專利名稱：一種包埋鑭鋁合金納米團(tuán)蔟的金屬陶瓷太陽能吸收涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種包埋鑭鋁合金納米團(tuán)蔟的金屬陶瓷太陽能吸收涂層技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于太陽能光熱吸收薄膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及將具有高熔點(diǎn)特性之稀土金屬-金屬合金(RE-M)生成的納米團(tuán)蔟包埋在氮化物金屬陶瓷中的新型光熱功能薄膜及其制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
[0002]氮化物或氧化物金屬陶瓷薄膜具有優(yōu)異的光學(xué)性能，如Ti02，AlN, Al2O3，TiN等等，各自具有特定的光譜性能。像TiO2薄膜對紫外光吸收，而可見光可以通過；TiN和AlN 等薄膜對太陽光譜是完全透明的。[0003]氮化物或氧化物金屬陶瓷薄膜雖然各自有特定的光譜性能，但是，通過特殊的處理，采用摻雜、離子注入、包埋選定的元素團(tuán)蔟等等手段，可以改變金屬陶瓷薄膜的光學(xué)性能。[0004]目前大批量生產(chǎn)的商用太陽能選擇性吸收薄膜基本上有兩種方法，這兩種方法都是基于金屬陶瓷薄膜包埋金屬納米團(tuán)簇的原理，均采用磁控濺射方法實(shí)現(xiàn)。[0005]一種是稱為鋁-氮-鋁(Al-N-Al)的太陽能選擇性吸收薄膜，它是金屬鋁元素按照設(shè)定的比例包埋在氮化鋁金屬陶瓷中。[0006]由這種選擇性吸收薄膜為主制備的太陽能集熱器涂層結(jié)構(gòu)為在基體上制備銅 (Cu)或鋁(Al)金屬反射層薄膜，其上制備氮化鋁包埋鋁金屬納米團(tuán)簇(Al-N-Al)的金屬陶瓷選擇性吸收薄膜層，最后是氮化鋁(AlN)減反射薄膜層。這種組合涂層對300nm至紅外光譜具有選擇性吸收性能，在太陽輻射區(qū)域有強(qiáng)烈的吸收。[0007]該組合涂層使用兩靶或單靶濺射爐生產(chǎn)(采用銅反射層時使用銅、鋁兩只靶，若用鋁為反射層時，使用一只鋁靶即可)，一只鋁靶在一定量的氮?dú)鈼l件下的反應(yīng)濺射可以生成氮化鋁包埋鋁金屬團(tuán)簇的金屬陶瓷薄膜，而要得到純凈的氮化鋁窗口層，只需改變提供氮?dú)獾臍饬浚猛恢讳X靶就可以完成，該鋁靶或另加一只銅靶可以用來制作鋁反射層或銅反射層。[0008]以上復(fù)合涂層制備方法較為簡單，工藝也成熟，鋁的濺射速率較高因而相應(yīng)的生產(chǎn)效率也較高。制備的涂層對太陽光譜具有較好的吸收性能。但這種涂層不具備高溫下的熱穩(wěn)定性，涂層使用溫度局限在150°C左右，主要受限于鋁-氮-鋁(Al-N-Al)的太陽能選擇性吸收薄膜。[0009]另一種是96102331. 7發(fā)明專利公開的一種太陽能選擇性吸收涂層及其制法，其吸收涂層由金屬陶瓷組成，該金屬陶瓷是在混合氣體介質(zhì)中由多種金屬電極同時濺射在紅外反射金屬上，其中第二金屬電極和介質(zhì)中的活性氣體反應(yīng)，第一金屬電極則不與活性氣體反應(yīng)。其制作方法由以下步驟組成[0010](a)用非反應(yīng)濺射工藝把一種紅外反射金屬層沉積在一種基底材料上；[0011](b)在反射金屬層上沉積一種太陽能吸收涂層，[0012]該吸收涂層沉積為金屬陶瓷，金屬陶瓷則是在至少有一種活性氣體的混合氣體介質(zhì)中由第二金屬電極與介質(zhì)中的活性氣體反應(yīng)和第一金屬電極不與活性氣體反應(yīng)同時濺射而形成的。[0013]第一電極選擇鎢、鎢合金、不銹鋼、鎳、鎳合金、鎳合金、鎳鉻合金、鉬、銥、鋨、釕、 銠、徠、鉬、鉬合金及金。第二電極從鋁和鎂中選取。金屬陶瓷在氮?dú)?N)和一惰性濺射支持氣體存在下由第一、第二電極共同濺射而形成。反射金屬層由包含下述金屬組的金屬沉積而成鋁、鎢、銅、金、銀和鉬。[0014]該專利稱提供了制備熱穩(wěn)定性好的中高溫太陽能選擇性吸收涂層的途徑，其涂層具備高溫?zé)岱€(wěn)定性。