对硫酸钠和硫酸钾作为相变材料、莫来石作为复合相变材料的基体的的可行性进行了计算分析,揭示了硫酸钠和硫 酸钾混合盐可以形成从800℃~1069℃之间的一系列相变材料,从理论上确定了硫酸盐和莫来石制备相变复合材料的使用温度及使用气氛。 对熔融浸渗过程从热力学、静力学和动力学的角度进行了理论分析,剖析了自发浸渗应该满足的热力学和静力学条件,从理论上揭示了熔融硫酸盐 浸渗入纤维多孔陶瓷基体的条件及影响因素。在理论研究的基础上,通过实验,以多晶莫来石纤维为原材料,配以一定的液体粘结剂,采用加压排液的 方法,成功地制备出显气孔在80~94%之间,具有理想的三维空间网络孔洞结构的多孔陶瓷预制体,并对纤维多孔陶瓷制备过程中的粘结剂迁移现象进 行了理论分析,有效地改善了粘结剂的迁移情况。 本文在分析了硫酸钠和莫来石之间高温化学相容性的基础上,进行了白发浸渗合成实验,在浸渗温度900~1000℃之间,浸渗时间30~60分钟范围内 ,成功制备出了浸渗率(硫酸钠的百分含量)在84%以上,相对密度高达93%的相变储能材料,其相变储能密度高达276KJ/Kg(△T=100℃)以上,超过目前 国内外水平。 采用扫描电镜、X衍射、能谱分析等手段对材料的物相组成及显微结构进行了分析表征。通过分析发现,复合储能材料物相分布较好,硫酸钠均匀地 充填在莫来石纤维之间所形成的孔隙之中。对复合储能材料的相变潜热、导热系数、热膨胀系数、抗热震性等的测试表征表明所制备的复合材料具有良 好的蓄热能力、热膨胀性能和抗热震性,并得出了相变盐对材料的热性能起主导作用的结论。 5.期刊论文 宋婧.曾令可.税安泽.任雪谭.刘艳春.吴君胜.SONG Jing.ZENG Ling-ke.SHUI An-ze.REN Xue-tan. LIU Yan-chun.WU Jun-sheng 复合蓄热材料的研制与应用 -硅酸盐通报2007,26(1) 以KAl(SO4)2·12H2O为相变材料,以多孔陶瓷为基体,采用熔融浸渍法制备了复合相变蓄热材料.此复合相变材料结合了潜热蓄热材料与显热蓄热材料 的优点,并克服了无机盐相变材料相变过程无定型的缺点及陶瓷蓄热显热小的缺点.将自制的复合蓄热材料实际应用于咖啡壶加热设备中,实验结果表明加 入复合蓄热材料后的咖啡壶每小时节能率达38.8%. 6.学位论文 李萍 纤维多孔陶瓷基定形复合相变蓄热材料的制备及其在蓄热室中的模拟研究 2009 能源是人类社会生存和发展的物质基础,在现有的能源结构中,热能是最重要的能源之一。但是大多数能源都存在间断性和不稳定性的特点,在许 多情况下人们还不能合理有效地连续利用能源。热能的存储技术可以解决热能供给和需求之间的矛盾,是提高能源利用效率和保护环境的有效手段。利 用固液之间的相变来蓄热具有储能密度大、蓄热放热过程近似恒温的优点,因此倍受研究者的关注。br 目前采用无机盐和陶瓷复合制备相变蓄热材料的研究大多数都存在复合材料中相变盐含量过低的缺点。本文以莫来石陶瓷纤维为主要原材料,选用不同 的粘结剂,采用真空抽滤成型方法制备△▪▲□△出了高孔隙率的定形的多孔陶瓷,创新性地把其作为复合相变蓄热材料的基体,并采用熔融浸渗工艺制备了具有 较高使用温度范围的无机盐/陶瓷复合材料,所制备的材料在发生固液相交时可以保持原来的形状而不导致熔盐的流失,在蓄热放热过程中可以与相容性 流体直接接触换热,大大提高了换热效率。