毕业论文--alsial2o3sic核壳结构颗粒的制备与性能表征.doc

硕士学位论文 Al-Si/Al 2O 3 -SiC 核壳结构颗粒的制备与性能表征 THE SYNTHESIS AND PROPERTIES CHARACTERIZATION OF Al-Si/Al 2O 3 -SiC CORE-SHELL MICRO-PARTICLES 闫以秀 2013 年07 月国内图书分类号: TB35 学校代码: 10213 国际图书分类号: 工学硕士学位论文 Al-Si/Al 2O 3 -SiC 核壳结构颗粒的制备与性能表征硕士研究生:闫以秀 0师:何飞副教授申请学位:工学硕士 0科:材料学所在单位:航天学院答辩日期: 2013 年 07月授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: TB35 : Dissertation for the Master Degree in Engineering THE SYNTHESIS AND PROPERTIES CHARACTERIZATION OF Al-Si/Al 2O 3 -SiC CORE-SHELL MICRO-PARTICLES Candidate : Yan Yixiu Supervisor : . He Fei Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Material Science Affiliation : School of Astronautics Date of Defence : July, 2013 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 0要相变材料具有储能控温的作用。相较于其他相变材料, Al-Si 合金储能密度较大、高温稳定性强、过冷度小、导热系数大、价格便宜、材料来源丰富, 是一类很有应用前景的相变储能材料。但是,液态 Al-Si 合金具有一定的流动性和很强的腐蚀性,一般的金属及合金等容器很难使其在高温下长期稳定工作。因此,实现 Al-Si 合金熔体在高温状态下的有效封装是实现该材料实用化的必要手段。本论文在 Al 2O 3对 Al-Si 合金有效微封装制备 Al-Si/Al 2O 3 核壳结构粒子的基础上,通过在 Al 2O 3 壳层内引入高热导率且具有高温惰性的 SiC 颗粒,以提高壳层的热导率,使 Al-Si 合金相变材料的蓄放热速度增大,从而改善其储能控温的效果。本论文通过大量实验和 Zeta 电位、 TEM 等测试手段研究分析了 SiC 纳米粉的分散和改性方法,探讨 Al 2O 3 -SiC 复合壳层的制备原理。结果表明,经 KH550 分散、氧化铝溶胶包覆的 SiC 颗粒表面仅仅附着有少量的溶胶颗粒, 并没有将 SiC 颗粒全部包裹在溶胶里。采用十二烷基苯磺酸钠( Sodium dodecyl benzene sulfonate , SDBS) 分散的 SiC 颗粒表面基本全部被晶须状溶胶颗粒包裹。这是因为经 SDBS 分散后, SiC 颗粒表面带负电,易与表面带正电的 Al 2O 3 溶胶结合,形成 Al–O– Si 的化学键,有利于在其表面继续接枝化合物, 获得分散性较好、包覆效率高的改性 SiC 纳米粉,从而成功制备出 Al-Si/Al 2O 3 -SiC 核壳粒子。研究中分析了烧结温度对 Al-Si/Al 2O 3 -SiC 核壳粒子形貌的影响,并利用 XRD 分析方法对不同温度下的烧结产物进行了物相分析。结果表明,随着热处理温度的提高,壳层逐渐变得致密,经 1200 ℃烧结后, Al-Si/Al 2O 3 -SiC 核壳粒子表面致密,包覆完整,壳层的成分主要为α-Al 2O 3,并含有少量的 SiC 。但是,由于加入的 SiC 纳米粉含量较少以及改性 SiC 纳米粉不可避免地出现团聚现象,这导致 SiC 纳米粉在核壳粒子的壳层中分散不均匀。利用差式扫描量热(DSC) 分析方法对制备的 Al-Si/Al 2O 3 -SiC 的相变潜热进行了测试分析,实验结果与理论计算的数值有一定的偏差。这主要是由于 Al- Si/Al 2O 3 -SiC 核壳粒子不可避免地会发生壳层的破损,从而导致 Al-Si 熔体在高温下发生泄漏并产生氧化。另外, Al-Si 合金在高温热处理后会发生成分偏析, 造成 Si的富集,使得 Al-Si 合金的组分不均匀。这两个原因均会造成核壳粒子相变潜热的降低。实验利用热导率测试手段分析了 SiC 的加入对核壳-I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文粒子热导率的影响,同时对核壳粒子的抗热渗漏性进行了研究分析。结果表明核壳