高溫高效太陽熱能吸收膜及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫高效太陽熱能吸收膜及其制造方法，其制造方法包括下列步驟：A.以一金屬作為基材；B.在該基材上噴焊一碳化鎢層；C.在該碳化鎢層上執(zhí)行一雷射雕刻操作，使該碳化鎢層上形成多個(gè)凹陷狀的微結(jié)構(gòu)；D.在該碳化鎢層及微結(jié)構(gòu)上涂布一層類鉆碳薄膜或氮化鋁；該太陽熱能吸收膜包括：一基材；一碳化鎢層噴焊于該基材上；多個(gè)微結(jié)構(gòu)利用雷射雕刻方式形成于該碳化鎢層上；一涂布層涂布于該碳化鎢層及微結(jié)構(gòu)上，該涂布層為一類鉆碳薄膜或氮化鋁；借助上述結(jié)構(gòu)，本本發(fā)明具有耐高溫、高吸收率及低放射率的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】高溫高效太陽熱能吸收膜及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽熱能吸收膜及其制造方法，尤其是指一種可以應(yīng)用于太陽能史特林引擎的加熱頭，或其他熱吸收器，而達(dá)到耐高溫、高吸收率及低放射率的高溫高效太陽熱能吸收膜及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前所使用的太陽能史特林引擎，均會(huì)設(shè)置有一加熱頭，該加熱頭的作用，則在于吸收外部太陽能的熱源，用以供應(yīng)史特林引擎工作時(shí)所需要的高溫?zé)崮?，因此該加熱頭除了需要具有吸熱、集熱的功能外，更必須具備有高熱傳導(dǎo)性，其目的則在于能夠迅速傳熱，將汽缸內(nèi)的工作流體加熱到工作溫度，并將外界持續(xù)供應(yīng)的熱，能夠以最小的熱阻而通過該加熱頭進(jìn)入到汽缸內(nèi)。因此一般的加熱頭則采用高傳導(dǎo)性材料，并且增加其表面積，以便讓更多的熱能可以迅速的傳入。
[0003]由于該史特林引擎的外部熱源的工作環(huán)境溫度動(dòng)輒高達(dá)800°C以上，因此該加熱頭必須能夠持續(xù)忍受高達(dá)800°C以上的工作環(huán)境溫度，主要在于該加熱頭是史特林引擎中直接接觸到高溫?zé)嵩吹脑栽诓牧系奶匦苑矫?，必需能夠忍受長時(shí)間的高溫加熱效應(yīng)，因此為了能降低加熱頭的溫度，最常用的方法就是將加熱頭的壁厚變薄約為2mm-0.3mm，但是在變薄的同時(shí)必須兼顧加熱頭本身的機(jī)械強(qiáng)度。由于史特林引擎本身是屬于一個(gè)封閉系統(tǒng)，因此在封閉系統(tǒng)內(nèi)的工作流體則會(huì)受到高溫的影響，而會(huì)在該封閉系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生極大的壓力，所以該加熱頭若縮減壁厚，則容易因本身強(qiáng)度不足，而造成變形、破裂等損壞情況廣生。
[0004]因此，為了達(dá)到加熱頭上述原有的功能性，于該加熱頭上披覆有一層太陽能吸收膜，該太陽能吸收膜的結(jié)構(gòu)及制法，則有如西元2012年10月21日中國臺(tái)灣所公告的發(fā)明第1375000號(hào):太陽能吸收膜組成材及高溫太陽能選擇性吸收膜結(jié)構(gòu)及其制造方法的專利案，其揭露:上述太陽能吸收膜組成材，包括一氮化不銹鋼具有鈦成分均勻摻雜于其中。此夕卜，該高溫太陽能選擇性吸收膜結(jié)構(gòu)包括一基材以及一太陽能吸收膜設(shè)置于該基材上，其中該太陽能吸收膜包括一氮化不銹鋼具有鈦成分均勻摻雜于其中。
[0005]又另有西元2009年6月16日中國臺(tái)灣所公開的發(fā)明第200925299號(hào):太陽能選擇性吸收膜及其制造方法的專利案，其揭露:太陽能選擇性吸收膜，以不銹鋼/氮化不銹鋼膜作為陶瓷金屬合金膜。此太陽能選擇性吸收膜的效能可以符合高吸收率、低放射率原則。此不銹鋼/氮化不銹鋼膜是利用真空濺鍍制作而成，且在真空濺鍍制程中只使用不銹鋼靶材。不銹鋼靶材的真空濺鍍制程幾乎無靶材毒化問題，不須投入防毒化設(shè)備，可確保長時(shí)間濺鍍操作，并增加制程上的穩(wěn)定性，降低真空濺鍍制程的操作與硬體設(shè)置成本。
