專利名稱：一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能吸收涂層及其制備方法，特別是關(guān)于一種適用于太陽(yáng)能集熱管的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的太陽(yáng)能吸收涂層在制作過程中，由于材料、技術(shù)限制，涂層在中高溫條件下，外觀和性能會(huì)嚴(yán)重變化。因此如何選擇耐高溫材料、設(shè)計(jì)合理的涂層結(jié)構(gòu)、研制新型的制備工藝條件，成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高溫穩(wěn)定性較好，并具有可見光高吸收率和紅外光譜低發(fā)射的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于它包括一基體，所述基體表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有一紅外反射層、一吸收層和一減反層；所述紅外反射層由兩層鈍化膜和一層位于所述兩層鈍化膜之間的紅外反射膜構(gòu)成；所述吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。所述紅外反射膜采用Al膜或Cu膜，其厚度為50 250nm ;所述兩層鈍化膜均采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度均為20 lOOnm。所述減反層采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度為20 70nm。所述第一亞層和第二亞層均為AlNiCrON+AlNiCr膜，所述第一亞層和第二亞層的厚度均為20 IOOnm ;所述第一亞層中AlNiCr含量的體積百分比為20 40%，所述第二亞層中AlNiCr含量的體積百分比為10 30%。所述基體采用鋁、銅或不銹鋼基體。一種實(shí)現(xiàn)上述中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，其包括以下步驟(I)選擇基體，首先在基體上制備一層鈍化膜，然后采用Al或Cu純金屬靶濺射制備紅外反射膜，然后再制備另一層鈍化膜；(2)在紅外反射層上制備吸收層，采用純金屬Al靶和NiCr靶共濺射，或采用Al、NiCr和Cr三靶共濺射，首先在濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、02，調(diào)整Al靶、NiCr靶電流分別為35 45A和15 25A，濺射電壓均為300 400V，利用直流磁控濺射制備第一亞層的AlNiCrON+AlNiCr膜；然后調(diào)整NiCr靶電流為10 15A，濺射氣壓為2 4 X KT1Pa,制備第二亞層的AlNiCrON+AlNiCr膜；(3)在吸收層上制備減反層，當(dāng)減反層為AlN膜或AlON膜或CrON膜時(shí)，其制備方法同所述步驟(I)中鈍化膜制備方法；當(dāng)減反層為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、02，調(diào)整Si靶電流為10 5A，濺射電壓為350 400V，濺射氣壓為3. 5 4. 5 X KT1Pa制備SiON膜。所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為AlN膜或AlON膜時(shí)，采用Al靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5X10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、O2，調(diào)整Al靶電流為35 45A，濺射電壓為350 450V，濺射氣壓為I. 5 3. 5 X 10 制備AlN膜或AlON膜。所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為CrON膜時(shí)，采用Cr靶直流磁控濺射，調(diào)整Cr靶電流為10 20A，電壓為350 400V，調(diào)整反應(yīng)氣體N2 O2比例為I : 3 I : 6之間，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa制備CrON膜。所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，調(diào)整Si靶電流為10 20A，濺射電壓為350 400V，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa制備SiON膜。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于在基體表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成，且第一亞層和第二亞層均采用AlNiCrON+AlNiCr膜，形成雙層吸收干涉涂層，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且實(shí)現(xiàn)了可見光高吸收率。2、本發(fā)明由于紅外反射層由兩層鈍化膜和紅外反射膜構(gòu)成，紅外反射膜位于兩層鈍化膜之間，且兩層鈍化膜均采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，有效地防止紅外反射膜氧化及擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了紅外光譜低發(fā)射的特點(diǎn)。3、本發(fā)明由于采用高熔點(diǎn)金屬Ni、Cr作為吸收層金屬成分，具有450°C高溫穩(wěn)定性，而且采用的CrON和SiON材料也具有良好的耐蒸汽穩(wěn)定性。