【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金储热材料。具体地说是改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法。
技术介绍
1、太阳能热发电在一定程度上解决了能源的利用率低和时空上的不匹配等问题，有效的缓解了能源短缺和环境污染问题，但目前的储热材料普遍存在储热密度低、热循环过程中性质不稳定以及对封装材料腐蚀性强的问题。
2、al-si合金材料具有储热密度大，多次热循环后性质稳定，热导率高等优点，可作为相变储热材料，但其在高温状态下性质活泼，容易与封装容器发生化学、电化学以及物理反应，造成界面腐蚀现象的发生，严重的甚至发生储热材料泄漏的现象，因此封装材料性能的好坏直接关系到al-si合金储热材料的推广与利用。
3、目前封装容器主要有al2o3、si3n4、al3n4等，这类陶瓷容器虽然具有较强的抗腐蚀性，但普遍存在导热性差或者强度低下的问题。al/al2o3陶瓷复合材料可做al-si合金储热材料的封装材料，它具有较强抗腐蚀性的同时，还有较高的热导率和弯曲强度，同时，al/al2o3陶瓷复合材料因含有al，可大幅度提高它的储热密度，可认为兼具封装和储热两种功能。但因al2o3陶瓷的烧结温度较高，因此制备过程中需要寻找合适的烧结助剂，降低烧结温度的目的，提高复合材料性能。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种降低孔隙率、增大弯曲强度、提高热导率的改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：p>
3、改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，包括如下步骤：
4、（1）原料准备：主原料为al粉和al2o3粉，烧结助剂为sio2粉和mgo粉中的一种或两种；
5、（2）将主原料和烧结助剂进行混合，加入聚乙烯醇水溶液，研磨混合均匀，得到研磨混合物；
6、（3）将研磨混合物进行冷压成型，得到预制块；
7、（4）将预制块置于电阻炉中进行高温烧结，冷却后得到al/al2o3复合材料。
8、在步骤（1）中：al粉的质量为主原料和烧结助剂总质量的30-70wt%；烧结助剂的质量为主原料和烧结助剂总质量的2wt%；sio2粉与mgo粉的质量比为（0-2wt%）：（2wt%-0）。
9、在步骤（3）中：压制的压力为200-400mpa；在步骤（4）中：烧结温度为950-1400℃。
10、上述改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，在步骤（1）中，al粉的纯度为99.99%，且为300目筛的筛下物；al2o3粉的纯度为99.99%，粒径为30nm；sio2粉的纯度为99.5%，粒径为20nm；mgo粉的纯度为99.9%，粒径为50nm。
11、上述改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，在步骤（2）中，聚乙烯醇水溶液的加入量为主原料和烧结助剂总质量的8wt%；聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的质量分数为3wt%；研磨过程为：放入行星研磨机中，以200r/min研磨2h，得到研磨混合物。
12、上述改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，在步骤（3）中，取10g研磨混合物置于直径为φ30mm的模具中压制成型，压制压力为350mpa，保压300s。
13、上述改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，在步骤（4）中，烧结过程，从室温开始，以10℃/min的升温速度升温至1300℃，保温2h。
14、上述改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，
15、（1）以al粉、al2o3粉为主原料，以sio2粉和mgo粉为烧结助剂；al粉的质量为主原料和烧结助剂总质量的50wt%；烧结助剂的质量为主原料和烧结助剂总质量的2wt%；sio2粉与mgo粉的质量比为1wt%：1wt%；
16、（2）将主原料和烧结助剂进行混合，加入聚乙烯醇水溶液，将混合物放入行星研磨机中，以200r/min研磨2h，得到研磨混合物；聚乙烯醇水溶液的加入量为主原料和烧结助剂总质量的8wt%；聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇的质量含量为3wt%；
17、（3）每次取10g研磨混合物置于直径为φ30mm的模具中，压制成型，保压300s，得到预制块；压制压力为350mpa；
18、（4）将预制块置于电阻炉中进行高温烧结，从室温开始，以10℃/min的升温速度升温至烧结温度，保温2h，烧结温度为1300℃，冷却后得到al/al2o3复合材料。
19、本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
