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CN114653949A - 一种黑铝复合板及其制备方法 - Google Patents

一种黑铝复合板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种黑铝复合板及其制备方法，本发明改变了传统太阳能板的制备方法，采用黑色复合粉和铝合金粉为主要原料研发了一种通体全黑的黑铝复合板，不需要在板表面喷涂黑色涂层，耐腐蚀不老化，降低了制造成本、简化了生产工艺，解决了传统太阳能板吸热涂层逐年衰减老化的缺陷。黑铝复合板对太阳光呈现出很强的光谱吸收性和阳光吸收率，阳光吸收率≥0.95。经加速老化实验表明，即使直接遭受腐蚀性海水、酸雨、紫外线照射等恶劣条件，黑铝复合板的阳光吸收率也不会衰减。

Description

一种黑铝复合板及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种黑铝复合板及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
目前国内外已工业化、市场化、规模化利用的太阳能集热系统主要包括真空玻璃管型太阳能集热系统和金属平板型太阳能集热系统等。上述两种太阳能集热系统中均需涂覆太阳能吸热涂层，然而，在太阳光的长期照射下，真空玻璃管型太阳能集热系统中，真空玻璃管的真空度会下降，阳光吸收涂层效率会衰减，导致集热效率会逐年降低，使用寿命约10年左右；而金属平板型太阳能集热系统中，阳光吸收涂层易老化脱落、金属材料易受腐蚀，使用寿命同样在10年左右；近年来国内又出现了一种新型平板太阳能集热系统——陶瓷太阳板集热系统，陶瓷太阳板是采用传统陶瓷制造工艺，经1200℃高温烧结而成的全陶瓷制品，阳光吸收率为 0.92～0.93，陶瓷太阳板具有瓷质材料通性，其优点是不腐蚀、不老化，效率稳定、不衰减；其缺点是质量重、性脆易裂、热稳定性差、吸水率高，冬季抗冻性差，损坏率较高。
如何制备出工艺操作简单且具有优良光热转换性能的太阳能吸热板，并解决现有太阳能吸热板逐年衰减老化的弊端，目前仍是难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种黑铝复合板及其制备方法，该黑铝复合板由铝合金粉和黑色复合粉经高压压制和高温烧结而成，有效解决了因涂覆太阳能吸热涂层导致的寿命短、吸热效率衰减等问题，同时又具备耐腐蚀、耐老化、质量轻、稳定性好且吸热效率高等优点。
为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：
一种黑铝复合板，由铝合金粉和黑色复合粉经高压压制和高温烧结而成，所述黑色复合粉由黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末组成。
进一步的，所述黑铝复合板各原料重量百分比组成为：铝合金粉 45～55％、黑色无机粉末35～42％、黑色金属氧化物粉末3～20％。
进一步的，所述黑色无机粉末包括石墨、炭黑和碳化硅等。
进一步的，所述石墨优选导热系数≥1000W/M·K的高导热性石墨；所述炭黑优选反射率≤5％的高吸收比炭黑；所述碳化硅优选显微硬度≥ 3000kg/mm2的高强韧性碳化硅。
进一步的，所述黑色金属氧化物粉末包括Fe3O4、MnO2、CuO、Co2O3中的一种或多种。
进一步的，所述铝合金粉优选镁硅6系耐蚀铝合金。
进一步的，所述黑色无机粉末中，石墨11～13％、炭黑16～19％、碳化硅8～10％。
进一步的，所述黑色金属氧化物粉末中，Fe3O4 2～10％、MnO2 1～8％、 CuO 0～7％、Co2O3 0～5％。
所述黑铝复合板的制备步骤如下：
(1)将黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末以及铝合金粉末分别高能球磨至纳米级颗粒；
(2)将上述纳米级颗粒粉末按配比混合搅拌均匀成纳米黑铝复合粉；
(3)将纳米黑铝复合粉在真空热压烧结炉中压制成黑铝复合板素坯；
(4)将真空热压烧结炉升温，使黑铝复合板素坯在高温高压下处于半熔融半凝固状态；
(5)保温一定时间后，冷却至室温卸压，制成黑铝复合板。
进一步的，步骤(3)中，压制时压力范围为15～20T；
进一步的，步骤(4)中，升温至500～520℃，升温时间1h～2h；
进一步的，步骤(5)中，保温时间为30-60min。
所述黑铝复合板的厚度可低至0.5mm。
所述半熔融半凝固状态，既能保证铝合金与黑色复合粉充分结合，又能保证铝合金不会流淌，导致黑色复合粉在铝熔液中分布不均，影响板性能。
与现有技术相比，本发明具有如下明显优势：
本发明改变了传统太阳能板的制备方法，采用黑色复合粉和铝合金粉为主要原料研发了一种通体全黑的黑铝复合板，不需要在板表面喷涂黑色涂层，耐腐蚀不老化，降低了制造成本、简化了生产工艺，解决了传统太阳能板吸热涂层逐年衰减老化的缺陷。通过检测，黑铝复合板的阳光吸收率≥0.95，对太阳光呈现出很强的光谱吸收性和阳光吸收率。经国家节能产品质量监督检验中心检测，72h耐盐雾等加速老化试验合格，即使直接遭受腐蚀性海水、酸雨、紫外线照射等恶劣条件，黑铝复合板的阳光吸收率也不会衰减，样品无裂纹、无起泡、无剥落及腐蚀现象。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是太阳光吸收率测试图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
