一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料的製作方法

2023-05-04 00:34:56 1

本發明涉及新能源技術領域，尤其涉及一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料。

背景技術：

新能源是傳統能源之外的各種能源形式，包括太陽能、地熱能、海洋能、風能和核聚變能等。太陽能是取之不盡用之不竭的可再生資源，開發和利用太陽能是實現能源供應多元化、保證能源安全的重要途徑之一。近年來，在節能減排的政策引導和要求下，我國建築中太陽能光熱技術的應用顯著增加，對於太陽能建築一體化的要求也越來越高。

太陽能塔式發電是應用的塔式系統。塔式系統又稱集中式系統。它是在很大面積的場地上裝有許多臺大型太陽能反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺都各自配有跟蹤機構準確的將太陽光反射集中到一個高塔頂部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超過1000倍。在這裡把吸收的太陽光能轉化成熱能，再將熱能傳給工質，經過蓄熱環節，再輸入熱動力機，膨脹做工，帶動發電機，最後以電能的形式輸出。主要由聚光子系統、集熱子系統、蓄熱子系統、發電子系統等部分組成。

塔式太陽能熱發電系統由於聚光比高(200-100kw/m2)、熱力循環溫度高、熱損耗小、系統簡單且效率高的特點得到世界各國的重視，是目前各國都在大力研究的先進的大規模太陽能熱發電技術，作為塔式太陽能熱發電核心的空氣吸熱器，其中的高溫吸熱體材料擔負著接收太陽聚光能量，以及吸熱換熱的重要作用，影響著整個熱發電系統的穩定性及效率的高低。

但是，由於塔式吸熱器聚光能流密度不均勻性和不穩定性形成的吸熱體局部熱斑造成材料熱應力破壞、空氣流動穩定性差以及耐久性不高等問題，因而需迫切的開發具有抗高溫氧化性好、抗熱震性好、具有三維或者二維的連通結構、高比表面以及高熱導率的新型吸熱體材料。

技術實現要素：

基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料。

一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料，包括以下重量份的組分：氮化矽5-10份，二氧化矽80-100份，矽化鈦5-10，氧化鋰3-5份，氧化鈮1-3份，氧化鋁15-25份，氧化鈉3-8份，氧化硼3-5份，氟化鋇3-6份，氮化硼2-4份。

優選的，包括以下重量份的組分：氮化矽8份，二氧化矽90份，矽化鈦6份，氧化鋰4份，氧化鈮2.5份，氧化鋁18份，氧化鈉5份，氧化硼4份，氟化鋇5份，氮化硼3.5份。

優選的，各組分均為平均粒徑80-200nm的粉末。

上述一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟：

a、先將矽化鈦、氧化鋰、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈉、氧化硼、氟化鋇以及氮化硼混合均勻後，高溫熱固成型，並再次研磨成納米級粉末得到混合添加劑，

b、然後加入到氮化矽和二氧化矽混合粉末中，混合均勻並二次燒結，得到陶瓷材料。

優選的，所述的步驟a中，高溫熱固成型的溫度為800-900℃，燒結的時間為50-80min：

優選的，所述的步驟a中，混合添加劑的粒徑為20-80nm。

優選的，所述的步驟b中，二次燒結的條件為：真空度60-100pa；溫度850-950℃，二次燒結的時間為100-150min。

本方案相比於傳統方案的有益之處在於：本發明製備的應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料，主要成分包括：氮化矽、二氧化矽、矽化鈦、氧化鋰、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈉、氧化硼、氟化鋇以及氮化硼。本發明的應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料氣孔均勻，有利於泡沫陶瓷強度提高；加入氟化鋇可以顯著降低燒結溫度，從而降低成本，節能降耗；燒成後泡沫陶瓷主晶相為氮化矽和二氧化矽，抗壓強度為好，抗熱震能力強，高比表面和高熱導率等特點，有效解決了當前太陽能吸熱體材料抗熱震性能差的問題。

具體實施方式

實施例1：

一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料，包括以下重量份的組分：氮化矽8份，二氧化矽90份，矽化鈦6份，氧化鋰4份，氧化鈮2.5份，氧化鋁18份，氧化鈉5份，氧化硼4份，氟化鋇5份，氮化硼3.5份。

各組分均為平均粒徑80-200nm的粉末。

上述一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟：

a、先將矽化鈦、氧化鋰、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈉、氧化硼、氟化鋇以及氮化硼混合均勻後，高溫熱固成型，並再次研磨成納米級粉末得到混合添加劑，

b、然後加入到氮化矽和二氧化矽混合粉末中，混合均勻並二次燒結，得到陶瓷材料。

所述的步驟a中，高溫熱固成型的溫度為850℃，燒結的時間為50-80min：

所述的步驟a中，混合添加劑的粒徑為20-80nm。

所述的步驟b中，二次燒結的條件為：真空度80pa；溫度920℃，二次燒結的時間為120min。

實施例2：

一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料，包括以下重量份的組分：氮化矽10份，二氧化矽80份，矽化鈦10，氧化鋰3份，氧化鈮3份，氧化鋁15份，氧化鈉8份，氧化硼3份，氟化鋇3份，氮化硼4份。

各組分均為平均粒徑80-200nm的粉末。

上述一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟：

a、先將矽化鈦、氧化鋰、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈉、氧化硼、氟化鋇以及氮化硼混合均勻後，高溫熱固成型，並再次研磨成納米級粉末得到混合添加劑，

b、然後加入到氮化矽和二氧化矽混合粉末中，混合均勻並二次燒結，得到陶瓷材料。

所述的步驟a中，高溫熱固成型的溫度為800℃，燒結的時間為80min：

所述的步驟a中，混合添加劑的粒徑為20-80nm。

所述的步驟b中，二次燒結的條件為：真空度60pa；溫度950℃，二次燒結的時間為100min。

實施例3：

一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料，包括以下重量份的組分：氮化矽5份，二氧化矽100份，矽化鈦5，氧化鋰5份，氧化鈮1份，氧化鋁25份，氧化鈉3份，氧化硼5份，氟化鋇6份，氮化硼2份。

各組分均為平均粒徑80-200nm的粉末。

上述一種應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟：

a、先將矽化鈦、氧化鋰、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈉、氧化硼、氟化鋇以及氮化硼混合均勻後，高溫熱固成型，並再次研磨成納米級粉末得到混合添加劑，

b、然後加入到氮化矽和二氧化矽混合粉末中，混合均勻並二次燒結，得到陶瓷材料。

所述的步驟a中，高溫熱固成型的溫度為900℃，燒結的時間為50min：

所述的步驟a中，混合添加劑的粒徑為20-80nm。

所述的步驟b中，二次燒結的條件為：真空度100pa；溫度850℃，二次燒結的時間為150min。

對比例1

將實施例1的樣品中的氟化鋇去除，其餘製備條件不變。

對比例2

將實施例1的樣品中的氟化鋇去除，並將步驟a中的高溫熱固成型的溫度為提升為1280℃，其餘製備條件不變。

以下對實施例1-3和對比例1和2的樣品進行檢測

檢測並統計實施例1-3所得陶瓷材料的氣孔率，平均孔徑，抗壓強度和30次熱震後抗壓強度，結果見表1。

由表1可知，本發明的應用於太陽能熱發電系統的低成本太陽能陶瓷材料氣孔均勻，抗壓強度高，抗熱震性能好；雖然將高溫熱固成型的溫度為提升為1280℃，材料的抗壓強度和抗熱震性能可以得到進一步的提升，但是降低熱固成型溫度後，性能下降的幅度小於10％，仍顯著高於市場上的產品。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。