相变储能材料也叫相变材料（Phase Change Materials，PCM）主要是指液固相变材料。它有无机非金属、金属、有机相变材料，以及有机与无机混合相变材料。这里，我们选取几种无机（非金属和金属）相变材料做介绍。

1.无机结晶水合盐

用AB·nH2O表示结晶水合盐。稳定水合盐在熔点熔化时，发生下面的过程：

不稳定水合盐熔化时的过程为

不稳定水合盐熔化时的过程为

以上两式中，n和m为结晶水前的系数，Q是反应热。它们所示的过程中，结晶水合盐熔化吸热储能，反之则凝固释能。这类材料属于常温、低温相变储能材料（相变温度在-50～90℃左右）。比如Na2SO4·10H2O，相变温度为32℃，相变潜热为251 kJ/kg，它是蓄冷空调的一种重要相变材料。

中温相变储热材料的相变温度范围在90～400℃。比如NH4Al（SO4）2·12H2O，相变温度为94℃，相变潜热为269 kJ/kg。它已被用于一些储能式电热水器的相变材料。此外还有MgCl2·6H2O，它的相变温度为117℃，相变潜热为168.6 kJ/kg。

2.金属及合金相变材料

科学家们研究发现，含有较多Si或Al元素的合金具有较大的相变潜热。相变温度在780～850K时，这些合金的储能密度最大。Mg2Si-Si共晶合金具有高储能密度的温度为1219 K，相变潜热为774 kJ/kg。Al-Si合金852 K时的相变潜热为515 kJ/kg。Al-Si-Mg合金在833 K时的相变潜热为545 kJ/kg。由此可见，金属及其合金的相变潜热大。此外，合金的热导率是其他储能材料的几十倍甚至几百倍，传热容易，而且金属相变储能材料在使用和废弃后对环境无污染。故金属相变材料受到人们的青睐。

3.无机盐/陶瓷基复合储能材料

无机盐/陶瓷基复合储能材料的基体为具有多孔结构的陶瓷，其中的空隙尺寸在微米级。在这些微米级空隙构成的网络中分布着许多无机盐。复合材料受热时，无机盐吸收热量熔化。由于毛细管力的作用，熔盐不会流出。这种储热系统既可利用熔盐的潜热，也可利用陶瓷和无机盐的显热。因此，该储热系统具有以下优点：潜热储能密度大，输出稳定；而显热储能元件可与换热流体直接接触换热；克服了潜热储能成本高、材料容易被熔盐腐蚀的缺点。

这种储能材料可用在工业炉的蓄热器上，如作为玻璃池窑蓄热室的耐火砖材质。用这种材料来代替传统蓄热器和热风炉的耐火砖时，蓄热量可大2～2.5倍，而体积减小35%，造价降低11%。这类材料如Na2CO3+BaCO3/MgO，相变温度为686℃，相变潜热为73.6 kJ/kg；Na2SO4/SiO2，相变温度为880℃，相变潜热为76.4～92.67 kJ/kg。

以上金属及合金相变材料、无机盐/陶瓷基复合储能材料属于高温相变储热材料。高温相变储热材料的相变温度在400℃以上。它们主要用于工业余热回收、太阳能发电和小功率电站等方面。

本章结语

我们在本章向读者介绍了相变的一些基础理论。对形核-长大型相变来说，非均匀形核所需的能量比均匀形核少，因此非均匀形核比较普遍。在我们介绍的相变中，只有G.P.区是依靠浓度起伏的均匀形核方式形核的。而无需形核即可发生相变的是Spinodal分解。Spinodal分解和亚稳分解统称分相。处于分相区的系统分为两相后，系统的自由能更低。简言之，相变使材料形成了不同的显微结构，进而导致性能的不同。这一点在碳钢的固态相变中表现得特别明显。比如采取不同的冷却方式，共析钢的相变组织可能是珠光体、索氏体、屈氏体，也可能是贝氏体或马氏体。这些不同的组织赋予共析钢不同的强度、韧性或硬度等性能。

对多晶材料而言，当相变完成后，其中的晶粒在一定条件下会发生再结晶。此外，在陶瓷或粉末冶金的制备过程中，有晶粒生长和二次再结晶现象。晶粒生长和再结晶如何影响显微结构？烧结又是怎么回事呢？请继续学习下一章。

推荐读物

［1］Jaeger G.The ehrenfest classification of phase transitions：introduction and evolution［J］.Archive for History of Exact Sciences，1998，53：51-81.

［2］潘振甦，张惠丰，郭景坤.定向凝固共晶多相复合陶瓷的研究现状［J］.无机材料学报，1999，14（4）：513-519.

［3］徐祖耀.无机非金属材料的马氏体相变（Ⅰ～Ⅲ）［J］.机械工程材料，1997，（4-6）.

［4］刘平，陈显求，许淑惠.玻璃的分相与结晶（一～六）［J］.玻璃与搪瓷，1994，22（1-6）.(www.daowen.com)

［5］徐祖耀.Spinodal分解始发形成调幅组织的强化机制［J］.金属学报，2011，47（1）：1-6.

