專利名稱：太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能集熱管罩玻璃管減反射涂層的成型工藝，屬于太陽能熱膜層/涂層技術領域，其中減反射涂層也叫增透涂層。
背景技術：
隨著光熱技術的不斷進步，在高溫發(fā)電領域對集熱管集熱效率要求越來越高，目前有兩種途徑增加集熱管的集熱效率，其一是增加內管太陽吸收比，另一種則是減反射，即增透。工業(yè)上主要使用高硼硅3. 3玻璃及其改性的相似玻璃作為罩玻璃管，其太陽透射比一般在O. 89左右，玻璃材料本身吸收的太陽光在2%左右，因此通過表面改性等方法減少罩玻璃管表面反射對于提高光熱轉化率有重要的意義。當前市場上平板玻璃的增透技術較為廣泛，主要有磁控濺射法、等離子噴涂法、化學氣相沉積法、溶膠凝膠法、酸腐蝕法等。物理法鍍膜主要是膜層硬度較低，不易長時間暴露在自然環(huán)境中，且要得到高的太陽透射比需要的成本較高，不利于高溫集熱管在發(fā)電上的大規(guī)模應用?；瘜W法成本較為低廉，膜層硬度有一定的提高，但是工藝和配方控制存在一定的難度，是有可能應用于高溫管的增透技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可控性好、成本低且能夠獲得較高增透效果的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝。本發(fā)明采用以下技術方案
該發(fā)明太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，包括清洗進而烘干的步驟，還包括以下步驟
高溫處理步驟把罩玻璃管放入爐內，在600°C _625°C的條件下，保溫3(Γ40分鐘；
降溫步驟采用受控降溫，基本勻速地降溫至室溫；
酸蝕步驟在罩玻璃管表面腐蝕出微觀凹坑；
SiO2膜層制備步驟和膜層固化步驟。依據本發(fā)明制備上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，引入減反射膜層原理，該原理見于物理化學學報第13卷第6期中“鈉硼硅酸鹽玻璃分相及浸析的NMR研究”對于硼玻璃前處理的理論組分一定的均勻玻璃經分相處理后，結構中出現(xiàn)以亞微觀尺寸的不均勻區(qū)，包括富硅相、富鈉硼相，隨分相處理溫度的升高，有兩個機制在同時起作用 從動力學因素考慮，溫度愈高，玻璃粘度愈低，結構調整加快，分相速率增加，且分相區(qū)的尺寸增大；從熱力學角度考慮，溫度愈高，其平衡態(tài)的混溶程度愈大，即富硅相中的鈉、硼和富鈉硼相中的硅增加。當析出的富鈉硼相尺寸遠小于可見光光波波長時，玻璃保持透明。當分相導致富鈉硼相尺寸超過可見光光波波長時，則引起肉眼可見的乳濁。與溶膠凝膠增透相結合制定本實驗方案，制備漸變膜系。這屬于成型工藝的可控性因素?；谇笆鲈聿捎帽痉桨缚梢垣@得較高的太陽透射比。工藝吸收了溶膠凝膠和表面溶蝕技術，其構思為先進梯度膜層的制作思路，增透的基本原理和實驗結論證明其能夠在較寬泛波長范圍內起到很好的增透效果，太陽透射比能夠提高2. 5%-3%。關鍵是膜層硬度和附著力有明顯的改善。由于前處理的溶蝕技術，罩玻璃管表面產生了微觀的凹凸，能夠很好的使SiO2膜層粘附，提高膜層的附著力，解決增透膜層衰減速度較快，無法長期暴漏在空氣中的不利因素，有利于大規(guī)模應用。此外，膜層外觀美觀，由于能夠在較寬的波長范圍內增透，因此罩玻璃管表面不顯示明顯干涉色，表面為淡藍色，與罩玻璃管底色相仿，缺陷較少，適合高溫管應用。同時生產成本較低，利用物理法及部分化學方法需要三、四層，甚至更多層才能夠達到的寬波長增透效果，僅兩步處理完成工藝，性價比較高。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，在酸蝕步驟后、SiO2膜層制備步驟前還含有一步清洗步驟，該步驟要求在潔凈室內用去離子水沖洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物。上述所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層成型工藝，所述高溫處理步驟，把罩玻璃管放入爐內后，控制爐溫以10°c /min的速度升溫。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，所述降溫步驟的降溫速度為 20 0C /min ο上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，所述酸蝕步驟具體為將罩玻璃管放入25°C氫氟酸濃度3%-4%和硫酸濃度2%-3%的混合溶液中靜置18mirT22min，取出。 