[发明专利]一种复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合相变材料及其制备方法。该方法是将氮化铝粉末、造孔剂、烧结助剂和无水乙醇湿磨混合均匀，再烘干；将物料倒入模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具存在间隙；再倒入物料填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层；对顶部物料层施加压力并保压，使海绵内部被物料填满；再向模具中添加物料；再对顶部物料层施加压力并保压，脱模后得到素坯；对素坯施加压力并保压，后置于氮氧气氛中进行烧结；先升温至使造孔剂完全烧尽，再升温使素坯内氮化铝颗粒能够相互粘结形成多孔结构，得到高导热多孔材料。用该多孔材料吸附相变材料得到的复合相变材料的导热系数高，提高了相变材料蓄热量的利用率。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体是一种复合相变 材料及其制备方法。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界(即孔洞之间是相通的)，则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的(即每个孔洞与周围孔洞完全隔开)，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。按照孔径大小的不同，多孔材料又可以分为微孔(孔径小于2nm)材料、介孔(孔径2-50nm) 材料和大孔(孔径大于50nm)材料。

现阶段常见的多孔材料有膨胀珍珠岩、多孔火山岩、蛭石、二氧化硅、氧化铝等，但对于用来吸附相变蓄能材料来说，现有技术中的多孔陶瓷的导热系数低，无法提高相变蓄能材料的导热系数，使得蓄热量利用率低。文献《佟禹,何丽红,朱洪洲.PEG/多孔火山岩复合相变材料的制备及其表征[J].化工新型材料, 2014,42(5):120-122.》中采用多孔火山岩吸附相变材料聚乙二醇，吸附了聚乙二醇的火山岩的导热系数仅为0.558W/(m·K)。文献《谢尚群,孔祥飞,何金棋,等. 复合相变蓄能屋顶的制备及性能研究[J].墙材革新与建筑节能,2017(7):47-52.》以多孔材料膨胀珍珠岩为吸附材料，采用压模压定型法制备复合相变板材，将其与屋顶相结合制成复合相变蓄能屋顶，对其进行了实际应用测试，得出复合相变材料的导热系数仅为0.05701W/(m·K)。

氮化铝晶体是以四面体为结构单元的共价键化合物，具有纤锌矿型结构，属六方晶系。多晶氮化铝热导率达到260W/(m·K)，比氧化铝高5-8倍。文献《Wang W,Yang X,FangY,et al.Enhanced thermal conductivity and thermal performance of form-stablecomposite phase change materials by usingβ-Aluminum nitride[J].AppliedEnergy,2009,86(7-8):1196-1200.》中通过混合聚乙二醇、硅胶和氮化铝粉末制备导热系数较高、形状稳定的复合相变材料并使用Hotdisk热分析仪测试该复合相变材料的导热系数。结果表明，复合相变材料的导热系数随着氮化铝含量的增加而增加，但潜热值相应减少，熔化温度没有变化。随着氮化铝质量比从5％增加到30％，导热系数从0.3847W/(m·K)增加到0.7661W/ (m·K)。该文献中只是简单地将氮化铝粉末混合到聚乙二醇中来提高相变材料的导热系数，但导热系数低且提升并不明显。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高导热多孔材料及其制备方法。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种高导热多孔材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将氮化铝粉末、造孔剂、烧结助剂和无水乙醇湿磨混合均匀；氮化铝粉末:烧结助剂:造孔剂的质量比为11-15:2-4:3-5；

(2)将步骤1)得到的物料放入烘干环境中烘干无水乙醇；

(3)将步骤2)得到的物料倒入模具底部，在模具底部形成底部物料层；再将海绵放到模具内且与模具内壁之间存在间隙；再倒入步骤2)得到的物料，填满间隙并在海绵的顶面形成顶部物料层，使得海绵的外部被物料完全包裹；