陶瓷基高温复合相变蓄热材料压制—烧结工艺的研究

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近年来,节能与环保一直是广受关注的热点问题。而陶瓷基复合相变蓄热材料是一种综合了陶瓷优异的高温性能和相变材料巨大的蓄热能力这两大优点的复合材料,作为一种新型的节能材料在节能降耗方面有着广阔的应用前景。怎样将陶瓷基体和作为蓄热介质的相变材料很好的复合起来也就成了人们研究的一个重点。本文重点探讨陶瓷基高温相变蓄热复合材料的压制——烧结工艺,选用高温性能良好的氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)为基体材料,以相变焓较高的碳酸钠(Na2CO3)、硫酸钠(Na2SO4)、氯化钠(NaCl)、铝粉(Al)为蓄热介质。分别讨论了压制工序和烧结工序的影响因素,确定了优化的压制烧结工艺;对烧结体的烧结特性也进行了归纳分析。制得的蓄热体能够满足填充材料的力学要求。其主要工艺流程为:基体与相变材料混合—充分研磨—压制成型—缓慢升温至500℃—保温12小时—缓冷至室温—控制升温速率加热至烧结温度—保温半小时—冷却—烧结体。压制是为了获得致密度较高、结构完好没有明显缺陷的压坯,由于氧化铝基粉末的压制性较差,实验中选用甘油为增塑剂,为了减小脱模压力,以黄凡士林为润滑剂,根据粉体的差异确定的压制压力也稍有区别,压制中采用反复加压的加压方式,获得的压坯质量完好,能够满足后期工序的要求。烧结是粉末冶金生产过程的最后一道工序,对最终产品的性能起着决定性作用,因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的,烧结实际上对产品质量起着把关的作用。本实验的烧结为液相烧结,烧结温度设定在相变蓄热介质的液相温度以上。采用的常压烧结,烧结气氛为一般空气气氛。在烧结中我们发现,生坯质量、粉体特性、烧结温度、液相量、添加剂、控温制度等因素对烧结制品的烧结特性有很大的影响。烧结过程存在比较大的收缩和失重,收缩对产品最后的力学性能有很大影响,收缩量大则致密度高,但收缩过大则容易造成制品开裂,实验中氧化镁基复合材料的收缩性大于氧化铝基,因此氧化镁基复合材料在烧结过程中易产生裂纹。失重则对产品使用寿命产生影响,例如,以碳酸钠为相变材料的复合材料在烧结中失重严重,其主要原因之一为碳酸钠的高温挥发、分解,这势必使得复合材料在使用过程中蓄热介质逐渐减少,从而影响材料的蓄热量和使用寿命。硫酸钠的高温稳定性优于碳酸钠,但其蓄热能力较碳酸钠稍差,应该寻找更加稳定的耐高温、蓄热容量大的蓄热介质。陶瓷基复合相变蓄热材料作为一种节能材料,较普通蓄热材料蓄热量大,高温性能优越,在节能降耗越来越受到国家和企业重视的今天,是一种很有应用前景的环境友好型新型节能材料。加深对其蓄热机理和制作工艺等方面的研究。
其他文献
本文的主要研究对象是两汉四百多年的时间内任职于司隶校尉部的各级地方官吏,主要包括州级官吏、郡级(诸侯王国)官吏、县级(侯国)官吏三个层次。文章共分为两汉司隶校尉部的州