專利名稱：一種具有SiO₂和Cr₂O₃的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法。
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，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(彡IO(TC)向中溫應(yīng)用 (IOO0C -3500C )和高溫應(yīng)用(350°C -500°C )發(fā)展，以不斷滿足海水淡化、太陽能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對于集熱管使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫熱穩(wěn)定性，適應(yīng)中高溫環(huán)境的服役條件。對于太陽能選擇性吸收涂層目前已研究和廣泛使用了黑鉻、陽極氧化著色 Ν -Α1203以及具有成分漸變特征的SS-C/SS(不銹鋼)和A1-N/A1等膜系，應(yīng)用于溫度在 200°C以內(nèi)的平板型集熱裝置的集熱管表面。但在中高溫條件下，由于其紅外發(fā)射率隨溫度上升明顯升高，導(dǎo)致集熱器熱損失明顯上升，熱效率顯著下降。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-A1203/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體系的特點是MO-A1203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體系的特點是吸收層采用了干涉膜結(jié)構(gòu)，使熱穩(wěn)定性提高。上述涂層在使用溫度350°C -500°C范圍內(nèi)的聚焦型中高溫集熱管表面獲得了應(yīng)用。但是金屬陶瓷結(jié)構(gòu)涂層因為金屬原子較多，在高溫下的微觀結(jié)構(gòu)和物理性能都不穩(wěn)定。而且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。對于太陽能的中高溫利用，需要一種吸收率高、發(fā)射率低、熱穩(wěn)定性好，而且工藝簡便的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，適用于高溫(300°C -500°C )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。本發(fā)明提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層， 如圖1所示，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體表面，厚度為50 250nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為Si02+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 lOOnm，第一亞層和第二亞層的厚度可以相等也可以不相等；第一亞層中SiO2的體積百分比為50 75%，第二亞層SiO2的體積百分比為30 50%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為SiA膜，厚度為40 80nm。本發(fā)明提供的一種具有SiA和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶(純度 99. 99% )，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至 4X IO"3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100 140sccm，調(diào)整濺射距離為130 150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1 4X KT1Pat5開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380 450V，濺射電流為8 10A，利用直流磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50 250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99% )和Si靶(純度99. 99% )中頻磁控濺射方法，首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3 5X 10_3Pa，同時然后通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為90 140sccm，A的流量為20 30sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1 5 X KT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，濺射時，調(diào)整Cr靶濺射電壓為450 530V，濺射電流為6 8A，Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為5 7A，在第一層紅外反射層上制備第一亞層SWfCr2O3 膜，厚度為50 IOOnm ；增加A的流量為30 50SCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為 4 5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層Si02+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Cr203 膜，厚度為50 IOOnm ；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，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶(純度99.99 %)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4\10_3 5X 10 ,以Ar氣作為濺射氣體，通入&作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20 40sCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5 1 2.5 1，調(diào)整濺射距離為130 150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為 3X IO"1 5X KT1Pa,濺射時，調(diào)整Si靶濺射電壓為700 800V，濺射電流為8 10A，利用中頻磁控濺射方式制備得到厚度為40 SOnm的SW2膜即第三層減反射層。第三層減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明所提供的選擇性吸收涂層由金屬紅外反射層、雙陶瓷結(jié)構(gòu)Si02+Cr203的混合物組成的雙干涉吸收層和陶瓷減反射層組成，具有可見-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點，由于金屬原子的減少，使得這種新型雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫選擇性吸收涂層具有良好的中高溫熱穩(wěn)定性。該涂層制備工藝簡便、操作方便、易于控制、縮短生產(chǎn)周期，與選擇性吸收涂層由 Nb紅外反射層、Nb與Al2O3的混合物組成的雙干涉吸收層和Al2O3減反射層相比較，本涂層的金屬原子含量小，在高溫下的微觀結(jié)構(gòu)和物理性非常維持穩(wěn)定，靶材比較常見，應(yīng)用范圍比較廣，成型性能好，可以加工成柱狀靶材，顯著提高靶材利用率，同時價格也比較低廉，可以進一步降低工作成本。適用于中高溫工作溫度的太陽能集熱管。


