专利名称：含选择性辐射吸收涂层的吸收体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含选择性辐射吸收涂层的吸收体，其具有金属基体、扩散阻档层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层。本发明还涉及一种制备含选择性辐射吸收涂层的吸收体的方法，在该方法中金属吸收体经抛光并将表面糙度调整到ra＜0.3μm，以及涂覆上扩散阻档层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层。
背景技术：
在太阳能热利用中应用选择性吸收涂层用于辐射转换，该选择性吸收涂层的特征是高的太阳能吸收度和低的热辐射度。
主要采用基于金属陶瓷(陶瓷-金属混合物)的通过蒸发或溅射形成的薄层体系。这种层体系由基体开始按金属反射层、金属陶瓷层、抗反射层的顺序构造。
金属反射层通常由在红外区呈高反射的金属如铜、铝或钼制成。金属陶瓷层通常由嵌入金属如Mo中的氧化物如Al2O3、SiO2制成。金属含量称为填充系数。
抗反射层由纯氧化物如SiO2或Al2O3制成。
为确保该涂层在基体如铜、不锈钢或玻璃上的优良粘附性，应用附加的粘附剂层。这种粘附剂层主要由铬组成或是基于铬的层。
特别在聚焦型太阳热体系中出现的300-600℃的运行温度取决于吸收层体系内的扩散过程和由吸收层体系而定。该扩散过程对整个体系的效率起负的影响。
这里要区分下列的效应会导致层特性变化的吸收涂层中基体的元素的扩散。在钢基体情况下如铁在层体系中的扩散。
在真空部件如适于抛物面槽的管式集电极或接受管的情况下，扩散过程可导致真空的破坏。由此降低功率。气体也可由基体逸出或由在管中引入的热载体通过管和通过涂层扩散入真空中。例如通过钢基体或不锈钢基体的H2扩散已知为扩散过程。
从“Solar selective absorber coating for high service temperatures，produced by plasma sputtering”，M.Lanxner和Zvi Elgat，SPIE Vol.1272，Optical Materials Technology for Energy Efficiency and SolarEnergy Conversion IX(1990)，第240页后已知不锈钢的吸收管，该吸收管排列在真空玻璃管中。这些吸收太阳能的管输送液态热载体，并将其能量转变为电流。该吸收体表面的温度为350-400℃。
为阻止基体和吸收涂层之间的扩散效应，设置Al2O3的扩散阻挡层。在涂覆Al2O3层之前，抛光管的金属表面，使其平均粗糙度＜0.2。抛光后还要在供热下于真空中进行净化过程。
但由溅射材料形成的扩散阻挡层的缺点是具有多孔结构，由此降低了抗扩散的效果。
发明内容
本发明的目的在于改进其上涂有选择性辐射吸收涂层的钢或不锈钢的基体表面的防扩散性和粘附性。
该目的是由一种吸收体解决的，该吸收体的特征在于，扩散阻挡层是由金属基体的氧化成分组成的氧化物层。
该氧化物层在吸收涂层和基体之间形成防扩散的阻挡层。该氧化物层阻止或减少由基体的传输和扩散过程以及通过基体向选择性辐射吸收涂层的气体扩散。这种氧化物层的优点还在于形成适于其后要涂覆的吸收涂层的优良粘附基础。
所述金属基体优选由钢或不锈钢制成，并且所述氧化物是氧化铁和/或氧化铬。
所述氧化物层的厚度优选为50-200nm，特别是50-100nm。
含金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层的钢或不锈钢制的适于太阳热应用的吸收管的特征在于，在管外表面和金属反射层之间的扩散阻挡层是含氧化铁和/或氧化铬的氧化物层。
提供了一种用于制备含选择性辐射涂层的吸收体的方法，该方法中将金属吸收体抛光并将其粗糙度调至ra＜0.3μm，接着涂覆上辐射选择性涂层，该方法的特征在于，将用于制备扩散阻挡层的经抛光的基体表面在400-600℃的炉中于空气下热处理0.5-2小时。
通过该热处理过程在表面上形成氧化物层，该层可通过棕色到蓝色的金属回火色目视到。
炉中的氧化过程在达到一定的层厚后停止。已表明，该层厚与表面粗糙度有关。在较大的表面粗糙度下形成较厚的氧化物层。
