包裹相變材料的儲熱SiC復(fù)相陶瓷研究.pdf

1、自然界很多能源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，所以必須使用儲熱材料，儲熱材料的使用可以幫助更有效的使用自然界中的能源。太陽能就是一種只有晴朗的白天才有的間歇性能源，儲熱材料可以將白天多余的太陽能儲存起來，等到天黑或陰雨天時再取出使用。其它領(lǐng)域如工業(yè)廢熱回收也需要使用儲熱材料。太陽能熱發(fā)電被認(rèn)為是最可能引起能源革命、實現(xiàn)大功率發(fā)電、替代常規(guī)能源的最經(jīng)濟手段之一，太陽能熱發(fā)電有三種方式，槽式、塔式和碟式發(fā)電，無論哪一種方式均是將太陽能熱能聚焦，

2、使聚焦的熱能加熱工質(zhì)推動氣輪機發(fā)電。由于太陽能熱發(fā)電溫度很高，如塔式電站塔頂溫度達(dá)1000℃以上，因此，必須使用高溫儲熱材料，高溫儲熱材料的使用，可以使輸出的電力更加平穩(wěn)、有效，還可以提高發(fā)電系統(tǒng)的年利用率，例如一塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，如果沒有儲熱裝置，年利用率只有25％，有則能提高到65％，且不需要燃料作為后備能源。
　　 本文基于太陽能熱發(fā)電需要，制備了包裹相變材料(PCM)的高溫復(fù)合儲熱材料。首先在碳化硅中加入少量蘇州土和

3、長石等天然礦物原料，在1320℃燒成溫度下保溫2h可以制備出滿足太陽能熱發(fā)電要求的粘土結(jié)合SiC質(zhì)復(fù)相陶瓷基體材料，最佳配方為：SiC，80.36wt％；蘇州土，8.93wt％：長石，4.46％；石英，6.26％，其氣孔率為24.06％，吸水率為11.10％，體積密度為2.21g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為9.0W/(m.K)，抗熱震性(1100～室溫循環(huán))為42次不裂。XRD分析表明該復(fù)相陶瓷晶相由SiC、莫來石和方石英組成，顯微結(jié)構(gòu)研究表明

4、有針棒狀的莫來石生成，長石、蘇州土及石英的加入，有助于降低燒成溫度、加速樣品致密化過程，更有利于莫來石的生成，莫來石可提高制品的高溫性能。該復(fù)相陶瓷適合高溫使用，具有優(yōu)良的抗熱震性能，可以滿足太陽能熱發(fā)電儲熱材料的需要。
　　 在以上研究材料優(yōu)良配方的基礎(chǔ)上，外加少量堇青石基礎(chǔ)玻璃粉，在1200℃燒成溫度下保溫2h可以制各出性能優(yōu)良的微晶玻璃結(jié)合SiC質(zhì)復(fù)相陶瓷，堇青石玻璃的的最佳添加量為10wt％，其氣孔率為19.11％，吸水

5、率為9.19％，體積密度為2.25g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為5.8W/(m·K)，堇青石玻璃的加入大大降低了材料的燒成溫度。XRD分析表明微晶玻璃結(jié)合陶瓷樣品晶相由SiC、莫來石、堇青石和方石英組成，顯微結(jié)構(gòu)研究表明有六方柱狀的堇青石和針棒狀的莫來石生成，兩者的出現(xiàn)增加了樣品的強度。堇青石的加入降低了樣品的熱膨脹系數(shù)，同時也降低了樣品的熱導(dǎo)率。
　　 研究了多種相變材料與碳化硅質(zhì)陶瓷的化學(xué)相容性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PCM與SiC基陶瓷的復(fù)合具

6、有一定的選擇性，只有硫酸鈉、氯化鈉熔鹽與碳化硅陶瓷有良好的化學(xué)相容性。
　　 研究了3種用于SiC基陶瓷封裝PCM的高溫封裝劑，研究表明堇青石系封裝劑的熱膨脹系數(shù)為5.3×10-6/℃，與基體材料熱膨脹系數(shù)6.2×lO-6/℃最為接近，測試結(jié)果表明，堇青石系粘結(jié)劑與碳化硅材料的封接良好，是一種性能優(yōu)良的高溫封裝劑。
　　 利用塑壓成型工藝成功制備了復(fù)合儲熱陶瓷球基體，基體坯泥中聚乙烯醇PVA溶液的添加量為6％，水的添加量

7、為22％。在該陶瓷球基體中封裝PCM材料制備的儲熱材料具有較大的相變潛熱為143KJ/kg、儲熱密度為264KJ/kg，熱導(dǎo)率為5.7W/(m·K)，是一種性能優(yōu)良的顯熱-潛熱儲熱材料。
　　 將球形潛熱-顯熱復(fù)合儲熱材料放入儲熱室模擬了其充放熱性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：影響儲熱室性能的因素儲多，儲熱室的長度、氣體的流量、儲熱系統(tǒng)的換向時間及儲熱球的直徑都是影響儲熱室性能的重要參數(shù)。增大儲熱室的長度可以提高儲熱室的性能，因此，在條件許可的