目前人类社会的发展面临的最为突出的问题是能源短缺。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,但由于其辐射到地球表面的能量密度低,使其大规模的开发利用困难重重。太阳能热发电是太阳能热利用的重要方向,是实现大功率发电、替代化石能源最有希望的途径。本文依托国家973项目“高效规模化太阳能热发电的基础研究-高温传热蓄热材料设计与性能调控机理”,针对塔式太阳能热发电中吸热器吸热效率较低的问题,开展了吸热体材料的研究以及吸热器结构的设计。　　 本文采用无压烧成方法,以级配SiC、Si3N4以及红柱石为主要原料分别设计和制备了红柱石结合SiC材料和Si3N4结合SiC材料作为塔式太阳能热发电用吸热体基体材料。采用XRD、SEM等现代分析和测试手段研究了样品在烧成过程中的物理化学变化、相组成、显微结构等,研究了材料的配方组成、制备工艺、结构与性能的关系。研究结果表明,红柱石结合SiC和Si3N4结合SiC复相吸热陶瓷满足塔式太阳能热发电吸热体材料的要求。设计的吸热器结构简单合理,可满足塔式太阳能热发电吸热器的要求。　　 以150目、320目以及700目组成的级配SiC和红柱石为主要原料,设计了红柱石结合SiC的吸热陶瓷B系列配方组成,干法球磨、半干压成型,采用无压烧成法制备了红柱石结合SiC材料。利用XRD、SEM等测试与分析手段对B系列配方进行了性能和微观结构测试。结果表明样品的热膨胀系数随SiC含量的增加而减小,随红柱石含量的增加而增加,单纯的增加SiC含量的会使样品的氧化增重率变大,添加锂辉石后可提高样品的热震性,但会降低样品的耐火度,添加钠长石会使样品的抗热震性变差。B系列最佳配方为B2,其最佳烧成温度为1340℃。其Pa为23.22％,Wa为10.68％,D为2.17g·cm-3,重烧后尺寸收缩率为-0.03％,抗折强度为86.07MPa,热震(1100℃～室温,气冷)20次的强度损失率为-0.3％,样品热震性能良好。样品的热膨胀系数为6.357×10-6℃-1,氧化增重率(1300℃氧化3h)为1.741mg·cm-2。相组成分析表明,B2配方样品热震前后的主晶相均为α-SiC、红柱石、莫来石和方石英。热震之后红柱石的峰变少,莫来石的峰变多,其它晶相无变化。SEM研究结果表明,B2配方样品热震前后均有少量连通气孔,热震后气孔尺寸为5～15μm,相对于热震之前,样品气孔的孔径有所下降。热震后,小颗粒的SiC密集结合在大颗粒的SiC表面。空隙中和大晶体的表面,莫来石晶体交织排列,形成网络结构,赋予了样品高的强度和较好的抗热震性。　　 为了进一步提高红柱石结合SiC复相吸热陶瓷的抗热震性及抗氧化性,以150目、700目SiC和红柱石为主要原料设计了C系列配方组成,干法球磨、半干压成型,采用无压烧成法制备了红柱石结合SiC材料。利用XRD、SEM等测试手段对C系列配方进行了性能和微观结构测试。结果表明样品的热膨胀系数基本保持不变,增加700目SiC的含量会使样品的氧化增重率变大,700目SiC比例从8％增加至32％时,抗热震性逐渐变好,当700目SiC增加至40％,抗热震性开始变差。C系列最佳配方为C4,其最佳烧成温度为1460℃。其Pa为30.74％,Wa为14.60％,D为2.05g·cm-3,重烧后尺寸收缩率为-0.21％,抗折强度为32.52MPa,30次热震(1100℃～室温,气冷)后的强度是增加的,样品热震性能良好。样品的热膨胀系数为6.320×10-6℃-1,氧化增重率为2.769mg·cm-2,耐火度为1630～1650℃,28℃时的导热系数为10.03W/(m·K)。相组成分析表明,C4配方样品热震前后的主晶相均为α-SiC、莫来石和方石英。热震之后,C4样品中的莫来石峰强变大,其它晶相含量无明显变化。SEM研究结果表明,C4配方样品热震前后均有少量连通气孔,热震后气孔尺寸为5～151μm,相对于热震之前,样品气孔的孔径有所下降。热震后,针棒状的莫来石晶体形成的网络结构中央被紧密排列的SiC颗粒所填充,这些网络编织体附着在大颗粒的SiC的表面,赋予了样品高的强度和较好的抗热震性。　　 以级配SiC、Si3N4以及红柱石为主要原料设计了Si3N4结合SiC吸热陶瓷D系列配方组成,干法球磨、半干压成型,采用无压烧成法制备了Si3N4结合SiC材料。利用XRD、SEM等测试与分析手段对D系列配方进行了性能和微观结构测试。结果表明样品的热膨胀系数随SiC含量的增加而减小,随红柱石含量的增加而变大,样品的氧化增重率随SiC含量的增加而增加,单独添加锂辉石和钾长石与红柱石组合均可提高样品的抗热震性,但钾长石可同时提高样品的强度,同时添加锂辉石、钾长石与红柱石组合会降低样品的抗热震性。D系列的最佳配方为D2,最佳烧成温度为1360℃,其Pa为22.23％,Wa为10.32％,D为2.15g·cm-3,重烧后尺寸收缩率为-0.19％,抗折强度为79.60MPa,30次热震(1100℃～室温,气冷)后的强度是增加的,样品热震性能良好。样品的热膨胀系数为6.401×10-6℃-1,氧化增重率(1300℃氧化3h)为1.333mg·cm-2,耐火度为1630～1650℃,36℃时的导热系数为7.83W/(m·K)。相组成分析表明,D2配方样品热震前后的主晶相均为α-SiC、莫来石、氮化硅和方石英。热震之后样品中石英的峰变强,其它晶相含量保持不变,样品中玻璃相增加。SEM研究结果表明,D2配方样品热震前后均有少量连通气孔,热震后气孔尺寸为5～15μm,相对于热震之前,样品气孔的孔径有所下降。热震后,晶粒之间生长发育良好,晶粒尺寸为10～20μm,被少量玻璃相包裹,针棒状的莫来石晶体形成的网络结构紧密附着在大晶体的表面,赋予了样品高的强度和较好的抗热震性。　　 设计了腔体式空气吸热器和容积式空气吸热器结构,结构中设计的多孔陶瓷的导流通道,使得空气流动过程稳定,温度场均匀。吸收体自身的热容量可以发挥储热的功能,能在太阳能不足的情况下提供一定时间间隔的加热空气,在没有空气流入的情形下,吸收体吸收的辐射能全部转化为自身热容量,提高自身温度进行显热储热,适用于空气吸热器的启动阶段。