[发明专利]一种金属基相变储热大胶囊的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属基相变储热大胶囊的制备方法，涉及以下步骤：首先，将金属氧化物粉体与碳粉搅拌混合，混合均匀后借助粘结剂制得球形复合材料，之后在球形复合材料表面包覆一层掺杂烧结助剂的陶瓷浆料，经成型、干燥后得到陶瓷壳层包覆金属氧化物和碳复合材料的相变储热大胶囊胚体，最后经过低温预烧结、高温烧结两段热处理过程后得到经烧结助剂改性后的陶瓷壳包覆金属核芯的相变储热大胶囊，其核芯形成的原理是利用金属的原位碳热还原合成。该大胶囊结构包括烧结助剂改性后的陶瓷壳层、金属核芯和空腔，金属核芯的直径为0.5‑80mm，烧结助剂的添加使得陶瓷壳层更加致密坚硬。本发明制备过程简单，工艺环保，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种金属基相变储热大胶囊的制备方法，其核芯是利用金属原位碳热反应合成的，壳层是通过烧结助剂改性的陶瓷外壳，空腔为金属相变材料高温时的体积膨胀提供了缓冲空间。属于热能储存中相变材料储热应用领域。

背景技术

能源短缺和环境污染是当今世界的两大热门话题，化石燃料一方面通过提供巨大的热量促进了经济的发展，然而另一方面导致了严重的环境破坏问题，着力研发对环境没有污染的新能源已迫在眉睫。然而以太阳能、风能为代表的新能源却面临着在时间上、空间上和强度上不匹配的问题，相变材料相变时可以在一定温度范围内吸收、储存和释放大量热量，从而减少供给和需求间的不平衡来提高能量利用率，目前相变储能已经被广泛应用在许多实际领域，如建筑节能和调温纤维。

相变材料按照相变温度可以分为低温、中温和高温。随着太阳能热利用、工业废热回收等高温领域的发展和对能量利用率要求的提高，亟需开发出适合的相变材料。许多金属，如铜、锡、铝等，它们具有较高的热导率和潜热密度，这使得金属及其合金是非常合适作为中高温相变储热材料。相变材料在固液相变熔化后存在液体泄露的风险，而核壳结构的胶囊式封装技术能够有效解决这个问题。此外，核壳结构还减小了相变材料与外界环境的反应，增大了传热面积。与微纳胶囊相比，大胶囊具有更大的核壳体积比，从而具有更大的储热密度。封装金属核芯相变材料的外壳主要有两种，分别是金属和陶瓷，然而液态金属会很容易腐蚀多数金属外壳，陶瓷对液态金属具有很高的耐腐蚀性，而且一些陶瓷如氮化铝、碳化硅比普通金属具有更高的导热率，因此，用陶瓷封装中高温金属相变材料是一项有前景的技术。此外，添加烧结助剂可以有效地降低氧化铝的烧结温度，使外壳结构致密化。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种通过烧结助剂改性的陶瓷外壳封装金属核芯的相变储热大胶囊的制备方法，将金属氧化物和碳材料混合制成球形，再将掺杂烧结助剂的陶瓷外壳包覆在球形核芯上，利用金属的原位碳热反应生成金属核芯，从而在降低相变大胶囊成本的同时，有效增加胶囊的强度，空腔也为金属相变材料高温时的体积膨胀提供了缓冲空间，确保胶囊在高温下不会破裂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种金属基相变储热大胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属氧化物粉体与碳粉按预定比例搅拌混合，混合均匀后得到复合材料粉体。将此复合材料粉体与有机粘结剂溶液按一定比例搅拌混合，混合均匀后采用粉末压制法成型，随后于40-100摄氏度下干燥6-24小时，干燥后的球形复合材料用作核芯。

(2)将陶瓷粉体与烧结助剂按预定比例搅拌混合，混合均匀后得到复合材料粉体，将此复合材料粉体与有机粘结剂溶液按预定比例搅拌混合，混合均匀后得到掺杂烧结助剂的陶瓷浆料，并包覆在步骤(1)制得的球形核芯上，经压制后，于40-100摄氏度下干燥6-24小时，得到胶囊胚体。

(3)将步骤(2)中获得的胶囊胚体先后置于含氧气氛和非氧气氛下进行如下两段热处理：1)在含氧气氛下，200-400摄氏度预烧结0.5-12小时，去除胶囊胚体中的有机粘结剂；2)在非氧气氛下，500-1800摄氏度高温烧结1-12小时，制得陶瓷外壳封装金属核芯的相变储热大胶囊。