［6］叶锋，曲江兰，仲俊瑜，等.相变储热材料研究进展［J］.过程工程学报，2010，10（6）：1231-1241.

以上两式中，n和m为结晶水前的系数，Q是反应热。它们所示的过程中，结晶水合盐熔化吸热储能，反之则凝固释能。这类材料属于常温、低温相变储能材料（相变温度在-50～90℃左右）。比如Na2SO4·10H2O，相变温度为32℃，相变潜热为251 kJ/kg，它是蓄冷空调的一种重要相变材料。

中温相变储热材料的相变温度范围在90～400℃。比如NH4Al（SO4）2·12H2O，相变温度为94℃，相变潜热为269 kJ/kg。它已被用于一些储能式电热水器的相变材料。此外还有MgCl2·6H2O，它的相变温度为117℃，相变潜热为168.6 kJ/kg。

2.金属及合金相变材料

科学家们研究发现，含有较多Si或Al元素的合金具有较大的相变潜热。相变温度在780～850K时，这些合金的储能密度最大。Mg2Si-Si共晶合金具有高储能密度的温度为1219 K，相变潜热为774 kJ/kg。Al-Si合金852 K时的相变潜热为515 kJ/kg。Al-Si-Mg合金在833 K时的相变潜热为545 kJ/kg。由此可见，金属及其合金的相变潜热大。此外，合金的热导率是其他储能材料的几十倍甚至几百倍，传热容易，而且金属相变储能材料在使用和废弃后对环境无污染。故金属相变材料受到人们的青睐。

3.无机盐/陶瓷基复合储能材料

无机盐/陶瓷基复合储能材料的基体为具有多孔结构的陶瓷，其中的空隙尺寸在微米级。在这些微米级空隙构成的网络中分布着许多无机盐。复合材料受热时，无机盐吸收热量熔化。由于毛细管力的作用，熔盐不会流出。这种储热系统既可利用熔盐的潜热，也可利用陶瓷和无机盐的显热。因此，该储热系统具有以下优点：潜热储能密度大，输出稳定；而显热储能元件可与换热流体直接接触换热；克服了潜热储能成本高、材料容易被熔盐腐蚀的缺点。

这种储能材料可用在工业炉的蓄热器上，如作为玻璃池窑蓄热室的耐火砖材质。用这种材料来代替传统蓄热器和热风炉的耐火砖时，蓄热量可大2～2.5倍，而体积减小35%，造价降低11%。这类材料如Na2CO3+BaCO3/MgO，相变温度为686℃，相变潜热为73.6 kJ/kg；Na2SO4/SiO2，相变温度为880℃，相变潜热为76.4～92.67 kJ/kg。

以上金属及合金相变材料、无机盐/陶瓷基复合储能材料属于高温相变储热材料。高温相变储热材料的相变温度在400℃以上。它们主要用于工业余热回收、太阳能发电和小功率电站等方面。

本章结语

我们在本章向读者介绍了相变的一些基础理论。对形核-长大型相变来说，非均匀形核所需的能量比均匀形核少，因此非均匀形核比较普遍。在我们介绍的相变中，只有G.P.区是依靠浓度起伏的均匀形核方式形核的。而无需形核即可发生相变的是Spinodal分解。Spinodal分解和亚稳分解统称分相。处于分相区的系统分为两相后，系统的自由能更低。简言之，相变使材料形成了不同的显微结构，进而导致性能的不同。这一点在碳钢的固态相变中表现得特别明显。比如采取不同的冷却方式，共析钢的相变组织可能是珠光体、索氏体、屈氏体，也可能是贝氏体或马氏体。这些不同的组织赋予共析钢不同的强度、韧性或硬度等性能。

对多晶材料而言，当相变完成后，其中的晶粒在一定条件下会发生再结晶。此外，在陶瓷或粉末冶金的制备过程中，有晶粒生长和二次再结晶现象。晶粒生长和再结晶如何影响显微结构？烧结又是怎么回事呢？请继续学习下一章。

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［1］Jaeger G.The ehrenfest classification of phase transitions：introduction and evolution［J］.Archive for History of Exact Sciences，1998，53：51-81.

［2］潘振甦，张惠丰，郭景坤.定向凝固共晶多相复合陶瓷的研究现状［J］.无机材料学报，1999，14（4）：513-519.

［3］徐祖耀.无机非金属材料的马氏体相变（Ⅰ～Ⅲ）［J］.机械工程材料，1997，（4-6）.

［4］刘平，陈显求，许淑惠.玻璃的分相与结晶（一～六）［J］.玻璃与搪瓷，1994，22（1-6）.

［5］徐祖耀.Spinodal分解始发形成调幅组织的强化机制［J］.金属学报，2011，47（1）：1-6.

［6］叶锋，曲江兰，仲俊瑜，等.相变储热材料研究进展［J］.过程工程学报，2010，10（6）：1231-1241.