CN115466103A - 一种镁铝尖晶石储热陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁铝尖晶石储热陶瓷及其制备方法，按质量百分数计，镁铝尖晶石储热陶瓷包括以下原料：电熔镁砂20％～35％、α‑Al2O3为60％～70％、CaF2为0％～10％、TiO2为0％～10％。制备方法包括以下步骤：按质量百分数取原料混合均匀，得到混合料；向混合料中加入PVA水溶液进行造粒，再经过陈腐和压制成型，得到生坯；将生坯干燥后在1510℃～1700℃进行烧成，得到镁铝尖晶石储热陶瓷。本发明以镁铝尖晶石为主晶相的储热陶瓷工作温度较高(达1000℃以上)，储热密度较高，同时其抗热震性较好。

Description

一种镁铝尖晶石储热陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源陶瓷技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石储热陶瓷及其制备方法。
背景技术
太阳能热发电(solar thermal power)是将太阳能转换为热能，通过热功转换过程发电的系统，一般包括太阳能聚光集热装置、储热材料及装置和发电系统等部分。储热材料及装置的作用是，储存白天太阳光的热量，以保障在晚上或阴天的情况下，发电系统依然可以稳定工作，有效地解决太阳光的间歇性带来的电力输出波动问题。新一代高温储热的太阳能热发电系统中，储热材料及装置的工作温度高达800-1200℃，同时晚上或阴天储热装置放热时，储热材料的温度会低至200℃，因此要求储热材料不仅要具有高的高温储热密度，同时需要储热材料有良好的抗热震性能。这种高温储热材料，对提高太阳能热发电系统的发电效率和经济效益具有重要作用。
陶瓷材料普遍具有耐高温、抗腐蚀等特点，因此成为高温储热材料研究的热点。有学者已注意到，高温陶瓷储热材料的主晶相如钙长石或刚玉等，对其工作温度和储热密度等有重要影响。比如，中国专利《一种利用镁渣制备钙长石储热陶瓷及其制备方法》(CN113636835A)公布了一种以钙长石为主晶相的陶瓷储热材料，其工作温度为800℃，储热密度为800-900kJ/kg。中国专利《一种刚玉基储热陶瓷及其制备方法》(CN112408959A)公布了一种以刚玉为主晶相的陶瓷储热材料，其工作温度为1000℃以上，储热密度为1100-1200kJ/kg。但是这些储热材料的抗热震性仍需提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种镁铝尖晶石储热陶瓷及其制备方法，解决现有技术中储热材料抗热震性有待提高的技术问题。
为达到上述技术目的，第一方面，本发明的技术方案提供一种镁铝尖晶石储热陶瓷：
按质量百分数计，包括以下原料：电熔镁砂20％～35％、α-Al2O3为60％～70％、CaF2为0％～10％、TiO2为0％～10％。
进一步地，电熔镁砂中含有85wt％～95wt％的MgO。
进一步地，电熔镁砂的组分按质量百分比计，包括：SiO2：1wt％～5wt％；Al2O3:2wt％～5wt％；Fe2O3:1wt％～2wt％；CaO:0.5wt％～2wt％；MgO:85wt％～95wt％。
进一步地，电熔镁砂、α-Al2O3、CaF2以及TiO2的粒径均在250目以下。
第二方面，本发明的技术方案提供一种镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量百分数取原料混合均匀，得到混合料；
S2、向混合料中加入PVA水溶液进行造粒，再经过陈腐和压制成型，得到生坯；
S3、将生坯干燥后在1510℃～1700℃进行烧成，得到镁铝尖晶石储热陶瓷。
进一步地，步骤S1中，电熔镁砂、α-Al2O3、CaF2以及TiO2的粒径均在250目以下；所述电熔镁砂和α-Al2O3是通过球磨过筛得到的；所述CaF2以及TiO2是通过超声震荡分散处理得到的。
进一步地，所述超声震荡分散处理是分别将CaF2和TiO2配置成质量分数为30wt％～50wt％的水溶液，放到超声波分散仪中进行超声分散，超声波频率在20～40KHz，功率在350～420W，分散时间为40～60min；分散结束后分离烘干。
进一步地，步骤S2中，PVA水溶液的添加量为混合料总质量的4wt％～8wt％；PVA水溶液的浓度为5wt％。
进一步地，步骤S2中，造粒得到粒径在0.6mm～1.5mm的小球；陈腐是将造粒后的小球密封并在常温下放置12～36h。
进一步地，步骤S2中，压制成型的压力为2.2MPa～4.4MPa，保压时间为20～30s。
进一步地，步骤S3中，干燥是在80～90℃保温4～8h。
进一步地，步骤S3中，烧成的升温速率为3～8℃/min，达到1510℃～1700℃时，保温时间1～3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明以镁铝尖晶石为主晶相的储热陶瓷工作温度较高(达1000℃以上)，储热密度较高，同时其抗热震性较好；其储热密度较高的原因是压制成型使得生坯具有一定的致密度，坯料颗粒接触面积增大，在烧成和保温过程中金属阳离子扩散更加容易形成高致密度的镁铝尖晶石；其抗热震性好的原因是，镁铝尖晶石在生成过程中，其晶体会产生体积膨胀(5％-8％)，从而产生微裂纹，部分抵消该材料在热震循环中产生的热应力。因此本发明的高温储热材料，对提高下一代太阳能热发电的运行效率、运行可靠性和使用寿命具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的扫描电镜。
图2为本发明实施例1所制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的XRD，其主晶相为镁铝尖晶石。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
