專利名稱：一種太陽能選擇性吸收涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是指一種應(yīng)用在太陽能集熱管上的選擇性吸收涂層。
背景技術(shù)：
太陽光譜選擇性吸收涂層在可見-近紅外波段具有高吸收率，因此能夠在紅外波段具有低 發(fā)射率的功能薄膜是用于太陽能集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。隨著太陽能熱利用需求 和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能集熱管的應(yīng)用范圍從低溫應(yīng)用(<100°C)向中溫應(yīng)用(100°C 35CTC)和高溫應(yīng)用(35(TC 500。C)發(fā)展，以不斷滿足太陽能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。多數(shù)太陽能選擇性吸收表面涂層目前都是應(yīng)用金屬—介電復(fù)合物(又稱作金屬陶瓷)來 作為太陽能吸收材料，該復(fù)合材料以適當(dāng)厚度涂層和金屬組分沉積，在主要的太陽能輻射區(qū) 域表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收峰而對熱(紅外)輻射則基本保留為透明的，該復(fù)合物被沉積在對紅外 反射的金屬基材上以形成太陽能選擇性吸收表面涂層。不過所用的復(fù)合材料由于不具備高溫下的熱穩(wěn)定性，故只能在低溫或中溫(至多高達(dá)350。C)時使用。為了提高中高溫服役條件下選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性，Mo-Al203/Cu、 SS-A1N/SS 等材料體系得到了研究和發(fā)展，采用了雙靶或多靶金屬陶瓷共濺射技術(shù)，其中Mo-Al203/Cu 體系的特點(diǎn)是Mo-Al203吸收層具有成分漸變的多亞層結(jié)構(gòu)，A1203層采用射頻濺射方法。 SS-A1N/SS體系的特點(diǎn)是吸收層釆用了干涉膜結(jié)構(gòu)，使熱穩(wěn)定性提高。上述涂層在使用溫度 35(TC 50(TC范圍內(nèi)的聚焦型中高溫集熱管表面獲得了應(yīng)用。但是雙耙或多靶共濺射、射 頻濺射等工藝沉積速率低，生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜，成本高。 發(fā)明 內(nèi) 容本實(shí)用新型的目的是提供一種太陽能選擇性吸收涂層，適用于中高溫(30(TC 50(TC) 工作溫度集熱管，涂層吸收率高、發(fā)射率低、熱穩(wěn)定性好，制備工藝簡便，操作方便，生產(chǎn) 周期短，濺射工況穩(wěn)定。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種太陽能選擇性吸收涂層，該涂層在吸熱體基材表 面由底部到頂部形成三層膜結(jié)構(gòu)，第一層是紅外反射層，由金屬Nb膜構(gòu)成，厚度在140 250nm;第二層是吸收層，成分上由Nb與A1203的混合物組成，結(jié)構(gòu)上由金屬體積百分含 量不同的兩個亞層構(gòu)成，第一亞層Nb的體積百分含量為45 65%，厚度為45 75nm， 第二亞層Nb的體積百分含量為25 35%，厚度為50 70nm;第三層為減反射層，由A1203 膜構(gòu)成，厚度為65 85nm。所述涂層的第一層紅外反射層采用Nb靶直流磁控濺射方法制備，第二層吸收層采用Nb 靶直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)和Al靶中頻孿生磁控濺射技術(shù)制備，反應(yīng)氣體為02;第三層減反 射層采用八1203靶中頻孿生濺射技術(shù)，以Ar氣作為濺射氣體制備。本實(shí)用新型所提供的選擇性吸收涂層由Nb紅外反射層、Nb與八1203的混合物組成的雙 千涉吸收層和^203減反射層組成，具有可見-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點(diǎn)， 并且由于采用高熔點(diǎn)的金屬Nb和Al203材料，具有良好的中高溫?zé)岱€(wěn)定性。該涂層的紅外 反射層和吸收層工藝簡便、操作方便、易于控制、顯著降低工藝成本、縮短生產(chǎn)周期。適用 于中高溫工作溫度的太陽能集熱管。

圖1是本實(shí)用新型選擇性吸收涂層剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)用新型涉及一種太陽能選擇性吸收涂層，該吸收涂層的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。 圖1中基體為不銹鋼材料，涂層的第一層紅外反射層，第一層上面是第二層吸收層和第 三層減反射層，其中第一層紅外反射層由金屬Nb膜構(gòu)成，厚度在140 250nm;第二層吸 收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，根據(jù)涂層中Nb含量的不同，第一亞層Nb的體積百分含量為45 65%，厚度為45~75nm，第二亞層Nb的體積百分含量為25 35%，厚度為50 70nm; 第三層減反射層由八1203膜構(gòu)成，厚度為65 85nm。 上述選擇性吸收涂層的制備方法包括如下步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層。采用Nb靶直流磁控濺射方法，以Ar氣作為 濺射氣體制備，選用純度99. 99。/。的Nb靶，基體選用304不銹鋼。濺射前將真空室預(yù)抽 本底真空至4XlC)S 6Xl(^Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.20~0.25Pa。開啟Nb濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為250 290V，濺射電流為0.20 0.30A， 利用直流濺射方式制備，涂層厚度在140 250nm，該層對紅外波段光譜具有高反射特性， 發(fā)射率低。