所述基体优选经机械或电抛光。电抛光是指电镀的反向过程。
以下借助优选实施方案并参照附图对本发明的目的、特征和优点进行更详细说明。
图1是根据本发明的吸收管的剖视侧视图，其中示出选择性辐射吸收涂层的剖视图。
图2是图1中带选择性辐射吸收涂层的吸收管沿图1中的剖面线2-2的横截面视图。
具体实施例方式
本发明的吸收管1示于图1中。吸收管1通过上面一般描述的方法并按照下面提供的具体实施例而具有选择性辐射吸收涂层3。
图2中的选择性辐射吸收涂层3的一部分的剖视图示出了其层结构。在此处给出的实施方案中，该涂层3由以下各层按从吸收管1的表面向外的顺序构成扩散阻档层11，金属反射层12，金属陶瓷层13和抗反射层14，如图2所示。在给出的实施例中，扩散阻档层11包含氧化铁和氧化铬。金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层可具有如以上背景技术部分所述的组成。例如，抗反射层可含有氧化硅和氧化铝。
实施例将经抛光的不锈钢表面(材料1.4404)在循环空气炉中于空气下热处理1小时。炉温为450-550℃。低温要延长热处理过程。该材料经预先抛光，以使表面粗糙度ra＜0.3μm。通过热处理过程形成50-100nm厚的防扩散氧化物层。该氧化过程在达到所述的层厚后停止。
热处理过程结束后在真空下将选择性辐射吸收层体系涂于该基体上。
2004年2月27日提交的德国专利申请10 2004 010 689.4-15中公开的内容在此被引入作为参考。该德国专利申请对以上描述的并在所附的权利要求书中所要求保护的本发明进行了描述，并按35 U.S.C.119构成本发明的优先权。
尽管对本发明按具有粘附性氧化物层的选择性辐射吸收涂层及其制备方法的实施方式进行了示例性描述，但并无意将本发明限制于所给出的细节，因为可以进行各种改进和变化而绝不偏离本发明的精神。
无需进一步的分析，以上描述完全揭示了本发明的要旨，使他人可通过应用现有知识而容易地将其适用于各种用途，且不省除从现有技术的角度而言在适当的程度上构成本发明一般方面和具体方面的必要特征。
以下为具有新颖性的本发明权利要求。
权利要求
1.一种含选择性辐射吸收涂层的吸收体，其具有金属基体、扩散阻档层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层，其特征在于，扩散阻挡层是由金属基体的氧化成分组成的氧化物层。
2.权利要求1的吸收体，其特征在于，所述金属基体由钢或不锈钢制成，并且所述氧化物是氧化铁和/或氧化铬。
3.权利要求1或2的吸收体，其特征在于，所述氧化物层的厚度为50-200nm。
4.权利要求3的吸收体，其特征在于，所述氧化物层的厚度为50-100nm。
5.一种含扩散阻挡层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层的钢或不锈钢制的适于太阳热应用的吸收管，其特征在于，所述扩散阻档层是含氧化铁和/或氧化铬的氧化物层。
6.一种用于制备含选择性辐射吸收涂层的吸收体的方法，该方法中将金属吸收体抛光并将其粗糙度调至ra＜0.3μm，并涂覆扩散阻档层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层，其特征在于，将用于制备扩散阻挡层的经抛光的基体在400-600℃的炉中于空气下热处理0.5-2小时。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述基体经机械或电抛光。
8.权利要求6或7的方法，其特征在于，该基体在450-550℃下经热处理0.5-1小时。
全文摘要
本发明涉及一种含选择性辐射吸收涂层的吸收体，其具有金属基体、扩散阻档层、金属反射层、金属陶瓷层和抗反射层。该扩散阻挡层是由金属基体的氧化成分组成的氧化物层。本发明还涉及一种用于制备这种吸收体的方法，方法中将用于制备扩散阻挡层的经抛光的基体在400－600℃的炉中于空气下热处理0.5－2小时。
文档编号C23C28/00GK1670446SQ20051005246
公开日2005年9月21日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年2月27日
发明者T·库克尔科恩, W·格拉夫 申请人:肖特股份有限公司