本發(fā)明涉及一種均相多孔陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，屬于蓄熱材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)代社會(huì)的快速發(fā)展消耗了大量能源，然而伴隨著化石燃料的枯竭，能源的缺乏成為了制約人類生存和發(fā)展的一大瓶頸，開發(fā)和利用新能源迫在眉睫。太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能作為重要的新能源，具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，而太陽(yáng)能發(fā)電作為一種清潔無污染的能源利用方式，已經(jīng)引起了全世界科研工作者的廣泛關(guān)注。

蓄熱材料是在節(jié)能方面近期研究較多的一種，其中固液相變材料因具有使用范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)大、貯熱密度大、相變體積變化小、一般呈中性、毒性小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而普遍受到研究者的關(guān)注。但是固液相變材料存在相變蓄熱過程中伴隨著狀態(tài)的變化的缺點(diǎn)，因此相變材料相變過程的定型化成為解決這一問題的關(guān)鍵所在。目前解決的方法主要有相變材料的微膠囊化及制備復(fù)合蓄熱材料。在復(fù)合蓄熱材料的制備過程中，多孔陶瓷基體的研究比較多，其中應(yīng)用較為廣泛的是蜂窩陶瓷基體和添加造孔劑制備的多孔陶瓷基體。而這兩種多孔陶瓷用于蓄熱材料基體存在很多缺點(diǎn)，如蜂窩陶瓷存在顯氣孔率低、孔徑尺寸過大等問題，添加造孔劑制備的多孔陶瓷存在氣孔分布不均等問題。

目前常見的陶瓷蓄熱基體材料多是通過添加造孔劑制得，添加造孔劑容易造成基體氣孔分布不均勻、氣孔率低導(dǎo)致負(fù)載量少影響蓄熱功能效率的問題，依次研究一種均相多孔的臺(tái)詞蓄熱載體材料具有極佳的研究前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題：針對(duì)目前通過添加造孔劑制備的多孔蓄熱陶瓷基體存在氣孔分布不均勻、氣孔率低導(dǎo)致負(fù)載量少，影響蓄熱供能效率的缺陷，提供了一種均相多孔陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，該方法將礦土混合后研磨成粉，以偏磷酸鋁為粘連劑，用富含微生物的沼氣液摻雜制漿，注模壓制后預(yù)燒再和牛糞堆制發(fā)酵造孔制得坯體，最后水浸速凍處理后高溫煅燒即得蓄熱陶瓷基體。本發(fā)明通過微生物的發(fā)酵作用在預(yù)坯體中產(chǎn)生均勻分布的氣孔，再利用浸入坯體中的水分結(jié)冰后體積增大的原理即“冰劈”作用來拓寬坯體內(nèi)部孔徑，增大孔隙率，最終制得基體，有效解決了目前常見陶瓷蓄熱基體材料氣孔分布不均勻、氣孔率低導(dǎo)致負(fù)載量少，影響蓄熱供能效率的問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取300～400g高嶺土、250～300g莫來石、200～250g赤泥以及220～250g河砂混合均勻后放入礦石磨粉機(jī)中，以70～80kW功率研磨20～30min后過200目篩得到混合礦土粉末；

（2）按質(zhì)量比為1:8將偏磷酸鋁和上述混合礦土粉末一起裝入陶瓷罐中，再向陶瓷罐中加入混合礦土粉末總質(zhì)量1/2的禽畜糞便沼氣池中上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后得到泥狀預(yù)料并將其轉(zhuǎn)入邊長(zhǎng)為5cm的正方體模具中，用液壓機(jī)以4～6MPa的壓力保壓壓制15～20min后放入烘箱在180～200℃下干燥40～50min，得到預(yù)坯體；

（3）用紗布將上述預(yù)坯體包裹住放在腌菜壇底部，向壇中注滿牛糞后蓋住壇口，將腌菜壇放置在30～40℃溫室中保溫發(fā)酵2～3周，取出紗布包裹的預(yù)坯體，將其放入馬弗爐，以300～400℃溫度燒制1～2h后取出，冷卻至室溫，得到陶瓷坯體；

（4）將上述陶瓷坯體浸入其體積5～8倍去離子水中，用超聲振蕩儀以200～300W功率振蕩浸漬12～14h后用液氮速凍1～2min使浸入坯體孔隙中的去離子水結(jié)冰，速凍結(jié)束后待其自然恢復(fù)至室溫，使孔隙中的冰融化，按前述浸水、速凍、融化的步驟反復(fù)操作3～5次，干燥后得到陶瓷基體粗品；