氫氟酸的濃度大溶液損傷玻璃表面嚴重，過少不能夠起到清潔表面的功能；硫酸主要是溶解氫氟酸腐蝕下來的雜質，使表面清潔。靜置時間和溫度與溶液是一個完整的體系，如果改變會影響到腐蝕層微孔大小和密度。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，酸蝕步驟的酸蝕時間優(yōu)選為 20mino上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，混合液的溫度需嚴格控制，保證溫度變動上下不超過l°c。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，所述SiO2膜層制備步驟具體為在摩爾比為H2O TE0S HC1 C2H50H=2. 5:1:0.4:20溶膠液中采用提拉法鍍膜，鍍膜要求SiO2 環(huán)境溫度20°C -25°C，濕度20%-35%。溶膠的配比影響鍍膜的性能和納米SiO2的粒度大小， 因此對膜層透光率影響顯著；溫濕度對膜層的表觀質量存在影響，濕度過低，膜層溶液開裂，濕度過高膜層容易出現(xiàn)小點。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，所述膜層固化步驟需要在與酸蝕步驟相同的環(huán)境溫度和濕度條件下進行。上述太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，所述膜層固化步驟具體為將罩玻璃管隨爐以5°C /min速度升溫到550°C，保溫50min，然后以20°C /min速度降溫到室溫。 固化制度主要是保證乙醇以適當速度揮發(fā)，并使膜層產生較均勻的多孔SiO2結構，并且使膜層具有較高的機械強度，能夠有較好的使用價值。


圖I為高溫集熱管罩玻璃管減反射膜層的結構示意圖。圖中，I、罩玻璃管，2、罩玻璃管腐蝕層，3、SiO2增透層。
具體實施例方式依據本發(fā)明的一種太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，包括清洗進而烘干的步驟，其中清洗步驟需要隊罩玻璃管的管壁進行清洗，保證沒有污物，以提高膜層的附著力，通常需要在潔凈室內使用去離子水沖洗罩玻璃管；對于烘干步驟則相對較為簡單，再烘干室內進行充分烘干即可；進而，該成型工藝還包括以下步驟
高溫處理步驟把罩玻璃管放入爐內，在600°C _625°C的條件下，保溫3(Γ40分鐘；關于溫度控制如果能夠獲得比較好的恒溫狀態(tài)是較佳的選擇，最佳的控制溫度為610°C，一旦確定了控制溫度，就要保證溫度的穩(wěn)定性，最好控制在該控制溫度的上下3°C范圍內；經過高溫處理可以是最終獲得的膜層硬度提高；同時，關于保溫時間與控制溫度之間的關系，基本上需要保證該高溫處理步驟控制溫度區(qū)間于保溫時間大體呈一個線性關系，最佳的對應關系是在610°C的控溫條件下保溫35分鐘；
降溫步驟采用受控降溫，基本勻速地降溫至室溫，這里的基本指的是可控條件下的不可避免的影響降溫的影響，在現(xiàn)有的技術條件下，做到絕對線性降溫是不可能的，只有相對的線性降溫，也就是基本上允許的降溫；
酸蝕步驟在罩玻璃管表面腐蝕出微觀凹坑,微觀凹坑的大小通過酸蝕參數(shù)的改變而改變，通過工藝性進行確定；
SiO2膜層制備步驟和膜層固化步驟。后兩個步驟在前幾個步驟的條件下，可以借用常規(guī)的同類步驟進行處理。在上面基本方案的基礎上，較佳的選擇是在酸蝕步驟后、SiO2膜層制備步驟前最好在設置一個清洗步驟，該步驟要求在潔凈室內用去離子水沖洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物，以保證酸蝕的可控性和酸蝕的均勻性。較佳地，所述高溫處理步驟，把罩玻璃管放入爐內后，控制爐溫以10°C /min的速度升溫，避免劇烈的溫度變化導致罩玻璃管變脆，當然這里的速度也是個相對線性的速度， 盡可能的保證。進一步地，所述降溫步驟的降溫速度為20°C /min,也是基于同樣道理，防止溫度的劇烈變化導致罩玻璃管變脆。需要說明的是，這里的升溫和降溫并非罩玻璃自身要保持這樣的升溫或者降溫幅度，而是相關爐腔的升溫和降溫速度，之后罩玻璃管隨爐冷卻。較佳地，所述酸蝕步驟具體為將罩玻璃管放入25°C氫氟酸濃度3%_4%和硫酸濃度2%-3%的混合液中靜置18mirT22min，取出。腐蝕過重會影響罩玻璃管強度，并會因為產生散射，出現(xiàn)毛面。腐蝕過輕又對所要求的效果影響有限。進一步地，酸蝕步驟的酸蝕時間優(yōu)選為20min，為上述酸性環(huán)境條件下最佳的腐蝕時間，可以保證膜層的硬度最好，同時對基體的負面影響最小。