專(zhuān)利名稱(chēng)：一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層的制作方法
一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種使用在平板式太陽(yáng)能集熱器表面，用
于吸收利用太陽(yáng)能的選擇性吸收涂層。背景技術(shù)：
太陽(yáng)能熱水器就是吸收太陽(yáng)的輻射熱能，。它是我國(guó)太陽(yáng)能熱利用中最為成熟和 最為先進(jìn)的產(chǎn)品。為百姓提供環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生的新型熱水器產(chǎn)品。最常見(jiàn)的太陽(yáng)能 熱水器有三種悶曬式太陽(yáng)能熱水器、平板式太陽(yáng)能熱水器和真空管太陽(yáng)能熱水器。悶曬式
太陽(yáng)熱水器的集熱器和水箱合為一體。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。但是保溫差，不能過(guò)夜使用， 冬季更不能使用。平板式太陽(yáng)能熱水器由平板太陽(yáng)集熱器、蓄水箱、循環(huán)管、支架組成。吸 熱體有銅鋁復(fù)合管板式、全銅管板式、不銹鋼沖壓成型焊接而成的扁盒式等結(jié)構(gòu)型式。而太 陽(yáng)能集熱器，其中的關(guān)鍵部件就是太陽(yáng)能集熱器板芯，現(xiàn)在大多采用銅鋁復(fù)合的板狀材料 制成。太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器集熱表面，主要由紅外高反射層、吸收 層和減反射層構(gòu)成，其中減反射層的作用是降低物體表面對(duì)入射光的反射，增加物體表面 對(duì)光的吸收，增加吸收效率；紅外高反射層減少集熱器內(nèi)部向外輻射，降低熱損失；吸收層 用于吸收太陽(yáng)光，給集熱器提供熱源。在太陽(yáng)能的光熱轉(zhuǎn)換中，選擇性吸收涂層的吸收層中 的介質(zhì)的折射率要盡可能低，減反射層的折射率也要盡可能低，這樣才能獲得光熱轉(zhuǎn)換效 率較高的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，但同時(shí)也要注重介質(zhì)的沉積速率不能過(guò)低，以免影響生 產(chǎn)效率。而在涂層的制備過(guò)程中，采用磁控反應(yīng)濺射或射頻反應(yīng)及中頻反應(yīng)濺射方法，利用 金屬或非金屬靶材，由于靶中毒，造成減反射層的沉積速率非常低，使生產(chǎn)效率大大降低。 由于減反射層的生產(chǎn)效率低，目前在市場(chǎng)上的絕大多數(shù)太陽(yáng)能集熱器都不采用設(shè)有減反射 層的太陽(yáng)光選擇性吸收涂層。對(duì)于在真空環(huán)境低溫范圍使用的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層目 前已研究和廣泛應(yīng)用了選擇性吸收涂層，這種膜系和工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是，Al單靶直流磁控 濺射鍍膜工作，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，膜層吸收率較高，對(duì)在低溫范圍使用全玻璃真空管的比較適 用，但對(duì)于中溫及高溫使用由于其紅外發(fā)射率隨溫度上升明顯升高，造成集熱器熱損增大， 熱效率明顯下降。為了提高高溫使用范圍選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性，降低紅外發(fā)射率，已 研究和發(fā)展了高溫穩(wěn)定金屬雙靶共濺射淀積技術(shù)，這種涂層具有多層膜層的結(jié)構(gòu)、使在高 溫范圍內(nèi)熱性能穩(wěn)定，吸收/發(fā)射比較小。