[0006]然上述該等專利前案均利用真空濺鍍方法作為該太陽能吸收膜的制程，因此在制造成本上相當(dāng)昂貴，而制成后的太陽能吸收膜的附著性較差，而且在高溫800°C以上的工作環(huán)境溫度下，容易造成剝落，因此在使用上并不理想。
[0007]有鑒于此，本發(fā)明人針對(duì)上述太陽熱能吸收膜及其制造方法上未臻完善所導(dǎo)致的諸多缺失及不便，而深入構(gòu)思，且積極研究改良試做而開發(fā)設(shè)計(jì)出本案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高效太陽熱能吸收膜及其制造方法，其具有耐高溫、高吸收率及低放射率的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其包括有下列步驟:
A.以一金屬作為基材；
B.在所述基材上噴焊一碳化鎢層；
C.在所述碳化鎢層上執(zhí)行一雷射雕刻操作，使所述碳化鎢層上形成多個(gè)凹陷狀的微結(jié)
構(gòu)；
D.在所述碳化鎢層及所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)上涂布一層類鉆碳薄膜或氮化鋁。
[0010]所述噴焊時(shí)的溫度為1000°C以上。
[0011 ] 于噴焊所述碳化鎢層同時(shí)添加有鈷或錳的元素。
[0012]所述碳化鶴層的厚度為100 μ m至400 μ m之間。
[0013]一種以權(quán)利要求1所述高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法所制成的高溫高效太陽熱能吸收膜，包括:
一基材；
一碳化鎢層，其噴焊于所述基材上；
多個(gè)微結(jié)構(gòu)，其形成于所述碳化鎢層上；
一涂布層，其涂布于所述碳化鎢層及微結(jié)構(gòu)上，所述涂布層為一類鉆碳薄膜或氮化鋁。
[0014]所述基材為一不銹鋼材。
[0015]所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)為一呈凹陷狀的凹槽。
[0016]所述碳化鶴層的厚度為100 μ m至400 μ m之間。
[0017]所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)利用雷射雕刻方式形成于所述碳化鎢層上。
[0018]所述涂布層以濺鍍方式涂布于所述碳化鎢層及所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)上。
[0019]采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明具有下列功效:
1.本發(fā)明的高溫高效太陽熱能吸收膜借由碳化鎢層上形成有多個(gè)呈凹陷狀的微結(jié)構(gòu)，能利用未貫穿該基材本體的微結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱源工作時(shí)所產(chǎn)生的熱能，能借由該等微結(jié)構(gòu)，可以大幅增加該基材的表面積，以有助于受熱時(shí)與熱源的接觸范圍增大，并且可以增加熱能在該等微結(jié)構(gòu)內(nèi)的反射次數(shù)，而進(jìn)一步可以有效的吸收熱能，借以達(dá)到吸熱及集熱的作用，故本發(fā)明的高溫高效太陽熱能吸收膜可供應(yīng)用于聚光型的太陽能史特林引擎的加熱頭或者是其他的熱吸收器。
[0020]2.本發(fā)明的太陽熱能吸收膜具有透光性佳、吸收熱可平均分散、高傳導(dǎo)性、耐高溫、高吸收率(95% )及低放射率(〈I % )的優(yōu)點(diǎn)。
[0021]3.本發(fā)明采用噴焊的方式形成碳化鎢層，故具有生產(chǎn)成本低、操作容易、設(shè)備簡單、加工快速、適用于凹面或曲面、可以大量制造等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]4.本發(fā)明所制造而成的太陽熱能吸收膜，可供于800°C以上的工作環(huán)境中使用，而且不會(huì)因受熱而剝落，故可延長使用壽命?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明制造步驟的簡單示意圖；
