全玻璃高溫真空集熱管及其鍍膜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全玻璃高溫真空集熱管及其鍍膜方法，在全玻璃高溫真空集熱管內管基體玻璃管的表面上，濺射沉積紅外金屬反射層鉬，并在其上沉積一層高鉬體積分數(shù)Mo-AlN膜層和一層低鉬體積分數(shù)Mo-AlN膜層，最后在雙金屬陶瓷吸收層之上，沉積一層具有極高分解溫度的減反射層AlN，同時，這層減反射層又對整個吸收層起著保護作用。本發(fā)明具有耐高溫（300℃～3500C）、吸收率高（大于95%）、發(fā)射率低（6%）、使用壽命長等特點，而本發(fā)明鍍膜方法，具有方法簡單可行、生產效率高、成品質量好等特點。
【專利說明】全玻璃高溫真空集熱管及其鍍膜方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能中高溫熱利用領域，具體為一種全玻璃高溫真空集熱管及其鍍 膜方法。

【背景技術】
[0002] 目前國內普遍應用的全玻璃真空集熱管是真空管太陽能熱水器的關鍵核心部件， 它經歷了由A1-N/A1吸收膜層，向SS-AlN/Cu膜層(稱三靶管）的發(fā)展階段，特別是三靶管， 在真空中具有良好的穩(wěn)定性，尤其是在250°C以下的溫區(qū)使用，已表現(xiàn)出數(shù)十年的使用壽 命，我國每年產量在4億支左右，相當于2000萬臺真空管熱水器。但是，要把三靶管應用到 聚光太陽能熱利用系統(tǒng)中，如用于CPC的集熱管，小型拋物面聚光集熱器的集熱管，使用溫 度有時達到300°C，甚至350°C。這種情況下原來用于熱水器的全玻璃真空集熱管已經不能 適用此種場合，從而產生了金屬與玻璃封接的高溫真空集熱管，該產品已廣泛用于槽式太 陽能熱發(fā)電的采光場，使用壽命長達25年?30年之久。這種金屬玻璃高溫真空集熱管造 價較高，一般售價在4000元?5000元/人民幣1支（4米長)，如果用于太陽能采暖和空調 制冷，成本太高。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明針對以上不足之處，提供了一種全玻璃高溫真空集熱管及其鍍膜方法，集 熱管具有耐高溫（300°C?350°C)、吸收率高(大于95%)、發(fā)射率低（6%)、使用壽命長等特 點，而鍍膜方法，具有方法簡單可行、生產效率高、成品質量好等特點。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種全玻璃高溫真空集熱管，包含 有玻璃外管和玻璃內管，二者之間通過焊接連接，二者之間設置為真空，所述玻璃內管上鍍 有三層膜，所述三層膜從基體玻璃內管到表面依次為紅外金屬反射膜層、雙金屬陶瓷吸收 膜層、減反射層，所述紅外金屬反射膜層是鑰膜層；所述雙金屬陶瓷吸收層，是由一層高鑰 體積分數(shù)Mo-AIN膜層和一層低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層構成，高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層設 置在紅外金屬反射膜層的表面；而低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層設置在高鑰體積分數(shù)Mo-AIN 膜層的表面；所述減反射層為A1N減反射層，所述減反射層設置在低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜 層的表面。
[0005] 進一步的，所述高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層是由若干層高鑰Mo微薄膜層與若干層 AIN微薄膜層相間復合構成；所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層是由若干層低鑰Mo微薄膜層 與若干層A1N微薄膜層相間復合構成。
[0006] 進一步的，所述高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層中Mo的體積百分比為40%-60%，所述低 鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層中Mo的體積百分比為10%-30%。