镁铝尖晶石具有独特的晶体结构，其理论密度3.58g/cm3,熔点2135℃，因此具有较高的工作温度，同时具有较好的抗氧化性能和抗渣性，但目前主要用于耐火材料领域，未见镁铝尖晶石用作高温储热陶瓷材料的相关报道。
发明人意外发现，采用特定组分配方制备镁铝尖晶石储热陶瓷材料，不但能够得到抗热震性良好的材料，同时还能够提高其储热密度，相对现有的储热密度为1100-1200kJ/kg，能够提升至1397～1672kJ/kg(室温-1000℃)，基于此，设立本发明。
本发明提供一种镁铝尖晶石储热陶瓷材料，其在具有高储热密度的同时抗热震性好；本发明镁铝尖晶石储热陶瓷，按质量百分数计，包含以下四种原料：电熔镁砂20wt％～35wt％、α-Al2O3为60wt％～70wt％、CaF2为0wt％～10wt％、TiO2为0wt％～10wt％，这四种原料总和为100wt％。
电熔镁砂是将菱镁矿、轻烧氧化镁等含镁原料使用电弧炉使之成为高温熔融态冷却后得到的工业原料，主要用于耐火材料；可控制生产工艺调节MgO的含量。
优选地，本发明采用的电熔镁砂的成分按质量百分比包括：SiO2：1wt％～5wt％；Al2O3:2wt％～5wt％；Fe2O3:1wt％～2wt％；CaO:0.5wt％～2wt％；MgO:85wt％～95wt％。最优选地，MgO含量为90％。
优选地，本发明采用的α-Al2O3的主成分按质量百分比为98wt％～99.5wt％Al2O3；还含有不超过2wt％的杂质Na2O(0.5wt％-2wt％)。
优选地，本发明采用的氟化钙和二氧化钛的纯度均大于98wt％。
本发明镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm～10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机磨成粉状原料，粉料粒径250目以下，优选为350目以下；α-Al2O3经快速球磨机球磨40～80min,粉料粒径达250目以下，优选为350目以下；对CaF2和TiO2分别进行超声震荡分散，粉料粒径达250目以下，优选为350目以下。
(2)原料混合：上述四种粉料按照质量百分比称取过筛后，并使用快速球磨机以200～300r/min的转速混料30～60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入占混合料总质量4wt％～8wt％的PVA水溶液进行造粒；
(4)陈腐：将造粒后的原料密封，在常温下陈腐12～36h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3～8g放入模具中压制成型得到生坯；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中干燥后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，在1510℃～1700℃烧成制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
优选地，步骤(1)中，对CaF2和TiO2进行超声震荡分散的操作为：分别将CaF2和TiO2配置成质量分数为30wt％～50wt％的水溶液，放到超声波分散仪中，超声波频率在20～40KHz，功率在350～420W，分散时间为40～60min；分散结束后分离烘干，得到250目以下的CaF2和TiO2。
优选地，步骤(3)中，使用的PVA水溶液为利用有机试剂聚乙烯醇制备浓度为5wt％的溶液，使用造粒机使粉料形成粒径在0.6mm～1.5mm的小球。
优选地，步骤(5)中，压制成型的压力为2.2MPa～4.4MPa，更进一步优选为2.2MPa～3.2MPa；保压时间为20～30s。
优选地，步骤(6)中，干燥箱的温度为80～90℃，干燥时间为4～8h。
优选地，步骤(7)中，烧成的升温速率为3～5℃/min，达到最高烧成温度时，保温时间为1～3h。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种高储热密度且抗热震性好的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其包括如下步骤：
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂(MgO含量为90wt％)破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；
(2)原料混合：按照质量百分比称取69份α-Al2O3和31份的电熔镁砂，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1670℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，参见图1，本发明制备的高温储热陶瓷粒径分布在1～10微米；参见图2，本发明制备的高温储热陶瓷，主晶相为镁铝尖晶石，其体积密度高达3.31g/cm3，比热容为1.7J/g·K-1(室温-1000℃)；储热密度达1620kJ/kg(室温-1000℃)；经30次热震循环(室温-1000℃，风冷)后样品无开裂无损坏，抗热震性良好，可用作储热陶瓷，可满足下一代太阳能热发电系统中对高温陶瓷储热材料的性能要求。
实施例2
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gCaF2和100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min，将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取65份α-Al2O3、29份的电熔镁砂和6份CaF2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.34g/cm3,比热容为1.57J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1500kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例3