20、不同al粉含量、烧结助剂sio2和mgo含量、压制压力和烧结温度对al/al2o3复合材料的组织、力学性能以及热物理性能的影响，并最终得到al/al2o3复合材料的最优原料配比和烧结工艺，结论如下：
21、（1）随着al粉含量的增加，复合材料的气孔率减小，弯曲强度、蓄热密度和热导率增大，断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变，导热方式由声子导热向电子导热转变。
22、（2）增大压制压力，复合材料的气孔率下降，弯曲强度、蓄热密度和热导率增大，但压制压力过大，会导致材料内部孔隙不足以满足al液熔化带来的体积膨胀，al液出现泄露现象，复合材料的气孔率增大，弯曲强度、蓄热密度和热导率降低。
23、（3）提高烧结温度，当气体排出导致的体积收缩小于al氧化导致的其周围空隙增加量时，al/al2o3复合材料的孔隙率增大，弯曲强度、蓄热密度和热导率减小。当气体排出导致的体积收缩体积大于al氧化导致的其周围空隙增加量时，al/al2o3复合材料的孔隙率和蓄热密度减小，弯曲强度和热导率增大，当烧结温度高于1300℃时，由于al液发生蒸发导致内部蒸气压增大，破坏了al2o3的骨架结构，al/al2o3复合材料的孔隙率增大，弯曲强度、蓄热密度和热导率下降。
24、（4）添加sio2和mgo烧结助剂，sio2与al发生原位反应生成细小的al2o3颗粒，使得al2o3骨架结构彼此相连，共同在al颗粒表面形成一层致密的al2o3薄膜，可有效防止al液发生泄漏，且si单质具有良好的导热性，材料热导率升高，但si单质在材料内部出现团聚会造成局部应力集中，导致弯曲强度下降；生成的mgal2o4主要分布于复合材料的缺陷处，起到良好的连接作用，降低气孔率，提高弯曲强度，但mgal2o4导热性差，导致热导率下降。
25、（5）最终得出最佳原料配比和烧结工艺：当al含量为50wt%，压制压力为350mpa，烧结温度为1300℃，当sio2和mgo的含量均为1wt%时，al/al2o3复合材料的综合性能最优，此时气孔率为23.8%，弯曲强度为79.645mpa，蓄热密度为359.67j/g，热导率为23.90w/(m·k)。
26、（6）所制备的al/al2o3复合材料与al-12si合金不相容，具有较强的抗腐蚀性。随着热循环次数的增加，al/al2o本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（1）中：Al粉的质量为主原料和烧结助剂总质量的30-70 wt%；烧结助剂的质量为主原料和烧结助剂总质量的2wt%；SiO2粉与MgO粉的质量比为（0-2wt%）：（2wt%-0）。
3.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（3）中：压制压力为200-400MPa；在步骤（4）中：烧结温度为950-1400℃。
4.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（1）中，Al粉的纯度为99.99%，且为300目筛的筛下物；Al2O3粉的纯度为99.99%，粒径为30nm；SiO2粉的纯度为99.5%，粒径为20nm；MgO粉的纯度为99.9%，粒径为50nm。
5.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（2）中，聚乙烯醇水溶液的
6.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（3）中，取10g研磨混合物置于直径为φ30mm的模具中压制成型，压制压力为350MPa，保压300s。
7.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（4）中，烧结过程，从室温开始，以10℃/min的升温速度升温至1300℃，保温2h。
8.根据权利要求1所述的改善Al-Al2O3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（1）中：al粉的质量为主原料和烧结助剂总质量的30-70 wt%；烧结助剂的质量为主原料和烧结助剂总质量的2wt%；sio2粉与mgo粉的质量比为（0-2wt%）：（2wt%-0）。
3.根据权利要求1所述的改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（3）中：压制压力为200-400mpa；在步骤（4）中：烧结温度为950-1400℃。
4.根据权利要求1所述的改善al-al2o3陶瓷复合材料综合性能的方法，其特征在于，在步骤（1）中，al粉的纯度为99.99%，且为300目筛的筛下物；al2o3粉的纯度为99.99%，粒径为30nm；sio2粉的纯度为99.5%，粒径为20nm；mgo粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞英，张智磊，赵鸽，梁亚红，隋意，赵学平，刘飞，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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