专利名称：一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及耐高温太阳能吸热膜技术领域，其特别提供了一种耐高温的选择性太 阳能吸收膜及其制备方法。
背景技术：
聚焦式太阳能热发电技术是目前发电成本最低的太阳能发电技术，其关键材料技 术包括吸热膜、反射板和储热介质。先进的吸热膜应具有高太阳能谱吸收率、低红外发射率 和良好的耐高温性能。目前采用的吸热膜包括本征吸热膜、串联半导体/金属膜、多层膜、 金属/介质复合膜、粗糙表面膜(黑体+选择性透明膜)等几种类型。本征吸热膜所用材 料本身具有太阳能谱选择性吸收特性。串联半导体/金属膜在短波段有良好的吸收率，因 含金属层其热发射率也较低。多层膜利用层间多重反射效应提高吸收率。金属/介质复合 膜(也被称为金属陶瓷膜)由陶瓷和弥散分布的超细金属颗粒组成。粗糙表面膜利用表面 的针状、树枝状或多孔结构的多重反射效应提高吸收率。进一步降低聚焦式太阳能热发电成本的方法之一是使吸收板的温度从目前的 400°C提高到500°C以上。目前所用的各种太阳能吸收膜超过400°C都面临严重的功能退化 问题。研究表明，功能退化的主要原因是当温度超过400°C后膜材料发生了氧化，膜逐渐变 成了氧化物后失去了吸收太阳辐射的作用。例如电镀黑铬膜(铬/氧化铬复合膜)在400°C 可长期保持95%以上的吸收率，在500°C时经过24小时后吸收率就降低到50%以下，其原 因是在500°C时氧在氧化铬晶界的扩散速率较高，氧通过晶界扩散可快速氧化膜中的金属 铬微粒。人们渴望获得一种技术效果更好的耐高温太阳能吸热膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温的选择性太阳能吸收膜及其制备方法，本发明适 用于各种太阳能热利用装置的吸收膜，特别是聚焦式太阳能热发电技术中的耐高温太阳能 吸热膜。一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于其由透明搪瓷母体和超细金属 颗粒按一定比例组成；其中。超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、 锌、钨、钼。本发明所述耐高温的选择性太阳能吸收膜中，对透明搪瓷的要求是软化温度大 于等于700°C，可见光透过率大于等于80%。所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的要求如下50%以上超细金属颗粒的尺寸不大于0.01mm;透明搪瓷所占的体积分数为60% 95%，超细金属颗粒所占的体积分数为5% 40%。
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具体而言，所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法依次为粉末制备、粉层 涂覆、高温处理三道工序；其中所述粉末制备工序的具体要求是将金属粉末和搪瓷粉末放入球磨罐内，加入无 水乙醇使粉末充分湿润，然后进行球磨处理。具体而言，粉末制备过程依次为根据透明搪瓷和超细金属颗粒的密度及其二者 的体积分数，计算出所需要的透明搪瓷和超细金属颗粒的质量；计算出透明搪瓷和超细金 属颗粒的质量比，称量出二者的粉末，放入刚玉或其他耐磨性好的球磨罐内；在球磨罐内加 入耐磨球和无水乙醇；球磨50 200小时。所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，粉层涂覆工序的具体方式为以 下几种之一或其组合常温静电喷涂、空气喷涂、无气喷涂、浸挂、灌流挂、涂刷。所述高温处理工序的要求是使涂覆粉层的零件在800 1000°C保温5 30min 进行处理。优选的要求中，所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，球磨50 200h。由本发明得到的选择性太阳能吸收膜为具有微孔结构的金属/搪瓷复合薄膜，其 耐热温度达到600°C以上，太阳能吸收率达到95%及以上，红外辐射率小于5%，并具有良 好的耐大气腐蚀性能。所述的制造方法可适合于批量自动化生产，可将所述吸收膜涂覆在 管内壁、外壁、平板表面、规则曲面体表面等规则表面和不规则表面上。本发明所述金属搪瓷薄膜的典型应用是聚焦式太阳能热发电技术中的太阳能吸 热膜，其长期使用温度比传统的黑铬吸热膜提高200°C以上。本发明利用了搪瓷的良好化学稳定性和无定型态结构，可在600°C及以下温度对 完全包裹在其中的超细金属颗粒予以良好的抗氧化保护作用。本发明具有可预见的巨大的 经济价值和社会价值。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明图1为耐高温的选择性太阳能吸收膜微观结构示意图；图2为耐高温的选择性太阳能吸收膜显微照片；图3耐高温的选择性太阳能吸收膜(搪瓷+NiCrAlY)实物照片。
具体实施例方式实施例1称取搪瓷粉的95g，NiCrAlY粉5g，酒精50g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，用空 气喷涂方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至950°C的马弗炉中保温lOmin，吸收膜的 剖面显微结构形貌如图2所示，宏观照片如图3所示。测量其600°C氧化增重为0. 000lmg/ cm2, h，太阳能吸收率达到98%，红外辐射率1%。实施例2称取搪瓷粉的90g，304不锈钢粉10g，酒精50g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，用 静电喷涂方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至800°C的马弗炉中保温30min，测量其600°C氧化增重为0. 0001mg/cm2.h，太阳能吸收率达到95%，红外辐射率4%。实施例3称取搪瓷粉的85g，铬粉15g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨200h，用无气喷涂 方法喷涂到不锈钢管外表面，然后在升温至850°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧 化增重为0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到96%，红外辐射率4%。