Al-Si-Al2O3-SiC核殼結(jié)構(gòu)顆粒的制備與性能表征.pdf

1、相變材料具有儲能控溫的作用。相較于其他相變材料,Al-Si合金儲能密度較大、高溫穩(wěn)定性強(qiáng)、過冷度小、導(dǎo)熱系數(shù)大、價(jià)格便宜、材料來源豐富,是一類很有應(yīng)用前景的相變儲能材料。但是,液態(tài)Al-Si合金具有一定的流動性和很強(qiáng)的腐蝕性,一般的金屬及合金等容器很難使其在高溫下長期穩(wěn)定工作。因此,實(shí)現(xiàn)Al-Si合金熔體在高溫狀態(tài)下的有效封裝是實(shí)現(xiàn)該材料實(shí)用化的必要手段。本論文在Al2O3對Al-Si合金有效微封裝制備Al-Si/Al2O3核殼結(jié)構(gòu)粒子

2、的基礎(chǔ)上,通過在Al2O3殼層內(nèi)引入高熱導(dǎo)率且具有高溫惰性的SiC顆粒,以提高殼層的熱導(dǎo)率,使Al-Si合金相變材料的蓄放熱速度增大,從而改善其儲能控溫的效果。
　　本論文通過大量實(shí)驗(yàn)和Zeta電位、TEM等測試手段研究分析了SiC納米粉的分散和改性方法,探討Al2O3-SiC復(fù)合殼層的制備原理。結(jié)果表明,經(jīng)KH550分散、氧化鋁溶膠包覆的SiC顆粒表面僅僅附著有少量的溶膠顆粒,并沒有將SiC顆粒全部包裹在溶膠里。采用十二烷基苯磺

3、酸鈉(Sodiumdodecylbenzenesulfonate,SDBS)分散的SiC顆粒表面基本全部被晶須狀溶膠顆粒包裹。這是因?yàn)榻?jīng)SDBS分散后,SiC顆粒表面帶負(fù)電,易與表面帶正電的Al2O3溶膠結(jié)合,形成Al–O–Si的化學(xué)鍵,有利于在其表面繼續(xù)接枝化合物,獲得分散性較好、包覆效率高的改性SiC納米粉,從而成功制備出Al-Si/Al2O3-SiC核殼粒子。
　　研究中分析了燒結(jié)溫度對Al-Si/Al2O3-SiC核殼粒子

4、形貌的影響,并利用XRD分析方法對不同溫度下的燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行了物相分析。結(jié)果表明,隨著熱處理溫度的提高,殼層逐漸變得致密,經(jīng)1200℃燒結(jié)后,Al-Si/Al2O3-SiC核殼粒子表面致密,包覆完整,殼層的成分主要為α-Al2O3,并含有少量的SiC。但是,由于加入的SiC納米粉含量較少以及改性SiC納米粉不可避免地出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,這導(dǎo)致SiC納米粉在核殼粒子的殼層中分散不均勻。
　　利用差式掃描量熱(DSC)分析方法對制備的Al-S

5、i/Al2O3-SiC的相變潛熱進(jìn)行了測試分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的數(shù)值有一定的偏差。這主要是由于Al-Si/Al2O3-SiC核殼粒子不可避免地會發(fā)生殼層的破損,從而導(dǎo)致Al-Si熔體在高溫下發(fā)生泄漏并產(chǎn)生氧化。另外,Al-Si合金在高溫?zé)崽幚砗髸l(fā)生成分偏析,造成Si的富集,使得Al-Si合金的組分不均勻。這兩個(gè)原因均會造成核殼粒子相變潛熱的降低。實(shí)驗(yàn)利用熱導(dǎo)率測試手段分析了SiC的加入對核殼粒子熱導(dǎo)率的影響,同時(shí)對核殼粒子的抗熱滲