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槽式太阳能光热发电具有技术成熟和发电成本低的优势,将会是我国未来重要的光热发电方式。集热管是槽式光热发电系统中的关键部件,其性能决定槽式光热发电系统的热效率和经济成本。玻璃与可伐合金封接技术是光热发电集热管最主要的难题之一。 本论文以硼硅酸盐玻璃为基础,从玻璃与金属封接原理出发,设计四组不同组分的玻璃,采取高温熔融法熔制玻璃样品,测试玻璃样品的热膨胀系数、应变点Tst、转变点Tg、退火点Ta、膨胀软化点Td、软化点Ts、初熔温度点T1和熔融温度点T2,此外,还包括测试玻璃的耐水性、透过率和耐辐照性能等;采用座滴法研究玻璃与可伐合金的封接性能,用润湿角和铺展面积来表征其封接性能;用XRD、SEM和EDS研究了玻璃与可伐合金的封接处截面和表面,并对封接机理进行了分析。研究结果表明: (1)随着n(SiO2)/n(B2O3)增大,玻璃热膨胀系数减小;玻璃的Tst、Tg、Td、Ta、Ts、T1和T2温度增大:玻璃耐水性能变好;玻璃与可伐合金间的润湿性能逐步变差。 (2)当n(Al2O3)/n(B2O3)逐渐增大时,玻璃的Tst、Tg、Td、Ts、T1温度增大,玻璃的热膨胀系数、T2温度和耐水性能呈先减小后稍有增加的趋势;玻璃与可伐合金间的润湿性能呈先变好后变差的趋势,当n(Al2O3)/n(B2O3)=0.375时,润湿性能最佳。 (3)添加MoO3使玻璃热膨胀系数、Tst、Tg、Td、Ts、T1温度变小;使玻璃耐水性能变好;对玻璃在可见光区的透过率降低,对玻璃的耐辐照性能影响不大;使T2温度、玻璃与可伐合金间的润湿角和铺展面积呈先减小后增加的趋势,当MoO3添加量为1.0wt%时,出现极小值。 (4)添加WO3使玻璃热膨胀系数、Tst、Tg、Td、T1温度变小;使玻璃耐水性能提高;对玻璃在可见光区的透过率降低,提高玻璃的对紫外区的吸收率,对玻璃耐辐照性能影响不大;使T2温度、玻璃与可伐合金间的润湿角和铺展面积呈先减小后增加的趋势,当WO3添加量为0.5wt%时.,出现极小值,WO3含量增加易使玻璃中析出CaWO4晶相。 (5)在玻璃与可伐合金的封接处出现玻璃与可伐合金的熔合区和过渡区;封接过程中Fe元素和Si元素的相互扩散对封接性能起关键性作用。 (6)通过实验确定的光热发电集热管基础配方为SiO273.7wt%、B2O37.8wt%、Al2O36.5wt%、Na2O7.4wt%、K2O1.5wt%、CaO3.1wt%,添加MoO3的最佳含量为1.0wt%,添加WO3最佳含量为0.5wt%。 本论文通过大量实验获得了光热发电集热管玻璃的组成与温度-黏度特性、化学稳定性、耐辐射特性等一般关系,并优化了玻璃组成。此外,本论文还研究了硼硅玻璃组成与可伐合金封接的润湿性的关系,探索了两者间封接机理及封接结构的特点,对于封接工艺设计有重要参考作用,对于研究开发符合光热发电用新型玻璃材料具有重要的工程意义和实用价值。