用于太陽能熱發(fā)電輸熱管道的Al-,2-O-,3-基復(fù)相陶瓷的研究.pdf

1、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(duì)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)新材料制備輸熱管道具有重大意義。 本文以Al2O3為主要原料，添加ZrO2、SiC提高其力學(xué)性能及抗熱震性，并采用注凝成型工藝制備了Al2O3基復(fù)相陶瓷管道。 采用SEM、XRD和EPMA等測(cè)試方法，對(duì)Al2O3—ZrO2復(fù)相陶瓷、Al2O3—SiC復(fù)相陶瓷

2、及Al2O3—SiC—ZrO2復(fù)相陶瓷性能和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析測(cè)試。結(jié)果表明，添加的ZrO2顆粒部分分散在Al2O3晶界上，四方相ZrO2顆粒發(fā)生相轉(zhuǎn)變，并在基體中引起微裂紋，從而吸收了主裂紋擴(kuò)展的能量，達(dá)到了對(duì)Al2O3基體增強(qiáng)增韌的效果。加入的SiC顆粒部分發(fā)生氧化生成SiO2與Al2O3反應(yīng)生成針棒狀莫來石，莫來石縱橫交織排列在于氧化鋁陶瓷基體中，將其它顆粒相互連接起來，形成橋連結(jié)構(gòu)，阻止了微裂紋發(fā)展成危險(xiǎn)裂紋，提高了材料的抗熱震

3、裂紋擴(kuò)展能力及材料的抗熱震性。在Al2O3基體中添加15wt％ZrO21480℃下燒結(jié)樣品的抗折強(qiáng)度達(dá)150.34MPa。在Al2O3基體中添加10wt％SiC1480℃下燒結(jié)樣品可承受室溫～1000℃抗熱震循環(huán)11次。在Al2O3基體中添加10wt％SiC、10vol％ZrO2（外加），1480℃下燒結(jié)樣品的抗折強(qiáng)度達(dá)160.42MPa，試樣抗熱震循環(huán)（室溫～1000℃）7次后抗折強(qiáng)度仍達(dá)132.04MPa，抗折強(qiáng)度損耗率僅為17％。

4、 采用注凝成型技術(shù)，以SiC、納米ZrO2顆粒和Al2O3為原料，加入凝膠有機(jī)單體（丙烯酰胺）、交聯(lián)有機(jī)單體（N—N亞甲基雙丙烯酰胺）、凝膠引發(fā)劑（過硫酸銨）、凝膠催化劑（N—N—N'—N'四甲基乙二胺）、分散劑（檸檬酸胺），制備固相含量高達(dá)85wt％，粘度為52.5mPa·S的Al2O3陶瓷懸浮體，經(jīng)注凝成型，1480℃燒結(jié)樣品。通過SEM、XRD等測(cè)試手段測(cè)試所得樣品的相關(guān)理化性能。結(jié)果表明，注凝成型的原位固化技術(shù)，懸浮體固

5、化后顆粒仍保持原有的位置，樣品結(jié)構(gòu)均勻，致密度與強(qiáng)度提高。經(jīng)注凝成型燒結(jié)制備的樣品吸水率、氣孔率分別降至0.98％、1.02％：體積密度、抗折強(qiáng)度分別為3.843g/cm3、183.27MPa。 EPMA分析結(jié)果表明，樣品中ZrO2顆粒在室溫下為以亞穩(wěn)四方相存在，在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下，ZrO2粒子發(fā)生四方相→單斜相的相變而吸收了能量，從而提高了材料強(qiáng)度及斷裂韌性。原料中的SiC顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)生成莫來石，針棒狀形成