MgO陶瓷基高温复合相变蓄热材料的制备和性能研究

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随着人口的与日俱增,生活水平不断提高,人们对能源的消耗也越来越大。如何用蓄热技术对化工生产及许多工业过程中排放的不连续、不稳定的热量与能源进行充分利用,已成为一项提高能源利用效率的重要环境技术。蓄热材料主要包括显热蓄热材料、潜热蓄热材料、化学反应蓄热材料和复合蓄热材料四大类。蓄热技术可用来解决能量供给和需求在时间和空间上失配的矛盾,在太阳能利用、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑等领域具有广泛的应用前景。本文提出制备MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的方法,采用混合烧结法成功地制备MgO陶瓷基复合相变蓄热材料,同时研究了蓄热材料的制备工艺和性能及相变蓄热材料的失重情况,还确定了蓄热材料的较理想配比和计算了相变蓄热材料的导热系数。首先对于蓄热材料的理论进行研究,并结合热力学HSC软件,从理论上得出:Na2CO3和K2CO3与MgO之间基本不发生化学反应;另外从材料本身物理性能来讲,选择MgO为基体材料,熔融盐Na2CO3和K2CO3为相变材料;同时从实验的角度来对选择的原料进行研究,XRD检测结果表明:实验制备出的蓄热材料中的基体材料和相变材料没有发生化学反应,从而证实这种材料能够进行蓄热;在DTA曲线中,可以看出有一个明显的吸热峰,表明选择的基体材料和相变材料可以用来制备蓄热材料。且为了提高相变蓄热材料的致密度,我们选用Bi2O3为粘结剂,为了能够顺利脱模,且在工艺上不造成对相变蓄热材料的影响,我们选用无水乙醇为脱模剂。然后制备相变蓄热材料和对其制备工艺进行研究。其中制备过程是:首先将相变材料和基体材料分别按1:9、2:8、3:7和4:6质量比称取,同时粘结剂按占相变材料和基体材料总质量的1%称取,且放在玛瑙乳钵中进行研磨并使其混合均匀,然后利用粉末压片机和模具压制成型,其次将样品放到箱式电炉中进行烧结,最后对样品进行检测分析。且对其制备工艺研究结果为:采用阿基米德法确定相变蓄热材料的致密度ρ,再根据致密度ρ和成型压力及成型时间的关系,最后选定较理想的成型压力(表压)和成型时间分别为:6MPa和15min;结合HSC结果和基体材料的熔点以及相变材料的熔点,确定其烧结温度为1000℃;根据在制备过程中的方法和熔融盐是否有晶相转变等,确定较理想的烧结制度;并且确定理想的升温曲线。最后研究相变蓄热材料的性能和失重情况,同时确定相变蓄热材料的较理想配比和计算其导热系数。对蓄热材料进行XRD、TG—DTA、TG、DSC、SEM和EDS检测分析,研究复合蓄热材料的物相组成XRD得到:相变材料和基体材料没有发生化学反应,即它们的化学相容性比较好;TG—DTA、TG和DSC检测分析,得出相变蓄热材料能够出现吸热峰;通过SEM和EDS检测分析来研究,实验结果表明它们两者之间复合的比较好;根据相变蓄热材料四种配比的平均失重比和相变潜热大小的计算,确定Na2CO3与MgO的质量比为4:6为本实验的较理想的配比;并且通过计算表明该相变蓄热材料具有较大的导热系数。该复合相变蓄热材料既兼备了固体显热蓄热材料和潜热蓄热材料两者的优点,又克服了两者的不足,且为这方面的研究提供参考。
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