一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯‑壳结构的制作方法

本发明属于储热材料技术领域，具体涉及一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构及其制备方法。

背景技术：

熔盐相变储热材料系是指借助于材料相变来提高储热密度，改变材料储热能力，提高能源环境利用率和环境保护的材料。储热材料在太阳热利用，电力调峰，工业余热和废热的回收利用方面具有广泛的应用。

熔盐相变储热材料具有很好的储热效果，得到广泛应用，但是单纯的熔盐相变材料在使用过程中同时也存在很多问题，典型的如熔盐泄露，熔盐高温腐蚀和挥发等。为了避免这些问题，熔盐相变储热材料在使用过程中，通常要进行一定程度的封装。考虑工业的应用基础，熔盐封装多采用陶瓷封装技术，即选择合适的封装陶瓷材料后，将陶瓷粉体和熔盐进行有效混合后，采用陶瓷制备基础工艺，将熔盐封装于多孔陶瓷形成相变砖进行使用，为了提高储热密度，常常要求熔盐达到一定比例，但是当熔盐达到一定比例后，相变砖表面的熔盐也存在高温挥发问题，不仅影响相变材料的循环使用寿命，而且会影响储热系统的稳定性和效率。

因此，如何通过封装改进技术实现针对高温时相变储热材料挥发的控制，进而稳定延长高温熔盐相变材料储热循环寿命这一问题，成为目前的一项研究重点。

技术实现要素：

针对以上所述熔盐材料的挥发问题，本发明提供了一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计和制备方法。

一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，该结构由外壳和内芯两部分构成，外壳材料为氧化镁粉体，内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

进一步的，所述芯-壳结构，按质量组分计，内芯材料两组分占比分别为：水合共晶盐水合共晶盐75～83份，氧化镁17～25份。

所述芯-壳结构，其整体尺寸为：长240mm，宽115mm，高53mm，其中，外壳厚度4mm，内芯尺寸为：长232mm，宽107mm，高45mm。

所述水合共晶盐的成分为一定比例的工业级碳酸钠和工业级碳酸钾。

所述的原料氧化镁，为工业级氧化镁。

对于以上所述一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，其具体的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别按质量分数50％～55％和45％～50％，称取工业级碳酸钠和碳酸钾，溶解在适量的水中，使用电动搅拌机搅拌均匀，之后放入烘箱中烘干，研磨均匀。

(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁，使用球磨机球磨均匀，过筛，得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

(3)称取一定量的氧化镁，按比例向其中加入pvb溶液，研磨使之混合均匀后，放入烘箱中烘干，再研磨均匀，得到外壳材料氧化镁粉体。

(4)取一定量的氧化镁粉体，放入模具中，刮平，放入网状模具，在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料，小格子里放入氧化镁粉体，再一次刮平后缓缓取出网状模具，最后在最上面加入氧化镁粉体，刮平后，使用压力机对模具加压得到压片样品。

(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结，得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。

步骤(2)中，使用的球磨机转速为200r/min，球磨时间为2h。

步骤(3)中，氧化镁与pvb溶液的质量混合比为1：2，其中，使用的pvb溶液按质量分数计为4％，在第一次研磨后进行烘干是为了除去其中混有的酒精。

步骤(4)中，网格模具由1个大格子和8个小格子构成，同时该网状模具自带四根可伸缩支撑杆，可根据所添加外壳材料的量来调节其高度，借助该网状模具，分别放入外壳材料和内芯材料，可以得到标准尺寸的芯-壳结构。

步骤(4)中，压力机加压时施加压力为8t，保压时间为30s。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，结构简单，组分合理，以内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料为主，外壳氧化镁粉体在内芯材料周围形成一层保护层，起到防止其在高温下发生分解的作用。因此，产品高温稳定性好，工作温度可达800℃以上。

2.本发明所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法简单易行，成本低廉，效率高，易于实现，具有应用推广价值。