圖1 本發(fā)明提供的一種具有SiOjnCr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層剖面示意圖；圖2 本發(fā)明提供的一種具有SiOjP Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法流程圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層， 如圖1所示，該涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體表面，厚度為50 250nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為Si02+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 lOOnm，第一亞層和第二亞層的厚度可以相等也可以不相等；第一亞層中SiO2的體積百分比為50 75%，第二亞層SiO2的體積百分比為30 50%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為SiO2膜，厚度為40 80nm。本發(fā)明提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層， 在大氣質(zhì)量因子AMI. 5條件下，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06。進行真空退火處理，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)350°C真空退火1小時后，涂層吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06，在2X10_2Pa真空度下，經(jīng)500°C真空退火1小時后，涂層吸收率為96. 0%，法向發(fā)射率為0. 06。本發(fā)明提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，如圖2所示，包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶(純度 99. 99% )，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至 4X IO"3 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100 140sccm，調(diào)整濺射距離為130 150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X ICT1 4X KT1Patj開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380 450V，濺射電流為8 10A，利用直流磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50 250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99% )和Si靶(純度99. 99% )中頻磁控濺射方法， 首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3 5X 10_3Pa，同時然后通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為90 140sccm，02的流量為20 30sccm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X IiT1 5 X ICT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，濺射時，調(diào)整Cr靶濺射電壓為450 530V，濺射電流為6 8A，Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為5 7A，在第一層紅外反射層上制備第一亞層Si02+Cr203 膜，厚度為50 IOOnm ；增加O2的流量為30 50SCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為4 5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層Si02+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Cr203 膜，厚度為50 IOOnm ；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，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶(純度99.99 %)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X10—3 5X 10 ,以Ar氣作為濺射氣體，通入&作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20 40sCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5 1 2.5 1，調(diào)整濺射距離為130 150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為 3X IO"1 5X KT1Pa,濺射時，調(diào)整Si靶濺射電壓為700 800V，濺射電流為8 10A，利用中頻磁控濺射方式制備得到厚度為40 SOnm的SW2膜即第三層減反射層。第三層減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。實施例1 本實施例提供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200nm，第二層總厚度為150nm，其中第一亞層厚度為90nm，第二亞層厚度為60nm，第一亞層中SW2的體積百分比為60%，第二亞層 SiO2的體積百分比為40%，第三層厚度為60nm。制備步驟如下步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；選用純度99. 99%的Cu靶，基材使用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至 4. 5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar作為濺射氣氛，Ar氣流量為120sCCm，調(diào)整濺射距離為145mm， 調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X ΚΓ1!^。開啟Cu靶，調(diào)整濺射電壓為400V，濺射電流為8Α，利用直流濺射方式制備200nm厚的Cu膜；步驟二 在第一層涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Si靶和Cr靶中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3Pa， 同時通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為120sCCm，O2的流量為20sCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為 3X10—^，分別開啟Cr和Si靶電源，調(diào)整Cr靶濺射電壓為480V，濺射電流為8A，Si靶濺射電壓為670V，濺射電流為6. 3A，在Cu膜上制備90nm厚的第一亞層Si02+Cr203膜；調(diào)節(jié)A的流量為30SCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為622V，濺射電流為4. 3A，其他各個參數(shù)不變，繼續(xù)制備厚度為60nm的第二亞層SiA+Cr203薄膜；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；選用純度99. 99%的Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4. 8X 10_3Pa，同時通入ArW2混合氣，調(diào)節(jié)Ar與仏流量比為2 1,02的流量為20sCCm，調(diào)整濺射距離為145mm， 調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X KT1Pa,濺射時，調(diào)整濺射電流為8. 3A，濺射電壓為750V，利用中頻磁控濺射方式制備60nm厚S^2膜。本實施例制備具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，在大氣質(zhì)量因子AMI. 5條件下，涂層吸收率為95. 9%，法向發(fā)射率為0. 06。進行真空退火處理， 在2X10_2!^真空度下，經(jīng)350°C真空退火1小時后，涂層吸收率為95. 9 %，法向發(fā)射率為 0. 06，在2X10_2!^真空度下，經(jīng)500°C真空退火1小時后，涂層吸收率為95. 7%，法向發(fā)射率為0. 06。