太陽(yáng)能熱發(fā)電輸熱管道材料的研究.pdf

1、目前，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中熱流的輸送主要采用合金鋼管道，由于合金鋼管道不耐高溫，且在高溫條件下耐腐蝕性差，因此開(kāi)發(fā)新的輸熱管道材料至關(guān)重要。本文基于太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電的需要，研究了莫來(lái)石.堇青石復(fù)相陶瓷、Mg-Al-Si系A(chǔ)l2O3基復(fù)相陶瓷及Ca-Mg-Al-Si系A(chǔ)l2O3基復(fù)相陶瓷等3種材料，開(kāi)發(fā)了用于太陽(yáng)能熱發(fā)電輸熱管道的高溫強(qiáng)度大、抗熱震性好的堇青石-莫來(lái)石復(fù)相陶瓷材料及Al2O3基復(fù)相陶瓷材料。采用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，研究了樣品組

2、成、制備工藝、顯微結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，探討了抗熱震機(jī)理。
　　 以合成堇青石粉和合成莫來(lái)石粉為原料，采用無(wú)壓燒結(jié)法制備了莫來(lái)石-堇青石復(fù)相陶瓷。實(shí)驗(yàn)表明最佳配方為：堇青石70wt％，莫來(lái)石30wt％，樣品在1440℃下保溫2h燒成，吸水率為0.12％、氣孔率為0.30％、體積密度為2.487g/cm3，抗折強(qiáng)度為68.49MPa，燒成收縮率為29.93％。小條樣品經(jīng)20次熱震實(shí)驗(yàn)后，強(qiáng)度不但沒(méi)有損失，反而增加了27.2％；圓片樣品

3、30次熱震無(wú)裂紋。研究表明由于堇青石的開(kāi)放型晶體結(jié)構(gòu)阻礙了樣品致密化，樣品燒結(jié)溫度隨著配方中堇青石含量的增加而提高。XRD分析表明，所有樣品的晶相組成均為高溫堇青石、低溫堇青石、莫來(lái)石和α-鱗石?？篃嵴饳C(jī)理研究表明，當(dāng)配方中莫來(lái)石添加量大于40％時(shí)，燒成樣品中存在大量塊狀和針棒裝莫來(lái)石晶粒，這種結(jié)構(gòu)有利于樣品燒成強(qiáng)度的提高，但會(huì)降低其抗熱震性能；當(dāng)莫來(lái)石添加量為20～30％時(shí)，燒成樣品由層狀堇青石晶相組成，少量莫來(lái)石鑲嵌其中，這種結(jié)構(gòu)使

4、樣品具有優(yōu)異的抗熱震性能。當(dāng)莫來(lái)石添加量小于10％時(shí)，燒成樣品中玻璃相含量大，抗熱震性能差。對(duì)比樣品熱震前后晶相組成和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，熱震作用會(huì)促進(jìn)樣品中保α-鱗石英的析出和長(zhǎng)大，熱震過(guò)程中，石英晶型轉(zhuǎn)變?cè)斐傻奈⒘鸭y可以提高樣品韌性，改善樣品抗熱震性，這是樣品熱震后強(qiáng)度得到保持，甚至增大的主要原因。
　　 以α-Al2O3粉、蘇州土、滑石、石英為主要原料，設(shè)計(jì)了樣品配方組成，采用無(wú)壓燒結(jié)工藝，制備了Mg-Al-Si系A(chǔ)l2O3基復(fù)

5、相陶瓷材料。結(jié)果表明，最佳配方為：α-Al2O3粉：80wt％m，蘇州土：6wt％，滑石粉：9％，石英5％，樣品燒成溫度最低，抗熱震性能最優(yōu)，1480℃下保溫2h燒結(jié)的樣品吸水率為0.19％，氣孔率為0.57％、體積密度為3.06g/cm3，燒成線收縮率為12.72％，重?zé)€收縮率為0.23％，抗折強(qiáng)度為99.59MPa。經(jīng)20次熱震實(shí)驗(yàn)后，抗折強(qiáng)度為92.72MPa，強(qiáng)度損失率僅為6.9％。XRD及SEM分析表明，當(dāng)配方中蘇州土含量≥

6、10wt％時(shí)，樣品主晶相為剛玉和莫來(lái)石，樣品中二次莫來(lái)石生成可引起體積膨脹，致使樣品燒成溫度較高，同時(shí)由于部分晶粒的異常長(zhǎng)大，妨礙了樣品抗熱震性的提高：當(dāng)配方中蘇州土含量≤5wt％時(shí)，樣品主晶相為剛玉和少量莫來(lái)石、鎂鋁尖晶石，少量原位生成的莫來(lái)石和鎂鋁尖晶石能有效抑制剛玉晶粒的長(zhǎng)大，提高了樣品的抗熱震性。
　　 為了進(jìn)一步降低樣品燒結(jié)溫度，在Mg-Al-Si系配方中引入方解石，以α-Al2O3粉、蘇州土、方解石、滑石粉、石英為主

7、要原料，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化配方，采用無(wú)壓低溫?zé)Y(jié)，制備了Ca-Mg-Al-Si系A(chǔ)l2O3基復(fù)相陶瓷。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配方中方解石、滑石的添加，為樣品中引入了高溫助熔劑CaO和MgO，可以有效降低樣品燒成溫度。正交實(shí)驗(yàn)以樣品燒結(jié)溫度為主要考察指標(biāo)得出最佳配方為：m(蘇州土)：m(燒滑石)：m(方解石)：m(石英)：m(α-Al2O3)=8:18:10:5:100，該配方樣品在1340℃瓷化，吸水率為0.45％，氣孔率為1.87％，體積密

8、度為2.32g/cm3，燒成線收縮率為13.42％，重?zé)€收縮率為0.16％，抗折強(qiáng)度為110.28MPa。經(jīng)20次熱震試驗(yàn)后，抗折強(qiáng)度變化率趨于平穩(wěn)，為139.66MPa，強(qiáng)度不但沒(méi)有損失，反而增加了22.64％。XRD分析表明，該樣品中主晶相為剛玉和鎂鋁尖晶石、鈣長(zhǎng)石；抗熱震機(jī)理研究表明，大量晶粒緊密結(jié)合在一起，少量玻璃相填充于晶?？紫吨g，這種大量晶相與少量玻璃相的組成結(jié)構(gòu)，使樣品具有較小的重?zé)€收縮率。通過(guò)顯微分析還觀察到，燒成