CN101261051B - 黑瓷复合陶瓷太阳板 - Google Patents

Abstract

“黑瓷复合陶瓷太阳板”以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，用挤出法成型为多孔通孔板，经加工使通孔在两端处互相连通，两端粘接同种材质的具有进出口的端头板，形成中空陶瓷太阳板素坯，以陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料混合后制成泥浆，将此泥浆喷涂在陶瓷中空板素坯表面，经干燥、烧成，得到黑瓷复合陶瓷太阳板和立体网状黑瓷复合陶瓷太阳板，与现有的太阳能集热体如真空玻璃管、铜铝复合太阳能集热体相比具有成本低、寿命长、寿命期间平均工作效率比较高的特点。“黑瓷复合陶瓷太阳板”利用各种资源，制造黑色陶瓷中空太阳能集热板，利用陶瓷材料成本低、寿命长的特点，降低太阳能利用的成本，促进大规模利用太阳能。

Description

黑瓷复合陶瓷太阳板

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷制品的制造和以陶瓷制品利用太阳能的技术领域，具体说是将黑色陶瓷复合在陶瓷中空板表面作为太阳能吸热板。

(二)背景技术

太阳能利用主要分为光电利用、光热利用方式，目前光热利用主要是太阳能热水器，太阳能热水器分为闷晒式和循环式，循环式效率较高，其集热体主要采用金属管板式集热体和真空玻璃管式集热体，金属管板式集热体也称作平板式集热体。两者均存在以下不足：1.金属管板式集热体主要采用铜、铝等材料，真空玻璃管集热体结构和制造工艺相对复杂，以每平方米吸热面积计算两者的价格都比较高。2.两者均采用低温涂覆的黑色阳光吸收涂料，在长期的阳光作用下会有一定程度的老化使阳光吸收率衰减，金属易腐蚀、真空玻璃管内的真空度会逐步下降，都是导致寿命和效率问题的重要原因。3.由于材料、结构、成本和寿命等原因难与建筑物结合为一体。

本发明人申报并取得的中国发明专利CN85102464“黑色陶瓷制品原料的生产方法及其制品”、CN86104984“一种陶粉末”叙述了以提钒尾渣为原料之一生产各种黑色陶瓷制品的方法，这种黑色陶瓷称作钒钛黑瓷。此发明又以“陶瓷粉末及其制品”(Ceramrc powder and drticles)为名称申报并已取得九国外国发明专利证书，分别是美国专利4737477、日本专利1736801、英、法、德、奥地利专利(欧洲专利局)0201179、澳大利亚专利578815、新加坡专利1009/91、芬兰专利81336和香港专利1077/1991。二十世纪80年代后期本发明人申报了“黑色陶瓷太阳瓦”、“黑色陶瓷拦板式太阳能集热器”、“黑色陶瓷太阳能房顶”、等专利，本世纪初本发明人申报了“陶瓷太阳板”、“复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法”、“一种新型太阳能房顶的结构和材料”、“陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法”、“在陶瓷太阳板上复合立体网状黑瓷阳光吸收层的方法”等专利。

(三)发明内容

本发明的目的：本发明的目的是利用各种资源，制造黑色陶瓷中空太阳能集热板，利用陶瓷材料成本低、寿命长的特点，降低太阳能利用的成本，促进大规模利用太阳能。

本发明是这样实现的：

以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法将泥料挤出成型为多孔通孔板，经加工使通孔在两端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔板，两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进出口的端头板成为陶瓷中空板素坯，以陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料混合制成泥浆，将此黑色泥浆覆盖在陶瓷中空板素坯表面，经干燥、烧成，即得到基体是普通陶瓷，表面是黑色陶瓷层或立体网状黑色陶瓷层的复合陶瓷太阳板。