[0007] 進一步的，高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層和低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層的厚度均為 50-60nm，所述高鑰Mo微薄膜層、低鑰Mo微薄膜層和A1N微薄層各有8-10層，且每層厚度 為 4_6nm〇
[0008] -種全玻璃高溫真空集熱管的鍍膜方法，以玻璃內管為基體件，包含有如下步 驟： A :對基體件玻璃內管進行清洗、烘干處理，然后將其安裝在磁控濺射鍍膜機鍍膜室內 的基體件玻璃管裝載組件上，驅動傳動機構，令基體件玻璃內管自傳和公轉； B:在玻璃內管表面濺射沉積紅外金屬反射膜層鑰膜層之前，將鍍膜室抽真空 到8. OX 10-4Pa條件下，然后充入氬氣，氬氣流量為lOOsccm，待鍍膜室內壓達到 0. 1-1. 0X10-2Pa，進行氬離子轟擊清洗4-10S，繼而，在離子轟擊清洗之后，在內壓達 3· 0X ΙΟ-lPa，打開直流電源，向鑰靶供電，濺射沉積鑰膜層，厚度為80nm?lOOnm ; C、 在紅外金屬反射膜層表面濺射沉積高鑰體積分數(shù)的Mo-AIN膜層，通過交替相間濺 射沉積若干層Mo微薄膜層和若干層A1N微薄膜層而成，向鍍膜室內充氮氣，氮氣分壓是 2Xl(T 2Pa，向鋁靶供電，這時鑰靶和鋁靶同時供電，鑰靶和鋁靶同時在氬氣和氮氣混合氣氛 中旋轉，開始沉積Mo-AIN，這樣，當玻璃管在鑰靶濺射區(qū)域內，濺射沉積鑰，由于鑰靶具有 非常良好的滲氮阻抗，它雖然在氬氣和氮氣混合氣氛中，卻不與氮氣發(fā)生反應，這時沉積的 是鑰組分；當玻璃基管轉到鋁靶區(qū)域范圍內，鋁和氮氣發(fā)生非常激烈反應，可以用相對低的 氮氣分壓在氬氣和氮氣混合氣氛中用直流反應濺射接近純的A1N陶瓷組分，經若干次旋轉 后，使高鑰體積分數(shù)的Mo-AIN膜層厚度達到50nm?60nm ; D、 在所述高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層表面，濺射沉積低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層，通過交 替相間濺射沉積若干層Mo微薄膜層和若干層A1N微薄膜層而成，濺射完成高鑰體積分數(shù)的 Mo-AIN膜層后，減少鑰靶電流，濺射沉積低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層，經過若干次旋轉使其 厚度達到50nm?60nm后，關閉鑰祀電源； E、 在所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層表面，濺射沉積減反射層，此時，鋁靶保持通電，沉 積A1N減反射層，厚度為80nm?120nm。
[0009] 進一步的，采用堅式圓筒形直流雙靶反應磁控濺射鍍膜機為鍍膜手段，圓筒形鍍 膜室中間設置隔板，把圓筒形空間分為兩個鍍膜室，鑰靶和鋁靶分別位于隔板兩側，基體件 玻璃內管通過傳動機構一邊自轉，一邊圍繞圓筒中心公轉，抽真空裝置，供電裝置和供氣控 制器分別與鍍膜室相連。
[0010] 進一步的，所述Mo靶的純度為99. 95%，A1靶的純度為99. 99%，兩種靶均為圓柱旋 轉革巴。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 以前的專利中的太陽能真空集熱管都是由金屬內管和玻璃外管通過封接而成，首先在 金屬內管上鍍膜，然后再在外面焊接玻璃外管，并將中間抽真空，在這個過程中，技術難度 很大，而且需要專門的技術，尤其是焊接技術，比較難以掌握，而且焊接設備價格昂貴，如果 將其用在采暖和供冷上，造價太高，難以承受；而本發(fā)明采用玻璃內管上鍍膜，然后再在與 玻璃外管進行焊接，抽真空制成，內管是玻璃，外管也是玻璃，焊接起來比較容易，技術容易 掌握，成本較低，本發(fā)明的全玻璃真空管，每米15元左右，而原有的玻璃和金屬組成的真空 管，每米3000元左右，這樣相比，大大降低了成本； 紅外金屬反射膜層是鑰膜層，鑰比鋁具有更高的耐高溫性能； 雙金屬陶瓷吸收膜層是由一層高鑰組分的Mo-AIN陶瓷吸收層，和一層低鑰組分的 Mo-AIN陶瓷吸收層構成； 吸收層的上面是由A1N陶瓷材料構成的減反射層用以提高太陽能的吸收性能，同時也 是一個保護層，A1N具有極高的分解溫度（>220(TC )，這是一種對高溫選擇性表面起非常重 要作用的特性； 本發(fā)明選用直流磁控反應濺射技術沉積Mo-AIN雙金屬陶瓷吸收層，在雙靶直流磁控 反應濺射鍍膜機中實現(xiàn)本發(fā)明全套工藝，雙靶分別為99. 95%鑰靶和99. 99%的鋁靶，都是直 流旋轉祀，從陰極中心到玻璃基材距離是70mnT80mm，氦氣、氮氣流量通過流量計控制。
