本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
太阳能热发电是一种通过聚光的方式将太阳能转换为热能，再通过吸热、储热和热功转化系统转化为动能驱动汽轮机发电的技术。发电原理如图1所示，聚热系统1收集汇聚太阳光，并将太阳光反射到吸热系统2的吸热器上，实现对太阳能的收集，再由吸热系统2将太阳能传递给储热系统3，然后利用太阳能驱动高温水蒸气推动汽轮机组转动4进行发电，其中，吸热系统2与储热系统3之间的传热效率是影响太阳能热利用的重要因素之一。目前，吸热系统2与储热系统3之间的传热是通过空气作为传热介质，而空气的热导率和储热密度都较小，因此传热效率低，导致太阳能热发电效率较小。
目前对吸热材料的研究主要集中在机械性能、热性能和高温稳定性方面。如中国发明专利《一种新型太阳能热发电用吸热材料》(cn106084414a)公开了一种以间苯二甲酸乙二醇酯、硬脂酸甘油酯、聚乙烯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为原料制备的太阳能发电用吸热材料，热导率达到了102w/m-1·k-1，但是软化温度仅为371.2℃；中国发明专利《一种太阳能吸热陶瓷材料的制备方法》(cn109081699a)公开了一种以白油、九水偏硅酸钠溶液、碳化硅粉、刚玉粉为原料制备的太阳能吸热陶瓷材料，抗折强度为101mpa，但是抗压强度只有0.73mpa，30次热震后抗压强度只有0.64mpa。虽然热导率好，但是存在强度、抗热震性和抗氧化性能比较差等缺陷。
目前对储热材料的研究主要集中在机械性能、热性能和高温稳定性方面。如中国发明专利《一种新型太阳能热发电石墨储热材料的制备方法》(cn107673759a)公开了一种以石油焦、石墨粉和炭黑为原料制备的太阳能热发电石墨储热材料，尽管具有耐高温、耐腐蚀和耐氧化的性能，但是抗折强度只有35mpa；中国发明专利《一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法》(cn104671711a)公开了一种以棕刚玉、白刚玉为骨料，铝溶胶、活性氧化铝粉、蓝晶石、硅微粉、碳化硅为添加剂制备的储热材料，抗折强度大于9mpa，热导率为1.67～1.93w·m-1·k-1。目前的储热材料存在强度低和热导率低等缺陷。
可见，单一的吸热材料和储热材料无法实现传热效率高和使用寿命长的性能即高强度、高热导率和高储热密度的性能。因此迫切需要开发一种高热导率、传热效率高以及使用寿命长的吸/储热一体材料作为传热介质。
技术实现要素：
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有高强度、高热导率、高储热密度、高传热效率以及耐高温性能的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料及其制备方法。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<制备方法>
本发明提供一种太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：sic粉50～90％、刚玉粉5～40％、高岭土粉5～10％、硼砂1％，称取原料，并进行球磨混合，得到混合料；
步骤2.造粒和陈腐：采用喷雾造粒法进行造粒，其中水的加入量为混合料质量的5～10％，然后陈腐，得到坯料；
步骤3.成型：采用液压机将陈腐好的坯料压制成型，得到生坯；
步骤4.干燥：将生坯进行干燥；
步骤5.烧成：将干燥好的生坯采用无压埋粉烧结工艺按照一定的烧成工艺升温至1400～1480℃，在烧成温度点保温2～3h，随炉自然冷却后得到太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：在步骤1中，采用的sic粉为级配的sic粉，其质量比为粗：细＝4：1，粒径分别是240目和700目；刚玉粉、高岭土粉和硼砂的粒径均为200～250目。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，球磨混合时间为1～3h。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，陈腐时间为24～36h。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，还可以具有以下特征：在步骤4中，是将生坯置于干燥箱中在95～100℃下干燥10～24h。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤5中，采用的埋粉为石墨粉和碳粉，并且均过325目。
优选地，本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤6中，烧成工艺为：1000℃以下升温速率为8℃/min，每隔200℃保温30min，1000℃及以上升温速率为5℃/min，每隔100℃保温60min，烧制时间为12～14h。
<材料>
进一步，本发明还提供了采用上述<制备方法>所制备的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料。
