Al-Si-Al2O3-SiC核殼結構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、過冷度小、導熱系數(shù)大、價格便宜、材料來源豐富,是一類很有應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,實現(xiàn)Al-Si合金熔體在高溫狀態(tài)下的有效封裝是實現(xiàn)該材料實用化的必要手段。本論文在Al2O3對Al-Si合金有效微封裝制備Al-Si/Al2O3核殼結構粒子

2、的基礎上,通過在Al2O3殼層內(nèi)引入高熱導率且具有高溫惰性的SiC顆粒,以提高殼層的熱導率,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。
　　本論文通過大量實驗和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復合殼層的制備原理。結果表明,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。這是因為經(jīng)SDBS分散后,SiC顆粒表面帶負電,易與表面帶正電的Al2O3溶膠結合,形成Al–O–Si的化學鍵,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產(chǎn)物進行了物相分析。結果表明,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)團聚現(xiàn)象,這導致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的相變潛熱進行了測試分析,實驗結果與理論計算的數(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合金在高溫熱處理后會發(fā)生成分偏析,造成Si的富集,使得Al-Si合金的組分不均勻。這兩個原因均會造成核殼粒子相變潛熱的降低。實驗利用熱導率測試手段分析了SiC的加入對核殼粒子熱導率的影響,同時對核殼粒子的抗熱滲