4、本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，且均選用常規(guī)材料，便于選擇和控制，靶材利用率高，適用于中高溫應(yīng)用的太陽(yáng)能集熱管。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用材料技術(shù)領(lǐng)域中。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明包括一基體1，在基體I表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有一紅外反射層2、一吸收層3和一減反層4。其中，紅外反射層2由兩層鈍化膜21和一層位于兩層鈍化膜21之間的紅外反射膜22構(gòu)成；吸收層3由第一亞層31和第二亞層32構(gòu)成。上述實(shí)施例中，紅外反射層2的紅外反射膜22采用Al膜或Cu膜，其厚度為50 250nm ;兩層鈍化膜21均采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度均為20 lOOnm，以防止紅外反射膜22的Al膜或Cu膜氧化及擴(kuò)散。上述各實(shí)施例中，吸收層3的第一亞層31和第二亞層32均為AlNiCrON+AlNiCr膜，第一亞層31和第二亞層32的厚度均為20 lOOnm。但是，第一亞層31和第二亞層32中AlNiCr含量的體積百分比不同，第一亞層31中AlNiCr含量的體積百分比為20 40 %，第二亞層中AlNiCr含量的體積百分比為10 30%。上述各實(shí)施例中，減反層4采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度為20 70nmo上述各實(shí)施例中，基體I可以采用鋁、銅或不銹鋼基體。本發(fā)明的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層方法，采用直流磁控濺射方法，其包括以下步驟、
I)選擇基體1，在基體I上利用直流磁控濺射方法制備紅外反射層2，首先在基體I上制備一層鈍化膜21，然后采用Al或Cu純金屬靶濺射制備紅外反射膜22，然后再制備另一層鈍化膜21 ；其中，當(dāng)兩層鈍化膜21均為AlN膜或AlON膜時(shí)，采用Al靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、O2，調(diào)整Al靶電流為35 45A,濺射電壓為350 450V，濺射氣壓為I. 5 3. 5 X KT1Pa制備AlN膜或AlON膜；當(dāng)兩層鈍化膜21均為CrON膜時(shí)，采用Cr靶直流磁控濺射，調(diào)整Cr靶電流為10 20A，電壓為350 400V，并根據(jù)需要確定是否需要通入惰性氣體Ar，調(diào)整反應(yīng)氣體N2 O2比例為I : 3 I : 6之間，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa制備CrON膜；當(dāng)兩層鈍化膜21均為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，調(diào)整Si靶電流為10 20A，濺射電壓為350 400V左右，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa制備SiON膜。2)在紅外反射層2上制備吸收層3，采用純金屬Al靶和NiCr靶共濺射，或采用Al、NiCr和Cr三靶共濺射，其中NiCr為耐熱合金。首先在濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、O2，調(diào)整Al靶、NiCr靶電流分別為35 45A和15 25A，濺射電壓均為300 400V，利用直流磁控濺射制備第一亞層31的AlNiCrON+AlNiCr膜；然后調(diào)整NiCr靶電流為10 15A，濺射氣壓為2 4 X KT1Pa,制備第二亞層32的AlNiCrON+AlNiCr膜。3)在吸收層3上制備減反層4，當(dāng)減反層4為AlN膜或AlON膜或CrON膜時(shí)，其制備方法與步驟I)中鈍化膜21制備方法相同；當(dāng)減反層4為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、O2，調(diào)整Si靶電流為10 5A，濺射電壓為350 400V，濺射氣壓為3. 5 4. 5 X KT1Pa制備SiON膜。
綜上所述，本發(fā)明在使用時(shí)，由于利用Al、Cu和NiCr三靶制備高溫涂層，其吸收率a為0.94、e為0. 08，經(jīng)過450°C空氣中退火處理一小時(shí)，其顏色無(wú)變化，性能一致。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的連接和結(jié)構(gòu)都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件的連接和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于它包括一基體，所述基體表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有一紅外反射層、一吸收層和一減反層；所述紅外反射層由兩層鈍化膜和一層位于所述兩層鈍化膜之間的紅外反射膜構(gòu)成；所述吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述紅外反射膜采用Al膜或Cu膜，其厚度為50 250nm ;所述兩層鈍化膜均采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度均為20 lOOnm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述減反層采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度為20 70nm。
