專利名稱：柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種柔性金屬基底復合膜，具體指復合膜中的梯度金屬陶瓷膜層的制備方法，屬于表面工程技術領域。
背景技術：
太陽能選擇性吸收膜，具有高的吸收發(fā)射比，可以提高太陽能光熱轉換效率。柔性金屬基底上的金屬陶瓷復合膜，是一種太陽能選擇性吸收膜，它高效吸熱，在太陽能熱利用等領域具有廣闊的應用前景。其由底層高反射金屬層、作為吸收層的金屬陶瓷膜層、作為減反層的介質層構成；目前國內金屬陶瓷復合膜采用電鍍、磁控濺射等方法制備，電鍍法鍍制的產品性能不及磁控濺射鍍制的太陽能選擇吸收膜，且會產生電鍍費液污染。而國內的磁控濺射生產線為國外引進，生產的金屬陶瓷復合膜的吸收層為多層結構，需要多次鍍制制成，工藝復雜。經查證，金屬陶瓷復合膜的吸收層為一層且一次連續(xù)卷繞鍍制并使其中的金屬微粒體積分數在介質中呈連續(xù)梯度分布的金屬陶瓷吸收膜層的方法，在國內外專利中均未有記載。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層的方法，可以使金屬陶瓷吸收膜層當中的金屬微粒在介質中從內到外含量逐漸遞減，呈梯度分布。為此，采用如下技術方案一種柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法，對柔性金屬基底通過清洗活化處理并鍍制金屬反射膜層后；在鍍制好的金屬反射膜層上，連續(xù)鍍制梯度M-Al2O3金屬陶瓷膜層；在鍍制過程中，設置金屬M靶和Al靶，采用雙靶共濺射的形式，采用直流磁控濺射方式進行金屬M的鍍制；采用脈沖反應磁控濺射方式鍍制Al2O3 ；濺射用氣體為氬氣，反應氣體為氧氣；氬氣通至金屬M靶面，氧氣通至金屬Al靶面；柔性金屬基底卷繞走帶先通過金屬M靶，再通過Al靶，使金屬M粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少；所述金屬M為金屬 Mo、Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS0本發(fā)明在鍍制過程中，設置金屬M靶和Al靴，采用雙靶共濺射的形式，并使柔性金屬基底卷繞走帶先通過金屬M靶，再通過Al靶，達到了使金屬M粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少的目的，使帶有金屬陶瓷復合膜層的復合膜具有高吸收發(fā)射比和高效吸熱的性能；而且一次連續(xù)卷繞鍍制而成，實現了在柔性金屬基底高反射金屬膜上連續(xù)大面積鍍制梯度金屬陶瓷吸收膜層，具有工藝可實現， 膜層參數可控制，是太陽能熱利用柔性金屬基底高效吸熱型復合膜的關鍵一步。


圖1為采用雙靶共濺射鍍制裝置示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明所述柔性金屬基底包括銅、鋁、不銹鋼等材料，所述金屬M為金屬Mo、Mn、 Al、Au、Pt、Cu或SS，該金屬M與Al2O3可組成任意的M- Al2O3金屬陶瓷膜層；但本實施例僅以柔性鋁基底雙靶共濺射連續(xù)大面積鍍制梯度Mo- Al2O3金屬陶瓷膜層為例。本實施例的制備過程是在真空室中的0. 5m幅寬的磁控卷繞鍍膜裝置上進行的， 如圖2所示，該裝置包括放卷輥1，過渡輥3，檔板4，鍍膜輥5，收卷輥6，金屬Mo靶7、金屬 Al靶8以及輝光源9。將柔性鋁基底2 —端卷繞在磁控卷繞鍍膜設備的放卷輥1上后再依次經過過渡輥3及鍍膜輥5，最后卷繞在收卷輥6上。本實施例的產品為柔性金屬基底高效吸熱型M0- Al2O3金屬陶瓷復合膜，是由柔性鋁基底、底層高反射Al金屬層、作為吸收層的梯度Mo- Al2O3金屬陶瓷膜層、作為減反層的 Al2O3介質層構成的復合膜。一種柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法，首先對柔性金屬基底通過輝光等離子體進行清洗活化提高鍍制膜層的附著力并采用直流磁控濺射方式鍍制具有高反射低發(fā)射特性的金屬反射膜層即Al膜層作底層膜，增強干涉吸收的效果后，連續(xù)鍍制梯度Mo- Al2O3金屬陶瓷膜層，在鍍制過程中，設置金屬Mo靶和Al靶，采用雙靶共濺射的形式，所述金屬Mo靶和Al靶兩靶與鍍膜輥的距離均為10cm，金屬Mo靶面與鍍膜輥平行；濺射用氣體為純度99. 99%的氬氣，反應氣體為純度99. 99%的氧氣；氬氣通至金屬M靶面，氧氣通至金屬Al靶面；鍍膜時柔性金屬基底先通過金屬Mo靶，再通過Al靶，走帶張力控制為3 6N，收卷輥線速度為4 lOcm/min，使金屬Mo粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少；
