專利名稱：中高溫光譜選擇性吸收涂層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光譜選擇性吸收涂層領域，特別涉及一種中高溫光譜選擇性吸收涂層。
背景技術：
近年來，隨著能源問題的日漸尖銳，太陽能光熱利用行業(yè)獲得了空前的發(fā)展。在太陽能光熱利用中，光譜選擇性吸收涂層一直是國內(nèi)外感興趣的研究課題，目前研究主要集中在如何提高光熱轉換效率和涂層熱穩(wěn)定性上。目前國內(nèi)外制備該種涂層主要依靠多靶磁控濺射鍍膜技術，這是因為磁控濺射技術鍍制的薄膜具有納米結構可控、顆粒均勻等優(yōu)點，大大提高了成膜質(zhì)量和薄膜性能。但是磁控濺射過程是一個復雜的物理氣象沉積過程，環(huán)境和設備的微小改變都會影響成膜質(zhì)量，主要影響表現(xiàn)為涂層熱穩(wěn)定性差，工作溫度受限。改變這一現(xiàn)象的途徑有兩個，一是選用更加耐溫的材料作為靶材，二是增加涂層的層間結合力。隨著太陽能光熱利用技術的發(fā)展，對光譜選擇性吸收涂層的工作溫度要求越來越高，而目前的經(jīng)典涂層已經(jīng)不能滿足發(fā)展需要。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種中高溫光譜選擇性吸收涂層，以克服現(xiàn)有的涂層熱穩(wěn)定性差，不能滿足在中高溫條件下工作的缺陷。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種中高溫光譜選擇性吸收涂層，包括五層膜，由內(nèi)而外依次是基底粘結層、紅外反射層、鈍化層、第一吸收層、第二吸收層和光學減反 射層，所述第一吸收層和所述第二吸收層均為金屬陶瓷復合膜，并且所述第一吸收層中金屬組分所占的體積百分比大于所述第二吸收層中金屬組分所占的體積百分比。進一步地，所述中高溫光譜選擇性吸收涂層采用Cu、Al、SS和Si四靶磁控濺射鍍月吳系統(tǒng)制備。進一步地，所述基底粘結層是由不銹鋼、Mo和Cr中的一種或幾種混合而成的。進一步地,所述紅外反射層為金屬Cu、Ag或Al。進一步地，所述鈍化層的材料為A1203、Si3N4或A1N。進一步地，所述第一吸收層中金屬組分的體積比為259Γ30%。進一步地，所述第二吸收層中金屬組分的體積比為139Γ16%。進一步地，所述基底粘結層的厚度為50nnTl00nm，所述紅外反射層的厚度為70nnTl00nm,所述鈍化層的厚度為20nnT50nm,所述第一吸收層的厚度為100nnTl50nm,所述第二吸收層的厚度為50nnT70nm,所述光學減反射層的厚度為50nnT70nm。(三)有益效果本發(fā)明提供的中高溫光譜選擇性吸收涂層，可在中高溫環(huán)境下工作，其光熱轉化率高，熱穩(wěn)定性好、工作溫度高(>50(TC)并且吸收發(fā)射比高。


圖I是本發(fā)明實施例中高溫光譜選擇性吸收涂層的結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中高溫光譜選擇性吸收涂層用在不銹鋼基底上的結構示意具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I、圖2所示，本實施例提供的中高溫光譜選擇性吸收涂層，包括五層薄膜，由 內(nèi)而外依次是基底粘結層、紅外反射層、鈍化層、第一吸收層、第二吸收層和光學減反射層。本發(fā)明提供的中高溫光譜選擇性吸收涂層，可在中高溫環(huán)境下工作，其光熱轉化率高，熱穩(wěn)定性好、工作溫度高(>500°C)、吸收發(fā)射比高(具有較高的紫外-可見-近紅外光吸收率和較低的紅外發(fā)射率)。其中，基底粘結層為熱膨脹系數(shù)低的金屬或合金，如不銹鋼、金屬Mo、Cr等，其與紅外反射層復合后能將本發(fā)明所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層與基底牢固的固定在一起，而不會從基底上脫落下來。采用熱膨脹系數(shù)很小的Mo作為紅外反射層Cu與不銹鋼基底間的粘結層，能夠縮小了不銹鋼基底與Cu金屬層間的熱膨脹系數(shù)差異，降低了高溫工作溫度下薄膜力學損傷的風險，增加了膜層與基底間的結合力，使得該中高溫光譜選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性好，能在較高的溫度下工作。其中，紅外反射層為金屬Cu、Ag或Al，也可采用其他具有相同性能的材料。一般情況下，使用金屬Cu，不僅價格低廉，而且效果好。由于銅的紅外發(fā)射率僅為0. 03左右，可以有效降低聞溫基底的福射損耗，從而提聞集熱器效率。其中，鈍化層的材料為Al203、Si3N4或A1N。鈍化層的作用有兩個，一是提高了涂層的層間結合力，使該中高溫光譜選擇性吸收涂層具有較高的力學性能；二是可以防止紅外反射層金屬原子的氧化及熱擴散，提高涂層熱穩(wěn)定性，提高工作溫度，降低紅外發(fā)射率。其中，第一吸收層和第二吸收層均是金屬陶瓷復合薄膜，其中的金屬組分為不銹鋼，如采用304不銹鋼，陶瓷組分選用A1N。第一吸收層中金屬組分所占的體積百分比大于第二吸收層中金屬組分所占的體積百分比，第一吸收層和第二吸收層干涉復合成雙層金屬陶瓷復合薄膜。