太陽能熱發(fā)電儲熱陶瓷鍋爐材料的研究

【摘要】：太陽能熱發(fā)電是新能源利用的一個重要方向,與硅晶等太陽能光電相比可顯著降低太陽能發(fā)電的成本,并且通過儲能材料實現(xiàn)太陽熱能發(fā)電的可控,在太陽強度較弱的等情況下仍能進行發(fā)電。鋁硅合金具有高的熱導(dǎo)率,高潛熱和相對便宜等特點,是太陽能熱發(fā)電理想的相變儲能材料之一,但常用的鋼鐵等儲能坩堝材料都不耐熔融態(tài)鋁硅合金腐蝕的問題嚴重阻礙了鋁硅合金為相變儲能材料的太陽能熱發(fā)電的應(yīng)用。因此,尋求開發(fā)出能夠耐鋁硅熔液腐蝕、熱抗震性好的儲能坩堝是亟待開展的工作。本文選取了氮化硅結(jié)合碳化硅和重結(jié)晶碳化硅陶瓷材料分別制備太陽能儲熱鍋爐材料,研究其對相變儲能材料的耐腐蝕性以及在循環(huán)加熱和瞬時加熱條件下的抗熱震性能。 研究結(jié)果表明,將氮化硅結(jié)合碳化硅和重結(jié)晶碳化硅陶瓷材料放入鋁硅合金熔液內(nèi),在495-620℃的溫度范圍內(nèi)反復(fù)循環(huán)1080個小時,通過檢測分析兩種陶瓷材料的耐熔融鋁硅合金溶液的腐蝕性能。兩種材料的腐蝕速率符合衰減對數(shù)關(guān)系,都具有較好的化學穩(wěn)定性。兩種陶瓷材料均與鋁硅合金不發(fā)生反應(yīng),表面并無新相生成,潤濕學角度上看,兩者與鋁硅溶液接觸面積相對較少,都與熔融鋁硅合金不發(fā)生浸潤,相比而言氮化硅結(jié)合碳化硅陶瓷材料的性價比要優(yōu)于重結(jié)晶碳化硅材料。 其次,通過對兩種陶瓷材料進行煤氣爐循環(huán)加熱以及高頻感應(yīng)線圈加熱試驗,檢測其抗熱震性能。煤氣爐加熱原理是根據(jù)現(xiàn)實太陽光照射情況,陽光無法持續(xù)照射時,鍋爐在反復(fù)升降溫時的抗熱震性。通過煤氣爐3次循環(huán)加熱,結(jié)果顯示,兩種材料都無開裂或損壞現(xiàn)象,結(jié)構(gòu)保持完整,重結(jié)晶碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)稍高。高頻感應(yīng)線圈加熱原理是為了檢測材料抗熱震斷裂性,結(jié)果顯示,兩者材料都為脆性斷裂,其中氮化硅結(jié)合碳化硅材料的發(fā)生斷裂的溫度要稍高于重結(jié)晶碳化硅材料,其耐瞬時加熱的抗熱震斷裂性能要強于重結(jié)晶碳化硅材料。 因此,兩種陶瓷材料都具備作為太陽能儲熱坩堝的選取條件,其中氮化硅結(jié)合碳化硅的各項性價比,要優(yōu)于重結(jié)晶碳化硅材料。 【關(guān)鍵詞】：重結(jié)晶碳化硅 氮化硅結(jié)合碳化硅 耐腐蝕性 抗熱震性
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TQ174.758
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• CONTENTS9-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 前言11-22
• 1.1.1 太陽能熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀11-16
• 1.1.2 相變儲能材料技術(shù)16-18
• 1.1.3 陶瓷材料耐鋁硅合金腐蝕性的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2 課題來源與主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 試驗過程23-37
• 2.1 主要采用的原材料及實驗儀器23-24
• 2.1.1 主要采用的原材料23-24
• 2.1.2 主要儀器設(shè)備24
• 2.2 實驗材料以及試樣準備24-27
• 2.2.1 介質(zhì)材料的選取24-25
• 2.2.2 基體材料的選擇25-27
• 2.3 耐熔融鋁硅合金熱循環(huán)腐蝕試驗27-33
• 2.3.1 熱循環(huán)試驗裝置的設(shè)計27-29
• 2.3.2 煤氣爐加熱及高頻感應(yīng)加熱裝置的設(shè)計29-31
• 2.3.3 實驗方案及工藝設(shè)計流程31-32
• 2.3.4 實驗數(shù)據(jù)處理32-33
• 2.4 分析檢測33-36
• 2.4.1 金相顯微組織分析33-34
• 2.4.2 樣品的表面形貌分析34
• 2.4.3 樣品能譜分析34
• 2.4.4 XRD分析34-35
• 2.4.5 DSC分析35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 重結(jié)晶碳化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅耐熔融鋁硅合金腐蝕性能37-51
• 3.1 重結(jié)晶碳化硅及氮化硅結(jié)合碳化硅耐鋁硅腐蝕結(jié)果分析38-48
• 3.1.1 陶瓷試樣腐蝕后宏觀形貌38-40
• 3.1.2 陶瓷試樣腐蝕速度40-42
• 3.1.3 兩種陶瓷試樣表面物相的分析42-44
• 3.1.4 陶瓷試樣表面形貌以及成分的分析44-48
• 3.2 重結(jié)晶碳化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅耐鋁硅腐蝕理論分析48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第四章 重結(jié)晶碳化硅及氮化硅結(jié)合碳化硅的抗熱震性和耐急熱性能的研究51-61
• 4.1 重結(jié)晶碳化硅及氮化硅結(jié)合碳化硅的抗熱震性能的研究51-54
• 4.2 氮化硅結(jié)合碳化硅及重結(jié)晶碳化硅耐急熱性研究54-57
• 4.3 陶瓷材料抗熱震性原理分析57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀研究生學位期間發(fā)表的論文67-70
• 致謝70

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