[发明专利]一种具有高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多孔陶瓷技术领域，具体为一种具有高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料及其制备方法和应用。基于组成材质和/或结构可调的丝网介质材料的结构设计，结合材质和结构的优选及制备方法，所得材料可满足多孔介质燃烧器及太阳能空气吸热器的应用要求。该介质材料宏观上为多层陶瓷丝网波纹片组合而成，丝网网丝为实心或空心结构，网丝所围的网孔孔径为2～50目，网孔面积占比为50％～95％，其组成材质优选但不限于碳化硅、氮化硅和/或塞隆，制备方法优选但不限于反应烧结。本发明适用于多孔介质燃烧器及太阳能空气吸热器的介质材料，旨在解决常规陶瓷泡沫介质抗热震性能不佳，热冲击较大情况下易损坏及流体阻力较大的问题。

技术领域：

本发明涉及多孔陶瓷技术领域，具体为一种具有高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料及其制备方法和应用，可作为多孔介质燃烧器及太阳能空气吸热器中的介质材料，特别适合于对于介质材料的高稳定性的工况要求，材料具有高强度、低流阻、高耐热性、高耐热震的优良综合性能。

背景技术：

在多孔介质燃烧技术及太阳能空气热发电中，多孔材料起到组织燃烧和传-换热的关键性作用，尤其在多孔介质燃烧技术领域，随着燃烧装置向着更高功率密度(1.5MW/m²级)的发展趋势，增加了对介质材料的负荷，材料需同时满足高强度、高导热、耐高温、抗氧化、抗热震、低成本等技术经济性能要求。太阳能空气热发电技术中，现有技术采用的多为蜂窝陶瓷或者陶瓷泡沫吸热体，蜂窝陶瓷降低的优点，但由于其结构限制，传-换热均为一维单向，换热效率不高，陶瓷泡沫作为吸热体材料较具有三维传-换热优点，较蜂窝陶瓷具有更高的换热能力，但其内部高温空气流阻较大，风机能耗较大。总之现有多孔陶瓷介质难以满足两种技术进一步发展的需求，需开发低流阻、耐温性更好、抗热损伤能力更强的长寿命多孔陶瓷材料。

陶瓷泡沫作为一种比较常用的多孔介质材料，材质主要为碳化硅、氧化铝、氧化锆等。但陶瓷泡沫存在着一些问题，首先制备陶瓷泡沫的模板为发泡聚氨酯泡沫，其发泡过程决定了其内部孔型结构的无序性和不规则性，进而导致泡沫材料的流体阻力较大，在多孔介质燃烧技术中应用，大的流阻意味着预混气体需要较大的输送压力，容易导致气体分布的不均匀性增加，燃烧面温度均匀性会变差，热应力大易导致材料的破坏，同时根据研究表明，其点火的难易、完全进入多孔燃烧状态的时间、燃烧过程的控制难易程度等均与材料的流体阻力有着明显的关联；对于太阳能空气热发电来说，大的空气流阻意味着大的空气输送压力，这部分能耗势必较大。其次，聚氨酯泡沫模板构型决定了最终陶瓷泡沫制品的孔型结构，不具有调节性，在多孔介质燃烧及太阳能热发电的使用工况条件下，存在急冷急热以及材料较大的温差，造成材料使用中热应力巨大，非常容易导致材料的热冲击破坏。

鉴于陶瓷泡沫流体阻力大、孔型结构不具有调节性，存在着无法通过结构的调整来降低流阻和提升材料抗热冲击能力的局限性，本发明创新性地提出了一种陶瓷丝网波纹介质材料，通过网丝结构、丝网网孔构型、波纹形状、材质优选、制备工艺优选等多方面提出系统的解决方法，获得高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料。该陶瓷丝网波纹介质材料能在保持介质功能的同时，还具备低流阻的特点，并且通过结构的优化提高了材料的抗热震能力，提升了材料的使用极限和操作弹性。

发明内容：

为了解决现有多孔介质燃烧及太阳能空气热发电用陶瓷多孔介质在产品化与实用化过程中普遍存在的流阻大、抗热冲击能力不强，整体力学性能不佳的问题，本发明旨在提供一种具有高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料及其制备方法和应用，通过高抗热震性能的陶瓷丝网波纹介质材料的网丝结构设计、丝网网孔构型设计、波纹形状设计、材质优选、制备工艺优选，进而组装成陶瓷丝网波纹介质，以满足多孔介质燃烧及太阳能空气热发电对于低流阻、抗热冲击能力强的陶瓷丝网波纹介质材料的需求。

本发明的技术方案如下：