[发明专利]一种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳热能利用领域，涉及一种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，研究较多或已经市场化的中高温光热转换材料大部分都采用磁控溅射或气相沉积方法在金属（铜或铝）基板上沉积多层光热转换物质，这些光热转物质在高低温剧烈变化和长时间使用过程中易发生氧化、层层扩散或脱落，从而影响材料整体的光热转换性能和使用寿命。一般，氧化物陶瓷材料，如氧化铝，具有耐高温、抗氧化等优点，可以在高温空气环境下使用。然而，较低的太阳光吸收系数限制其成为高性能光热转换材料。寻求一种光热转换效率高、耐高温、抗氧化的陶瓷材料，对于高温光热转换领域具有重要意义。

专利CN85102464叙述了一种利用工业废渣（提钒尾渣）生产黑色光热转换陶瓷材料的方法；专利CN1775711提供了一种以提钒尾渣为主要原料生产大尺寸钒钛黑瓷光热元件的方法；专利CN101482335描述了一种以钒钛黑瓷为外表层、普通陶瓷为内层的复合太阳能集热板。上述专利都涉及一种对太阳光吸收率达0.9的钒钛黑瓷，以其作为光热转换物质能较好地加热从中空通道经过的流体，然而较高的红外热辐射率导致大量热能以热辐射的形式损失掉，光热转换对能量的利用效率较低。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料，该材料能够高效吸收太阳能并将其转化为热能，且向外界的热辐射损失低。

本发明还提供了制备这种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料的方法，特别涉及复合增强和表面结构构筑的方法。

一种选择吸收型光热转换陶瓷复合材料，以选择吸收型光热转换陶瓷和无机增强材料为流延粉体，分别经流延成型制得塑性生瓷带，再通过层叠、挤压成型获得具有预设表面结构的坯体，经高温烧结后制得选择吸收型光热转换陶瓷复合材料；所述的层叠为选择吸收型光热转换陶瓷与无机增强材料的生瓷带相互叠加，形成夹心结构，选择吸收型光热转换陶瓷与无机增强材料体积比为2～5︰1。

进一步的，所述的吸收型光热转换陶瓷化学组分表达式为：Sm_1-xSr_xCoO₃，其中X取值范围为0.2～0.8，优选0.4～0.6，更优选0.45～0.55；所述的无机增强材料为SiC晶须、Si₃N₄晶须中的任意一种；

进一步的，所述的吸收型光热转换陶瓷中的Sm元素由硝酸钐、碳酸钐中的至少一种引入；Sr元素由硝酸锶、碳酸锶中的至少一种引入；Co元素由硝酸钴、氧化钴中的至少一种引入。

上述选择吸收型光热转换陶瓷复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）选择吸收型光热转换陶瓷生瓷带的制备：按Sm_1-xSr_xCoO₃计量比称取相应的原料置于聚四氟乙烯球磨罐，以乙醇为球磨介质，240～270r/min转速球磨5～8h后，料浆经抽滤后置于50～80℃恒温鼓风干燥箱中烘干，将粉体置于氧化铝坩埚，预烧温度850～950℃、保温5～8h，预烧结后的粉体经研磨，过筛筛目选择100～200目；按质量百分比称取61～64%过筛后的预烧粉体、27～29%溶剂、1～2%分散剂，以95～110r/min转速球磨4～8h，再加入4～6%黏结剂和2～3%塑化剂，以170～190r/min转速球磨24～36h得到流延浆料，倒出浆料，置于真空脱泡器中，去除溶解在浆体中气泡；取脱泡后的浆料进行流延成型，刮刀高度200～300μm，流延膜移动速率为0.5～1m/min，干燥后的生瓷带厚度为80～140μm；

（2）无机增强材料生瓷带的制备：取无机增强材料置于聚四氟乙烯球磨罐，以乙醇为球磨介质，240～270r/min转速球磨5～8h后，料浆经抽滤后置于60℃恒温鼓风干燥箱中烘干，将粉体置于氧化铝坩埚，预烧温度850～950℃、保温5～8h，预烧结后的粉体经研磨，过筛筛目选择100～200目；按质量百分比称取61～64%过筛后的预烧粉体、27～29%溶剂、1～2%分散剂，以95～110r/min转速球磨4～8h，再加入4～6%黏结剂和2～3%塑化剂，以170～190r/min转速球磨24～36h得到流延浆料，倒出浆料，置于真空脱泡器中，去除溶解在浆体中气泡；取脱泡后的浆料进行流延成型，刮刀高度200～300μm，流延膜移动速率为0.5～1m/min，干燥后的生瓷带厚度为90～140μm；

（3）层叠、挤压成型：

A、在压模的预设有表面结构的一侧均匀涂覆一层石蜡；