本發(fā)明涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
新能源是傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，包括太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能、風(fēng)能和核聚變能等。太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的可再生資源，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能是實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保證能源安全的重要途徑之一。近年來(lái)，在節(jié)能減排的政策引導(dǎo)和要求下，我國(guó)建筑中太陽(yáng)能光熱技術(shù)的應(yīng)用顯著增加，對(duì)于太陽(yáng)能建筑一體化的要求也越來(lái)越高。
塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由于聚光比高(200-100kw/m2)、熱力循環(huán)溫度高、熱損耗小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單且效率高的特點(diǎn)得到世界各國(guó)的重視，是目前各國(guó)都在大力研究的先進(jìn)的大規(guī)模太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，作為塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電核心的空氣吸熱器，其中的高溫吸熱體材料擔(dān)負(fù)著接收太陽(yáng)聚光能量，以及吸熱換熱的重要作用，影響著整個(gè)熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及效率的高低。
但是，由于塔式吸熱器聚光能流密度不均勻性和不穩(wěn)定性形成的吸熱體局部熱斑造成材料熱應(yīng)力破壞、空氣流動(dòng)穩(wěn)定性差以及耐久性不高等問(wèn)題，因而需迫切的開(kāi)發(fā)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(jié)構(gòu)、高比表面以及高熱導(dǎo)率的新型吸熱體材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料及其制備方法。
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下重量份的組分：氮化硅15～40份，氮化硼15～40份，硅化鈦5～15份，碳化鎳5～15份，氧化鉻5～12份，氧化鋁5～12份，硅酸鈉2～7份，氧化硼2～5份，一氧化錳2～3份。
優(yōu)選的，包括以下重量份的組分：氮化硅18～35份，氮化硼20～30份，硅化鈦8～12份，碳化鎳6～10份，氧化鉻7～10份，氧化鋁6～9份，硅酸鈉3～6份，氧化硼3～4份，一氧化錳2～3份。
進(jìn)一步優(yōu)選的，包括以下重量份的組分：氮化硅30份，氮化硼25份，硅化鈦10份，碳化鎳9份，氧化鉻8份，氧化鋁7份，硅酸鈉5份，氧化硼3份，一氧化錳2份。
優(yōu)選的，各組分均為平均粒徑1～100nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。
傳統(tǒng)的工藝中，一般需要加入鉭等稀有金屬，但是鉭是稀有金屬礦產(chǎn)資源之一，是電子工業(yè)和空間技術(shù)發(fā)展不可缺少的戰(zhàn)略原料，儲(chǔ)量低，價(jià)格高，為了降低成本，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，本發(fā)明中用鎳來(lái)取代鉭，制備的陶瓷材料雖然抗熱震穩(wěn)定性有所降低，但是抗壓強(qiáng)度還略有提高。
優(yōu)選的，所述聚氨酯泡沫為液態(tài)。
優(yōu)選的，具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，混合，球磨，得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：20～35混合并攪拌10～30分鐘，然后進(jìn)行超聲處理5～8小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至150～300℃，在惰性氣體保護(hù)下保溫1～6小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在惰性氣體或真空中加熱至1000～1200℃，30～50mpa條件下燒結(jié)2～3小時(shí)，繼續(xù)加熱至1400～1600℃，30～50mpa條件下燒結(jié)2～3小時(shí)，然后降溫至600～700℃保溫3～5小時(shí)，即得。
進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)的具體方法是：以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為120～140r/min的條件下球磨混合12～16小時(shí)得漿料。
進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(3)和(4)中的惰性氣體為氦氣或氬氣。
本方案相比于傳統(tǒng)方案的有益之處在于：本發(fā)明采用有機(jī)泡沫浸漬工藝，制備抗高溫氧化性好、抗熱震性好、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高比表面和高熱導(dǎo)率的吸熱陶瓷材料，特別適用于塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電吸熱體。本發(fā)明的低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料氣孔均勻，氣孔率為95％以上，孔徑在2mm左右，孔肋骨架較粗壯，有利于泡沫陶瓷強(qiáng)度提高；燒成后泡沫陶瓷主晶相為氮化硅和氮化硼，抗壓強(qiáng)度為0.35mpa以上，30次熱震后抗壓強(qiáng)度在0.25mpa以上，具有抗高溫氧化性好、抗熱震性好、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、高比表面和高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，有效解決了當(dāng)前太陽(yáng)能吸熱體材料抗高溫氧化差以及抗熱震性能差等問(wèn)題。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下組分：氮化硅15kg，氮化硼15kg，硅化鈦5kg，碳化鎳5kg，氧化鉻5kg，氧化鋁5kg，硅酸鈉2kg，氧化硼2kg，一氧化錳2kg。