[0012] 真空室的本底真空度達8X10_4Pa~lX10_3Pa，本發(fā)明具有兩個特點，（1)用直流磁 控濺射同時沉積金屬陶瓷中的陶瓷和金屬組分，（2)陶瓷組分用直流反應濺射沉積，而金屬 組分則用非反應直流濺射沉積，由于Mo具有卓越的滲N 2阻抗，用來在相同的氬氣和氮氣混 合氣氛中用非反應濺射沉積金屬Mo組分，鋁靶用于在氬氣和氮氣混合氣氛中用直流反應 濺射沉積A1N金屬陶瓷組分；上述兩個特點濺射生產帶來極大便利，生產效率高、產品質量 好，便于大規(guī)模生產，設備投資少； 采用本發(fā)明的選擇性吸收膜，選擇性吸收率可達95%，在350°C的發(fā)射率為6%，在高溫 和真空中具有良好的熱穩(wěn)定性，在500°C下真空烘烤一小時，吸收率和發(fā)射率幾乎沒有什么 變化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是全玻璃真空集熱管的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明產品所述集熱管的內管的一種【具體實施方式】的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明所述鍍膜方式所采用的堅式圓筒形直流雙靶反應磁控濺射鍍膜機的結 構俯視圖。

【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述： 如圖所示為本發(fā)明的一個具體實施例， 一種全玻璃真空集熱管，包含有玻璃外管5和玻璃內管1，二者之間通過焊接連接，二 者之間設置為真空，所述玻璃內管1上鍍有三層膜，所述三層膜從基體玻璃內管1到表面依 次為紅外金屬反射膜層2、雙金屬陶瓷吸收膜層3、減反射層4,所述紅外金屬反射膜層2是 鑰膜層；所述雙金屬陶瓷吸收層3,是由一層高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1和一層低鑰體 積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2構成，高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1設置在紅外金屬反射膜層2的 表面，而低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2設置在高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1的表面；所述 高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1是由若干層高鑰Mo微薄膜層與若干層AIN微薄膜層相間復 合構成；所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2是由若干層低鑰Mo微薄膜層與若干層A1N微 薄膜層相間復合構成，所述高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1中Mo的體積百分比為40%-60%， 所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2中Mo的體積百分比為10%-30%，高鑰體積分數(shù)Mo-AIN 膜層3-1和低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2的厚度均為50-60nm，所述高鑰Mo微薄膜層、低 鑰Mo微薄膜層和A1N微薄層各有8-10層，且每層厚度為4-6nm。
[0015] 所述減反射層4為A1N減反射層，所述減反射層4設置在低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜 層3-2的表面。