工藝條件為將真空室本底真空抽至3xlO_3Pa，調節(jié)氬氣流量為8 lkccm，氧氣流量為4 Ssccm，使真空室真空度保持為3 X KT1 5 X KT1Pa ；不對柔性鋁基底加熱，使其處于自然溫升狀態(tài)；
對金屬Mo靶和Al靶加電壓，應用直流磁控濺射進行金屬Mo的鍍制濺射采用純度為 99. 99%金屬Mo靶，金屬Mo靶為5600mm χ 80mm的長條形；調節(jié)金屬Mo靶和柔性金屬基底之間的距離為IOcm打開濺射電源，電壓施加在金屬Mo靶和真空室之間，待起輝后調節(jié)電源電壓為200 400V，電流為1 2A，功率為200 800W ；
應用脈沖反應磁控濺射鍍制Al2O3 濺射采用純度為99. 99%金屬Al靶，金屬Al靶為 5600mm χ 80mm的長條形，調節(jié)Al靶和柔性金屬基底之間的距離為IOOmm ；打開濺射電源， 電壓施加在金屬Al靶和真空室之間，待起輝后調節(jié)電源電壓為200 400V，電流為2 4A， 功率為500 1500W，濺射脈沖頻率5 20KHz。調節(jié)和控制走帶速度，分別控制兩個靶的功率，鍍制出的Mo- Al2O3金屬陶瓷膜的厚度和體積分數可以調節(jié)。最后，在M0-Al2O3金屬陶瓷膜層之上，鍍制具有減反射作用的Al2O3膜，起到降低薄膜的鏡反射光能損失，增強選擇性吸收效果的作用。
權利要求
1.一種柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法，首先對柔性金屬基底通過清洗活化處理并鍍制金屬反射膜層；其特征在于在所述鍍制好的金屬反射膜層上，連續(xù)鍍制梯度M-Al2O3金屬陶瓷膜層；在鍍制過程中，設置金屬M靶和Al靶，采用雙靶共濺射的形式，采用直流磁控濺射方式進行金屬M的鍍制；采用脈沖反應磁控濺射方式鍍制 Al2O3 ；濺射用氣體為氬氣，反應氣體為氧氣；氬氣通至金屬M靶面，氧氣通至金屬Al靶面； 柔性金屬基底卷繞走帶先通過金屬M靶，再通過Al靶，使金屬M粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少；所述金屬M為金屬Mo、Mn、Al、 Au、Pt、Cu或SS ；最后在所述M-Al2O3金屬陶瓷膜層之上，鍍制減反層Al2O3膜作為外層膜。
2.如權利要求1所述的鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法，其特征在于所述連續(xù)鍍制梯度 M-Al2O3金屬陶瓷膜層時，所述金屬M靶和Al靶兩靶與鍍膜輥的距離均為10cm，金屬M靶面與鍍膜輥平行；濺射用氣體為氬氣，反應氣體為氧氣；氬氣通至金屬M靶面，氧氣通至金屬 Al靶面；鍍膜時柔性金屬基底先通過金屬M靶，再通過Al靶，走帶張力控制為3 6N，收卷輥線速度為4 lOcm/min，使金屬M粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少；工藝條件為將真空室本底真空抽至3xlO_3Pa，調節(jié)氬氣流量為8 lkccm，氧氣流量為4 Ssccm，使真空室真空度保持為3 X KT1 5 X KT1I3a ；不對柔性金屬基底加熱，使其處于自然溫升狀態(tài)；此時，對金屬M靶和Al靶加電壓；應用直流磁控濺射進行金屬M的鍍制調節(jié)金屬M靶和柔性金屬基底之間的距離為IOcm ；打開濺射電源，電壓施加在金屬M靶和真空室之間，待起輝后調節(jié)電源電壓為200 400V，電流為1 2A，功率為200 800W ；應用脈沖反應磁控濺射鍍制Al2O3 調節(jié)Al靶和柔性金屬基底之間的距離為IOcm ；打開濺射電源，電壓施加在金屬Al靶和真空室之間，待起輝后調節(jié)電源電壓為200 400V，電流為2 4A，功率為500 1500W，濺射脈沖頻率5 20KHz。
全文摘要
一種柔性金屬基底雙靶共濺射連續(xù)鍍制梯度金屬陶瓷膜層方法，對柔性金屬基底通過清洗活化處理并鍍制金屬反射膜層后；在鍍制好的金屬反射膜層上，連續(xù)鍍制梯度M-Al2O3金屬陶瓷膜層；本發(fā)明通過雙靶共濺射的工藝使金屬M粒子在Al2O3介質基體中的含量從金屬陶瓷與金屬分界面向金屬陶瓷表面呈梯度減少；使帶有金屬陶瓷復合膜層的復合膜具有高吸收發(fā)射比和高效吸熱的性能；而且可以一次連續(xù)卷繞鍍制，實現了在柔性金屬基底高反射金屬膜上連續(xù)大面積鍍制梯度金屬陶瓷吸收膜層。
文檔編號C23C14/08GK102409310SQ20111035471
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者馮煜東, 王志民, 王藝, 趙慨, 速小梅 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所