但是該專利選擇高熔點(diǎn)金屬作為靶材(可稱之為“高熔點(diǎn)金屬包埋技術(shù)”)，而高熔點(diǎn)金屬價格比較昂貴，生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，其濺射速率低、濺射能耗高、金屬材料的冶煉和靶材加工難度大。[0015]除了上述的兩種涂層外，多年來人們還研制了氧化鉻、鉻-氮、鉻-碳、鈦-碳、 鈦-氮-碳、鋯-氮-碳、鎳-碳、鎳-氮、鉬-碳、不銹鋼-碳等復(fù)合薄膜，其中有幾種也已作為太陽能集熱涂層用于商業(yè)化生產(chǎn)，但規(guī)模不大。[0016]現(xiàn)有技術(shù)中還有一種太陽能真空管開水器(ZL952^5359. 9)，其吸收涂層選用稀土鋁硅合金及其化合物。[0017]稀土鋁硅合金是常用于機(jī)械、鑄造以及電線電纜行業(yè)的一種以鋁、硅為主要成分的鍛造和鑄造用金屬合金材料，硅含量范圍在10-30%，常用硅含量為11%、稀土含量為 0. 5-2%、微量的銅、鐵、鎳，其余為鋁。材料的密度2. 6 2. 7g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)101 m. °C，楊氏模量71.0GPa，沖擊值7 8. 5J，疲勞極限士45MPa。[0018]稀土鋁硅合金中硅是主要合金元素，用于改善合金的流動性，降低熱裂傾向、減少疏松和提高材料的氣密性。鋁硅合金的共晶點(diǎn)為含硅12.6%，超過此值時，硅的顆粒含量高，微量稀土元素的加入，可以使合金中的硅相由粗大的板片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的纖維狀，經(jīng)進(jìn)一步熱處理后再轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀而發(fā)生變質(zhì)，從而獲得性能改善，特別是韌性的很大改善。[0019]從鋁硅合金的相圖上看，如表1所示，其熱穩(wěn)定性(在硅含量10-30%條件下，熔點(diǎn)為580 830°C，與純鋁相比變化不大。只有在選用高硅(30%)鋁合金時才可能得到熔點(diǎn)為830°C左右的合金材料，硅含量再提高時材料的性能變脆，使用起來有困難。微量稀土金屬的加入，不能改變鋁硅合金的熱穩(wěn)定性能。[0020]表1 [0021]
權(quán)利要求1.一種包埋鑭鋁合金納米團(tuán)蔟的金屬陶瓷太陽能吸收涂層，該涂層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)， 自基底向上依次包括金屬反射層薄膜、太陽能吸收層薄膜和減反射層薄膜，其特征在于，所述金屬反射薄膜為鑭鋁合金LaAl反射層薄膜，所述太陽能吸收層薄膜為氮化鑭鋁LaAlN金屬陶瓷內(nèi)包埋鑭鋁合金LaAl納米團(tuán)簇LaAl-N-LaAl的太陽能吸收薄膜，所述減反射層薄膜為氮化鑭鋁LaAlN減反射層薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷太陽能吸收涂層，其特征在于，所述吸收層薄膜的厚度范圍為150 200nm。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷太陽能吸收涂層，其特征在于，金屬反射層薄膜的厚度范圍為100 180nm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種包埋鑭鋁合金納米團(tuán)蔟的金屬陶瓷太陽能吸收涂層。該涂層自基底向上依次包括鑭鋁合金反射層薄膜、氮化鑭鋁金屬陶瓷內(nèi)包埋稀土鑭鋁合金納米團(tuán)簇的太陽能吸收層薄膜和氮化鑭鋁減反射層薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述涂層的熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單、生產(chǎn)效率高、對太陽光譜300nm至紅外光譜具有選擇性吸收功能，在太陽輻射區(qū)域有強(qiáng)烈的吸收。
文檔編號B32B15/04GK202242220SQ20112034346
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者孫紹鑾, 宋宗恩, 徐新建 申請人:日出東方太陽能股份有限公司