圖2為本發(fā)明太陽熱能吸收膜的結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖3為本發(fā)明太陽熱能吸收膜的吸收率示意圖。
[0024]主要元件符號(hào)說明
I基材2碳化鎢層
3微結(jié)構(gòu) 4類鉆碳薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0026]首先，如圖1所示，本發(fā)明為一種高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其包括下列步驟:
A.本實(shí)施例以一不銹鋼材作為基材I (如圖2所示)。
[0027]B.然后在該基材I上利用噴焊方式，以1000°C以上的噴焊溫度于該基材I上噴焊有一碳化鎢層2，噴焊又稱熔射或熱噴涂，其基本原理是將材料(粉末或線材)加熱熔化，在氣體帶送高速下沖擊附著于工件(或底材)表面、堆積、凝固形成膜厚或涂層，借以達(dá)到防腐蝕、防銹、耐磨、表面粗糙化、吸附或散熱等目的；本發(fā)明即將該碳化鎢材料加熱至熔融或塑性狀態(tài)，并通過特殊設(shè)計(jì)的噴槍，借由壓縮氣體(包含壓縮氮?dú)?、氬氣等惰性保護(hù)氣體等)的吹送，以超過音速數(shù)倍的速度，使已熔融呈金屬霧化的碳化鎢顆粒撞擊該基材I的表面，使該碳化鎢材料可緊密的與該基材I結(jié)合，而無剝落與龜裂的顧慮，而于該基材I的表面形成一具有高硬度與高韌性的碳化鎢層2，噴焊完成后，該碳化鎢層2的厚度為100 μ m至400 μ m之間，該碳化鎢層2具有更高的硬度與精密度，并因此可增加其使用壽命，且相對(duì)的所制成的太陽熱能吸收膜可具有更高的品質(zhì)，并于噴焊同時(shí)，可以于該碳化鎢層2中添加有適量的鈷或猛的元素。
[0028]C.再利用雷射雕刻的方式，以雷射雕刻機(jī)在該碳化鎢層2上放射出一雷射光，而使其形成有多個(gè)呈凹陷狀的微結(jié)構(gòu)3，該微結(jié)構(gòu)3為一凹槽，該等微結(jié)構(gòu)3可為等距且連續(xù)排列。
[0029]D.最后在該碳化鶴層2及微結(jié)構(gòu)3上涂布有一層類鉆碳薄膜4 (Diamond LikeCarbon, DLC)或氮化鋁(AlN)的涂布層:該類鉆碳薄膜4具有和鉆石相近的特性，具有高硬度、耐腐蝕性佳、表面平滑、摩擦系數(shù)小、熱傳導(dǎo)性佳抗磨耗性佳等許多優(yōu)異性質(zhì)；而該氮化鋁則為無色而透光，具有高熱傳導(dǎo)率、高硬度、抗高溫、抗化學(xué)腐蝕、高絕緣電阻系數(shù)、優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度及抗熱震性等特性。
[0030]本發(fā)明亦可為一種高溫高效太陽熱能吸收膜，如圖2所示，其包括有:
基材1，其為不銹鋼材所制成。
[0031 ] 碳化鎢層2，其噴焊于該基材I上，該碳化鎢層2的厚度為100 μ m至400 μ m之間。
[0032]多個(gè)微結(jié)構(gòu)3，其利用雷射雕刻的方式形成于該碳化鎢層2上，該等微結(jié)構(gòu)3可為一呈凹陷狀的凹槽。[0033]涂布層，其以濺鍍方式涂布于該碳化鎢層2及微結(jié)構(gòu)3上，該涂布層為一類鉆碳薄膜4或氮化鋁。
[0034]本發(fā)明以噴焊方式進(jìn)行制造，因此制造成本較低，適合大量生產(chǎn)制造，而且在噴焊的過程中，可利用噴焊時(shí)所產(chǎn)生的1000°c以上的高溫，而同時(shí)對(duì)于該基材I產(chǎn)生一高溫退火的作用，借以去除基材I的殘留應(yīng)力，并使其軟化。