但是；這種涂層和工藝方法的關(guān)鍵是必須采用高 溫穩(wěn)定金屬如W、 M0、 SS，而且必須采用雙電極靶共濺射；造成沉積速率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、工 藝復(fù)雜、耙材稀貴、成本高。所以現(xiàn)在需要一種吸收率很高，發(fā)射率很低，而且熱穩(wěn)定性很好 的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。但是至今行業(yè)中沒(méi)有出現(xiàn)可以克服以上缺點(diǎn)的技術(shù)解決方 案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良的太陽(yáng)能選擇性吸收特性，且膜層牢固的選擇 性吸收膜層，該膜層具有較高的結(jié)合強(qiáng)度和良好的耐候性，同時(shí)在生產(chǎn)是具有較高的生產(chǎn)效率。 為了達(dá)到上述的技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案包括以下技術(shù)內(nèi)容一種 選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，該涂層由多層金屬與非金屬?gòu)?fù)合而成，上述的選擇性太 陽(yáng)能附著在金屬平板上，其特征在于所述的涂層在金屬平板上附著的次序依次為底層， 鈦_氧_鈦吸收層，和二氧化硅射層構(gòu)成，其中的鈦_氧_鈦吸收層為通過(guò)至少兩次反應(yīng)濺 射過(guò)程制作。 所述的底層為不銹鋼、鉬或者鎳中的一種。所述的底層、鈦-氧-鈦吸收層、二氧化硅的總厚度為80nm-120nm。所述的底層-鈦-氧-鈦吸收層，和二氧化硅射層各層的厚度為，底層15nm-25nm ;
鈦-氧-鈦吸收層50nm-70nm ;二氧化硅15nm-25nm。 所述的底層_鈦_氧_鈦吸收層，和二氧化硅射層各層的最佳厚度為，底層20nm ; 鋁30nm ;30nm ;二氧化鋁20nm。 通過(guò)采用上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明獲得了以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明通過(guò) 采用不銹鋼_鈦_氧_鈦吸收層和二氧化硅射層復(fù)合膜層做為平板式太陽(yáng)能集熱器的選擇 性吸收涂層，這種復(fù)合膜層具有非常好的太陽(yáng)能選擇性能，其中底層分別采用不銹鋼、鉬或 者鎳做為底層，上述幾種金屬會(huì)在銅或者鋁板上具有非常強(qiáng)的結(jié)合牢度，從而增強(qiáng)整個(gè)吸 收膜層的固定牢度；另外上述的不銹鋼、鉬或者鎳均具有非常好的紅外反射性能，可以非常 有效的降低膜層的熱發(fā)射率，在太陽(yáng)輻照度很好的時(shí)候避免上述的復(fù)合膜層過(guò)熱而影響集 熱器的使用壽命；將鈦_氧_鈦?zhàn)鰹槲諏樱⒃跒R射的時(shí)候與氧氣等反應(yīng)，反應(yīng)濺射出不 同金屬體積比的漸變吸收膜層，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)哪雍穸?，可以大大增?qiáng)上述膜層的吸收 率；另外在上述膜層的最上層通過(guò)反應(yīng)濺射二氧化鋁膜層，可以利用二氧化鋁穩(wěn)定的性能， 對(duì)其下的膜層起到減反射和封閉的作用，保護(hù)吸收層不會(huì)受到大氣中的水份、鹽分等的腐 蝕，大幅度提高了膜層的耐候性，顯著延長(zhǎng)了上述膜層的使用壽命。