（5）將上述得到的陶瓷基體粗品放入管式電阻爐中，先以5℃/min速率程序升溫至400～500℃保溫煅燒1～2h，再以3℃/min速率升溫至600～700℃繼續(xù)煅燒2～4h后出料，拆模后即得均相多孔陶瓷蓄熱基體材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：利用本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料負(fù)載固液相變材料后用環(huán)氧樹脂包裹，即可制得相變蓄熱材料，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的蓄熱基體材料顯氣孔率為85.0～89.9%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.05～2.20MPa，可以解決固液相變材料相變過程無定型化的問題。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料原材料易得，制備工藝簡(jiǎn)單易操作，成本低廉；

（2）本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料顯氣孔率為85.0～89.9%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.05～2.20MPa，具有優(yōu)良的力學(xué)性能及均勻的顯微結(jié)構(gòu)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

稱取300～400g高嶺土、250～300g莫來石、200～250g赤泥以及220～250g河砂混合均勻后放入礦石磨粉機(jī)中，以70～80kW功率研磨20～30min后過200目篩得到混合礦土粉末；按質(zhì)量比為1:8將偏磷酸鋁和上述混合礦土粉末一起裝入陶瓷罐中，再向陶瓷罐中加入混合礦土粉末總質(zhì)量1/2的禽畜糞便沼氣池中上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后得到泥狀預(yù)料并將其轉(zhuǎn)入邊長(zhǎng)為5cm的正方體模具中，用液壓機(jī)以4～6MPa的壓力保壓壓制15～20min后放入烘箱在180～200℃下干燥40～50min，得到預(yù)坯體；用紗布將上述預(yù)坯體包裹住放在腌菜壇底部，向壇中注滿牛糞后蓋住壇口，將腌菜壇放置在30～40℃溫室中保溫發(fā)酵2～3周，取出紗布包裹的預(yù)坯體，將其放入馬弗爐，以300～400℃溫度燒制1～2h后取出，冷卻至室溫，得到陶瓷坯體；將上述陶瓷坯體浸入其體積5～8倍去離子水中，用超聲振蕩儀以200～300W功率振蕩浸漬12～14h后用液氮速凍1～2min使浸入坯體孔隙中的去離子水結(jié)冰，速凍結(jié)束后待其自然恢復(fù)至室溫，使孔隙中的冰融化，按前述浸水、速凍、融化的步驟反復(fù)操作3～5次，干燥后得到陶瓷基體粗品；將上述得到的陶瓷基體粗品放入管式電阻爐中，先以5℃/min速率程序升溫至400～500℃保溫煅燒1～2h，再以3℃/min速率升溫至600～700℃繼續(xù)煅燒2～4h后出料，拆模后即得均相多孔陶瓷蓄熱基體材料。

實(shí)例1

稱取300g高嶺土、250g莫來石、200g赤泥以及220g河砂混合均勻后放入礦石磨粉機(jī)中，以70kW功率研磨20min后過200目篩得到混合礦土粉末；按質(zhì)量比為1:8將偏磷酸鋁和上述混合礦土粉末一起裝入陶瓷罐中，再向陶瓷罐中加入混合礦土粉末總質(zhì)量1/2的禽畜糞便沼氣池中上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后得到泥狀預(yù)料并將其轉(zhuǎn)入邊長(zhǎng)為5cm的正方體模具中，用液壓機(jī)以4MPa的壓力保壓壓制15min后放入烘箱在180℃下干燥40min，得到預(yù)坯體；用紗布將上述預(yù)坯體包裹住放在腌菜壇底部，向壇中注滿牛糞后蓋住壇口，將腌菜壇放置在30℃溫室中保溫發(fā)酵2周，取出紗布包裹的預(yù)坯體，將其放入馬弗爐，以300℃溫度燒制1h后取出，冷卻至室溫，得到陶瓷坯體；將上述陶瓷坯體浸入其體積5倍去離子水中，用超聲振蕩儀以200W功率振蕩浸漬12h后用液氮速凍1min使浸入坯體孔隙中的去離子水結(jié)冰，速凍結(jié)束后待其自然恢復(fù)至室溫，使孔隙中的冰融化，按前述浸水、速凍、融化的步驟反復(fù)操作3次，干燥后得到陶瓷基體粗品；將上述得到的陶瓷基體粗品放入管式電阻爐中，先以5℃/min速率程序升溫至400℃保溫煅燒1h，再以3℃/min速率升溫至600℃繼續(xù)煅燒2h后出料，拆模后即得均相多孔陶瓷蓄熱基體材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：利用本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料負(fù)載固液相變材料后用環(huán)氧樹脂包裹，即可制得相變蓄熱材料，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的蓄熱基體材料顯氣孔率為85.0%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.05MPa，可以解決固液相變材料相變過程無定型化的問題。

