[发明专利]一种致密化的莫来石-刚玉-SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种致密化的莫来石‑刚玉‑SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料及其制备方法。本发明中通过向由两种粒径混合形成的SiC混合粉中添加高活性煅烧铝矾土，不仅引入了莫来石和刚玉两种结合相，同时还可使得不同粒径的SiC颗粒和煅烧铝矾土形成粗、中、细级配，辅以二次成型的使用，不仅大大降低了SiC基储热材料的烧成温度，最终还使得制得的陶瓷材料具有较高的致密度、机械性能和储热性能。

技术领域

本发明涉及新能源陶瓷技术领域，尤其涉及一种致密化的莫来石-刚玉-SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

太阳能作为最理想的可再生能源，开发和利用太阳能的太阳能热发电技术是最具潜力的绿色发电方式，然而，太阳能的昼夜间断性和天气变化导致的不连续性也限制了太阳能热发电技术的应用。

为维持太阳能装置的正常运行，保证电力的平稳输出，储热技术成为太阳能热发电系统的关键，而储热材料的储热性能和抗热震性能是影响光热转换效率以及使用寿命的关键，这直接关系到太阳能热发电的效率和成本。因此，研究一种具有较高的致密度和抗热震性能的高温储热陶瓷新材料成为新一代太阳能热发电光热转换系统的关键。

储热技术按其储热方式不同，分为显热、潜热和化学储热。显热储热技术因其原理最简单、材料来源最丰富、技术最成熟，成为应用最广泛的储热方式。目前常见的显热储热材料多为高温混凝土及陶瓷材料，高温混凝土储热材料一般内置有合金换热管道，其管道成本已高达整个储热系统成本的45％-55％，且作为储热材料导热率很低，如公开号为CN104671728A、发明名称为“一种太阳能中温蒸汽发电用混凝土储热材料及其制备方法”的发明专利中提供的混凝土储热材料的热导率最高仅有1.78W·(m·K)^-1，计算可得其储热密度不超过480J·g^-1；相比之下，陶瓷作为储热材料，储热密度相对较高，《Selectionofmaterials for high temperature sensible energy storage》(S.Khare，M.Dell'Amico，C.Knight，S.McGarry.Vol.115(2013)，114-122)一文指出，陶瓷材料相较于其他材料具有明显优势，常见的高温陶瓷显热储热材料有刚玉、氧化锆、莫来石等氧化物以及SiC等非氧化物，但SiC由于热导率高、抗热震性能优异等优势，成为高温储热陶瓷材料的理想材料，但SiC基复合材料致密化困难，使其在太阳能储热领域应用受限，如公开号为CN106045486A、发明名称为“高热导率红柱石/碳化硅复相储热陶瓷及其制备方法”的发明专利中提供的SiC基复相储热陶瓷材料储热密度可高达900J·g^-1，虽然其体积密度大于2.00g·cm^-3，仍未达到理想的致密化效果。

因此，制备一种能够满足以空气为工质的高效热发电系统的储热要求(工作温度达800-1000℃)同时又兼具致密化的、抗热震性优异的SiC基储热材料迫在眉睫。

发明内容

针对上述问题，现提供一种致密度高、抗震性能好、储热密度大且成本低廉的致密化的莫来石-刚玉-SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料及其制备方法，旨在有效满足太阳能吸热储热的使用要求的同时还可实现对太阳能吸热储热系统的有效调控。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种致密化的莫来石-刚玉-SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：

(1)原料处理：将SiC粉、煅烧铝矾土粉、高岭土粉球磨混合均匀，得混合粉料；

(2)制备坯体：向混合粉料中加入粘结剂并混合均匀，得坯料，然后将坯料压制成坯体后再压制成型，随后将压制成型后的坯体烘干，得干燥坯体；

(3)烧成：将干燥坯体埋入装有石墨粉的匣钵中，再将匣体置于电阻炉中烧结，得一种致密化的莫来石-刚玉-SiC太阳能热发电用复相储热陶瓷材料；