太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析

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1、万方数据中国陶瓷工业2010年8月第17卷第4期CHINACERAMlCINDUSTRYAug．2010V01．17．No．4文章编号：1006—2874(2010)04—0008—06太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析吴建锋焦国豪徐晓虹方斌正冷光辉赵芳(武汉理工大学材料科学与工程学院，武"汉：430070)摘要为了提高Al：o，陶瓷的抗热震性及强度，在A120，基陶瓷中添加SiC、nano-Zr02+SiC，利用无压烧结工艺，制备了用于太阳能热发电的舢20，-SiC及AI：O，-ZrO：(3Ⅵ-SiC复相陶瓷。材料的EP

2、MA分析结果表明：样品中ZrO。颗粒在室温下为以亚稳四方相存在，在裂纹尖端应力场的作用下，ZrO：粒子发生四方相一单斜相的相变吸收能量，从而提高了材料强度及断裂韧性；原料中的部分SiC颗粒发生氧化反应，反应生成莫采石，针棒状莫来石形成桥连结构，阻止热震情况下产生的微裂纹发展成危险裂纹，从而提高材料抗热震性。SEM研究显示，SiC晶粒在外力作用下发生穿晶断裂、被拔出及桥结作用。关键词Al：o，，复相陶瓷，抗热震性，太阳能热发电，EPMA中图分类号：TQl74．75文献标识码：A氧化铝陶瓷能够承受1000℃以上的高温，具有较高的室温和高温强度、

3、高的化学稳定性、既耐酸又耐碱、导热性良好、绝缘强度、电阻率高、耐磨损等一系列的优异性能，因而获得了极其广泛的应用。为了进一步提高氧化铝陶瓷的力学性能，复合材料已成为研究的热点，其中～20。基复合陶瓷更因其力学性能相对于单相砧。Q陶瓷成倍提高而备受瞩目{I--61。由于塔式太阳能热发电的局限性在于：白天太阳光充足时热流温度可达1000℃以上，而到了晚上热流的温度低于100℃m。因此，在太阳能塔式发电的整个装置中，长距离输送热流的管道需要承受1000℃以上的高温并具有良好的抵抗热冲击循环的性能。本文试图在～20。基陶瓷的基础上，添加SiC及na

4、no_z哟才SiC以提高其力学性能及抗热震性，制备适合在1000℃条件下工作的太阳能陶瓷输热管道，并对其微观结构进行EPMA分析，探讨提高抗热震性之机理。2实验2．1试样制备本实验采用的原料仅一AI。Q(河南天马公司制造)，粒径为0．1—1“m；13一sic(山东临沫公司制造)；纳米ZrO：(Y籼)(合肥健坤化工有限公司制造)，粒径为100rim，Y20。稳定。为了降低烧结温度夕l'JJI]部分Ti02(AS系列加入3．5％TIO。、ASZ2．5％TIO。)作为助烧剂，配方组成表l。配料粉末中加入l％的阿拉伯树胶，湿磨lh后，干燥、球磨。球

5、磨后的粉料加入10％的PVA(质量分数为3％)水溶液，压制成型。在硅钼棒高温电炉内烧结，烧结温度分别为l420℃、l450℃、l480℃，均以5℃／min升温至1000℃，然后以3℃Imin升温至烧结温度，保温4h。抗热震实验是将试样置于电炉内，以8℃／min的升温制度，加热至1000℃，保温10min后，取出，在室温空气中急冷，冷却至室温，再放入炉中加热，依次循环多次，测其抗折强度：或取出迅速投入25℃水中，循环多次，直至出现裂纹。2．2性能测试表1试样配方Tab．1CompositionofthesamplesSampleNo．ASlA

6、S2AS3AS4ASZlASz2ASz3ASz4B—SiC(wt％)1020304010a—AJI。3(叭％)9080706090nano-Zx02v01％(AppUcd)0O5101520收稿同期：2010-06-16基金项目：973项目(编号：2010CB227100)通汛联系人：吴建锋，E-mail：wujf@whut．edu．cn万方数据2010年第4期中国陶瓷工业9a)ASIb)ASZ2图1样品断面二次电子像及元素面分布Fig．1Secondaryelectronimagesandelementsdistnbutionofthes

7、amplesa)二次电子像(500x)b)背散射电子像(500×)图2样品ASl二次电子像和背散射电子像(500×)Fig．2Secondaryelectronandback-scatteredelectronimagesofsampleASlEnergy(keV)图3图2b中点1的分析Fig．3Analysisatthegivenpoint1inFig．2b采用日本产JSM一5610LV扫描电镜及日本产Jx—A-8800R型电子探针(EPMA)观察试样显微结构，使用深圳市瑞格尔仪器有限公司生产的微机控制电子万能试验机RGT-30测量样品的

8、抗折强度。根据阿基米得原理，采用静力称重法测定烧成样品的吸水率(wa)、气孔率(Pa)及体积密度(D)。^l刚玉oSiJ^Mu叭KCaT—iTi12345Energy(keV)图