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gTiO2和100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取65份α-Al2O3、29份的电熔镁砂和6份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.26g/cm3,比热容为1.54J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1470kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例4
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将9gTiO2和100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取63份α-Al2O3、28份的电熔镁砂和9份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1510℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.31g/cm3,比热容为1.62J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1540kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例5(添加了四种原料)
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gTiO2和6g CaF2分别与100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取64份α-Al2O3、26份的电熔镁砂7份CaF2和3份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.34g/cm3,比热容为1.76J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1672kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例6(与实施例5的区别在于：改变了二氧化钛和氟化钙的配比)
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gTiO2和6gCaF2分别与100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取64份α-Al2O3、26份的电熔镁砂9份CaF2和1份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.24g/cm3,比热容为1.66J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1590kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例7(与实施例3的区别在于，成型压力变为两倍)
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gTiO2和100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取65份α-Al2O3、29份的电熔镁砂和6份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用4.4MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为3℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.24g/cm3,比热容为1.56J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1482kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
实施例8(相对实施例3烧成速率变为8℃/min)
(1)原料处理：先将块状电熔镁砂破碎成直径1mm-10mm的小颗粒，然后使用快速球磨机球磨40min，过250目筛备用；α-Al2O3经快速球磨机球磨60min,过250目筛备用；将6gTiO2和100ml的蒸馏水置入烧杯中搅拌，烧杯中放入超声波探头设置功率为400W，分散时间为40min,将分散后的溶液倒入蒸发皿，以90℃烘干6h取出粉料备用。
(2)原料混合：按照质量百分比称取65份α-Al2O3、29份的电熔镁砂和6份TiO2，使用快速球磨机以300r/min的转速混料60min，得到混合料；
(3)造粒：在混合料中加入5wt％的PVA水溶液进行造粒；PVA水溶液的质量分数为5wt％；
(4)陈腐：将造粒后的混合原料密封，在常温下陈腐24h；
(5)成型：将陈腐好的原料称取3g陈腐后原料放入模具中使用2.2MPa压制成型得到30mm×5mm×7mm长方体坯体；
(6)干燥和修整：将上一步压制的生坯放入干燥箱中经90℃干燥8h后对生坯的外观修整；
(7)烧成：将修整好的生坯放入硅钼棒电阻炉中，经1590℃保温2h烧成，升温速率为8℃/min,制得镁铝尖晶石储热陶瓷。
