一種高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及到一種高溫復(fù)合相變儲熱材料與防腐涂層一體式封裝的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]提高能源轉(zhuǎn)換和利用效率是我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略必須優(yōu)先考慮的重大課題。在許多能源利用系統(tǒng)中存在著能量供應(yīng)和需求不匹配的矛盾，造成能量利用不合理性和大量浪費。目前，工業(yè)上高溫?zé)煔夂透邷赜酂岬呐欧帕窟_57000m3/h、溫度900?1100°C。長期排放不僅浪費資源，也對大氣環(huán)境造成了不可忽視的熱污染?；厥绽蒙鲜龈邷貜U熱在解決環(huán)境熱污染的同時，還可以將之轉(zhuǎn)化為可利用的能源形式，具有重要的應(yīng)用價值和社會效益。高溫相變材料尤其是金屬相變材料具有高熔點、儲熱密度高、吸/放熱過程近似等溫、過程易控制等優(yōu)點，可滿足回收高溫?zé)煔夂透邷赜酂岬囊?，是目前儲熱技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。而無機鹽在高溫相變儲熱應(yīng)用領(lǐng)域中具有極大的優(yōu)勢，所以目前高溫儲熱相變材料以無機鹽或合金為主要成分。熔融鹽，但在實際應(yīng)用中的缺點也十分突出:熔鹽是一類十分重要的儲熱材料，具有使用溫度較高、潛熱大、儲熱密度高、過冷度小、成本低等優(yōu)點，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。但是熔鹽在高溫時具有較強的腐蝕性能，對容器的防腐蝕性能要求很高，特別高溫(500°C以上)熔鹽儲熱材料基本上對所有的不銹鋼都有腐蝕，嚴(yán)重制約這熔鹽儲熱材料規(guī)?；瘧?yīng)用，使熔鹽的使用溫度較高、高相變熱焓及低成本的優(yōu)勢難以充分發(fā)揮，因此發(fā)展一體式復(fù)合儲熱材料與耐熔鹽腐蝕的涂層，促進熔鹽類儲熱材料的工業(yè)化應(yīng)用具有重要的意義。
[0003]專利CN1328107A “一種無機鹽/陶瓷復(fù)合儲熱材料及其制備方法”介紹了一種高溫相變儲熱材料，主要原料為 Na2C0320-30 %，BaC0318-28 %，Mg044-50 %，Bi2033_7 %，或成分為Na2S0445-53 %，Si0242_52 %，Bi2033_7 %。配料后球磨，烘干加壓成型，高溫?zé)Y(jié)，溫度為850°C-1000°C。該制備工藝簡單。該方法實際對防腐蝕性還沒有做到很好的控制。專利CN100999657A “有機物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法與儲熱裝置”公開了采用飽和脂肪酸或直鏈烷烴為相變材料，與石墨復(fù)合，被填充在高導(dǎo)熱金屬容器中并封裝，用于快速冷卻電子元件運行時芯片所產(chǎn)生的熱量。其解決的是在貯熱過程中存在的過冷、相分層及低導(dǎo)熱系數(shù)問題，沒有涉及耐腐蝕的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前純?nèi)埯}儲熱材料以及熔鹽/陶瓷復(fù)合儲熱材料存在泄漏、腐蝕的問題，提供一種高溫復(fù)合儲熱材料及防腐蝕涂層一體式封裝的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，包括涂層和封裝在內(nèi)的儲熱材料，包括以下步驟:
[0007](I)儲熱材料制備:將碳酸鈉、碳酸鋰按照質(zhì)量比為4:1?1:1混合研磨均勻得到二元熔融鹽，然后將二元熔融鹽和氧化鎂按質(zhì)量比為1:2?4:1混合，研磨均勻后形成碳酸鈉碳酸鋰-氧化鎂復(fù)合體系；
[0008](2)涂層制備:涂層原料為高導(dǎo)熱耐腐蝕石墨和水玻璃配料，水玻璃模數(shù)為0.9?
1.3，然后按照每克石墨體系加入0.01?0.1克水玻璃的比例混合均勻，形成涂層配料；
[0009](3)將上述涂層配料平鋪模具底部，再放入尺寸小于模具的空心圓柱體擋板，向擋板內(nèi)側(cè)添加碳酸鈉碳酸鋰-氧化鎂復(fù)合體系，向擋板外側(cè)添加涂層配料體系，之后抽出擋板，上面再添加一層涂層配料；
[0010](4)以5?30kPa的壓力，保壓時間為0.5min?1min,壓制成圓柱狀,脫模為成型樣品；將上述成型樣品放入電爐，通入惰性氣氛后高溫?zé)Y(jié)。
[0011]水玻璃即硅酸鈉溶液，人們習(xí)慣用模數(shù)來體現(xiàn)水玻璃中S12和Na2O的相對組成，及S12與Na2O的摩爾比。商品購買時只用模數(shù)來表明產(chǎn)品規(guī)格。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，優(yōu)選的是，步驟(4)所述成型樣品置于石墨坩堝中后再放入電爐。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，優(yōu)選的是，所述高溫?zé)Y(jié)的加熱溫度為530-660°C.
[0014]進一步地，所述高溫?zé)Y(jié)的加熱溫度為550-650°C.
[0015]根據(jù)本發(fā)明的高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，優(yōu)選的是，步驟(4)所述高溫?zé)Y(jié)后，降溫至室溫。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的高溫復(fù)合儲熱材料及防腐涂層一體式封裝制備方法，優(yōu)選的是，所述涂層的厚度為5?10_。該厚度可以達到較好的效果，當(dāng)然也可以為根據(jù)需要選擇其他厚度，如3_20mm。
[0017]優(yōu)選的是,所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
[0018]為了解決鹽類復(fù)合材料的腐蝕問題，本發(fā)明將本身也比較耐腐蝕的陶瓷材料作為基體，將無機鹽和陶瓷基體進行復(fù)合。但熔鹽相變的使用過程中，不可避免地會產(chǎn)生液相，尤其在高溫條件下無機鹽具有較強的腐蝕性，對盛裝的容器提出極為苛刻的要求。對系統(tǒng)的保溫性和安全性則提出了更高的要求。本發(fā)明的特點就是克服以往發(fā)明技術(shù)的缺點，制備了高溫復(fù)合相變儲熱材料與防腐涂層一體式封裝體。本發(fā)明不是采用單一熔融鹽，也不是采用熔融鹽負載陶瓷基體MgO形成的二元或三元或四元復(fù)合儲熱材料的方法，而是采用石墨和硅酸鈉作為防腐蝕涂層配料，進行冷壓一體式成型，制備出Na2CO3Li2CO3-MgO/石墨一體式耐腐蝕高導(dǎo)熱的高溫復(fù)合相變儲熱材料。利用該方法制備的高溫儲熱材料儲熱密度達 380 ?550kJ/kg,導(dǎo)熱率為 3.0 ?4.lw/m.k。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0020]1.克服單一儲熱材料的不足，充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢，采用高導(dǎo)石墨不僅解決熔融鹽的腐蝕性能，又加強了熱傳導(dǎo)性，提高了儲熱材料的熱交換效率。
[0021]2.將高溫相變?nèi)廴邴}和涂層經(jīng)壓塊即直接封裝，封裝后即得到一體式涂層包覆高溫復(fù)合相變儲熱材料。該方法制備工藝簡單，成本低，更適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0022]3.本發(fā)明制備的儲熱材料使用壽命長，應(yīng)用中安全可靠，使用更加廣泛。
[0023]采用上述一體式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，確保儲熱系統(tǒng)的安全可靠性，熱交換效率