實(shí)例2

稱取350g高嶺土、280g莫來石、230g赤泥以及240g河砂混合均勻后放入礦石磨粉機(jī)中，以75kW功率研磨25min后過200目篩得到混合礦土粉末；按質(zhì)量比為1:8將偏磷酸鋁和上述混合礦土粉末一起裝入陶瓷罐中，再向陶瓷罐中加入混合礦土粉末總質(zhì)量1/2的禽畜糞便沼氣池中上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后得到泥狀預(yù)料并將其轉(zhuǎn)入邊長(zhǎng)為5cm的正方體模具中，用液壓機(jī)以5MPa的壓力保壓壓制18min后放入烘箱在190℃下干燥45min，得到預(yù)坯體；用紗布將上述預(yù)坯體包裹住放在腌菜壇底部，向壇中注滿牛糞后蓋住壇口，將腌菜壇放置在35℃溫室中保溫發(fā)酵2周，取出紗布包裹的預(yù)坯體，將其放入馬弗爐，以350℃溫度燒制2h后取出，冷卻至室溫，得到陶瓷坯體；將上述陶瓷坯體浸入其體積6倍去離子水中，用超聲振蕩儀以250W功率振蕩浸漬13h后用液氮速凍2min使浸入坯體孔隙中的去離子水結(jié)冰，速凍結(jié)束后待其自然恢復(fù)至室溫，使孔隙中的冰融化，按前述浸水、速凍、融化的步驟反復(fù)操作4次，干燥后得到陶瓷基體粗品；將上述得到的陶瓷基體粗品放入管式電阻爐中，先以5℃/min速率程序升溫至450℃保溫煅燒2h，再以3℃/min速率升溫至650℃繼續(xù)煅燒3h后出料，拆模后即得均相多孔陶瓷蓄熱基體材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：利用本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料負(fù)載固液相變材料后用環(huán)氧樹脂包裹，即可制得相變蓄熱材料，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的蓄熱基體材料顯氣孔率為87.5%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.12MPa，可以解決固液相變材料相變過程無定型化的問題。

實(shí)例3

稱取400g高嶺土、300g莫來石、250g赤泥以及250g河砂混合均勻后放入礦石磨粉機(jī)中，以80kW功率研磨30min后過200目篩得到混合礦土粉末；按質(zhì)量比為1:8將偏磷酸鋁和上述混合礦土粉末一起裝入陶瓷罐中，再向陶瓷罐中加入混合礦土粉末總質(zhì)量1/2的禽畜糞便沼氣池中上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后得到泥狀預(yù)料并將其轉(zhuǎn)入邊長(zhǎng)為5cm的正方體模具中，用液壓機(jī)以6MPa的壓力保壓壓制20min后放入烘箱在200℃下干燥50min，得到預(yù)坯體；用紗布將上述預(yù)坯體包裹住放在腌菜壇底部，向壇中注滿牛糞后蓋住壇口，將腌菜壇放置在40℃溫室中保溫發(fā)酵3周，取出紗布包裹的預(yù)坯體，將其放入馬弗爐，以400℃溫度燒制2h后取出，冷卻至室溫，得到陶瓷坯體；將上述陶瓷坯體浸入其體積8倍去離子水中，用超聲振蕩儀以300W功率振蕩浸漬14h后用液氮速凍2min使浸入坯體孔隙中的去離子水結(jié)冰，速凍結(jié)束后待其自然恢復(fù)至室溫，使孔隙中的冰融化，按前述浸水、速凍、融化的步驟反復(fù)操作5次，干燥后得到陶瓷基體粗品；將上述得到的陶瓷基體粗品放入管式電阻爐中，先以5℃/min速率程序升溫至500℃保溫煅燒2h，再以3℃/min速率升溫至700℃繼續(xù)煅燒4h后出料，拆模后即得均相多孔陶瓷蓄熱基體材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：利用本發(fā)明制得的均相多孔陶瓷蓄熱基體材料負(fù)載固液相變材料后用環(huán)氧樹脂包裹，即可制得相變蓄熱材料，經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的蓄熱基體材料顯氣孔率為89.9%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.20MPa，可以解決固液相變材料相變過程無定型化的問題。