封裝PCM的紅柱石蜂窩陶瓷儲(chǔ)熱材料及儲(chǔ)熱裝置的研究.pdf

1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文封裝PCM的紅柱石蜂窩陶瓷儲(chǔ)熱材料及儲(chǔ)熱裝置的研究姓名：冷光輝申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：吳建鋒201210武漢理T入學(xué)博士!學(xué)位論文莫來石晶體之問，賦予樣品較好的抗熱震性能。結(jié)果顯示，采用原位生成堇青石結(jié)合紅柱石制備的陶瓷材料能滿足太陽能高溫?zé)岚l(fā)電儲(chǔ)熱材料良好的抗熱震性能，耐高溫，高強(qiáng)度的要求。(3)研究了提高樣品體積密度的方法如使樣品致密化或在樣品中添加比重較大物相以提高紅柱石陶瓷的儲(chǔ)熱性能。在L

2、系列研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了C系列復(fù)相陶瓷組成，并研制了樣品。研究表明：添加適量燒結(jié)助劑Y203可有效促進(jìn)樣品致密化、樣品體積密度增加不顯著；添加適量Zr0：可增加樣品的體積密度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在C系列復(fù)相陶瓷中，通過添加燒結(jié)助劑不能顯著提高陶瓷體積密度，而引入體積密度大的物相是比較合適的途徑。添加10％Zr02的C2經(jīng)1420℃燒成樣品體積密度增加了1449％，導(dǎo)熱系數(shù)增加了1818％，比熱容增加了333％。常溫導(dǎo)熱系數(shù)為221w／(mK)，

3、比熱容為093kJ／(kgK)，儲(chǔ)熱密度為930kJ／l(g(0～1000℃)。Wra為692％，Pa為1684％，D為245g／cm3，抗折強(qiáng)度為8197MPa。其熱震性能最好，經(jīng)30次熱震后抗折強(qiáng)度增加了3417％。該復(fù)相陶瓷體積密度提高的機(jī)理是紅柱石高溫分解產(chǎn)生的Si02與Zr02反應(yīng)生產(chǎn)ZrSiO。具有較高的密度，使樣品整體的體積密度得以提高。(4)研究了不同種類的相變材料(PCM)(K2S04、NaCl)與紅柱石復(fù)相陶瓷基體材

4、料的相適應(yīng)性。不同種類的PCM與紅柱石復(fù)相陶瓷復(fù)合樣品經(jīng)過100次熱循環(huán)(熱循環(huán)條件為1070℃～I(xiàn)盯，風(fēng)冷)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。K2S04與紅柱石復(fù)相陶瓷基體材料之間有個(gè)40um的滲透層，滲透層中會(huì)發(fā)生了輕微的化學(xué)反應(yīng)，滲透層形成后阻礙了熔融鹽K2S04的進(jìn)一步滲透。NaCl與紅柱石復(fù)相陶瓷基體材料問主要是物理接觸、無強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)。NaCl與紅柱石復(fù)相陶瓷基體材料交界層斷面的微觀形貌顯示NaCl與基體材料接觸界線清晰，NaCl沿陶瓷基體材料

5、連通氣孔滲透約600“m，紅柱石復(fù)相陶瓷基體材料的顯微結(jié)構(gòu)和成分保持不變。研究表明，陶瓷材料雖然具有耐酸、耐堿、耐高溫等優(yōu)異性能，但其并不能用于封裝所有種類的PCM。不同種類的PCM與紅柱石復(fù)相陶瓷的相適應(yīng)性不同，應(yīng)挑選不與紅柱石陶瓷材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的PCM封裝，才能達(dá)到潛熱顯熱復(fù)合提高儲(chǔ)熱能力的目的。(5)設(shè)計(jì)并制造了太陽能蜂窩陶瓷高溫儲(chǔ)熱裝置，填入了O5m3封裝PCM紅柱石蜂窩陶瓷復(fù)合儲(chǔ)熱材料，運(yùn)行表明，儲(chǔ)熱裝置可儲(chǔ)存71979MJ