優(yōu)選第一吸收層和第二吸收層中金屬組分的體積比分別為259^30%和139^16%。該中高溫光譜選擇性吸收涂層利用干涉吸收原理對紫外-可見-近紅外光吸收率a彡0.95，同時紅外發(fā)射率e ^ 0. 08 (80°C )，提高了該涂層的光熱轉化效率。其中，光學減反射層采用較硬、機械強度高且耐高溫的材料制成。采用熱穩(wěn)定性好的Si3N4作為光學減反射層，進一步提高了涂層的光熱轉化效率，熱穩(wěn)定性測試表明該涂層在大氣氣氛下經(jīng)過550°C烘烤4小時后，外觀和性能均無明顯變化。其中，該中高溫光譜選擇性吸收涂層采用4靶(Cu、Al、SS、Si)磁控濺射鍍膜系統(tǒng)制備。其中，各層厚度分別為基底粘結層50nnTl00nm ;紅外反射層70nm IOOnm,鈍化層20nnT50nm ;第一吸收層IOOnm 150nm ;第二吸收層50nnT70nm ;光學減反射層50nnT70nm。以上所述各層的厚度可以相同或不同。本發(fā)明提供的中高溫光譜選擇性吸收涂層，具有以下優(yōu)點(I)采用熱膨脹系數(shù)小得多的Mo作為紅外反射層與不銹鋼基底間的粘結層，縮小了不銹鋼基底與紅外反射層間的熱膨脹系數(shù)差異，降低了高溫工作溫度下薄膜力學損傷的風險，增加了膜層與基底間的結合力。(2)第一吸收層和第二吸收層中金屬組分采用304不銹鋼，陶瓷組分選用A1N，第一吸收層、第二吸收層中的金屬組分的體積比分別為259Γ30%和139Γ16%，使得薄膜利用干涉吸收原理對紫外-可見-近紅外光吸收率α彡O. 95，同時紅外發(fā)射率ε < 0.08(80°C)。(3)采用熱穩(wěn)定性好的Si3N4作為光學減反射層，進一步提高了涂層的光熱轉化效率，熱穩(wěn)定性測試表明該涂層在大氣氣氛下經(jīng)過550°C烘烤4小時后，外觀和性能均無明顯變化?！?4)在金屬反射層和吸收層之間增加Al2O3作為粘結層，進一步增加了涂層的層間結合力，同時提高了力學性能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.ー種中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，包括五層膜，由內(nèi)而外依次是基底粘結層、紅外反射層、鈍化層、第一吸收層、第二吸收層和光學減反射層，所述第一吸收層和所述第二吸收層均為金屬陶瓷復合膜，并且所述第一吸收層中金屬組分所占的體積百分比大于所述第二吸收層中金屬組分所占的體積百分比。
2.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述中高溫光譜選擇性吸收涂層采用Cu、Al、SS和Si四靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)制備。
3.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述基底粘結層由不銹鋼、Mo和Cr中的ー種或幾種混合而成。
4.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述紅外反射層為金屬Cu、Ag或Al。
5.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述鈍化層的材料為 Al2O3'Si3N4 或 A1N。
6.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述第一吸收層中金屬組分的體積比為25% 30%。
7.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述第二吸收層中金屬組分的體積比為13°/r 16%。
8.如權利要求I所述的中高溫光譜選擇性吸收涂層，其特征在于，所述基底粘結層的厚度為50nnTl00nm,所述紅外反射層的厚度為70nnTl00nm,所述鈍化層的厚度為20nnT50nm,所述第一吸收層的厚度為100nnTl50nm,所述第二吸收層的厚度為50nnT70nm,所述光學減反射層的厚度為50nnT70nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光譜選擇性吸收涂層領域，特別涉及一種中高溫光譜選擇性吸收涂層。該中高溫光譜選擇性吸收涂層包括五層膜，由內(nèi)而外依次是基底粘結層、紅外反射層、鈍化層、第一吸收層、第二吸收層和光學減反射層，所述第一吸收層和所述第二吸收層均為金屬陶瓷復合膜，并且所述第一吸收層中金屬組分所占的體積百分比大于所述第二吸收層中金屬組分所占的體積百分比。本發(fā)明提供的中高溫光譜選擇性吸收涂層，可在中高溫環(huán)境下工作，其光熱轉化率高，熱穩(wěn)定性好、工作溫度高且吸收發(fā)射比高。
文檔編號F24J2/48GK102954611SQ20121044222
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者王軒, 張敏, 尹萬里, 崔銀芳, 孫守建, 朱敦智 申請人:北京市太陽能研究所集團有限公司