本发明专利技术公开了一种光热材料的液金溶模精确塑形装置及方法，该装置包括分瓣式圆柱壳形模具、两体式模具固定壳以及内范；圆柱壳形模具为镓金属材质，圆柱面的内侧设有按照光学模拟计算的三维形状进行铸造成型的阵列分布的凸起或凹陷；模具固定壳呈圆柱壳状，在端面的内侧设有与圆柱壳形模具的端面相匹配的固定槽，圆柱壳形模具安装于模具固定壳内；内范包括圆柱本体和位于两端的短轴，圆柱本体位于圆柱壳形模具内，圆柱本体的圆柱面与圆柱壳形模具的内圆柱面间留有间隙以形成塑形腔，短轴固定于模具固定壳的端面中心。采用了镓金属材质的分瓣式圆柱壳形模具，可对表面分布有仿细长针、仿树形分支、仿锥形鱼骨等三维结构的光热材料制品进行脱模。材料制品进行脱模。材料制品进行脱模。
【技术实现步骤摘要】
一种光热材料的液金溶模精确塑形装置及方法
[0001]本专利技术涉及光热材料
，具体涉及一种光热材料的液金溶模精确塑形装置及方法。
技术介绍
[0002]随着全球变暖、水资源短缺等诸多环境问题的产生，人们意识到太阳能资源利用的重要地位。因此，太阳能光热界面蒸发技术具备了强大的应用潜力与发展前景。
[0003]界面式蒸发技术以具备高光吸收率、超亲水、良好循环稳定性、自漂浮性的光热材料为蒸发器。目前主要用于淡水产出和电力输出两种形式。其中海水淡化是通过光热材料的高效光热转换过程，将其产生的大量热能局域化，并定位在液
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气转换界面处，从而产出大量淡化水；太阳能驱动的水电联合产出(电力输出)是将淡水产出与电力输送相结合，依靠光热材料表面的梯度温差或梯度离子浓度，产生电荷位移，使其产出淡水的同时实现电压输出。
[0004]光热材料的结构与孔道形貌决定了其光吸收率、热传导率、水运输速率、耐盐性等诸多性能的大小，这些性能直接决定了材料海水淡化的蒸发效率。因此，界面蒸发技术发展的核心问题在于材料结构设计与产出，目前常见光热材料主要以化学合成手段为主，如金属粒子、高分子材料、低维材料等，通常这类材料的生产工艺复杂、价格成本高，不利于大批量生产。
[0005]生物质衍生的多孔碳材料是利用其原始的自然孔道结构进行光吸收和水运输，具备吸收率高、水运输快速、自漂浮、孔隙率高和生物可降解性等特点。经过脱水过程保留大量的自然孔道结构，再结合高温碳化技术形成光热多孔碳材料。但是该工艺无法做到碳材料表面的精确塑形设计，生物质结构的优点无法做到有效整合。
[0006]研究发现，如果将光学模拟设计的凸起、凹陷等三维结构融合在材料表面，可有效增强光学吸收，使材料在蒸发过程中产生独特的水运输、脱盐性能。对于生物质衍生的多孔碳材料，这种三维凸起、凹陷结构没有现成的模具可供选择；而且由于表面分布有仿细长针、仿树形分支、仿锥形鱼骨等三维结构会影响常规模具的脱模。因此，亟需一种高精度、多结构融合的模具来满足人们对生物质三维仿生结构多孔碳的大批量、高效、高质量产出的要求。
技术实现思路
[0007]为此，本专利技术提供一种光热材料的液金溶模精确塑形装置及方法，以解决上述的一个或多个问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种光热材料的液金溶模精确塑形装置，包括分瓣式圆柱壳形模具、两体式模具固定壳以及内范；所述圆柱壳形模具为镓金属材质，圆柱面的内侧设有按照光学模拟计算的三维形状进行铸造成型的阵列分布的凸起或凹陷；所述模具固定壳
呈圆柱壳状，在端面的内侧设有与圆柱壳形模具的端面相匹配的固定槽，所述圆柱壳形模具安装于所述模具固定壳内；所述内范包括圆柱本体和设置于圆柱本体两端的短轴，所述圆柱本体位于圆柱壳形模具内，所述圆柱本体的圆柱面与所述圆柱壳形模具的内圆柱面间留有间隙以形成塑形腔，所述短轴固定于模具固定壳的端面中心。
[0010]进一步地，所述圆柱壳形模具由两个或两个以上的弧形模具单体组成，所述弧形模具单体包括弧形板和位于所述弧形板两端的凸缘，所述弧形板的内侧设有所述凸起或凹陷；当多瓣所述弧形模具单体组合成圆柱壳形模具后，同一端的多个所述凸缘形成圆柱壳形模具的端面，所述圆柱壳形模具的端面的中心设有圆形孔。
[0011]进一步地，所述模具固定壳由两个模具固定壳单体组成，所述模具固定壳单体包括圆柱筒和位于圆柱筒一端的挡板，所述挡板的内侧均设有与圆柱壳形模具的端面相适配的固定槽，且在所述挡板的中心设有用于穿设所述短轴的轴孔，两个所述模具固定壳单体的圆柱筒相对接且所述挡板相远离可形成圆柱壳状的模具固定壳。
[0012]进一步地，所述凸缘和挡板均设有溢流孔，所述凸缘的溢流孔连通塑形腔和挡板的溢流孔。
[0013]进一步地，所述液金溶模精确塑形装置还包括模具外套壳和加压罩，所述模具外套壳、加压罩均设有与所述模具固定壳的外形相适配的半圆柱腔，所述加压板通过螺纹连接件固定在所述模具外套壳上并使两个半圆柱腔形成与所述模具固定壳相适配的圆柱腔，所述模具固定壳设置在所述圆柱腔中。
[0014]进一步地，所述弧形模具单体采用铸造成型，包括如下步骤：
[0015]利用水溶性材料3D打印型芯；所述型芯具有与弧形板内侧面相匹配的外弧形面，在外弧形面设有与所述弧形板的内侧的凸起或凹陷相匹配的凹陷或凸起；
[0016]型芯放入型腔中，保持型腔加热温度不低于镓金属的熔点温度；
[0017]注入熔融状态的镓金属；
[0018]排出型腔内的空气；