[0016] 上述全玻璃高溫真空集熱管的鍍膜方法，包含有如下步驟： (1) 、采用如圖3所示的堅式圓筒形直流雙靶反應磁控濺射鍍膜機為鍍膜手段，所述鍍 膜室8分為兩個鍍膜室，一個鍍膜室為鑰靶，另一個鍍膜室為鋁靶，兩個空間區(qū)域之間通過 隔板隔開，抽真空裝置，供電裝置和供氣控制器分別與鍍膜室相連，鍍膜所使用的Mo靶的 純度為99. 95%，A1靶的純度為99. 99%，兩種靶均為圓柱旋轉靶，基體件玻璃管1通過傳動 機構一邊自轉，一邊圍繞圓筒中心公轉； (2) 、經過清洗的干凈并烘干的玻璃基體件放在轉架上，關閉鍍膜機密封門，開始 抽真空，鍍膜室真空度達到8X10-4Pa~lX10-3Pa時，向真空鍍膜機鍍膜室內充氬氣 到0. 1-1. OX 10-2Pa，進行氬離子轟擊清洗4-10S，繼而，在離子轟擊清洗之后，在內壓達 3, 0X ΙΟ-lPa，打開直流電源，向Mo靶供電，鍍紅外金屬反射膜層2,厚度在80nnTl00nm，之 后再充氮氣，反應氮氣分壓是2Xl(T 2Pa;接著向鋁靶供電，這樣鑰靶和鋁靶同時在氬氣和 氮氣氣氛中旋轉，開始沉積Mo-AIN，這樣，當玻璃基體管在鑰靶區(qū)濺射沉積Mo,由于Mo具 有非常好的滲氮阻抗，它雖然在氬氣和氮氣氣氛中，但并不沉積氮化物，而是沉積金屬鑰組 分；當玻璃基體管轉到鋁靶濺射區(qū)，由于鋁和氮氣的反應非常激烈，因此可以用相對低的氮 氣分壓在氬氣和氮氣混合氣體中用直流反應濺射沉積接近純的A1N。這樣，用雙靶直流反應 濺射在氬氣和氮氣混合氣氛中同時一邊沉積鑰組分，一邊沉積A1N陶瓷組分，用基材旋轉 沉積多層系統(tǒng)，這種多層系統(tǒng)由Mo和A1N交叉組成，可以認為是宏觀均勻的Μ〇-Α1Ν金屬陶 瓷層，改變鑰靶的功率，即改變靶的電流，可以得到高鑰組分的高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層 3-1，也可以得到低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2。高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-1的厚度為 50nm?60nm和低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層3-2厚度大約為80nm?120nm; (3) 、最后沉積A1N減反射層，關閉鑰靶電源，繼續(xù)旋轉沉積A1N減反射層，其厚度在 80nm ?120nm。
[0017] 當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術領 域的技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的 保護范圍。
【權利要求】
1. 一種全玻璃高溫真空集熱管，包含有玻璃外管（5)和玻璃內管（1)，二者之間通過 焊接連接，二者之間設置為真空，其特征在于：所述玻璃內管（1)上鍍有三層膜，所述三層 膜從基體玻璃內管（1)到表面依次為紅外金屬反射膜層（2)、雙金屬陶瓷吸收膜層（3)、減 反射層（4)，所述紅外金屬反射膜層（2)是鑰膜層；所述雙金屬陶瓷吸收層（3)，是由一層高 鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-1)和一層低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)構成，高鑰體積分 數(shù)Mo-AIN膜層（3-1)設置在紅外金屬反射膜層（2)的表面；而低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層 (3-2)設置在高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-1)的表面；所述減反射層（4)為A1N減反射層， 所述減反射層（4)設置在低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)的表面。
2. 根據(jù)權利要求1所述的全玻璃高溫真空集熱管，其特征在于：所述高鑰體積分數(shù) Mo-AIN膜層（3-1)是由若干層高鑰Mo微薄膜層與若干層AIN微薄膜層相間復合構成；所述 低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)是由若干層低鑰Mo微薄膜層與若干層A1N微薄膜層相間 復合構成。
