[發明專利]一種剛玉基儲熱陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 202011216003.0
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112408959B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 徐曉虹;張乾坤;吳建鋒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學;佛山仙湖實驗室
• 主分類號: C04B35/117
• 分類號: C04B35/117;C04B35/622;C04B35/636;C04B35/632;C04B35/64;C04B38/00;B28B11/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

一種剛玉基儲熱陶瓷及其制備方法，包括以下質量份的各原料：剛玉粉90份、氧化鐵粉1～9份、氧化鈦粉1～9份、氧化釤粉0～5份，其中，所述剛玉粉、氧化鐵粉和氧化鈦粉質量之和為100份；所述原料經混合制備泥料、練泥與陳腐、制備蜂窩陶瓷坯體、干燥和燒成可制得剛玉基蜂窩儲熱陶瓷。本發明制備的剛玉基蜂窩儲熱陶瓷具有工作溫度更高、導熱系數高、儲熱密度大的特點，屬超高溫儲熱材料，提高儲熱陶瓷的熱轉換效率，可實現持久的熱能供給。

技術領域

本發明涉及能源新材料技術領域，尤其涉及一種剛玉基儲熱陶瓷及其制備方法。

背景技術

儲熱材料是一種用于熱能的存儲和釋放的環境友好型能源新材料，已廣泛應用于太陽能熱利用、電力調峰、工業廢熱和余熱回收和建筑節能等領域。為實現高效持久的熱交換，儲熱材料應具有較高的工作溫度、較高的導熱系數和較大的儲熱密度。陶瓷由于具有熔點高、熱穩定性好、耐腐蝕、機械強度高等優點，已成為一種極具潛力的儲熱材料。

目前，常見的儲熱陶瓷有尾礦質、氧化鋁質、莫來石質等種類。如，中國專利《一種利用粉煤灰和頁巖制備儲熱蜂窩陶瓷的方法》(CN106747316B)公開了一種以粉煤灰、頁巖制備的儲熱蜂窩陶瓷，其工作溫度為100～500℃，導熱系數為1.7～2.2W/(m·K)，儲熱密度為1180～1240J/cm³；中國專利《一種高溫相變儲熱材料》(CN109609099A)公開了一種以剛玉顆粒、剛玉粉、碳化硅粉等為主要原料制備的高溫相變儲熱材料，其工作溫度大于600℃，導熱系數大于8.0W/(m·K)，儲熱密度大于650kJ/kg；中國專利《一種陶瓷基高溫儲熱材料及其制備方法》(CN107266050A)公開了一種以硅原料、鋁鹽等為主要原料制備的陶瓷基高溫儲熱材料，其工作溫度大于600℃，導熱系數大于1.8W/(m·K)，儲熱密度大于800kJ/kg。顯然，上述儲熱陶瓷的熱導率均偏低，不利于使用過程中的熱交換。此外，儲熱陶瓷的工作溫度越高，越能避免因溫度降級導致的熱量流失，實現熱量的充分利用。因此，開發和研究一種工作溫度更高、導熱系數高、儲熱密度大的儲熱陶瓷具有重要意義。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出剛玉基儲熱陶瓷及其制備方法，具體技術方案為：

一種剛玉基儲熱陶瓷，包括以下質量份的各原料：剛玉粉90份、氧化鐵粉1～9份、氧化鈦粉1～9份、氧化釤粉0～5份，其中，所述剛玉粉、氧化鐵粉和氧化鈦粉質量之和為100份。

進一步地，所述剛玉粉的粒徑為325目，其氧化鋁的含量為98～99wt％，所述氧化鐵粉、氧化鈦粉和氧化釤粉的純度均大于99wt％。

一種剛玉基儲熱陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)原料混合：將剛玉粉、氧化鐵粉、氧化鈦粉、氧化釤粉按質量比稱取，用球磨機混合均勻，得到混合料；

2)制備可塑泥料：在混合料中加入一定量的粘結劑、潤滑劑和水，用捏合機進行捏合30min，制備可塑泥料；

3)練泥與陳腐：將可塑泥料用真空練泥機練泥1～2h，再經陳腐36h，得到陳腐好的泥料；

4)制備蜂窩陶瓷坯體：將陳腐好的泥料放入立式擠出成型機中，擠出得到蜂窩陶瓷坯體；

5)蜂窩陶瓷坯體干燥：將擠出的蜂窩陶瓷坯體先放在微波爐中定型15～25min，然后放入紅外干燥箱中干燥1～2h，得到干燥好的蜂窩陶瓷坯體；

6)蜂窩陶瓷坯體燒成：將干燥后的蜂窩陶瓷坯體放入高溫爐中，經1500～1600℃燒成，得到剛玉基蜂窩儲熱陶瓷。

進一步地，所述粘結劑為羧甲基纖維素，其加入量為混合料質量的3～5wt％。

進一步地，所屬潤滑劑為桐油、菜油中的一種或兩種任意比例混合物，其加入量為混合料質量的3～5wt％。