4.如權(quán)利要求2所述的一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述減反層采用AlN膜、AlON膜、CrON膜或SiON膜，其厚度為20 70nm。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述第一亞層和第二亞層均為AlNiCrON+AlNiCr膜，所述第一亞層和第二亞層的厚度均為20 IOOnm ;所述第一亞層中AlNiCr含量的體積百分比為20 40%，所述第二亞層中AlNiCr含量的體積百分比為10 30%。
6.如權(quán)利要求I 5任意一項(xiàng)所述的一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層，其特征在于所述基體采用鋁、銅或不銹鋼基體。
7.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求I 8所述中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，其包括以下步驟 (1)選擇基體，首先在基體上制備一層鈍化膜，然后采用Al或Cu純金屬靶濺射制備紅外反射膜，然后再制備另一層鈍化膜； (2)在紅外反射層上制備吸收層，采用純金屬Al靶和NiCr靶共濺射，或采用Al、NiCr和Cr三靶共濺射，首先在濺射前將真空抽至5 X KT3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、02，調(diào)整Al IE > Ni Cr革巴電流分別為35 45A和15 25A，濺射電壓均為300 400V，利用直流磁控濺射制備第一亞層的AlNiCrON+AlNiCr膜；然后調(diào)整NiCr靶電流為10 15A，濺射氣壓為2 4 X KT1Pa,制備第二亞層的AlNiCrON+AlNiCr膜； (3)在吸收層上制備減反層，當(dāng)減反層為AlN膜或AlON膜或CrON膜時(shí)，其制備方法同所述步驟(I)中鈍化膜制備方法；當(dāng)減反層為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5X 10_3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、02，調(diào)整Si靶電流為10 5A，濺射電壓為350 400V，濺射氣壓為3. 5 4. 5 X KT1Pa制備SiON膜。
8.如權(quán)利要求7所述的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為AlN膜或AlON膜時(shí)，采用Al靶直流磁控濺射，濺射前將真空抽至5 X KT3Pa以下，通入惰性氣體Ar和反應(yīng)氣體N2、O2，調(diào)整Al靶電流為35 45A，濺射電壓為350 450V,濺射氣壓為I. 5 3. 5 X KT1Pa制備AlN膜或AlON膜。
9.如權(quán)利要求7所述的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為CrON膜時(shí)，采用Cr靶直流磁控濺射，調(diào)整Cr靶電流為10 20A，電壓為350 400V，調(diào)整反應(yīng)氣體N2 O2比例為I : 3 I : 6之間，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa 制備 CrON 膜。
10.如權(quán)利要求7所述的中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，當(dāng)兩層鈍化膜均為SiON膜時(shí)，采用Si靶直流磁控濺射，調(diào)整Si靶電流為10 20A，濺射電壓為350 400V，濺射氣壓為2 5 X KT1Pa制備SiON膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法，它包括基體，基體表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有紅外反射層、吸收層和減反層；紅外反射層由兩層鈍化膜和位于兩層鈍化膜之間的紅外反射膜構(gòu)成；吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成。本發(fā)明由于在基體表面采用直流磁控濺射法，由內(nèi)到外依次設(shè)置有紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由第一亞層和第二亞層構(gòu)成，且第一亞層和第二亞層均采用AlNiCrON+AlNiCr膜，形成雙層吸收干涉涂層，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且實(shí)現(xiàn)了可見光高吸收率、紅外光譜低發(fā)射的特點(diǎn)。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，且均選用常規(guī)材料，便于選擇和控制，靶材利用率高，適用于中高溫應(yīng)用的太陽(yáng)能集熱管。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱利用材料技術(shù)領(lǐng)域中。
文檔編號(hào)B32B9/04GK102615878SQ2012100793
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者孫守建, 尹萬(wàn)里, 崔銀芳, 張敏, 王軒 申請(qǐng)人:北京桑達(dá)太陽(yáng)能技術(shù)有限公司