采用GB-T6739-1996的標準測定在此條件下的膜層硬度為5H?；旌弦旱臏囟刃鑷栏窨刂?，保證溫度變動上下不超過IV，溫度變化過大會影響酸液的活性，導致腐蝕條件失控。較佳地，所述SiO2膜層制備步驟具體為在摩爾比為H2O TE0S =HCl C2H50H=2. 5:1:0. 4:20溶膠液中采用提拉法鍍膜，鍍膜要求環(huán)境溫度20°C -25 °C，濕度 20%-35%。上述環(huán)境溫度和濕度的范圍是允許范圍，應當嚴格控制，環(huán)境濕度過大會使膜層表面出現(xiàn)斑點，膜面粗糙，濕度過小會引起膜層開裂。進一步地，為了保證獲得膜層的性能，所述膜層固化步驟需要在與酸蝕步驟相同的環(huán)境溫度和濕度條件下進行。所述膜層固化步驟具體為將罩玻璃管隨爐以5°C /min速度升溫到550°C，保溫 50min，然后以20°C /min速度降溫到室溫，以保證膜層固化的穩(wěn)定進行。
權利要求
1.一種太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，包括清洗進而烘干的步驟，其特征在于，還包括以下步驟高溫處理步驟把罩玻璃管放入爐內，在600°c -625°c的條件下，保溫3(Γ40分鐘；降溫步驟采用受控降溫，基本勻速地降溫至室溫；酸蝕步驟在罩玻璃管表面腐蝕出微觀凹坑；SiO2膜層制備步驟；和膜層固化步驟。
2.根據權利要求I所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于， 在酸蝕步驟后、SiO2膜層制備步驟前還含有一清洗步驟，該步驟要求在潔凈室內用去離子水沖洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物。
3.根據權利要求I或2所述的所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于，所述高溫處理步驟，把罩玻璃管放入爐內后，控制爐溫以10°c /min的速度升溫。
4.根據權利要求3所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于， 所述降溫步驟的降溫速度為20°C /min。
5.根據權利要求I或2所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于，所述酸蝕步驟具體為將罩玻璃管放入25°C wt氫氟酸濃度3%-4%和wt硫酸濃度2%-3% 的混合溶液中靜置18mirT22min，取出。
6.根據權利要求5所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于， 酸蝕步驟的酸蝕時間優(yōu)選為20min。
7.根據權利要求5所述的所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于，混合液的溫度需嚴格控制，保證溫度變動上下不超過1°C。
8.根據權利要求I所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于， 所述SiO2膜層制備步驟具體為在摩爾比為H2O TE0S HC1 C2H50H=2. 5:1:0.4:20溶膠液中采用提拉法鍍膜，鍍膜要求環(huán)境溫度20°C -25°C，濕度20%-35%。
9.根據權利要求I或8所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于，所述膜層固化步驟需要在與酸蝕步驟相同的環(huán)境溫度和濕度條件下進行。
10.根據權利要求9所述的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，其特征在于， 所述膜層固化步驟具體為將罩玻璃管隨爐以5°C /min速度升溫到550°C，保溫50min，然后以20°C /min速度降溫到室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層的成型工藝，包括清洗進而烘干的步驟，還包括以下步驟高溫處理步驟把罩玻璃管放入爐內，在600℃-625℃的條件下，保溫30~40分鐘；降溫步驟采用受控降溫，基本勻速地降溫至室溫；酸蝕步驟在罩玻璃管表面腐蝕出微觀凹坑；SiO2膜層制備步驟和膜層固化步驟。依據本發(fā)明的成型工藝可控性好、成本低且能夠獲得較高增透效果的太陽能集熱管罩玻璃管增透涂層。
文檔編號C03C17/23GK102603205SQ201210071198
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者劉希杰, 杜勇, 楊波 申請人:山東力諾新材料有限公司