太阳能热发电储热陶瓷锅炉材料的研究

【摘要】：太阳能热发电是新能源利用的一个重要方向,与硅晶等太阳能光电相比可显著降低太阳能发电的成本,并且通过储能材料实现太阳热能发电的可控,在太阳强度较弱的等情况下仍能进行发电。铝硅合金具有高的热导率,高潜热和相对便宜等特点,是太阳能热发电理想的相变储能材料之一,但常用的钢铁等储能坩埚材料都不耐熔融态铝硅合金腐蚀的问题严重阻碍了铝硅合金为相变储能材料的太阳能热发电的应用。因此,寻求开发出能够耐铝硅熔液腐蚀、热抗震性好的储能坩埚是亟待开展的工作。本文选取了氮化硅结合碳化硅和重结晶碳化硅陶瓷材料分别制备太阳能储热锅炉材料,研究其对相变储能材料的耐腐蚀性以及在循环加热和瞬时加热条件下的抗热震性能。 研究结果表明,将氮化硅结合碳化硅和重结晶碳化硅陶瓷材料放入铝硅合金熔液内,在495-620℃的温度范围内反复循环1080个小时,通过检测分析两种陶瓷材料的耐熔融铝硅合金溶液的腐蚀性能。两种材料的腐蚀速率符合衰减对数关系,都具有较好的化学稳定性。两种陶瓷材料均与铝硅合金不发生反应,表面并无新相生成,润湿学角度上看,两者与铝硅溶液接触面积相对较少,都与熔融铝硅合金不发生浸润,相比而言氮化硅结合碳化硅陶瓷材料的性价比要优于重结晶碳化硅材料。 其次,通过对两种陶瓷材料进行煤气炉循环加热以及高频感应线圈加热试验,检测其抗热震性能。煤气炉加热原理是根据现实太阳光照射情况,阳光无法持续照射时,锅炉在反复升降温时的抗热震性。通过煤气炉3次循环加热,结果显示,两种材料都无开裂或损坏现象,结构保持完整,重结晶碳化硅导热系数稍高。高频感应线圈加热原理是为了检测材料抗热震断裂性,结果显示,两者材料都为脆性断裂,其中氮化硅结合碳化硅材料的发生断裂的温度要稍高于重结晶碳化硅材料,其耐瞬时加热的抗热震断裂性能要强于重结晶碳化硅材料。 因此,两种陶瓷材料都具备作为太阳能储热坩埚的选取条件,其中氮化硅结合碳化硅的各项性价比,要优于重结晶碳化硅材料。 【关键词】：重结晶碳化硅 氮化硅结合碳化硅 耐腐蚀性 抗热震性
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TQ174.758
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• CONTENTS9-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 前言11-22
• 1.1.1 太阳能热发电技术的现状11-16
• 1.1.2 相变储能材料技术16-18
• 1.1.3 陶瓷材料耐铝硅合金腐蚀性的研究现状18-22
• 1.2 课题来源与主要研究内容22-23
• 第二章 试验过程23-37
• 2.1 主要采用的原材料及实验仪器23-24
• 2.1.1 主要采用的原材料23-24
• 2.1.2 主要仪器设备24
• 2.2 实验材料以及试样准备24-27
• 2.2.1 介质材料的选取24-25
• 2.2.2 基体材料的选择25-27
• 2.3 耐熔融铝硅合金热循环腐蚀试验27-33
• 2.3.1 热循环试验装置的设计27-29
• 2.3.2 煤气炉加热及高频感应加热装置的设计29-31
• 2.3.3 实验方案及工艺设计流程31-32
• 2.3.4 实验数据处理32-33
• 2.4 分析检测33-36
• 2.4.1 金相显微组织分析33-34
• 2.4.2 样品的表面形貌分析34
• 2.4.3 样品能谱分析34
• 2.4.4 XRD分析34-35
• 2.4.5 DSC分析35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 重结晶碳化硅、氮化硅结合碳化硅耐熔融铝硅合金腐蚀性能37-51
• 3.1 重结晶碳化硅及氮化硅结合碳化硅耐铝硅腐蚀结果分析38-48
• 3.1.1 陶瓷试样腐蚀后宏观形貌38-40
• 3.1.2 陶瓷试样腐蚀速度40-42
• 3.1.3 两种陶瓷试样表面物相的分析42-44
• 3.1.4 陶瓷试样表面形貌以及成分的分析44-48
• 3.2 重结晶碳化硅、氮化硅结合碳化硅耐铝硅腐蚀理论分析48-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 重结晶碳化硅及氮化硅结合碳化硅的抗热震性和耐急热性能的研究51-61
• 4.1 重结晶碳化硅及氮化硅结合碳化硅的抗热震性能的研究51-54
• 4.2 氮化硅结合碳化硅及重结晶碳化硅耐急热性研究54-57
• 4.3 陶瓷材料抗热震性原理分析57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-67
• 攻读研究生学位期间发表的论文67-70
• 致谢70

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