本发明提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法还可以具有以下特征：该太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的抗折强度为76mpa～85mpa，吸收率大于91％，25～300℃温度范围的热导率为3.39w/m-1·k-1～7.74w/m-1·k-1，0～800℃温度范围内的储热密度大于1020kj/kg。
发明的作用与效果
1、本发明所提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料，不仅太阳光吸收率大于91％，同时在0～800℃温度范围内的储热密度超过1020kj/kg，而且在25℃～300℃温度范围的热导率为3.39w/m-1·k-1～7.74w/m-1·k-1，具有高热导率、高储热密度和高传热效率的优良性能。
2、本发明所提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料，抗折强度为76mpa～85mpa，经受1000℃～室温热循环30次不开裂，并且抗折强度不但没有降低，反而增大了2.6％，而且经1000℃氧化100h后氧化增重率小于13mg·cm-2，具有高强度和耐高温性，而且具有长的使用寿命。
附图说明
图1为背景技术中所涉及的太阳能热发电的原理示意图。
图中各符号含义为：
1-聚热系统，2-吸热系统，3-储热系统，4-汽轮发电机组。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的具体实施方案进行详细地说明。
在以下实施例中，所用刚玉均为黑刚玉，其化学成分质量百分数为：sio2：30％～40％、al2o3：40％～50％、fe2o3：10％～20％、cao：2％～5％、mgo：0.5％～1％、tio2：3％～7％、其它氧化物≤5％、烧失量为-2％～-1％。高岭土为江西星子高岭土，其化学成分质量百分数为：sio2：50％～55％、al2o3：40％～45％、fe2o3：1％～2％、cao：0.1％～0.5％、mgo：0.2％～0.5％、其它氧化物≤5％。
<实施例一>
本实施例一所提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原料处理：将sic、刚玉、高岭土分别用快速球磨机球磨1～3h，得到级配sic粉、刚玉粉、高岭土粉、硼砂，备用；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：sic粉50％、刚玉粉40％、高岭土粉10％、硼砂外加1％，称取原料，并用快速球磨机混合1～3h，得到混合料；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法进行造粒，其中水的加入量为混合料质量的5～10％，然后陈腐24～36h，得到坯料；
4)成型：采用液压机将陈腐好的坯料压制成型，得到生坯；
5)干燥：将生坯置于干燥箱中在95～100℃下干燥10～24h；
6)烧成：将干燥好的生坯采用无压埋粉烧结工艺按照一定的烧成制度升温至1440℃，在烧成温度点保温2h，随炉自然冷却后得到太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷。
经测试，本实施例所制备的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的抗折强度为78.01mpa，wa、pa和d分别为8.04％、19.27％和2.40g·cm-3，1000℃～室温抗热震循环30次不开裂，经1000℃氧化100h后氧化增重率为10.65mg·cm-2。吸收率为91.60％，发射率为99.27％，热导率在25℃、100℃、200℃、300℃下的热导率分别为3.49w/m-1·k-1、4.67w/m-1·k-1、5.91w/m-1·k-1、7.74w/m-1·k-1，0～800℃温度范围内的储热密度为1020.24kj/kg。
<实施例二>
本实施例二所提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原料处理：将sic、刚玉、高岭土分别用快速球磨机球磨1～3h，得到级配sic粉、刚玉粉、高岭土粉、硼砂，备用；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：sic粉60％、刚玉粉30％、高岭土粉10％、硼砂外加1％，称取原料，并用快速球磨机混合1～3h，得到混合料；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法进行造粒，其中水的加入量为混合料质量的5～10％，然后陈腐24～36h，得到坯料；
4)成型：采用液压机将陈腐好的坯料压制成型，得到生坯；
5)干燥：将生坯置于干燥箱中在95～100℃下干燥10～24h；
6)烧成：将干燥好的生坯采用无压埋粉烧结工艺按照一定的烧成制度升温至1400℃，在烧成温度点保温2h，随炉自然冷却后得到太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷。