一种黑铝复合板，其各原料重量百分比组成为：铝合金55％、石墨 11％、炭黑16％、碳化硅8％、Fe3O4 5％、MnO2 3％、Co2O3 2％。
所述黑铝复合板的制备步骤如下：
(1)将黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末以及铝合金粉末分别高能球磨至纳米级颗粒；
(2)将上述纳米级颗粒粉末按上述配比混合搅拌均匀成纳米黑铝复合粉；
(3)将纳米黑铝复合粉在真空热压烧结炉中压制成黑铝复合板素坯，压制压力为15T；
(4)将真空热压烧结炉升温至500℃，使黑铝复合板素坯在高温高压下处于半熔融半凝固状态，升温时间为1.5h；
(5)保温30min后，冷却至室温卸压，制成黑铝复合板。
经国家太阳能集热器质量监督检验中心检测，黑铝复合板的阳光吸收率曲线如图1所示。黑铝复合板对太阳光呈现出很强的光谱吸收性和阳光吸收率，阳光吸收率≥0.95。经国家节能产品质量监督检验中心检测，72h 耐盐雾等加速老化试验合格，即使直接遭受腐蚀性海水、酸雨、紫外线照射等恶劣条件，黑铝复合板的阳光吸收率也不会衰减，样品无裂纹、无起泡、无剥落及腐蚀现象。具体检测结果如表1所示。
表1黑铝复合板性能测试结果
Figure RE-GDA0003638844880000051
实施例2：
一种黑铝复合板，其各原料重量百分比组成为：铝合金45％、石墨 13％、炭黑19％、碳化硅10％、Fe3O4 5％、MnO2 3％、CuO 2％、Co2O3 3％。
所述黑铝复合板的制备步骤如下：
(1)将黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末以及铝合金粉末分别高能球磨至纳米级颗粒；
(2)将上述纳米级颗粒粉末按上述配比混合搅拌均匀成纳米黑铝复合粉；
(3)将纳米黑铝复合粉在真空热压烧结炉中压制成黑铝复合板素坯，压制压力为1.8T；
(4)将真空热压烧结炉升温至520℃，使黑铝复合板素坯在高温高压下处于半熔融半凝固状态，升温时间为1h；
(5)保温40min后，冷却至室温卸压，制成黑铝复合板。
实施例3：
一种黑铝复合板，其各原料重量百分比组成为：铝合金45％、石墨 13％、炭黑19％、碳化硅10％、Fe3O4 2％、MnO2 1％、CuO 2％、Co2O3 3％。
所述黑铝复合板的制备步骤如下：
(1)将黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末以及铝合金粉末分别高能球磨至纳米级颗粒；
(2)将上述纳米级颗粒粉末按上述配比混合搅拌均匀成纳米黑铝复合粉；
(3)将纳米黑铝复合粉在真空热压烧结炉中压制成黑铝复合板素坯，压制压力为2T；
(4)将真空热压烧结炉升温至520℃，使黑铝复合板素坯在高温高压下处于半熔融半凝固状态，升温时间为2h；
(5)保温60min后，冷却至室温卸压，制成黑铝复合板。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种黑铝复合板，其特征在于，其由铝合金粉和黑色复合粉经高压压制和高温烧结而成，所述黑色复合粉由黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末组成。
2.根据权利要求1所述黑铝复合板，其特征在于，所述黑铝复合板中各原料重量百分比组成为：铝合金粉45～55％、黑色无机粉末35～42％、黑色金属氧化物粉末3～20％。
3.根据权利要求2所述黑铝复合板，其特征在于，所述黑色无机粉末为石墨、炭黑和碳化硅中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述黑铝复合板，其特征在于，所述石墨为导热系数≥1000W/M·K的高导热性石墨；所述炭黑为反射率≤5％的高吸收比炭黑；所述碳化硅为显微硬度≥3000kg/mm2的高强韧性碳化硅。
5.根据权利要求1所述黑铝复合板，其特征在于，所述铝合金粉为镁硅6系耐蚀铝合金。
6.根据权利要求2所述黑铝复合板，其特征在于，所述黑色金属氧化物粉末包括Fe3O4、MnO2、CuO、Co2O3中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述黑铝复合板，其特征在于，所述黑色无机粉末中，各组分的质量百分比为：石墨11～13％、炭黑16～19％、碳化硅8～10％。
8.根据权利要求6所述黑铝复合板，其特征在于，所述黑色金属氧化物粉末中，各组分的质量百分比为：Fe3O4 2～10％、MnO2 1～8％、CuO0～7％、Co2O3 0～5％。
9.根据上述权利要求任一项所述黑铝复合板的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(1)将黑色无机粉末和黑色金属氧化物粉末以及铝合金粉末分别高能球磨至纳米级颗粒；
(2)将上述纳米级颗粒粉末按配比混合搅拌均匀成纳米黑铝复合粉；
(3)将纳米黑铝复合粉在真空热压烧结炉中压制成黑铝复合板素坯；
(4)将真空热压烧结炉升温，使黑铝复合板素坯在高温高压下处于半熔融半凝固状态；
(5)保温一定时间后，冷却至室温卸压，制成黑铝复合板。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，压制时压力范围为15～20T；步骤(4)中，升温至500～520℃，升温时间1h～2h；步骤(5)中，保温时间为30-60min。
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