[發明專利]一種致密化的莫來石-剛玉-SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010217491.0
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111269015B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 徐曉虹;宋佳;吳建鋒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨潔

本發明涉及一種致密化的莫來石?剛玉?SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料及其制備方法。本發明中通過向由兩種粒徑混合形成的SiC混合粉中添加高活性煅燒鋁礬土，不僅引入了莫來石和剛玉兩種結合相，同時還可使得不同粒徑的SiC顆粒和煅燒鋁礬土形成粗、中、細級配，輔以二次成型的使用，不僅大大降低了SiC基儲熱材料的燒成溫度，最終還使得制得的陶瓷材料具有較高的致密度、機械性能和儲熱性能。

技術領域

本發明涉及新能源陶瓷技術領域，尤其涉及一種致密化的莫來石-剛玉-SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

太陽能作為最理想的可再生能源，開發和利用太陽能的太陽能熱發電技術是最具潛力的綠色發電方式，然而，太陽能的晝夜間斷性和天氣變化導致的不連續性也限制了太陽能熱發電技術的應用。

為維持太陽能裝置的正常運行，保證電力的平穩輸出，儲熱技術成為太陽能熱發電系統的關鍵，而儲熱材料的儲熱性能和抗熱震性能是影響光熱轉換效率以及使用壽命的關鍵，這直接關系到太陽能熱發電的效率和成本。因此，研究一種具有較高的致密度和抗熱震性能的高溫儲熱陶瓷新材料成為新一代太陽能熱發電光熱轉換系統的關鍵。

儲熱技術按其儲熱方式不同，分為顯熱、潛熱和化學儲熱。顯熱儲熱技術因其原理最簡單、材料來源最豐富、技術最成熟，成為應用最廣泛的儲熱方式。目前常見的顯熱儲熱材料多為高溫混凝土及陶瓷材料，高溫混凝土儲熱材料一般內置有合金換熱管道，其管道成本已高達整個儲熱系統成本的45％-55％，且作為儲熱材料導熱率很低，如公開號為CN104671728A、發明名稱為“一種太陽能中溫蒸汽發電用混凝土儲熱材料及其制備方法”的發明專利中提供的混凝土儲熱材料的熱導率最高僅有1.78W·(m·K)^-1，計算可得其儲熱密度不超過480J·g^-1；相比之下，陶瓷作為儲熱材料，儲熱密度相對較高，《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，陶瓷材料相較于其他材料具有明顯優勢，常見的高溫陶瓷顯熱儲熱材料有剛玉、氧化鋯、莫來石等氧化物以及SiC等非氧化物，但SiC由于熱導率高、抗熱震性能優異等優勢，成為高溫儲熱陶瓷材料的理想材料，但SiC基復合材料致密化困難，使其在太陽能儲熱領域應用受限，如公開號為CN106045486A、發明名稱為“高熱導率紅柱石/碳化硅復相儲熱陶瓷及其制備方法”的發明專利中提供的SiC基復相儲熱陶瓷材料儲熱密度可高達900J·g^-1，雖然其體積密度大于2.00g·cm^-3，仍未達到理想的致密化效果。

因此，制備一種能夠滿足以空氣為工質的高效熱發電系統的儲熱要求(工作溫度達800-1000℃)同時又兼具致密化的、抗熱震性優異的SiC基儲熱材料迫在眉睫。

發明內容

針對上述問題，現提供一種致密度高、抗震性能好、儲熱密度大且成本低廉的致密化的莫來石-剛玉-SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料及其制備方法，旨在有效滿足太陽能吸熱儲熱的使用要求的同時還可實現對太陽能吸熱儲熱系統的有效調控。

具體技術方案如下：

本發明的第一個方面是提供一種致密化的莫來石-剛玉-SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料的制備方法，具有這樣的特征，包括如下步驟：

(1)原料處理：將SiC粉、煅燒鋁礬土粉、高嶺土粉球磨混合均勻，得混合粉料；

(2)制備坯體：向混合粉料中加入粘結劑并混合均勻，得坯料，然后將坯料壓制成坯體后再壓制成型，隨后將壓制成型后的坯體烘干，得干燥坯體；

(3)燒成：將干燥坯體埋入裝有石墨粉的匣缽中，再將匣體置于電阻爐中燒結，得一種致密化的莫來石-剛玉-SiC太陽能熱發電用復相儲熱陶瓷材料；