步驟二在第一層涂層上制備第二層吸收層。吸收層成分上由Nb與八1203的混合物組 成，首先將真空室預(yù)抽本底真空至4X10-3 6X10-3Pa，然后通入Ar和02混合氣，調(diào)節(jié) Ar與02流量比為150: 2，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.20 0.25Pa，分別開啟Nb和Al靶濺射電 源，調(diào)整Nb靶濺射電壓為350 380V，濺射電流為2.0 2.5A， Al靶濺射電壓為450 480V，濺射電流為1.0 2A，在紅外反射層上制備Nb與Al2(D3的混合物第一亞層；調(diào)節(jié)Ar與02流量比為150: 4，繼續(xù)制備Nb與八1203的混合物第二亞層；第一亞層 和第二亞層除自身對太陽光譜具備固有吸收特性外，同時形成干涉吸收效應(yīng)，加強(qiáng)了涂層的 光吸收作用，共同組成選擇性吸收涂層的吸收層；步驟三在第二層上制備第三層減反射層。用A1靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 Xl0-3 6xl0-3pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.20 0.25Pa。濺 射時，調(diào)整濺射電壓為350 400V，濺射電流為1.0 1.2A，利用中頻孿生磁控濺射方式 制備八1203膜即減反射層。減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用實(shí)施例制備一種太陽能選擇性吸收涂層，包括三個涂層即第一層紅外反射層、 第二層吸收層、第三層減反射層，第一層厚度為180nm，第二層總厚度為105nm，其中第 一亞層厚度為60nm，第二亞層厚度為45nm，第三層厚度為65nm。制備步驟如下步驟一制備第一層紅外反射層。選用純度99. 99。/。的Nb靶，基體選用304不銹鋼。 濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5XlO^Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓 為0.25Pa。開啟Nb濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為290V，濺射電流為3A，利用直流濺射 方式制備180nm厚的紅外反射層；步驟二制備第二層吸收層。同時通入Ar和02混合氣，調(diào)節(jié)Ar與02流量比為150: 2，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.25Pa，分別開啟Nb和Al靶濺射電源，調(diào)整Nb耙濺射電壓為380V， 濺射電流為2.5A， Al靶濺射電壓為480V，濺射電流為2A，在紅外反射層上制備60nm厚 的Nb與八1203的混合物第一亞層；調(diào)節(jié)Ar與02流量比為150: 4，繼續(xù)制備45nm厚的 Nb與A1203的混合物第二亞層。步驟三制備第三層。用A1靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5xl0，a，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.25Pa。濺射時，調(diào)整濺射電壓為400V,濺射電 流為3A，利用中頻孿生磁控濺射方式制備65nm厚八1203膜即減反射層。本實(shí)施例制備的太陽能選擇性吸收涂層的性能如下在大氣質(zhì)量因子AMI.5條件下， 涂層吸收率為91。/。，法向發(fā)射率為0.15。進(jìn)行真空退火處理，在2X10-》a真空度下，經(jīng) 35(TC真空退火l小時后，涂層吸收率為92。/。，法向發(fā)射率為0.14。
權(quán)利要求1、一種太陽能選擇性吸收涂層，基體為不銹鋼材料，其特征在于所述的選擇性吸收涂層由基體開始依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；所述的紅外反射層厚度在140～250nm，采用Nb靶直流磁控濺射方法制備在基體表面；吸收層厚度為95～145nm，采用Nb靶直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)和Al靶中頻孿生磁控濺射技術(shù)制備在紅外反射層表面；減反射層厚度為65～85nm，采用Al2O3靶中頻孿生濺射技術(shù)制備在吸收層表面；所述的吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，第一亞層在紅外反射層上制備，厚度為45～75nm，第二亞層在第一亞層上制備厚度為50～70nm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽能選擇性吸收涂層，該涂層在吸熱體基材表面由底部到頂部形成三層膜結(jié)構(gòu)，第一層是紅外反射層，由金屬Nb膜構(gòu)成，厚度在140～250nm；第二層是吸收層，成分上由Nb與Al₂O₃的混合物組成，結(jié)構(gòu)上由金屬體積百分含量不同的兩個亞層構(gòu)成，第一亞層Nb的厚度為45～75nm，第二亞層Nb的厚度為50～70nm；第三層為減反射層，由Al₂O₃膜構(gòu)成，厚度為65～85nm。所述涂層的第一層紅外反射層采用Nb靶直流磁控濺射方法制備，第二層吸收層采用Nb靶直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)和Al靶中頻孿生磁控濺射技術(shù)制備，反應(yīng)氣體為O₂；第三層減反射層采用Al₂O₃靶中頻孿生濺射技術(shù)，以Ar氣作為濺射氣體制備。
文檔編號F24J2/50GK201218622SQ200820079950
公開日2009年4月8日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者盧鐵軍, 張秀廷, 然 李, 兵 范, 旭 趙, 陳步亮 申請人:北京天瑞星真空技術(shù)開發(fā)有限公司