附图说明

图1为本发明所述芯-壳结构网状模具的平面图。

图2为本发明所述芯-壳结构网状模具的三维立体图。

具体实施方式

一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，该结构由外壳和内芯两部分构成，外壳材料为氧化镁粉体，内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，该结构由外壳和内芯两部分构成，外壳材料为氧化镁粉体，内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

进一步的，上述的芯-壳结构，按质量组分计，内芯材料两组分占比分别为：水合共晶盐75份，氧化镁25份。

如图1所示，上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计，其整体尺寸为：长240mm，宽115mm，高53mm，其中，外壳厚度4mm，内芯尺寸：长232mm，宽107mm，高45mm。

以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，其制备方法，包括如下步骤：

(1)分别按质量分数50％和50％，称取工业级碳酸钠和碳酸钾，溶解在适量的水中，使用电动搅拌机搅拌均匀，之后放入烘箱中烘干，研磨均匀。

(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁，使用球磨机球磨均匀，过筛，得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

(3)称取一定量的氧化镁，按比例向其中加入pvb溶液，研磨使之混合均匀后，放入烘箱中烘干，再研磨均匀，得到外壳材料氧化镁粉体。

(4)取一定量的氧化镁粉体，放入模具中，刮平，放入网状模具，在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料，小格子里放入氧化镁粉体，再一次刮平后缓缓取出网状模具，最后在最上面加入氧化镁粉体，刮平后，使用压力机对模具加压得到压片样品。

(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结，得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。

实施例2

一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，该结构由外壳和内芯两部分构成，外壳材料为氧化镁粉体，内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

进一步的，上述的芯-壳结构，按质量组分计，内芯材料两组分占比分别为：水合共晶盐75份，氧化镁25份。

如图1所示，上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计，其整体尺寸为：长240mm，宽115mm，高53mm，其中，外壳厚度4mm，内芯尺寸：长232mm，宽107mm，高45mm。

以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，其制备方法，包括如下步骤：

(1)分别按质量分数52％和48％，称取工业级碳酸钠和碳酸钾，溶解在适量的水中，使用电动搅拌机搅拌均匀，之后放入烘箱中烘干，研磨均匀。

(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁，使用球磨机球磨均匀，过筛，得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

(3)称取一定量的氧化镁，按比例向其中加入pvb溶液，研磨使之混合均匀后，放入烘箱中烘干，再研磨均匀，得到外壳材料氧化镁粉体。

(4)取一定量的氧化镁粉体，放入模具中，刮平，放入网状模具，在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料，小格子里放入氧化镁粉体，再一次刮平后缓缓取出网状模具，最后在最上面加入氧化镁粉体，刮平后，使用压力机对模具加压得到压片样品。

(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结，得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。

实施例3

一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，该结构由外壳和内芯两部分构成，外壳材料为氧化镁粉体，内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

进一步的，上述的芯-壳结构，按质量组分计，内芯材料两组分占比分别为：水合共晶盐83份，氧化镁17份。

如图1所示，上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计，其整体尺寸为：长240mm，宽115mm，高53mm，其中，外壳厚度4mm，内芯尺寸为：长232mm，宽107mm，高45mm。

以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构，其制备方法，包括以下步骤：

(1)分别按质量分数55％和45％，称取工业级碳酸钠和碳酸钾，溶解在适量的水中，使用电动搅拌机搅拌均匀，之后放入烘箱中烘干，研磨均匀。

(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁，使用球磨机球磨均匀，过筛，得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。

(3)称取一定量的氧化镁，按比例向其中加入pvb溶液，研磨使之混合均匀后，放入烘箱中烘干，再研磨均匀，得到外壳材料氧化镁粉体。

(4)取一定量的氧化镁粉体，放入模具中，刮平，放入网状模具，在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料，小格子里放入氧化镁粉体，再一次刮平后缓缓取出网状模具，最后在最上面加入氧化镁粉体，刮平后，使用压力机对模具加压得到压片样品。

(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结，得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。