专利名称：太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能集热管罩玻璃管减反射涂层的成型工艺，属于太阳能热膜层/涂层技术领域，其中减反射涂层也叫增透涂层。
背景技术：
随着光热技术的不断进步，在高温发电领域对集热管集热效率要求越来越高，目前有两种途径增加集热管的集热效率，其一是增加内管太阳吸收比，另一种则是减反射，即增透。工业上主要使用高硼硅3. 3玻璃及其改性的相似玻璃作为罩玻璃管，其太阳透射比一般在O. 89左右，玻璃材料本身吸收的太阳光在2%左右，因此通过表面改性等方法减少罩玻璃管表面反射对于提高光热转化率有重要的意义。当前市场上平板玻璃的增透技术较为广泛，主要有磁控溅射法、等离子喷涂法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、酸腐蚀法等。物理法镀膜主要是膜层硬度较低，不易长时间暴露在自然环境中，且要得到高的太阳透射比需要的成本较高，不利于高温集热管在发电上的大规模应用。化学法成本较为低廉，膜层硬度有一定的提高，但是工艺和配方控制存在一定的难度，是有可能应用于高温管的增透技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控性好、成本低且能够获得较高增透效果的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺。本发明采用以下技术方案
该发明太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，包括清洗进而烘干的步骤，还包括以下步骤
高温处理步骤把罩玻璃管放入炉内，在600°C _625°C的条件下，保温3(Γ40分钟；
降温步骤采用受控降温，基本匀速地降温至室温；
酸蚀步骤在罩玻璃管表面腐蚀出微观凹坑；
SiO2膜层制备步骤和膜层固化步骤。依据本发明制备上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，引入减反射膜层原理，该原理见于物理化学学报第13卷第6期中“钠硼硅酸盐玻璃分相及浸析的NMR研究”对于硼玻璃前处理的理论组分一定的均匀玻璃经分相处理后，结构中出现以亚微观尺寸的不均匀区，包括富硅相、富钠硼相，随分相处理温度的升高，有两个机制在同时起作用 从动力学因素考虑，温度愈高，玻璃粘度愈低，结构调整加快，分相速率增加，且分相区的尺寸增大；从热力学角度考虑，温度愈高，其平衡态的混溶程度愈大，即富硅相中的钠、硼和富钠硼相中的硅增加。当析出的富钠硼相尺寸远小于可见光光波波长时，玻璃保持透明。当分相导致富钠硼相尺寸超过可见光光波波长时，则引起肉眼可见的乳浊。与溶胶凝胶增透相结合制定本实验方案，制备渐变膜系。这属于成型工艺的可控性因素。基于前述原理采用本方案可以获得较高的太阳透射比。工艺吸收了溶胶凝胶和表面溶蚀技术，其构思为先进梯度膜层的制作思路，增透的基本原理和实验结论证明其能够在较宽泛波长范围内起到很好的增透效果，太阳透射比能够提高2. 5%-3%。关键是膜层硬度和附着力有明显的改善。由于前处理的溶蚀技术，罩玻璃管表面产生了微观的凹凸，能够很好的使SiO2膜层粘附，提高膜层的附着力，解决增透膜层衰减速度较快，无法长期暴漏在空气中的不利因素，有利于大规模应用。此外，膜层外观美观，由于能够在较宽的波长范围内增透，因此罩玻璃管表面不显示明显干涉色，表面为淡蓝色，与罩玻璃管底色相仿，缺陷较少，适合高温管应用。同时生产成本较低，利用物理法及部分化学方法需要三、四层，甚至更多层才能够达到的宽波长增透效果，仅两步处理完成工艺，性价比较高。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，在酸蚀步骤后、SiO2膜层制备步骤前还含有一步清洗步骤，该步骤要求在洁净室内用去离子水冲洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物。上述所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层成型工艺，所述高温处理步骤，把罩玻璃管放入炉内后，控制炉温以10°c /min的速度升温。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，所述降温步骤的降温速度为 20 0C /min ο上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，所述酸蚀步骤具体为将罩玻璃管放入25°C氢氟酸浓度3%-4%和硫酸浓度2%-3%的混合溶液中静置18mirT22min，取出。 