论文题目: 融盐自发浸渗过程与微米级多孔陶瓷基复合相变储能材料研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 黄金
导师: 张仁元
关键词: 复合相变储能材料,无机盐,陶瓷基,自发熔融浸渗,显微组织结构,热物理性能
文献来源: 广东工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 热能存储技术可以解决热能供给和需求失配的矛盾,因而是提高能源利用率和保护环境的有效手段。利用相变材料的相变潜热来存储热能的技术,具有储能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点,倍受研究者的关注。 本文率先采用自发熔融浸渗工艺实现了熔融无机盐和陶瓷预制体的浸渗复合,并成功地制备出Na2SO4/SiO2新型复合相变储能材料。该材料既兼备了现有无机盐相变蓄热材料和固相显热蓄热材料两者的长处,又克服了两者的不足。在储能过程中,该材料可与相容性流体直接接触换热,大大提高了换热效率。 本文从热力学、静力学和动力学的角度出发,分析了自发熔融浸渗全过程,确立了自发浸渗过程应符合的热力学和静力学条件,并建立了熔融无机盐Na2SO4渗入SiO2多孔陶瓷预制体的动力学模型,理论上确定了浸渗过程的各个影响因素并详细分析了它们之间的相互关系,形成了较为完整的无机盐/陶瓷基复合相变储能材料自发熔融浸渗理论体系。在理论研究的基础上,通过实验,以石英粉为骨料,淀粉为造孔剂,配以一定量其它添加剂,采用单面加压成型,1200～1300℃烧结,成功地制备出显气孔率在40～50%,孔径大小介于5～40/μm,平均孔径为26～30/μm之间,骨料颗粒之间粘结较好,形成了较为理想的三维空间网络孔洞结构的多孔陶瓷预制体,该预制体完全可以用于进行后续的自发熔融浸渗研究。 在分析了硫酸钠和石英之间具有很好的高温化学相容性和浸润性的基础上,进行浸渗合成实验,测试了各试样的浸渗率和相对密度,分析了预制体制备工艺和浸渗合成工艺对复合储能材料的浸渗率和相对密度的影响,获得最佳工艺参数,确定浸渗温度在900～1000℃,浸渗时间在1小时左右,浸渗方式采用浸液浸渗,并最终成功地制备出了浸渗率（Na2SO4的百分含量）在42.3%～53.4%,相对密度高达92%～95%的复合相变储能材料。 利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线能谱仪等手段,分析了复合储能材料的物相组成、晶型变化及其显微组织结构。研究结果表明最终制备出的复合相变储能材料在常温下的主要物相为α—石英和芒硝Na2SO4—T,与制
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
CONTENT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 相变储能材料(PCMs)概述
1．3 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料概述
1．3．1 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料
1．3．2 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的组份选择
1．3．3 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的研究现状
1．3．4 无机盐/陶瓷基复合储能材料的制备工艺
1．3．5 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的应用
1．4 选题背景
1．4．1 目前研究中存在的问题
1．4．2 课题的由来及研究目的、研究内容
第二章 自发熔融浸渗过程理论研究
2．1 引言
2．2 自发浸渗体系
2．2．1 自发浸渗及其特点
2．2．2 自发浸渗对熔体和多孔预制体的要求
2．2．3 自发浸渗机理
2．3 自发浸渗过程热力学分析
2．3．1 多组分、多界面系统的热力学
2．3．2 润湿过程热力学
2．3．3 浸渗高度的热力学推导
2．4 自发浸渗过程静力学
2．5 自发浸渗过程动力学
2．6 熔融无机盐浸渗多孔陶瓷预制体浸渗过程的影响因素分析
2．6．1 浸渗时间和浸渗温度的影响
2．6．2 熔融盐的热物性参数及熔体对多孔预制体的润湿角θ
2．6．3 多孔陶瓷预制体孔结构和孔径r
2．6．4 压力条件和预制体外形尺寸
2．7 本章小结
第三章 微米级多孔陶瓷预制体的制备与表征
3．1 引言
3．2 多孔陶瓷制备基础
3．2．1 添加造孔剂法制备多孔陶瓷
3．2．2 多孔陶瓷的主要特性参数
3．3 多孔陶瓷预制体的制备过程
3．3．1 骨料及添加剂
3．3．2 制备工艺
3．3．3 预制体试样制备
3．4 多孔陶瓷预制体特征参数测试与表征
3．5 实验结果
3．5．1 制备工艺对预制体显气孔率的影响
3．5．2 物相分析与显微组织结构
3．5．3 孔径大小及分布
3．6 高温粘结剂在成孔过程中的作用及其分布
3．7 本章小结
第四章 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料制备工艺的研究
4．1 引言
4．2 实验原料及实验设备
4．2．1 主要实验原料
4．2．2 主要实验设备
4．2．3 无机盐 Na_2SO_4的性能及其高温稳定性分析
4．3 制备工艺流程及工艺过程分析
4．3．1 骨料SiO_2与无机盐 Na_2SO_4的匹配性分析
4．3．2 浸渗合成工艺
4．4 实验内容及测试方法
4．4．1 复合储能材料浸渗率和相对密度及其测试方法
4．4．2 多孔陶瓷预制体浸渗实验
4．4．3 浸渗合成工艺实验
4．5 实验结果分析与讨论
4．5．1 多孔陶瓷预制体制备工艺对复合材料浸渗率和相对密度的影响
4．5．2 浸渗温度的确定
4．5．3 浸渗时间的确定
4．5．4 浸渗方式的确定
4．6 制备工艺评价
4．7 本章小结
第五章 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的物相组成与显微结构
5．1 引言
5．2 测试与表征方法
5．2．1 X射线衍射(XRD)分析
5．2．2 扫描电镜(SEM)分析
5．2．3 X射线能量分散谱仪(EDS)分析
5．2．4 金相显微镜分析
5．3 复合储能材料制备过程中的晶型变化及其物相分析
5．3．1 制备过程中各组份的晶型变化
5．3．2 复合储能材料物相分析
5．4 复合储能材料组织结构
5．4．1 金相显微分析
5．4．2 粗磨面二次电子像和背散射电子像分析
5．4．3 断口形貌分析
5．5 复合储能材料的界面结合和形成
5．6 复合储能材料中孔洞和裂纹的形成及其控制
5．7 本章小结
第六章 无机盐/陶瓷基复合相变储能材料热物理性能研究
6．1 引言
6．2 复合储能材料的高温抗压性能
6．3 复合储能材料的储能密度、相变温度和相变潜热
6．4 复合储能材料的比热容、热扩散率和导热系数
6．4．1 复合储能材料比热容热扩散率导热系数实验测试原理及过程
6．4．2 比热容、热扩散率导热系数测试结果及分析
6．4．3 复合储能材料热传导的微观机理分析
6．4．4 复合储能材料导热系数计算的网络模型
6．5 复合储能材料的热膨胀特性
6．6 复合储能材料的抗热震稳定性
6．6．1 复合储能材料的抗热震温度理论计算和实验测试
6．6．2 复合储能材料抗热震实验结果讨论及其影响因素分析
6．7 复合储能材料的热循环稳定性
6．7．1 循环过程中复合储能材料的热失重
6．7．2 循环前后复合储能材料的相变潜热和物相变化
6．8 两种制备工艺条件下复合相变储能材料的性能比较
6．9 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
独创性声明
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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