br 本文成功地制备出了显气孔率在85%以上的、具有理想三维空间网络孔洞结构的纤维多孔陶瓷预制体,并对纤维多孔陶瓷制备过程中的粘结剂迁移现象 进行了理论分析和实验改进,有效地改善了粘结剂的迁移问题。采用微波干燥和A23与硅溶胶复合粘结剂可以改善粘结剂的迁移,提高纤维多孔陶瓷的抗 压强度。分析了不同A23粘结剂浓度、不同烧成温度时纤维多孔陶瓷的抗压强度与孔隙率,发现在烧成温度为650℃时抗压强度出现较大值,A23粘结剂浓 度范围在10~25%为宜。当所制备的纤维多孔陶瓷用作高温相变蓄热材料的多孔基体时,可采用A23与硅溶胶复合粘结剂,烧成温度为1000℃,保温2小 时。当制备的纤维多孔陶瓷用作中低温相变蓄热材料的多孔基体,应用温度低于650℃时,可选择A23粘结剂,烧成温度为650℃。粘结剂的浓度对制得的 纤维多孔陶瓷的抗压强度和孔隙率的影响较大,浓度越高,抗压强度越高,但孔隙率降低,可通过调配粘结剂的浓度,以得到较佳的效果。br 本文采用熔融浸渗工艺对无水硫酸钠与定形的纤维多孔陶瓷进行复合,在浸渗温度900℃左右,浸渗时间30~60 min范围内,成功制备出了相变温度为 881.93℃、相变潜热为155.3 J/g、导热系数为1.059 W/(m·K)、热扩散系数为0.6902 m㎡/s、比热容为1.535 MJ/(m3·K)、储能密度为276 kJ/kg(△T=100℃)、抗热震性良好的复合相变蓄热材料。br 根据渗流问题的连续方程与导热问题的微分方程的相似性,利用Fluent流体模拟软件创新性地建立了熔融盐向纤维多孔陶瓷预制体的渗流模型,能够反 映出实际的熔融浸渗过程,模拟了同体积不同半径柱状体采用不同浸渗方式时的浸渗过程,并利用红外热像仪对浸渗过程进行了动态测试,将测试结果 与模拟结果进行对比,发现对于同体积的柱状的纤维多孔陶瓷预制体,当采用立式▪▲□◁浸渗方式时,随着半径的增大,浸渗时间将缩短,而当采用卧式浸渗 方式时,随着半径的增大,浸渗时间将延长;对于柱状的纤维多孔陶瓷预制体,当√π·r2/h1时,采用卧式浸渗方式将优于立式浸渗方式,而当 √π·r2/h1时,采用立式浸渗方式将优于卧◆▼式浸渗方式。其推广为:对于任何形状的预制体,在浸渗过程中,垂直投影面积的开方与垂直高度的比值 越大,越有利于缩短浸渗时间。br 利用Visual Basic语言编程,采用有限差分法首次设计了填充球蓄热室蓄热放热过程模拟系统,利用该系统对填充球蓄热室热效率影响因素进行了较全 面的数值分析,采用正交试验方◆◁•差分析法分析蓄热室长度、蓄热放热换向时间、空隙率、相变小△▪▲□△球半径等对热效率的影响,确定出影响因素的主次顺序 ,总结出了各个参数对热效率的影响规律,为填充球蓄热室的工程设计提供一定的理论指导。 7.期刊论文 宋婧.曾令可.陈丙璇.SONG Jing.ZENG Lingke.CHEN Bingxuan 多孔蓄热材料基体的制备与性能研究 材料导报2008,22(4) 莫来石纤维多孔陶瓷以其高气孔率、优良的力学性能可作为复合蓄热材料的基体.讨论了不同浓度的偏磷酸铝粘结剂在不同处理温度下对多孔陶瓷孔 隙率、容重及抗压强度的影响.结果表明,随粘结剂浓度的增大,抗压强度也提高,同时伴随着显气孔率的降低.