3. 根據(jù)權利要求2所述的全玻璃高溫真空集熱管，其特征在于：所述高鑰體積分數(shù) Mo-AIN膜層（3-1)中Mo的體積百分比為40%-60%，所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)中 Mo的體積百分比為10%_30%。
4. 根據(jù)權利要求2所述的全玻璃高溫真空集熱管，其特征在于：高鑰體積分數(shù)Mo-AIN 膜層（3-1)和低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)的厚度均為50-60nm，所述高鑰Mo微薄膜層、 低鑰Mo微薄膜層和A1N微薄層各有8-10層，且每層厚度為4-6nm。
5. 如權利要求1-4所述的全玻璃高溫真空集熱管的鍍膜方法，其特征在于：以玻璃內 管（1)為基體件，包含有如下步驟： A :對基體件玻璃內管（1)進行清洗、烘干處理，然后將其安裝在磁控濺射鍍膜機鍍膜 室內的基體件玻璃管裝載組件上，驅動傳動機構，令基體件玻璃內管（1)自傳和公轉； B :在玻璃內管（1)表面濺射沉積紅外金屬反射膜層（2)鑰膜層之前，將鍍膜室抽 真空到8. OX 10-4Pa條件下，然后充入氬氣，氬氣流量為lOOsccm，待鍍膜室內壓達到 0. 1-1. 0 X 10-2Pa時，進行氬離子轟擊清洗4-10S，繼而，打開直流電源，向鑰靶供電，在內 壓達到3· 0X ΙΟ-lPa，濺射沉積鑰膜層，厚度為80nm?100nm ; C、 在紅外金屬反射膜層（2)表面濺射沉積高鑰體積分數(shù)的Mo-AIN膜層（3-1)，通過交 替相間濺射沉積若干層Mo微薄膜層和若干層A1N微薄膜層而成，向鍍膜室內充氮氣，氮氣 分壓是2X l(T2Pa，向鋁靶供電，這時鑰靶和鋁靶同時供電，鑰靶和鋁靶同時在氬氣和氮氣混 合氣氛中旋轉，開始沉積Mo-AIN，這樣，當玻璃管在鑰靶濺射區(qū)域內，濺射沉積鑰，由于鑰靶 具有非常良好的滲氮阻抗，它雖然在氬氣和氮氣混合氣氛中，卻不與氮氣發(fā)生反應，這時沉 積的是鑰組分；當玻璃基管轉到鋁靶區(qū)域范圍內，鋁和氮氣發(fā)生非常激烈反應，可以用相對 低的氮氣分壓在氬氣和氮氣混合氣氛中用直流反應濺射接近純的A1N陶瓷組分，經若干次 旋轉后，使高鑰體積分數(shù)的Mo-AIN膜層（3-1)厚度達到50nm?60nm ; D、 在所述高鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-1)表面，濺射沉積低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層 (3-2)，通過交替相間濺射沉積若干層Mo微薄膜層和若干層A1N微薄膜層而成，濺射完成 高鑰體積分數(shù)的Mo-AIN膜層（3-1)后，減少鑰靶電流，濺射沉積低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層 (3-2)，經過若干次旋轉使其厚度達到50nm?60nm后，關閉鑰靶電源； E、 在所述低鑰體積分數(shù)Mo-AIN膜層（3-2)表面，濺射沉積減反射層（4)，此時，鋁靶保 持通電，沉積A1N減反射層，厚度為80nm?120nm。
6. 根據(jù)權利要求5所述的全玻璃高溫真空集熱管的鍍膜方法，其特征在于：采用堅式 圓筒形直流雙靶反應磁控濺射鍍膜機（8)為鍍膜手段，圓筒形鍍膜室中間設置隔板（8-1)， 把圓筒形空間分為兩個鍍膜室，鑰靶和鋁靶分別位于隔板兩側，基體件玻璃內管（1)通過傳 動機構一邊自轉，一邊圍繞圓筒中心公轉，抽真空裝置（8-3)，供電裝置（8-4)和供氣控制 器（8-5)分別與鍍膜室相連。
7. 根據(jù)權利要求5所述的全玻璃高溫真空集熱管的鍍膜方法，其特征在于：所述Mo靶 的純度為99. 95%，A1靶的純度為99. 99%，兩種靶均為圓柱旋轉靶。
【文檔編號】C23C14/35GK104089423SQ201410358558
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月26日 優(yōu)先權日:2014年7月26日
【發(fā)明者】郭廷瑋, 佟建強, 佟建勇, 徐洪軍, 田洪增, 侯廣才 申請人:山東中信能源聯(lián)合裝備股份有限公司