實施例2 本實施例提供的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，該涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體 表面，厚度為50nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為Si02+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50nm，第一亞層中SiO2的體積百分比為50%，第二亞層SiO2的體積百分比為30%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為SiO2膜，厚度為 40nmo本實施例提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶(純度99. 99% )，以 Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為lOOsccm，調(diào)整濺射距離為130mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X10^1開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380V，濺射電流為8 10A， 利用直流磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為50nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99% )和Si靶(純度99. 99% )中頻磁控濺射方法， 首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10_3Pa，同時然后通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為 90sccm,02的流量為20SCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X ICT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，濺射時， 調(diào)整Cr靶濺射電壓為450V，濺射電流為6A，Si靶濺射電壓為600V，濺射電流為5A，在第一層紅外反射層上制備第一亞層Si02+Cr203膜，厚度為50nm ；增加O2的流量為30sCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為600V，濺射電流為4A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層Si02+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Cr203膜，厚度為50nm ；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，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶(純度99. 99% )，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X 10_3Pa，以Ar氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為25SCCm調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5 1， 調(diào)整濺射距離為130mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整Si靶濺射電壓為700V，濺射電流為8A，利用中頻磁控濺射方式制備得到厚度為40nm的SiO2膜即第三層減反射層。第三層減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。實施例3 本實施例提供的一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體表面，厚度為250nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為Si02+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為lOOnm，第一亞層中SiO2的體積百分比為75%，第二亞層SiO2的體積百分比為50%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為3丨02膜，厚度為 80nmo
本實施例提供的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Ag靶(純度99. 99% )，以 Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為HOsccm，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X10^3。開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為450V，濺射電流為10A，利用直流磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為250nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99% )和Si靶(純度99. 99% )中頻磁控濺射方法， 首先，將真空室預(yù)抽本底真空至5X10_3Pa，同時然后通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為 140sccm, O2的流量為30SCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為5X KT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，濺射時，調(diào)整Cr靶濺射電壓為530V，濺射電流為8A，Si靶濺射電壓為750V，濺射電流為5 7A， 在第一層紅外反射層上制備第一亞層Sih+Cr203膜，厚度為IOOnm ；增加&的流量為50sCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為750V，濺射電流為5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層SiA+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層SiA+Cr203膜，厚度為50 IOOnm ；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，還形成干涉吸收效應(yīng)，加強了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶(純度99.99 %)，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至5 X10_3Pa，以Ar 氣作為濺射氣體，通入A作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為30sCCm，調(diào)節(jié)Ar與仏流量比為 2.5 1，調(diào)整濺射距離為150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為SXKT1Pa,濺射時，調(diào)整Si靶濺射電壓為 800V，濺射電流為10A，利用中頻磁控濺射方式制備得到厚度為SOnm的SW2膜即第三層減反射層。第三層減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。實施例4 本實施例提供的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，該涂層包括三層膜，從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體表面，厚度為150nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為Si02+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為75nm，第一亞層中SiO2W體積百分比為60%，第二亞層SiO2W體積百分比為40%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為SiO2膜，厚度為 60nmo本實施例提供的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Ag靶(純度99. 99% )，以 Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼。濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5X 10 , 通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為120sCCm，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3. SXlO-1Pa0開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為410V，濺射電流為9A， 利用直流磁控濺射方式制備，濺射涂層厚度為150nm，得到第一層紅外發(fā)射層，該層對紅外波段光譜具有高反射特性，發(fā)射率低；