[0019]型腔冷却至10
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12℃并保温1.5
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2.5h，使镓金属形成的弧形模具单体固化；
[0020]固化后的弧形模具单体和型芯一同放入到5
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10℃的水中，浸泡8
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12h，使型芯溶解在水中；
[0021]沥干水后，获得所述弧形模具单体。
[0022]本专利技术第二方面提供了一种光热材料的液金溶模精确塑形方法，其采用本专利技术第一方面提供的装置，包括如下步骤：
[0023]预冷光热材料流体至9
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11℃；
[0024]将预冷好的光热材料流体注入到塑形腔中；
[0025]保持液金溶模精确塑形装置冷却4
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6h，使光热材料流体凝固形成光热材料凝胶；
[0026]加热液金溶模精确塑形装置至镓金属熔点以上，使镓金属融化、流出，完成光热材料凝胶的脱模。
[0027]进一步地，将预冷好的光热材料流体注入到塑形腔的过程中，预冷好的光热材料流体通过溢流孔注入，注入时为压力注入，保证光热材料流体充满塑形腔。
[0028]进一步地，预冷光热材料流体至10℃，保持液金溶模精确塑形装置冷却5h，加热液金溶模精确塑形装置至30℃。
[0029]进一步地，液金溶模精确塑形方法还包括以下步骤：
[0030]将脱模后的光热材料凝胶推入冻干设备进行冻干脱水，获得光热材料凝胶骨架；
[0031]将光热材料凝胶骨架放入碳化设备进行碳化，获得成品。
[0032]本专利技术具有如下优点：
[0033]1、对于具有圆柱形外表面以及圆柱面外分布有仿细长针、仿树形分支、仿锥形鱼骨等三维结构的凸起或凹陷的光热材料来说，常规模具无法脱模，即便是分瓣式模具在对该类型的光热材料进行脱模时，也无法保证不损坏针状、树形分支状、锥形鱼骨状等三维结构；本专利技术中采用了镓金属材质的分瓣式圆柱壳形模具，脱模时进行简单的升温，可使圆柱壳形模具融化，从而进行脱模；由于镓金属的融点低，融化脱模时不会导致光热材料凝胶融化(融化后会导致其表面的凹陷或凸起损坏)。
[0034]2、圆柱壳形模具的圆柱面内侧设有按照光学模拟计算的三维形状进行3D打印成型的阵列分布的凸起或凹陷，内范的圆柱本体的圆柱面与圆柱壳形模具的内圆柱面间留有间隙，如此形成的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光热材料的液金溶模精确塑形装置，其特征在于，包括分瓣式圆柱壳形模具、两体式模具固定壳以及内范；所述圆柱壳形模具为镓金属材质，圆柱面的内侧设有按照光学模拟计算的三维形状进行铸造成型的阵列分布的凸起或凹陷；所述模具固定壳呈圆柱壳状，在端面的内侧设有与圆柱壳形模具的端面相匹配的固定槽，所述圆柱壳形模具安装于所述模具固定壳内；所述内范包括圆柱本体和设置于圆柱本体两端的短轴，所述圆柱本体位于圆柱壳形模具内，所述圆柱本体的圆柱面与所述圆柱壳形模具的内圆柱面间留有间隙以形成塑形腔，所述短轴固定于模具固定壳的端面中心。2.根据权利要求1所述的光热材料的液金溶模精确塑形装置，其特征在于，所述圆柱壳形模具由两个或两个以上的弧形模具单体组成，所述弧形模具单体包括弧形板和位于所述弧形板两端的凸缘，所述弧形板的内侧设有所述凸起或凹陷；当多瓣所述弧形模具单体组合成圆柱壳形模具后，同一端的多个所述凸缘形成圆柱壳形模具的端面，所述圆柱壳形模具的端面的中心设有圆形孔。3.根据权利要求2所述的光热材料的液金溶模精确塑形装置，其特征在于，所述模具固定壳由两个模具固定壳单体组成，所述模具固定壳单体包括圆柱筒和位于圆柱筒一端的挡板，所述挡板的内侧设有与圆柱壳形模具的端面相适配的固定槽，且在所述挡板的中心设有用于穿设所述短轴的轴孔，两个所述模具固定壳单体的圆柱筒相对接且所述挡板相远离可形成圆柱壳状的模具固定壳。4.根据权利要求3所述的光热材料的液金溶模精确塑形装置，其特征在于，所述凸缘和挡板均设有溢流孔，所述凸缘的溢流孔连通塑形腔和挡板的溢流孔。5.根据权利要求1所述的光热材料的液金溶模精确塑形装置，其特征在于，所述液金溶模精确塑形装置还包括模具外套壳和加压罩，所述模具外套壳、加压罩均设有与所述模具固定壳的外形相适配的半圆柱腔，所述加压板通过螺纹连接件固定在所述模具外套壳上并使两个半圆柱腔形成与所述模具固定壳相适配的圆柱腔，所述模具固定壳设置在所述圆柱腔中。6.根据权利要求2所述的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，郑旭飞，桓茜，李宇晗，
申请(专利权)人：陕西工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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