其中，各組分均為平均粒徑1nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為120r/min的條件下球磨混合12小時(shí)得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：20混合并攪拌10分鐘，然后進(jìn)行超聲處理5小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至150℃，在氦氣保護(hù)下保溫1小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在氦氣中加熱至1000℃，30mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，繼續(xù)加熱至1400℃，30mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，然后降溫至600℃保溫3小時(shí)，即得。
實(shí)施例2：
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下組分：氮化硅40kg，氮化硼40kg，硅化鈦15kg，碳化鎳15kg，氧化鉻12kg，氧化鋁12kg，硅酸鈉7kg，氧化硼5kg，一氧化錳3kg。
其中，各組分均為平均粒徑100nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為140r/min的條件下球磨混合16小時(shí)得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：35混合并攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲處理8小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至300℃，在氬氣保護(hù)下保溫6小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在真空中加熱至1200℃，50mpa條件下燒結(jié)3小時(shí)，繼續(xù)加熱至1600℃，50mpa條件下燒結(jié)3小時(shí)，然后降溫至700℃保溫5小時(shí)，即得。
實(shí)施例3：
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下組分：氮化硅18kg，氮化硼20kg，硅化鈦8kg，碳化鎳8kg，氧化鉻7kg，氧化鋁6kg，硅酸鈉3kg，氧化硼3kg，一氧化錳2kg。
其中，各組分均為平均粒徑1nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為140r/min的條件下球磨混合12小時(shí)得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：35混合并攪拌10分鐘，然后進(jìn)行超聲處理8小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至150℃，在氬氣保護(hù)下保溫6小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在氬氣中加熱至1000℃，50mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，繼續(xù)加熱至1600℃，30mpa條件下燒結(jié)3小時(shí)，然后降溫至600℃保溫5小時(shí)，即得。
實(shí)施例4：
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下組分：氮化硅35kg，氮化硼30kg，硅化鈦12kg，碳化鎳12kg，氧化鉻10kg，氧化鋁9kg，硅酸鈉6kg，氧化硼4kg，一氧化錳3kg。
其中，各組分均為平均粒徑100nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為120r/min的條件下球磨混合16小時(shí)得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：20混合并攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲處理5小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至300℃，在氬氣保護(hù)下保溫1小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在真空中加熱至1200℃，30mpa條件下燒結(jié)3小時(shí)，繼續(xù)加熱至1400℃，50mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，然后降溫至700℃保溫3小時(shí)，即得。
實(shí)施例5：
一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料，包括以下組分：氮化硅30kg，氮化硼25kg，硅化鈦10kg，碳化鎳10kg，氧化鉻8kg，氧化鋁7kg，硅酸鈉5kg，氧化硼3kg，一氧化錳2kg。
其中，各組分均為平均粒徑50nm的粉末。
上述一種低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料的制備方法，以氮化硅和氮化硼為基材，以硅化鈦、碳化鎳、氧化鉻、氧化鋁、硅酸鈉、氧化硼以及一氧化錳為添加劑合成耐高溫結(jié)合相，
以聚氨酯泡沫為前驅(qū)體，采用有機(jī)泡沫浸漬工藝制備陶瓷材料。具體步驟如下：
(1)稱取配方量的各組分，以無(wú)水乙醇為分散劑，zro2球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì)，采用滾筒式球磨機(jī)在球磨轉(zhuǎn)速為130r/min的條件下球磨混合14小時(shí)得漿料；
(2)將步驟(1)中的漿料與先驅(qū)體聚氨酯泡沫按照重量比為1：30混合并攪拌20分鐘，然后進(jìn)行超聲處理6小時(shí)充分混合均勻；
(3)將步驟(2)所得混合物置于密閉容器中，升溫至200℃，在氦氣保護(hù)下保溫4小時(shí)至交聯(lián)固化，然后真空烘干；
(4)將步驟(3)烘干后的混合物置于真空熱壓燒結(jié)爐中，在氦氣中加熱至1100℃，
40mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，繼續(xù)加熱至1500℃，40mpa條件下燒結(jié)2小時(shí)，然后降溫至650℃保溫4小時(shí)，即得。
試驗(yàn)例
檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)實(shí)施例1～5所得陶瓷材料的氣孔率，平均孔徑，抗壓強(qiáng)度和30次熱震后抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知，本發(fā)明的低成本太陽(yáng)能吸熱陶瓷材料氣孔均勻，氣孔率為95％以上，孔徑在2mm左右，抗壓強(qiáng)度為0.35mpa以上，30次熱震后抗壓強(qiáng)度在0.25mpa以上，抗熱震性好。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。