用于太陽能發(fā)電的堇青石基低膨脹復(fù)相陶瓷材料研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類在享受著現(xiàn)代化的生活方式的同時也面臨著前所未有的能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)和發(fā)展危機(jī)。據(jù)世界能源委員會（WEC） 2004年能源調(diào)查傳統(tǒng)能源如石油、煤、天然氣，石油可開采年限40年、天然氣60年、煤炭200年。于是尋找新的替代能源成為現(xiàn)代科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。太陽能熱發(fā)電是最可能引起能源革命、實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電、替代常規(guī)能源的最經(jīng)濟(jì)手段之一。然而，塔式發(fā)電系統(tǒng)中熔融鹽的輸送對金屬管道有強(qiáng)烈的腐蝕作用，降低了管道的使用壽命。開發(fā)新

2、材料制備輸熱管道具有重大意義。 本文以合成的莫來石和堇青石為主要原料，添加微晶玻璃降低燒成溫度，提高材料力學(xué)性能及抗熱震性，研制出適用于太陽能熱發(fā)電輸熱管道的莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷材料。采用SEM、XRD和EPMA等測試技術(shù)，對微晶玻璃、微晶玻璃結(jié)合堇青石、微晶玻璃結(jié)合莫來石及莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷物理性能、相組成及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析測試。結(jié)果表明，復(fù)合微晶玻璃核化、晶化溫度分別為730℃和850℃。在730℃核化1h，850℃

3、晶化1h，1150℃晶化2h的微晶玻璃樣品中微晶發(fā)育較好，粒徑在1μm以下，主晶相為鋰輝石、堇青石和鎂鋁尖晶石，線膨脹系數(shù)（室溫～900℃）為2.65×10—6℃-1。微晶玻璃結(jié)合的堇青石陶瓷主晶相為堇青石和鋰輝石，微晶粒徑在1μm～2μm之間，最佳樣品為1270℃燒成的J3，抗折強(qiáng)度為61.90MPa；微晶玻璃結(jié)合莫來石研究表明，樣品的主晶相為莫來石、堇青石、鋰輝石和鎂鋁尖晶石，莫來石粒徑在5μm～10μm之間，微晶粒徑小于1μm，微

4、晶均勻地分布在莫來石晶粒間，樣品M1最佳燒成溫度為1290℃，抗折強(qiáng)度達(dá)到84.48MPa；莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷研究表明，莫來石堇青石的最佳比例為4：1，通過在莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷中加入Li—Mg—Al—Si系玻璃，可顯著提高了莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷的強(qiáng)度并降低燒成溫度，1350℃燒制的莫來石—堇青石復(fù)相陶瓷MJ2，平均常溫抗折強(qiáng)度達(dá)到128.61MPa，抗熱震性較好，室溫～1100℃水冷3次出現(xiàn)裂紋，室溫～1100℃空氣中急冷7次

5、后強(qiáng)度沒有明顯變化，熱擴(kuò)散系數(shù)（α）、比熱（cp）、和熱導(dǎo)率（λ）分別為：2.42×10—2c㎡/sec、7.72×10-1 J/g·K和3.94×10—2W/cm·K，熱膨脹系數(shù)（室溫～900℃）分別為：4.65×10—6/℃。XRD分析表明，樣品的主晶相為莫來石和堇青石，并有少量的鋰輝石，通過SEM觀察莫來石和堇青石結(jié)合良好，鋰輝石微晶尺寸在1μm左右，均勻分布在莫來石和堇青石顆粒間。 EPMA分析結(jié)果表明，樣品中莫來石、堇青石和微