实施例4称取搪瓷粉的96g，铝粉4g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨50h，涂刷到 不锈钢平板表面，然后在升温至810°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧化增重为 0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到97 %，红外辐射率1 %。实施例5称取搪瓷粉的85g，锌粉15g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨50h，用无气喷涂 方法喷涂到不锈钢平板表面，然后在升温至850°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧 化增重为0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到96%，红外辐射率4%。实施例6称取搪瓷粉的93g，铁粉7g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨80h，涂刷到不 锈钢不规则表面，然后在升温至810°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧化增重为 0. 0005mg/cm2. h，太阳能吸收率达到97%，红外辐射率1%。实施例7称取搪瓷粉的96g，镍粉4g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨100h，浸涂到 不锈钢平板表面，然后在升温至850°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧化增重为 0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到99 %，红外辐射率1 %。实施例8称取搪瓷粉的65g，钨粉35g，酒精80g，加入玛瑙球磨罐内，球磨200h，用流灌挂方 法涂到石英管内表面，然后在升温至950°C的马弗炉中保温20min，测量其800°C氧化增重 为0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到96%，红外辐射率4%。实施例9称取搪瓷粉的80g，钼粉20g，酒精150g，加入玛瑙球磨罐内，球磨180h，静电喷涂 到不锈钢平板表面，然后在升温至890°C的马弗炉中保温20min，测量其600°C氧化增重为 0. 0001mg/cm2. h，太阳能吸收率达到95%，红外辐射率5%。
权利要求
一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于其由透明搪瓷母体和超细金属颗粒按一定比例组成；其中超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、锌、钨、钼。
2.按照权利要求1所述耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于对透明搪瓷的要求是软化温度大于等于700°C，可见光透过率大于等于80%。
3.按照权利要求所述耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于所述耐高温的选择 性太阳能吸收膜的要求如下50%以上超细金属颗粒的尺寸不大于0. Olmm ；透明搪瓷所占的体积分数为60% 95%，超细金属颗粒所占的体积分数为5% 40%。
4.权利要求1所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于所述耐高 温的选择性太阳能吸收膜的制备方法依次为粉末制备、粉层涂覆、高温处理三道工序；其 中所述粉末制备工序的具体要求是将金属粉末和搪瓷粉末放入球磨罐内，加入无水乙 醇使粉末充分湿润，然后进行球磨处理。
5.按照权利要求4所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于所述 耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，粉层涂覆工序的具体方式为以下几种之一或其组合常温静电喷涂、空气喷涂、无气喷 涂、浸挂、灌流挂、涂刷。
6.按照权利要求5所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特征在于所述 耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，所述高温处理工序的要求是使涂覆粉层的零件在800 1000°C保温5 30min进行 处理。
7.按照权利要求4 6其中之一所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法，其特 征在于所述耐高温的选择性太阳能吸收膜的制备方法中，球磨50 200h。
全文摘要
一种耐高温的选择性太阳能吸收膜，其特征在于其由透明搪瓷母体和超细金属颗粒按一定比例组成；其中超细金属颗粒具体为以下几种之一或其组合镍基合金、铁基合金、镍、铁、铬、铝、锌、钨、钼。由本发明得到的选择性太阳能吸收膜为具有微孔结构的金属/搪瓷复合薄膜，其耐热温度达到600℃以上，太阳能吸收率达到95％及以上，红外辐射率小于5％，并具有良好的耐大气腐蚀性能。所述的制造方法可适合于批量自动化生产，可将所述吸收膜涂覆在管内壁、外壁、平板表面、规则曲面体表面等规则表面和不规则表面上。本发明具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。
文档编号F24J2/48GK101854131SQ20091001097
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者朱圣龙, 王成, 王文, 王福会, 辛丽 申请人:中国科学院金属研究所