Разработка материалов для тепловых аккумуляторов с использованием теплоты фазового перехода

• Автор: Сластилова, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с.

Оглавление
СПИСОК ТАБЛИЦ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. ТЕПЛОВОЕ АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
1.2. ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА
1.2.1. Органические материалы
1.2.2. Неорганические материалы
1.2.2.1. Низкотемпературные материалы (273-473 К)
1.2.2.2. Высокотемпературные материалы (473-1270К)
1.2.2.3. Металлы и ставы
1.3. Основные характеристики сплавов Аь-Б! с точки зрения их использования в ТА с фазовым ПЕРЕХОДОМ
1.4. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ТАМ ИЗ АЛЮМИНИЙ - КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ
1.5. ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
2.1 .ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И ЕГО МАКРОСТРУКТУРА
2.2.УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ
2.2.1. ТАМ - став А1-12масс%о81
2.2.2. Керамическая матрица '
2.2.3. Защитный слой на грануле ТАМ
2.2.3.1. Расчет толщины защитного слоя
2.2.3:2 Условия формирования защитного слоя
2.3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
2.3.1.Получение гранул из става А1-Б1
2.3.2. Изготовление образцов ТАЭ
2.3.3. Контроль образцов
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОЦЕНКА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ГРАНУЛ СПЛАВА АЬ-81 С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
3.1. Анализ физико-химических процессов в керамической матрице и оценка ее огнеупорности
3.2. ВЛИЯНИЕ ВОЗМОЖНЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ НА ТЕРМОСТОЙКОСТЬ МАТРИЦЫ
3.3. Анализ физико-химических процессов на границе контакта защитного слоя гранулы ТАМ
3.3.1. Граница контакта керамической матрицы и защитного оксидного слоя гранулы
3.3.2. Граница контакта оксидного слоя гранулы с раставом А
4.МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ СПЛАВОВ АЬ-81 С КОНСТРУКЦИОННЫМ МАТЕРИАЛОМ
4.1 .Оценка термостойкости ТАЭ по изменению т.к.л.р. в зависимости от состава материала
4.2. Цель испытания натермоциклирование
4.3. Режим испытания на термоциклирование
4.4. Характер проводимых исследований

4.5.Методика экспериментального исследования, используемое оборудование и приспособления
4.6. РЕЗУЛЬТАТЫ исследований по влиянию термоциклирования на теплоаккумулирующий композиционный материал
4.6.1. Визуальный осмотр образцов и уточнение режима их обжига
4.6 2. Исследование матрицы
4.6.3. Исследование сплава А
4.6.3 I. Исследования .микроструктуры сплава
4.6.3 2. Исследование состава А/-& става
4.6.4. Исследование защитного сяоя гранулы ТАМ
4.6.4.1. Электронная микроскопия
4.6.4.2. Рентгенофазовый анализ
4.6.4.3. Механизм образования защитного слоя гранулы
4.7. Термомеханическая совместимость гранул там с конструкционным материалом
4.8. Оценка стабильности теплонакопительных характеристик теплоаккумулирующего ЭЛЕМЕНТА
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТОЧЕЧНЫЙ АНАЛИЗ ГРАНУЛ СПЛАВА АЬ -12 МАСС% Б1ДО И ПОСЛЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ГРАНУЛ СПЛАВА АЬ - 12 МАСС% Б1 НА СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РЕНГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ГРАНУЛ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

СЛИСОК ТАБЛИЦ
Таблица 1 Основные типы материалов, используемые в качестве теплоаккумулирующих, их
преимущества и недостатки
Таблица 2 Теплофизические характеристики металлов и сплавов, пригодных для аккумулирования
теплоты фазового перехода
Таблица 3 Зависимость изменения теплоты фазового перехода и термического коэффициента линейного
расширения от состава сплава А
Таблица 4 Физические и термические свойства оксидов, совместимых с расплавом АИИ
Таблица 5 Классификация огнеупоров по химико-минералогическому составу
Таблица 6 Температура реакционного взаимодействия различных огнеупоров, ЛС*
Таблица 7 Гермостойкость композиций на основе МдО с А120з
Таблица 8 Осевые напряжения в защитном слое оксида алюминия
Таблица 9 Радиальные напряжения в случае гранул цилиндрической формы
Таблица 10 Гранулометрический состав гранул
Таблица 11 Физико-химические характеристики основных фаз керамической матрицы
Таблица 12 Изменение энергии Гиббса основных фаз, образующихся в процессе термообработки
Таблица 13 Физико-химические свойства щелочесодержащих соединений
Таблица 14 Экспериментальные значения т.кл.р
Таблица 15 Характеристика режима термоциклирования и количество термоциклов для различных
партий образцов
Таблица 16 Состав керамической матрицы в зависимости от месторасположения измеряемый точек
Таблица 17 Состав сплава гранул, определенный
методом спектрального анализа
Таблица 18 Состав сплава гранул по точкам, определенный методом электронной микроскопии
Таблица 19 Межплоскостное расстояние и интенсивность дифракционных линий

кремнием, железом и цинком, аналогична по структуре и свойствам пленке, образующейся на поверхности чистого алюминия.
Как видно из вышесказанного, применение в качестве ТАМ алюминий -кремниевого сплава является предпочтительным по сравнению с другими сплавами. Для ТА, используемых в энергетической системе отопления и горячего водоснабжения, наибольший интерес представляет эвтектический алюминий-кремниевый сплав с температурой плавления 577 °С. Это связано с тем, что в этих ТА наряду с высокой теплотой фазового перехода важно снижение его рабочей температуры.
Преимущества эвтектического алюминий - кремниевого сплава:
• сравнительно высокая энтальпия для температур около 600 °С;
• высокие литейные свойства;
• сплавы, содержащие 4-13 масс % Э'|, являются наиболее коррозионно-стойкими из всех алюминиевых сплавов;
• окисляемость этих сплавов не превышает окисляемость алюминия;
• оксидная пленка, образующаяся на поверхности твердого и жидкого сплава, получается плотной и аналогична по структуре и свойствам пленке, образующейся на поверхности чистого алюминия;
• скорость окисления снижается с увеличением времени аналогично скорости окисления алюминия;
Известно, что применение любых ТАМ требует разработки конструктивных решений, направленных на максимальное использование положительных качеств ТАМ и нейтрализацию их недостатков.
Поэтому, рассмотрим более подробно вопрос о выборе конструкционного материала для удержания алюминий-кремниевого расплава.