圖1為本發(fā)明的膜層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的平板式太陽(yáng)能集熱器中使用的集熱片材所做出的改進(jìn)，現(xiàn)在 常用的集熱片一般為薄銅板或者鋁板，因此本發(fā)明中的太陽(yáng)能選擇性吸收涂層就是以上述 兩種常用的材料基材所做出的技術(shù)改進(jìn)。該涂層由多層金屬與非金屬?gòu)?fù)合而成，上述的選 擇性太陽(yáng)能附著在金屬平板上，而這個(gè)金屬板也就是薄銅板或者鋁板。所述的涂層在金 屬平板上附著的次序依次為底層-鈦-氧-鈦吸收層，根據(jù)不同的金屬特性，在本發(fā)明中 的底層為不銹鋼、鉬或者鎳中的一種。使用這幾種材料做為復(fù)合膜層，也就是太陽(yáng)能選擇 性吸收涂層，主要是上述的幾種金屬與鋁和銅通過(guò)反應(yīng)濺射后，可以穩(wěn)定而牢固的附著在 鋁或者銅基材上，這樣為整個(gè)復(fù)合膜層建立一個(gè)牢固的附著基礎(chǔ)。另外這幾種金屬材料 還具有較強(qiáng)的紅外反射性能，可以降低復(fù)合膜層的熱發(fā)射率，防止膜層由于溫度過(guò)高而損 壞。本發(fā)明所述的底層(包括不銹鋼、鉬、鎳任意一種)-鈦-氧-鈦吸收層-二氧化硅的厚度為80nm-120nm。上述的這個(gè)厚度為篩選的比較合理的一個(gè)膜層厚度。上述的膜層在 進(jìn)行反應(yīng)濺射時(shí)所生產(chǎn)的每層膜層的厚度分別是底層15nm-25nm ;鈦-氧-鈦吸收層為兩 層均為25nm-35nm 二氧化硅15nm-25nm。上述的這個(gè)厚度范圍可以根據(jù)具體的使用要求和 太陽(yáng)能設(shè)備的用途等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。但是在一般情況下，最佳的膜層結(jié)構(gòu)底層20nm ; 鈦-氧-鈦吸收層的兩層均30nm ;二氧化硅20nm。 上述的膜層的加工過(guò)程為，首先將金屬基材，也就是薄銅板或者鋁板進(jìn)行表面預(yù) 處理，將其放入預(yù)處理室中在真空條件下，進(jìn)行鍍制前的離子刻蝕，用Ar離子轟擊材料表 面，使上述的薄銅板或者鋁板表面的固體雜質(zhì)得到良好的清理，進(jìn)行離子刻蝕一般只需進(jìn) 行一個(gè)表面即可，因?yàn)殄冎铺?yáng)能選擇性吸收涂層也至少在一個(gè)表面上進(jìn)行。進(jìn)行離子刻 蝕可以使薄銅板或者鋁板的表面得到徹底的清理，提高鍍制膜層時(shí)候的附著力，提高膜層 使用壽命。 上述的膜層的加工過(guò)程為，首先將金屬基材5，也就是薄銅板或者鋁板進(jìn)行表面預(yù) 處理，然后將其放入預(yù)處理室中在10—乍a的真空條件下，經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)通入Ar氣60sccm， 調(diào)節(jié)真空度在0. 6pa，開(kāi)靶極電源，耙極電源480v，電流4. 5A，進(jìn)行鍍制前的離子刻蝕，處理 時(shí)間為10-25分鐘。用Ar離子源轟擊基材5表面，電流密度0. 8A/cm2使上述的薄銅板或 者鋁板表面的固體雜質(zhì)得到良好的清理，進(jìn)行離子刻蝕一般只需進(jìn)行一個(gè)表面即可，因?yàn)?鍍制太陽(yáng)能選擇性吸收涂層也至少在一個(gè)表面上進(jìn)行。進(jìn)行離子刻蝕可以使基材5即薄銅 板或者鋁板的表面得到徹底的清理，提高鍍制膜層時(shí)候的附著力，提高膜層使用壽命。
在進(jìn)行基材5表面預(yù)處理之后，即可開(kāi)始膜層的鍍制過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)真空 磁控反應(yīng)濺射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將上述經(jīng)過(guò)處理的薄銅板或者鋁板放入真空濺射室中，在0. 5Pa 的真空條件下通過(guò)磁控濺射鍍制金屬襯底4，采用不銹鋼靶或鎳靶或鉬靶進(jìn)行，通入氮?dú)?42sccm，保持工作氣壓為0. 5pa，電流5A，磁控濺射時(shí)間為5分鐘。在厚度達(dá)到20nm是即可 進(jìn)入下一個(gè)膜層的鍍制。 同樣將該鍍制完金屬襯底的基材放入真空室中，通過(guò)反應(yīng)濺射鍍制吸收層，采用 鈦靶進(jìn)行磁控濺射，濺射時(shí)通入氧氣40sccm，保持工作氣壓為0. 5pa，電流5A，磁控濺射時(shí) 間為7分鐘。在厚度達(dá)到30nm是即可進(jìn)入下一個(gè)膜層的鍍制。