复合陶瓷太阳板的表面黑色陶瓷层可以制成立体网状结构形成太阳光陷阱以提高阳光吸收率，制造方法是：用常规干燥的方法使上述陶瓷中空板素坯成为干燥的素坯，以陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料混合后制成泥浆，以压缩空气将此泥浆喷涂在干燥的中空陶瓷太阳板素坯表面上，采用单支喷枪或多支喷枪喷涂，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例使初期与干燥的陶瓷太阳板素坯表面相接触的雾滴由于干燥素坯的快速吸水和雾滴的表面张力形成具有一定强度、相对干燥、粘附于素坯板表面的泥粒，后续喷落的雾滴首先遇到这些具有一定吸湿能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆积成柱状、尖塔状、立壁状、蜂窝状、多孔状的非均匀、不连续、被吸湿而具有一定强度的雾滴泥料堆积体，当这些立体堆积体达到一定高度失去吸湿能力前停止喷雾，从而在中空陶瓷太阳素坯板表面得到立体网状黑瓷的素坯层，将此具有立体网状黑瓷素坯层的中空陶瓷素坯板经干燥后进行高温烧制，控制烧成温度和时间使立体网状黑瓷素坯层与中空陶瓷太阳板素坯同时烧结为立体网状黑瓷层和瓷质中空陶瓷太阳板基体，高温烧结使立体网状黑瓷层与瓷质中空陶瓷太阳板基体烧结复合为一体，喷涂时喷枪以一定角度与中空陶瓷太阳板素坯表面作相对运动，单枪喷涂时，单枪在素坯板表面上方作规则性移动扫描，使运动速度、泥浆喷出速度与素坯吸湿速度相对应，确保雾滴堆积体始终具有相应的吸湿能力，使粘附在堆积体上的雾滴中的大量水分通过相对干燥的堆积体传递至干燥的素坯中，使新粘附的雾滴迅速失去部分水分而具有一定形状和强度，不要使雾滴聚为流动的泥浆从而使堆积物倒塌成为平面层，多枪喷涂时，中空陶瓷太阳板素坯在喷枪下方运动，使运动速度、喷枪间隔距离与泥浆喷出速度和素坯吸湿速度相对应，以达到上述目的，调整泥浆配方和水分决定泥浆中颗粒之间的内聚力，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例决定喷出雾滴的速度和大小，雾滴是泥浆与空气的混合物是中空的泥浆球，粘附在堆积物上时，失去部分水分而硬化成中空硬壳，部分球体破碎，形成立体网状多孔的堆积体，泥浆的配方、内聚力、失去水分的速度决定堆积体的平均直径和高度，堆积体高度为0.1～3毫米，堆积体中充满的毛细孔是干燥素坯吸收水分时造成的水分运动通道，烧成时形成微细孔穴，烧成后堆积体的每一个立柱、尖塔、立壁、蜂窝壁上布满孔穴，孔径为0.1～50微米，立体网状黑瓷阳光吸收层呈黑色。

所述的陶瓷黑色着色剂是指陶瓷制品生产中，添加到坯体原料中或釉料中使烧成后的陶瓷体或釉层呈现黑色或黑灰色(由陶瓷黑色着色剂的种类和添加量多少而决定)主要由Co、Ni、Cr、Mn、Fe、V、Ti、Cu的各种氧化物经定量搭配、混合、并经一定温度烧结、粉碎的粉末状添加物。

所述的陶瓷黑色着色剂也包括陶瓷制品生产中，直接添加到坯体原料中或釉料中使烧成后的陶瓷体或釉层呈现黑色或黑灰色的第四周期金属元素化合物。

所述的喷涂时的压缩空气的压力是0.4～1.2MPa，当太阳板素坯水平放置时，喷枪喷雾方向与垂直面成20～100度角，中空陶瓷太阳板素坯与立体网状黑瓷阳光吸收素坯层一起共同烧成的温度是1100～1300℃，复合立体网状黑瓷阳光吸收层的厚度是0.1～3毫米。

(四)附图说明

以下结合附图详细说明本发明的特点：

图1表示中空陶瓷太阳板素坯的成型过程。

图2表示经过烧成的黑瓷复合陶瓷太阳板。

图3表示喷枪与中空陶瓷太阳板素坯表面成一定角度喷出雾化的泥浆。

图4表示单枪喷涂时，单枪在素坯板表面上方作移动扫描，逐行喷涂雾化的泥浆，逐步形成立体网状黑瓷阳光吸收层的素坯层。

图5表示经过烧成的具有立体网状黑瓷阳光吸收层的复合陶瓷太阳板的局部放大。

图中：

1——多孔通孔板 2——两端通孔相连的通孔板 3——具有进出口的端头板4——中空陶瓷太阳板素坯 5——太阳板表面黑瓷层素坯 6——太阳板表面立体网状黑瓷层素坯 7——喷枪 8——雾化的泥浆 9——已烧成的立体网状黑瓷阳光吸收层 10——黑瓷复合陶瓷太阳板的中空陶瓷板基体

(五)具体实施方案

实施例

1.CoO 20％，Cr₂O₃ 18％，Cuo 15％，Fe₂O₃ 22％，MnO₂ 25％(重量)混合均匀后经1240℃ 2小时烧结，将烧结块粉碎至120目，即为陶瓷黑色着色剂。

2.将实施例2所述的陶瓷黑色着色剂35份、大同土40份、长石5份、滑石10％、焦宝石10份，加水球磨至250目泥浆，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的长×宽为1200×800毫米的中空陶瓷太阳板素坯表面上，空气压力0.6Mpa、喷枪与垂直面成70°角向下喷雾，喷枪距素坯表面300毫米，单枪逐行扫描喷涂2分钟，使初期喷出的雾滴被板面吸湿固化，后续喷在堆积体上的雾滴被已经固化的堆积体吸湿固化，最终形成所述的立体网状黑瓷阳光吸收素坯层，将整件太阳板素坯经干燥、1240℃烧制，堆积体高度0.3毫米，成为具有立体网状黑瓷阳光吸收层的黑瓷复合陶瓷太阳板。