[0035]又本發(fā)明再借由該碳化鎢層2上形成有多個(gè)呈凹陷狀的微結(jié)構(gòu)3，能利用未貫穿該基材I本體的微結(jié)構(gòu)3，當(dāng)熱源工作時(shí)所產(chǎn)生的熱能，能借由該等微結(jié)構(gòu)3，可以大幅增加該基材I的表面積，以有助于受熱時(shí)與熱源的接觸范圍增大，并且可以增加熱能在該等微結(jié)構(gòu)3內(nèi)的反射次數(shù)，而進(jìn)一步可以有效的吸收熱能，借以達(dá)到吸熱及集熱的作用，故本發(fā)明的高溫高效太陽熱能吸收膜，可適合應(yīng)用于一太陽能史特林引擎的加熱頭，或者是其他的熱吸收器。
[0036]而且本發(fā)明利用上述該類鉆碳薄膜4具有透光性佳、高傳導(dǎo)性及耐高溫，因此可以適用于800°C以上的高溫工作環(huán)境，借由該類鉆碳薄膜4可以有效將吸收熱后將其平均分散，并降低本發(fā)明太陽能吸收膜的溫度，以減少其輻射放射量，且具有耐高溫、高吸收率(95%)(如圖3所示)及低放射率(〈I%)的優(yōu)點(diǎn)。
[0037]上述實(shí)施例和附圖并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其特征在于，包括有下列步驟: A.以一金屬作為基材； B.在所述基材上噴焊一碳化鎢層； C.在所述碳化鎢層上執(zhí)行一雷射雕刻操作，使所述碳化鎢層上形成多個(gè)凹陷狀的微結(jié)構(gòu)； D.在所述碳化鎢層及所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)上涂布一層類鉆碳薄膜或氮化鋁。
2.如權(quán)利要求1所述高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其特征在于:所述噴焊時(shí)的溫度為1000°C以上。
3.如權(quán)利要求1所述高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其特征在于:于噴焊所述碳化鎢層同時(shí)添加有鈷或錳的元素。
4.如權(quán)利要求1所述高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法，其特征在于:所述碳化鎢層的厚度為100 μ m至400 μ m之間。
5.一種以權(quán)利要求1所述高溫高效太陽熱能吸收膜的制造方法所制成的高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于，包括: 一基材； 一碳化鎢層，其噴焊于所述基材上； 多個(gè)微結(jié)構(gòu)，其形成于所述碳化鎢層上； 一涂布層，其涂布于所述碳化鎢層及微結(jié)構(gòu)上，所述涂布層為一類鉆碳薄膜或氮化鋁。
6.如權(quán)利要求5所述高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于:所述基材為一不銹鋼材。
7.如權(quán)利要求5所述高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于:所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)為一呈凹陷狀的凹槽。
8.如權(quán)利要求5所述高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于:所述碳化鎢層的厚度為100 μ m 至 400 μ m 之間。
9.如權(quán)利要求5所述高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于:所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)利用雷射雕刻方式形成于所述碳化鎢層上。
10.如權(quán)利要求5所述高溫高效太陽熱能吸收膜，其特征在于:所述涂布層以濺鍍方式涂布于所述碳化鎢層及所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)上。
【文檔編號(hào)】B32B7/04GK103868261SQ201210538065
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】鄭金祥 申請(qǐng)人:鄭金祥