氢氟酸的浓度大溶液损伤玻璃表面严重，过少不能够起到清洁表面的功能；硫酸主要是溶解氢氟酸腐蚀下来的杂质，使表面清洁。静置时间和温度与溶液是一个完整的体系，如果改变会影响到腐蚀层微孔大小和密度。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，酸蚀步骤的酸蚀时间优选为 20mino上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，混合液的温度需严格控制，保证温度变动上下不超过l°c。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，所述SiO2膜层制备步骤具体为在摩尔比为H2O TE0S HC1 C2H50H=2. 5:1:0.4:20溶胶液中采用提拉法镀膜，镀膜要求SiO2 环境温度20°C -25°C，湿度20%-35%。溶胶的配比影响镀膜的性能和纳米SiO2的粒度大小， 因此对膜层透光率影响显著；温湿度对膜层的表观质量存在影响，湿度过低，膜层溶液开裂，湿度过高膜层容易出现小点。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，所述膜层固化步骤需要在与酸蚀步骤相同的环境温度和湿度条件下进行。上述太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，所述膜层固化步骤具体为将罩玻璃管随炉以5°C /min速度升温到550°C，保温50min，然后以20°C /min速度降温到室温。 固化制度主要是保证乙醇以适当速度挥发，并使膜层产生较均匀的多孔SiO2结构，并且使膜层具有较高的机械强度，能够有较好的使用价值。
图I为高温集热管罩玻璃管减反射膜层的结构示意图。图中，I、罩玻璃管，2、罩玻璃管腐蚀层，3、SiO2增透层。
具体实施例方式依据本发明的一种太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，包括清洗进而烘干的步骤，其中清洗步骤需要队罩玻璃管的管壁进行清洗，保证没有污物，以提高膜层的附着力，通常需要在洁净室内使用去离子水冲洗罩玻璃管；对于烘干步骤则相对较为简单，再烘干室内进行充分烘干即可；进而，该成型工艺还包括以下步骤
高温处理步骤把罩玻璃管放入炉内，在600°C _625°C的条件下，保温3(Γ40分钟；关于温度控制如果能够获得比较好的恒温状态是较佳的选择，最佳的控制温度为610°C，一旦确定了控制温度，就要保证温度的稳定性，最好控制在该控制温度的上下3°C范围内；经过高温处理可以是最终获得的膜层硬度提高；同时，关于保温时间与控制温度之间的关系，基本上需要保证该高温处理步骤控制温度区间于保温时间大体呈一个线性关系，最佳的对应关系是在610°C的控温条件下保温35分钟；
降温步骤采用受控降温，基本匀速地降温至室温，这里的基本指的是可控条件下的不可避免的影响降温的影响，在现有的技术条件下，做到绝对线性降温是不可能的，只有相对的线性降温，也就是基本上允许的降温；
酸蚀步骤在罩玻璃管表面腐蚀出微观凹坑,微观凹坑的大小通过酸蚀参数的改变而改变，通过工艺性进行确定；
SiO2膜层制备步骤和膜层固化步骤。后两个步骤在前几个步骤的条件下，可以借用常规的同类步骤进行处理。在上面基本方案的基础上，较佳的选择是在酸蚀步骤后、SiO2膜层制备步骤前最好在设置一个清洗步骤，该步骤要求在洁净室内用去离子水冲洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物，以保证酸蚀的可控性和酸蚀的均匀性。较佳地，所述高温处理步骤，把罩玻璃管放入炉内后，控制炉温以10°C /min的速度升温，避免剧烈的温度变化导致罩玻璃管变脆，当然这里的速度也是个相对线性的速度， 尽可能的保证。进一步地，所述降温步骤的降温速度为20°C /min,也是基于同样道理，防止温度的剧烈变化导致罩玻璃管变脆。需要说明的是，这里的升温和降温并非罩玻璃自身要保持这样的升温或者降温幅度，而是相关炉腔的升温和降温速度，之后罩玻璃管随炉冷却。较佳地，所述酸蚀步骤具体为将罩玻璃管放入25°C氢氟酸浓度3%_4%和硫酸浓度2%-3%的混合液中静置18mirT22min，取出。腐蚀过重会影响罩玻璃管强度，并会因为产生散射，出现毛面。腐蚀过轻又对所要求的效果影响有限。进一步地，酸蚀步骤的酸蚀时间优选为20min，为上述酸性环境条件下最佳的腐蚀时间，可以保证膜层的硬度最好，同时对基体的负面影响最小。