经测试，本实施例所制备的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的抗折强度为84.17mpa，wa、pa和d分别为8.64％、20.66％和2.39g·cm-3，1000℃～室温抗热震循环30次不开裂，经1000℃氧化100h后氧化增重率为11.38mg·cm-2。吸收率为92.34％，发射率为99.18％，热导率在25℃、100℃、200℃、300℃下的热导率分别为3.45w/m-1·k-1、4.58w/m-1·k-1、5.86w/m-1·k-1、7.69w/m-1·k-1，0～800℃温度范围内的储热密度为1019.37kj/kg。
<实施例三>
本实施例三所提供的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)原料处理：将sic、刚玉、高岭土分别用快速球磨机球磨1～3h，得到级配sic粉、刚玉粉、高岭土粉、硼砂，备用；
2)原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：sic粉90％、刚玉粉5％、高岭土粉5％、硼砂外加1％，称取原料，并用快速球磨机混合1～3h，得到混合料；
3)造粒和陈腐：采用喷雾造粒法进行造粒，其中水的加入量为混合料质量的5～10％，然后陈腐24～36h，得到坯料；
4)成型：采用液压机将陈腐好的坯料压制成型，得到生坯；
5)干燥：将生坯置于干燥箱中在95～100℃下干燥10～24h；
6)烧成：将干燥好的生坯采用无压埋粉烧结工艺按照一定的烧成制度升温至1400℃，在烧成温度点保温2h，随炉自然冷却后得到太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷。
经测试，本实施例所制备的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的抗折强度为76.03mpa，wa、pa和d分别为11.43％、24.56％和2.35g·cm-3，1000℃～室温抗热震循环30次不开裂，经1000℃氧化100h后氧化增重率为12.46mg·cm-2。吸收率为91.47％，发射率为98.56％，热导率在25℃、100℃、200℃、300℃下的热导率分别为3.39w/m-1·k-1、4.42w/m-1·k-1、5.61w/m-1·k-1、7.65w/m-1·k-1，0～800℃温度范围内的储热密度为1014.89kj/kg。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料及其制备方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。
1.太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.原料配比与混合：按各原料所占质量百分数：sic粉50～90％、刚玉粉5～40％、高岭土粉5～10％、硼砂1％，称取原料，并进行球磨混合，得到混合料；
步骤2.造粒和陈腐：采用喷雾造粒法进行造粒，其中水的加入量为混合料质量的5～10％，然后陈腐，得到坯料；
步骤3.成型：将陈腐好的坯料压制成型，得到生坯；
步骤4.干燥：将生坯进行干燥；
步骤5.烧成：将干燥好的生坯采用无压埋粉烧结工艺按照一定的烧成工艺升温至1400～1480℃，在烧成温度点保温2～3h，随炉自然冷却后得到太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，采用的sic粉为级配的sic粉，其质量比为粗：细＝4：1，粒径分别是240目和700目；刚玉粉、高岭土粉和硼砂的粒径均为200～250目。
3.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，球磨混合时间为1～3h。
4.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，陈腐时间为24～36h。
5.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤4中，是将生坯置于干燥箱中在95～100℃下干燥10～24h。
6.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤5中，采用的埋粉为石墨粉和碳粉。
7.根据权利要求1所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤6中，烧成工艺为：1000℃以下升温速率为8℃/min，每隔200℃保温30min，1000℃及以上升温速率为5℃/min，每隔100℃保温60min，烧制时间为12～14h。
8.太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料，其特征在于：
采用上述权利要求1至7中任意一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料，其特征在于：
其中，该太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/sic陶瓷材料的抗折强度为76mpa～85mpa，吸收率大于91％，25～300℃温度范围的热导率为3.39w/m-1·k-1～7.74w/m-1·k-1，0～800℃温度范围内的储热密度大于1020kj/kg。
技术总结