经测试，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.18g/cm3,比热容为1.47J/g·K-1(室温-1000℃)储热密度为1397kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷。
对本发明实施例1-8制备镁铝尖晶石储热陶瓷的主要参数条件进行统计，如下表1所示。
表1本发明实施例1-8制备镁铝尖晶石储热陶瓷的主要参数条件
Figure BDA0003843732600000111
对本发明实施例1-8所制备的镁铝尖晶石储热陶瓷测试结果进行统计，如下表2所示。
表2本发明实施例1-8所制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的测试结果
Figure BDA0003843732600000112
由表1和表2可知，本发明实施例1-8制得的储热陶瓷均在热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，具有优异的抗热震性能。
实施例1相对实施例2-4，仅采用了α-Al2O3和电熔镁砂，其需要的烧成温度较高，需要在1670℃才能烧结得到镁铝尖晶石储热陶瓷，所得储热陶瓷的性能较好；实施例2-4通过添加其它原料如CaF2或TiO2，能够有效降低烧成温度，所得储热陶瓷的性能相对实施例1有所下降。
实施例5相对实施例1-4，添加了四种原料，储热密度高达1672kJ/kg；实施例6相对实施例5，二氧化钛和氟化钙的配比发生变化，氟化钙用量增加，储热密度和实施例1接近，表明其能够在保持储热性能基本不变的前提下有效降低烧成温度；由实施例5和6可知，本发明采用特定比例的原料配合，优选实施例5的组分配比，能够产生协同增效作用，在降低烧成温度的同时，显著提升所得储热陶瓷的储热性能。
实施例7相对实施例3成型压力变为两倍，所得储热陶瓷的储热密度有所增加，但增加有限；表明成型压力使得生坯具有一定的致密度，原料胚料颗粒接触面积增大，在保温过程中金属阳离子扩散更加容易形成高致密度的镁铝尖晶石，从而提高储热密度，但只有在合理的成型压力范围内才能提高储热陶瓷性能。
实施例8相对实施例3烧成速率变为8℃/min，所得储热陶瓷的储热密度降低较为明显，表明升温速率过快，容易导致烧成不均匀或主晶相生长不完全等不良现象。
综上所述，本发明制备的镁铝尖晶石储热陶瓷的工作温度大于1000℃，体积密度为3.18～3.34g/cm3，比热容为1.47～1.76J/g·K-1(室温-1000℃)，储热密度为1397～1672kJ/kg(室温-1000℃)，热震30次(室温-1000℃，风冷)无损坏，可用作储热陶瓷，能够用于新一代高温储热的太阳能热发电系统和其他需要高温储热的太阳能热利用领域。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种镁铝尖晶石储热陶瓷，其特征在于，按质量百分数计，包括以下原料：电熔镁砂20％～35％、α-Al2O3为60％～70％、CaF2为0％～10％、TiO2为0％～10％。
2.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石储热陶瓷，其特征在于，所述电熔镁砂中含有85wt％～95wt％的MgO。
3.根据权利要求2所述的镁铝尖晶石储热陶瓷，其特征在于，所述电熔镁砂的组分按质量百分比计，包括：SiO2：1wt％～5wt％；Al2O3:2wt％～5wt％；Fe2O3:1wt％～2wt％；CaO:0.5wt％～2wt％；MgO:85wt％～95wt％。
4.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石储热陶瓷，其特征在于，所述电熔镁砂、α-Al2O3、CaF2以及TiO2的粒径均在250目以下。
5.如权利要求1-4任一项所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按质量百分数取原料混合均匀，得到混合料；
S2、向混合料中加入PVA水溶液进行造粒，再经过陈腐和压制成型，得到生坯；
S3、将生坯干燥后在1510℃～1700℃进行烧成，得到镁铝尖晶石储热陶瓷。
6.根据权利要求5所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S1中，电熔镁砂、α-Al2O3、CaF2以及TiO2的粒径均在250目以下；所述电熔镁砂和α-Al2O3是通过球磨过筛得到的；所述CaF2以及TiO2是通过超声震荡分散处理得到的。
7.根据权利要求6所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，所述超声震荡分散处理是分别将CaF2和TiO2配置成质量分数为30wt％～50wt％的水溶液，放到超声波分散仪中进行超声分散，超声波频率在20～40KHz，功率在350～420W，分散时间为40～60min；分散结束后分离烘干。
8.根据权利要求5所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S2中，PVA水溶液的添加量为混合料总质量的4wt％～8wt％；PVA水溶液的浓度为5wt％；
造粒得到粒径在0.6mm～1.5mm的小球；陈腐是将造粒后的小球密封并在常温下放置12～36h；
压制成型的压力为2.2MPa～4.4MPa，保压时间为20～30s。
9.根据权利要求5所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S3中，干燥是在80～90℃保温4～8h。
10.根据权利要求5所述的镁铝尖晶石储热陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤S3中，烧成的升温速率为3～8℃/min，达到1510℃～1700℃时，保温时间1～3h。
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