粘结剂浓度为25%、处理温度为650℃时.可 制备出显气孔率为83.93%、抗压强度为2.02MPa、显微结构均匀的莫来石多孔陶瓷基体. 8.学位论文 胡动力 纤维多孔陶瓷的制备、结构及性能研究 2008 用纤维来成型多孔陶瓷(纤维多孔陶瓷)主要是利用纤维的纺织特征或纤细形态,而相互架构成孔洞的一种成型方法。高孔隙率的纤维多孔陶瓷材料被 广泛应用于保温隔热材料、烟气过滤材料、复合材料预制体等方面。目前关于纤维多孔陶瓷的研究存在以下问题:纤维比较难以分散;纤维的分散性缺 少可以定量化研究的表征方法;纤维多孔陶瓷在干燥过程中,粘结剂容易随着水分的迁移而迁移;在实际的应用中,纤维多孔材料机械强度不够理想。 提出了一种新的表征陶瓷纤维分散性能的方法-陶瓷纤维球法。比较各种分散工艺,实验发现:搅拌不仅对纤维有剪切、分散作用,还有聚集成球的作 用;加入聚丙烯酰胺的料浆具有良好的分散性,当加入量为0.4%时,成球率几乎为0,此时陶瓷纤维分散良好。 分析了微波加热法,淀粉原位凝固法,热风法对阻止粘结剂迁移的作用效果。实验表明:微波加热法简单易行,对解决纤维多孔陶瓷粘结剂迁移的问题 有良好的效果。淀粉原位凝固法可以实现陶瓷的原位凝固成型,但样品烧结后强度较差。热风法处理过程中,热风在多孔陶瓷内部迂回穿插,干燥时间比较 长。 利用A23(酸性磷酸二氢铝溶液,P/Al=23)、A3(酸性磷酸二氢铝溶液,P/Al=3)、硅溶胶作为粘结剂制备了纤维多孔陶瓷。分析纤维多孔陶瓷的物相和 微观形貌及性能等。实验表明:磷酸盐类粘结剂制备的纤维多孔陶瓷在1000℃烧结后的强度要普遍高于由硅溶胶制备的纤维多孔陶瓷,但在1200℃其强度 有所下降。A23的粘接机理主要是内含的磷酸与莫来石纤维反应生成的磷酸盐和石英相起粘接作用,本身生成很少的固相,不容易堵塞孔洞。这也导致由 A23制备的纤维多孔陶瓷的流阻要低于由硅溶胶和A3制备的纤维多孔陶瓷。所制备的纤维多孔陶瓷孔径主要分布在30-100μm之间,比表面积为2-6m2/g。 制备了一种新型的泡沫陶瓷/纤维复合多孔陶瓷。其主要特点为:强度较高;纤维良好地填充在泡沫陶瓷的孔洞中;纤维与泡沫陶瓷孔筋之间粘结良 好。以泡沫陶瓷/纤维复合多孔陶瓷为预制体制备的复合蓄热材料具有良好的抗热震性。 9.会议论文 任雪潭.曾令可.刘艳春.税安泽.王慧.刘平安 蓄热储能多孔陶瓷的制备及应用前景 2005 本文介绍了蓄热储能材料的类型和特点,并对常用多孔陶瓷蓄热体的制备技术进行了分析,阐述了蓄热材料在工业和日常生活中的应用。 10.期刊论文 任雪潭.曾令可.刘艳春.税安泽.王慧.刘平安.宋婧.Ren Xuetan.Zeng Lingke.Liu Yanchun.Shui Anze.Wang Hui.Liu Pingan.Song Jing 蓄热储能多孔陶瓷材料 -陶瓷学报2006,27(2) 本文介绍了蓄热储能材料的类型和特点,并对常用多孔陶瓷蓄热体的制备技术进行了分析,阐述了蓄热材料在工业和日常生活中的应用. 本文链接:授权使用:西安交通大学(xajtdx),授权号:112e5b26-2135-4d55-8f61-9e9b00d49e9a 下载时间:2011年3月3日


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