3.将工业纯CoO 30克、NiO 20克、Cr₂O₃ 40克、V₂O₅ 30克、MnO₂ 60克、Fe₂O₃ 40克、普通陶瓷原料1000克，加水球磨至200目泥浆，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的长×宽为1000×700毫米的中空陶瓷太阳板素坯表面上，空气压力0.7Mpa、喷枪与垂直面成80°角向下喷雾，喷枪距素坯表面400毫米，单枪逐行扫描喷涂1.5分钟，使初期喷出的雾滴被板面吸湿固化，后续喷在堆积体上的雾滴被已经固化的堆积体吸湿固化，最终形成所述的立体网状黑瓷阳光吸收素坯层，将整件太阳板素坯经干燥、1230℃烧制，堆积体高度0.3毫米，成为具有立体网状黑瓷阳光吸收层的黑瓷复合陶瓷太阳板。

Claims (2)

1.制造黑瓷复合陶瓷太阳板的方法，其特征在于以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法将泥料挤出成型为多孔通孔板，经加工使通孔在两端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔板，通孔板两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进、出口的端头板从而制成陶瓷中空板素坯，以陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料混合后制成泥浆，将此黑色泥浆覆盖在陶瓷中空板素坯表面，经干燥、烧成，即得到基体是普通陶瓷，表面是立体网状黑色陶瓷层的复合陶瓷太阳板，陶瓷黑色着色剂是指陶瓷制品生产中，添加到坯体原料中或釉料中使烧成后的陶瓷体或釉层呈现黑色或黑灰色，由Co、Ni、Cr、Mn、Fe、V、Ti、Cu的各种氧化物经定量搭配、混合、并经一定温度烧结、粉碎的粉末状添加物。

2.根据权利要求1所述的制造黑瓷复合陶瓷太阳板的方法，其特征在于所述的立体网状黑色陶瓷层的制造方法是用常规干燥的方法使上述陶瓷中空板素坯成为干燥的素坯，以陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料混合后制成泥浆，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的陶瓷中空板素坯表面上，采用单支喷枪或多支喷枪喷涂，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例使初期与干燥的陶瓷中空板素坯表面相接触的雾滴由于干燥素坯的快速吸水和雾滴的表面张力形成具有一定强度、相对干燥、粘附于陶瓷中空板素坯表面的泥粒，后续喷落的雾滴首先遇到这些具有一定吸湿能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆积成柱状、尖塔状、立壁状、蜂窝状、多孔状的非均匀、不连续、被吸湿而具有一定强度的雾滴泥料堆积体，当这些立体雾滴泥料堆积体达到一定高度失去吸湿能力前停止喷雾，从而在陶瓷中空素坯板表面得到立体网状黑色陶瓷层的素坯，将此具有立体网状黑色陶瓷层素坯的陶瓷中空板素坯经干燥后进行高温烧制，控制烧成温度和时间使立体网状黑色陶瓷层素坯与陶瓷中空板素坯同时烧结为立体网状黑色陶瓷层和瓷质陶瓷中空板基体，高温烧结使立体网状黑色陶瓷层与瓷质陶瓷中空板基体烧结复合为一体；喷涂时喷枪以一定角度与陶瓷中空板素坯表面作相对运动，单枪喷涂时，单枪在素坯板表面上方作规则性移动扫描，使运动速度、泥浆喷出速度与素坯吸湿速度相对应，确保雾滴泥料堆积体始终具有相应的吸湿能力，使粘附在雾滴泥料堆积体上的雾滴中的大量水分通过相对干燥的雾滴泥料堆积体传递至干燥的素坯中，使新粘附的雾滴迅速失去部分水分而具有一定形状和强度，不要使雾滴聚为流动的泥浆从而使雾滴泥料堆积物倒塌成为平面层；多枪喷涂时，陶瓷中空板素坯在喷枪下方运动，使运动速度、喷枪间隔距离与泥浆喷出速度和素坯吸湿速度相对应，为了达到上述目的，调整泥浆配方和水分决定泥浆中颗粒之间的内聚力，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例决定喷出雾滴的速度和大小，雾滴是泥浆与空气的混合物，是中空的泥浆球，粘附在雾滴泥料堆积物上时，失去部分水分而硬化成中空硬壳，部分球体破碎，形成立体网状多孔的雾滴泥料堆积体，泥浆的配方、内聚力、失去水分的速度决定雾滴泥料堆积体的平均直径和高度，雾滴泥料堆积体高度为0.1～3毫米，雾滴泥料堆积体中充满的毛细孔是干燥素坯吸收水分时造成的水分运动通道，烧成时形成微细孔穴，烧成后堆积体的每一个立柱、尖塔、立壁、蜂窝壁上布满孔穴，孔径为0.1～50微米，立体网状黑色陶瓷层用于吸收阳光，其呈黑色。

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