[发明专利]一种[碳纤维网-富硅/贫硅]层状铝基复合相变储能材料及其制备装置和方法

权利要求书

1.一种碳纤维网-富硅/贫硅层状铝基复合相变储能材料，其特征在于，其包括外层以碳纤维网增强高硅铝合金作为外壳和内层以共晶铝硅合金作为相变储能材料，其中，外层的碳纤维网-富硅层与内层贫硅区域的结构尺寸比例(R-r)/r为1:1～1:4，碳纤维网格尺寸为1～4mm，所述外层碳纤维网增强高硅铝合金中硅的质量分数为80％～90％，铝的质量分数为20％～10％；所述内层共晶铝硅合金中硅的质量分数为12.6％，铝的质量分数为87.4％，其中，外层的厚度表示为R-r，内层的半径为r。

2.一种碳纤维网-富硅/贫硅层状铝基复合相变储能材料的制备装置，其特征在于，其包括电阻熔炼炉、浇注盘、旋转磁场发生单元、温度梯度控制单元、牵引下拉装置、分节石墨体模具和碳纤维网；所述电阻熔炼炉和浇注盘设于所述旋转磁场发生单元的上方，所述温度梯度控制单元设于旋转磁场发生单元中心部区域，所述分节石墨体模具组装并置于温度梯度控制单元的内腔中，所述分节石墨体模具的下端设有牵引下拉装置，并安装在牵引下拉装置上实现垂直向下牵引运动，碳纤维网设于分节石墨体模具内并固定在牵引下拉装置上。

3.如权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述温度梯度控制单元包括保温电阻炉、气体冷却环和温度采集记录装置，所述保温电阻炉设于分节石墨体模具与旋转磁场发生单元之间，所述气体冷却环设于分节石墨体模具的下端，设于分节石墨体模具的外围；并且保证保温电阻炉、分节石墨体模具、旋转磁场发生单元三者中轴线重合。

4.如权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述分节石墨体模具是由石墨环在下拉过程中一节一节装配构成。

5.如权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述碳纤维网的网格尺寸为1～4mm，距离分节石墨体模具的内表面1mm。

6.一种碳纤维网-富硅/贫硅层状铝基复合相变储能材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1.将工业铝在电阻熔炼炉中熔化之后，加入块儿状冶金硅，熔炼成合金熔体并保温30min，在保温期间不断地用石墨棒进行搅拌，从而获得成分均匀的过共晶铝硅合金熔体；

S2.将碳纤维网固定到牵引下拉装置上，并调整与分节石墨体模具间的距离；开启旋转磁场内腔电阻保温炉对分节石墨体模具进行预热处理，待石墨体模具温度达到浇注温度后，随后打开气体冷却装置气阀对分节石墨体模具进行冷却，在分节石墨体模具轴向方向上建立所需的温度梯度；

S3.通过浇注盘向石墨体模具浇注步骤S1获得的合金熔体，当合金熔体在石墨体中液面达到旋转磁场高度的1/2时，开启旋转磁场，同时启动牵引装置，进行初生硅电磁分离；在下拉过程中，一节一节地安装石墨环，实现过共晶铝硅合金电磁连续铸造过程中碳纤维网-富硅/贫硅层状结构连续构筑，最终制备出大尺寸碳纤维网-富硅/贫硅层状铝基复合相变储能材料连铸铸锭。

7.如权利要6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述冶金硅与工业铝的按照质量比25～40:75～60进行配制，在步骤S2中，所述浇注温度为800℃～900℃。

8.如权利要6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述碳纤维网的网格尺寸为1～4mm；碳纤维网与分节石墨体模具内表面的距离为0.5～2mm；在分节石墨体模具轴向方向上的温度梯度控制在1～2.5℃/mm。

9.如权利要6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述牵引装置的下拉速度控制在40～60mm/min。

10.如权利要6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述旋转磁场的磁通量密度为30mT、频率为50Hz。