[发明专利]一种新型太阳能吸热陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种新型太阳能吸热陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生资源，开发和利用太阳能是实现能源供应多元化、保证能源安全的重要途径之一。近年来，在节能减排的政策引导和要求下，我国建筑中太阳能光热技术的应用显著增加，对于太阳能建筑一体化的要求也越来越高。

塔式太阳能热发电系统由于聚光比高(200-100KW/m²)、热力循环温度高、热损耗小、系统简单且效率高的特点得到世界各国的重视，是目前各国都在大力研究的先进的大规模太阳能热发电技术，作为塔式太阳能热发电核心的空气吸热器，其中的高温吸热体材料担负着接收太阳聚光能量，以及吸热换热的重要作用，影响着整个热发电系统的稳定性及效率的高低。

在聚光太阳能热发电技术中，泡沫陶瓷常被用作空气吸热器的吸热材料。Si₃N₄-SiC吸热陶瓷具有高的强度以及良好的微观组织结构，是一种适合塔式太阳能热发电吸热器的新型吸热材料。中科院电工所专利CN101122425A公开了一种碳化硅泡沫陶瓷太阳能吸热器；CN104671787A公开了一种太阳能热发电吸热体材料-Si₃N₄-SiC吸热陶瓷材料的制备，具有高的强度以及良好的微观组织结构，是一种适合塔式太阳能热发电吸热器用吸热材料。

但是，由于塔式吸热器聚光能流密度不均匀性和不稳定性形成的吸热体局部热斑造成材料热应力破坏、空气流动稳定性差以及耐久性不高等问题，因而需迫切的开发具有抗高温氧化性好、抗热震性好、具有三维或者二维的连通结构、高比表面以及高热导率的新型吸热体材料。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种新型太阳能吸热陶瓷材料及其制备方法，以Si₃N₄和SiC为基材，以红柱石、α-Al₂O₃、Y₂O₃以及Cr₂O₃为添加剂，合成耐高温结合相，以聚氨酯泡沫为前驱体，采用有机泡沫浸渍工艺，制备抗高温氧化性好、抗热震性好、具有三维网状结构、高比表面和高热导率的泡沫Si₃N₄/SiC吸热陶瓷材料，用于塔式太阳能热发电吸热体。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种新型太阳能吸热陶瓷材料，由包含以下重量百分含量的组分组成：Si₃N₄15-40wt％，SiC15-40wt％，红柱石5-20wt％，α-Al₂O₃5-15wt％，Y₂O₃1-10wt％，Cr₂O₃1-10wt％，以Si₃N₄和SiC为基材，以红柱石、α-Al₂O₃、Y₂O₃以及Cr₂O₃为添加剂合成耐高温结合相，以聚氨酯泡沫为前驱体，采用有机泡沫浸渍工艺制备泡沫Si₃N₄/SiC吸热陶瓷材料。

所述的基材Si₃N₄、SiC，添加剂红柱石、α-Al₂O₃、Y₂O₃、Cr₂O₃均为平均粒径1-100nm的粉末。

所述的聚氨酯泡沫先驱体为液态。

一种新型太阳能吸热陶瓷材料及其制备方法，包含以下步骤：

(1)按照配比称取上述原料，以无水乙醇为分散剂，ZrO₂球为球磨介质，采用滚筒式球磨机在球磨转速为120-140r/min的条件下球磨混合12-16h得浆料；

(2)将步骤(1)中的浆料与先驱体溶液聚氨酯泡沫按照重量比为1：5-100混合并搅拌10-30min，然后进行超声处理1-12h充分混合均匀；

(3)将步骤(2)中的混合物置于密闭容器中，升温至150-300℃；在惰性气体保护下保温1-6h至交联固化，然后真空烘干；