采用GB-T6739-1996的标准测定在此条件下的膜层硬度为5H。混合液的温度需严格控制，保证温度变动上下不超过IV，温度变化过大会影响酸液的活性，导致腐蚀条件失控。较佳地，所述SiO2膜层制备步骤具体为在摩尔比为H2O TE0S =HCl C2H50H=2. 5:1:0. 4:20溶胶液中采用提拉法镀膜，镀膜要求环境温度20°C -25 °C，湿度 20%-35%。上述环境温度和湿度的范围是允许范围，应当严格控制，环境湿度过大会使膜层表面出现斑点，膜面粗糙，湿度过小会引起膜层开裂。进一步地，为了保证获得膜层的性能，所述膜层固化步骤需要在与酸蚀步骤相同的环境温度和湿度条件下进行。所述膜层固化步骤具体为将罩玻璃管随炉以5°C /min速度升温到550°C，保温 50min，然后以20°C /min速度降温到室温，以保证膜层固化的稳定进行。
权利要求
1.一种太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，包括清洗进而烘干的步骤，其特征在于，还包括以下步骤高温处理步骤把罩玻璃管放入炉内，在600°c -625°c的条件下，保温3(Γ40分钟；降温步骤采用受控降温，基本匀速地降温至室温；酸蚀步骤在罩玻璃管表面腐蚀出微观凹坑；SiO2膜层制备步骤；和膜层固化步骤。
2.根据权利要求I所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于， 在酸蚀步骤后、SiO2膜层制备步骤前还含有一清洗步骤，该步骤要求在洁净室内用去离子水冲洗罩玻璃管，去除罩玻璃管表面污物。
3.根据权利要求I或2所述的所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于，所述高温处理步骤，把罩玻璃管放入炉内后，控制炉温以10°c /min的速度升温。
4.根据权利要求3所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于， 所述降温步骤的降温速度为20°C /min。
5.根据权利要求I或2所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于，所述酸蚀步骤具体为将罩玻璃管放入25°C wt氢氟酸浓度3%-4%和wt硫酸浓度2%-3% 的混合溶液中静置18mirT22min，取出。
6.根据权利要求5所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于， 酸蚀步骤的酸蚀时间优选为20min。
7.根据权利要求5所述的所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于，混合液的温度需严格控制，保证温度变动上下不超过1°C。
8.根据权利要求I所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于， 所述SiO2膜层制备步骤具体为在摩尔比为H2O TE0S HC1 C2H50H=2. 5:1:0.4:20溶胶液中采用提拉法镀膜，镀膜要求环境温度20°C -25°C，湿度20%-35%。
9.根据权利要求I或8所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于，所述膜层固化步骤需要在与酸蚀步骤相同的环境温度和湿度条件下进行。
10.根据权利要求9所述的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，其特征在于， 所述膜层固化步骤具体为将罩玻璃管随炉以5°C /min速度升温到550°C，保温50min，然后以20°C /min速度降温到室温。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能集热管罩玻璃管增透涂层的成型工艺，包括清洗进而烘干的步骤，还包括以下步骤高温处理步骤把罩玻璃管放入炉内，在600℃-625℃的条件下，保温30~40分钟；降温步骤采用受控降温，基本匀速地降温至室温；酸蚀步骤在罩玻璃管表面腐蚀出微观凹坑；SiO2膜层制备步骤和膜层固化步骤。依据本发明的成型工艺可控性好、成本低且能够获得较高增透效果的太阳能集热管罩玻璃管增透涂层。
文档编号C03C17/23GK102603205SQ201210071198
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者刘希杰, 杜勇, 杨波 申请人:山东力诺新材料有限公司