在濺射吸收層的時(shí)候還可 以通入其他可以通入的氣體。在鍍制不同的膜系時(shí)，通入不同的氣體，按照膜系中的先后順序。 同樣將該鍍制完金屬襯底的基材放入真空室中，通過(guò)反應(yīng)濺射鍍制吸收層，采用 鋁靶進(jìn)行磁控濺射，濺射時(shí)通入氧氣30sccm，保持工作氣壓為0. 5pa，電流5A，磁控濺射時(shí) 間為IO分鐘。在厚度達(dá)到30nm是即可進(jìn)入下一個(gè)膜層的鍍制。 最后將該鍍制完金屬襯底的三氧化二硅1，將基材5放入真空室中，通過(guò)反應(yīng)濺 射鍍制表面的陶瓷層，采用硅靶進(jìn)行磁控濺射，濺射時(shí)通入氧氣45sccm，保持工作氣壓為 0. 5pa，電流5A，磁控濺射時(shí)間為5分鐘。在厚度達(dá)到20nm是即可進(jìn)完成膜層的鍍制。
上述描述只能被看作是較佳實(shí)施例。本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練技術(shù)人員以及那些 制造或使用本發(fā)明的人應(yīng)意識(shí)到本發(fā)明的其它多種變化型式。因此，要理解的是，上述圖示 實(shí)施例僅僅是作示范用的，它并不會(huì)對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，本發(fā)明的范圍根據(jù)專(zhuān)利法 的原則、包括等效物的原則所解釋的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，該涂層由多層金屬與非金屬?gòu)?fù)合而成，上述的選擇性太陽(yáng)能附著在金屬平板上，其特征在于所述的涂層在金屬平板上附著的次序依次為底層，吸收層，和二氧化硅射層構(gòu)成，其中的鈦-氧-鈦吸收層為通過(guò)至少兩次反應(yīng)濺射過(guò)程制作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，其特征在于所述的底層為不銹鋼、鉬或者鎳中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，其特征在于所述的底層、鈦_氧_鈦吸收層、二氧化硅的總厚度為80nm-120nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，其特征在于所述的底層-鈦-氧-鈦吸收層，和二氧化硅射層各層的厚度為，底層15nm-25nm ;鈦_氧_鈦吸收層50nm-70nm ;二氧化硅15nm-25nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，其特征在于所述的底層-鈦-氧-鈦吸收層，和二氧化硅射層各層的最佳厚度為，底層20nm ;鋁30nm ;30nm ;二氧化鋁20nm。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種使用在平板式太陽(yáng)能集熱器表面，用于吸收利用太陽(yáng)能的選擇性吸收涂層。一種選擇性太陽(yáng)能光熱吸收復(fù)合涂層，該涂層由多層金屬與非金屬?gòu)?fù)合而成，上述的選擇性太陽(yáng)能附著在金屬平板上，其特征在于所述的涂層在金屬平板上附著的次序依次為底層，鈦-氧-鈦吸收層，和二氧化硅射層構(gòu)成，其中的鈦-氧-鈦吸收層為通過(guò)至少兩次反應(yīng)濺射過(guò)程制作。本發(fā)明可以提供一種具有優(yōu)良的太陽(yáng)能選擇性吸收特性，且膜層牢固的選擇性吸收膜層，該膜層具有較高的結(jié)合強(qiáng)度和良好的耐候性，同時(shí)在生產(chǎn)上是具有較高的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)F24J2/48GK101769649SQ20081024189
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者丘仁政, 羅賓, 陳漢文 申請(qǐng)人:深圳市鵬桑普太陽(yáng)能股份有限公司