步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶(純度99. 99% )和Si靶(純度99. 99% )中頻磁控濺射方法， 首先，將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5X IO-3Pa,同時然后通入Ar、O2的混合氣，Ar的流量為 120sccm, O2的流量為25SCCm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4X ICT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，濺射時，調(diào)整Cr靶濺射電壓為490V，濺射電流為7A，Si靶濺射電壓為680V，濺射電流為6A，在第一層紅外反射層上制備第一亞層Si02+Cr203膜，厚度為75nm ；增加O2的流量為40sCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為700V，濺射電流為4 5A，其他各個參數(shù)不變，在第一亞層Si02+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層Si02+Cr203膜，厚度為 75nm;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，還形成干涉吸收效應(yīng)， 加強了涂層的光吸收作用；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶(純度99. 99% ),濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4. 5X 10_3Pa，以Ar 氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為40SCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為 2 1，調(diào)整濺射距離為140mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為4父10_中&，濺射時，調(diào)整Si靶濺射電壓為 750V，濺射電流為9A，利用中頻磁控濺射方式制備得到厚度為60nm的SiO2膜即第三層減反射層。第三層減反射層具有增透、耐磨、抗氧化的作用。
權(quán)利要求
1.一種具有SiOjncr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，位于基體表面，厚度為50 250nm ；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為SiA+Cr203膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50 lOOnm，第一亞層和第二亞層的厚度可以相等或不相等；第一亞層中SW2的體積百分比為 50 75%，第二亞層SW2的體積百分比為30 50%，其中第一亞層與第一層紅外反射層相鄰，第二亞層與第三層減反射層相鄰；第三層減反射層為SiA膜，厚度為40 80nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層在大氣質(zhì)量因子AMI. 5條件下，其吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層在2X10_2I^真空度下，經(jīng)350°C真空退火1小時后，其吸收率為96. 2%，法向發(fā)射率為0. 06。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有S^2和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于所述的涂層在2X10_2I^真空度下，經(jīng)500°C真空退火1小時后，其吸收率為96. O%，法向發(fā)射率為0. 06。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有SiA和O2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于包括以下幾個步驟步驟一在基體上制備第一層紅外發(fā)射層；采用純金屬靶直流或者中頻磁控濺射方法，純金屬靶為Cu靶或Ag靶，以Ar氣作為濺射氣體制備，基體采用高速鋼，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4 X 10_3 5 X 10_3Pa，通入惰性氣體Ar氣作為濺射氣氛，Ar氣流量為100 HOsccm，調(diào)整濺射距離為130 150mm， 調(diào)節(jié)濺射氣壓為3X 10—1 4X KT1Pa,開啟純金屬靶的濺射靶電源，調(diào)整濺射電壓為380 450V，濺射電流為8 10A，濺射涂層厚度為50 250nm，得到第一層紅外發(fā)射層；步驟二 在第一層紅外發(fā)射涂層上制備第二層吸收層；采用金屬Cr靶和Si靶中頻磁控濺射方法，將真空室預(yù)抽本底真空至4X10—3 5X l(T3Pa，然后通入ArJ2的混合氣，Ar的流量為90 140sccm，A的流量為20 30sccm， 調(diào)節(jié)濺射氣壓為3ΧΚΓ1 SXKT1Pa,分別開啟Cr和Si靶電源，調(diào)整Cr靶濺射電壓為 450 530V，濺射電流為6 8A，Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為5 7A，在第一層紅外反射層上制備第一亞層Si&+Cr203膜，厚度為50 IOOnm ；增加A的流量為30 50SCCm，調(diào)節(jié)Si靶濺射電壓為600 750V，濺射電流為4 5A， 其他各個參數(shù)不變，在第一亞層SiA+Cr203膜上繼續(xù)濺射得到第二亞層SiA+Cr203膜，厚度為 50 IOOnm ；步驟三在第二層上制備第三層減反射層；采用Si靶，濺射前將真空室預(yù)抽本底真空至4X10_3 5X10_3Pa，以Ar氣作為濺射氣體，通入O2作為反應(yīng)氣體制備，O2的流量為20 40sCCm，調(diào)節(jié)Ar與O2流量比為1.5 1 2. 5 1，調(diào)整濺射距離為130 150mm，調(diào)節(jié)濺射氣壓為3 X 10—1 5 X KT1Pa,濺射時，調(diào)整 Si靶濺射電壓為700 800V，濺射電流為8 10A，制備得到厚度為40 80nm的SW2膜構(gòu)成的第三層減反射層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有SiO2和Cr2O3的雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。該涂層從底層到表面依次為紅外反射層、吸收層和減反射層；第一層紅外反射層為Cu或Ag膜，厚度為50～250nm；第二層吸收層包括兩個亞層結(jié)構(gòu)，兩個亞層均為SiO2+Cr2O3膜，第一亞層和第二亞層的厚度均為50～100nm，第三層減反射層為SiO2膜，厚度為40～80nm。本發(fā)明提供的涂層具有可見-紅外光譜高吸收率，紅外光譜低發(fā)射率的特點，由于金屬原子的減少，使得這種新型雙陶瓷結(jié)構(gòu)高溫選擇性吸收涂層具有良好的中高溫熱穩(wěn)定性，且該涂層的制備工藝簡便、操作方便、易于控制、縮短生產(chǎn)周期。
文檔編號C23C14/08GK102286720SQ20111024336
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者劉雪蓮, 施偉, 王靜, 陳步亮 申請人:北京天瑞星真空技術(shù)開發(fā)有限公司