专利名称：太阳选择性吸收涂层的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以磁控溅射镀膜制备的、防扩散、结构稳定的太阳选择性吸收涂层，属于太阳能光热转换利用领域。
背景技术：
目前在国内太阳能光热利用行业中，以全玻璃真空太阳集热管为光热转换器件的集热系统应用最为广泛，而真空集热管吸热体(内管)上 附着的选择性吸收涂层用于吸收入射的太阳辐射能并将其转化成热能。国内太阳能企业生产真空集热管的选择性吸收涂层主要是利用磁控溅射技术所制备的ALN-AL和SS-ALN/Cu涂层，随着技术的进步和生产手段不断完善，SS-ALN/Cu涂层制作的真空集热管所占市场份额越来越大，SS-ALN/Cu涂层为三种靶材(铝靶、不锈钢靶、铜靶)制作，其膜系结构主要为三层红外高反射层、吸收层、减反射层，其中吸收层为两个金属体积比不同的亚层组成(如图I所示)。基材玻璃管；红外高反射层TP2铜靶制备的铜金属膜；吸收层2 :高金属体积比复合膜(HMVF);吸收层I :低金属体积比复合膜(LMVF);减反射层氮化铝(ALN)介质膜。当上述各膜层组合在一起的时候，就构成了太阳选择性吸收涂层。阳光透过减反射层被吸收层吸收同转换成热能，而光波在各层间传播的过程中，由于各次层光学参数的差异使得光波在层间发生多次反射及相互干涉现象，这样就进一步增大了膜层对光辐射的吸收，而红外高反射层能有效阻止工作介质对外辐射热损。在温度300°C以上的环境中，SS-ALN/Cu选择性吸收涂层中的高金属体积比吸收层中的金属粒子将会向底金属层(红外高反射层)中迁移扩散，从而导致高金属体积比吸收层(HMVF)金属粒子浓度变小，同时由于金属粒子的扩散使底金属层的成分发生变化纯度下降，结果是涂层的吸收率下降、发射率上升。为此我们作了如下实验用分光光度计和发射率检测仪对刚镀制的涂层进行检测，吸收率(α )为O. 92，发射率(eh) O. 05，然后在10_3Pa真空状态下对该涂层进行400°C并恒温I小时的烘烤，再对涂层进行检测，涂层吸收率O. 88，发射率O. 07，同时底金属层(红外高反射层)的颜色也由烘烤前的紫红色变成了金黄色。实验结果表明，SS-ALN/Cu涂层在300°C以上的环境中运用时，膜系结构将会遭到破坏，性能发生衰减。
实用新型内容本实用新型针对上述SS-ALN/Cu涂层存在的缺陷，制备了一种太阳吸收率高、发射率低，同时膜系结构稳定，热稳定性优异的太阳选择性吸收涂层。本实用新型采用的技术方案为一种太阳选择性吸收涂层，包括基材，基材上逐层镀制红外高反射层、第一防扩散层、第一吸收层、第二吸收层以及减反射层；其中第一吸收层为高金属体积比吸收层、第二吸收层为低金属体积比吸收层。[0009]第一吸收层与第二吸收层之间还设置第二防扩散层。红外高反射层为铜底金属层，第一防扩散层为氮化铝介质膜层，第一吸收层为充填因子fi=0. 3^0. 45所得到SS-AlN复合膜；第二吸收层为充填因子f2=0. 15^0. 3所得到的SS-AlN复合膜。红外高反射层厚度为10(T200nm，第一防扩散层厚度为5 15nm，高金属体积比吸收层厚度为3(T90nm，低金属体积比吸收层厚度为2(T60nm，第二防扩散层厚度为3飞nm，减反射层厚度为3(T80nm。红外高反射层厚度为200nm，第一防扩散层厚度为8nm，高金属体积比吸收层厚度为50nm,低金属体积比吸收层厚度为40nm,第二防扩散层厚度为5nm,减反射层厚度为73nm。本实用新型的有益效果为使用本实用新型其优点在于因为氮化铝(AlN)的熔点为2200°C，具有优异的高温热稳定性，用氮化铝(AlN)用作防扩散层，完全可以起到阻止金属粒子扩散的作用，吸收率高、发射率低，同时膜系结构稳定,反应条件要求不高,节约了生产成本。
图I为本实用新型太阳选择性吸收涂层结构示意图；图2为本实用新型太阳选择性吸收涂层反射率曲线图。图中1，基底；2，红外高反射层；3，第一防扩散层；4，第一吸收层；5，第二防扩散层；6，弟_■吸收层；7，减反射层。
具体实施方式
现结合附图，对本实用新型的技术方案进一步描述。如图I所示，本实用新型选择性吸收涂层在玻璃基底I上逐层镀制红外高反射层
2(底金属层)、第一防扩散层3、第一吸收层4、第二防扩散层5、第二吸收层6、减反射层7,第一吸收层为高金属体积比吸收层、第二吸收层为低金属体积比吸收层。涂层的制备方法如下红外高反射层在镀膜机真空室真空度达到工作真空度时，在真空室中充入纯惰性气体氩气，启动铜靶，在基材上镀制铜底金属层，厚度为10(T200nm ；第一防扩散层在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，启动铝靶，在红外高反射层上镀制纯氮化铝(AlN)介质膜，厚度为5 15nm ；第一吸收层(HMVF):在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，启动铝靶和不锈钢靶，在第一防扩散层上镀制SS-AlN复合膜，充填因子4=0. 3^0. 45膜层厚度为30 90nm ；第二防扩散层在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，在第一吸收层上镀制纯氮化铝(AlN)介质膜氮化铝(A1N)，厚度3飞nm ；第二吸收层(LMVF):在真空室中充入工作气体氩气的同时充入反应气体氮气，启动铝靶和不锈钢靶，在第二防扩散层上镀制SS-AlN复合膜，充填因子f2=0. 15^0. 3膜层厚度为20 60nm ；[0026]减反射层在真空室中充入工作气体氩气(Ar)的同时充入反应气体氮气(N2)，在第二吸收层上镀制纯氮化铝(AlN)介质膜，厚度为3(T80nm。当厚度参数为红外高反射层厚度为200nm，第一防扩散层厚度为8nm，高金属体积比吸收层厚度为50nm,低金属体积吸收层厚度为40nm,第二防扩散层厚度为5nm,减反射层厚度为73nm。此时效果最佳，为优选参数。分别在红外高反射层与高金属体积比吸收层之间增加了防扩散层1，在高金属体积比吸收层与低金属体积比吸收层之间增加了防扩散层2，防扩散层1、2与减反射层一样均为纯氮化铝(AlN)介质膜。需要指出的是，对于防扩散层2在实际涂层制备过程中也可以根据需要不做。使用本实用新型的太阳能集热材料的选择性吸收涂层及其制备方法，其优点在于因为氮化铝(AlN)的熔点为2200°C，具有优异的高温热稳定性，用氮化铝(AlN)用作防扩散层，完全可以起到阻止金属粒子扩散的作用，同时反映条件要求不高，节约了生产成本。对于刚沉积的涂层进行检测，其吸收率(α )为O. 93，半球向发射率(ε h)为O. 06，从图2所示反射率曲线中可以看到，膜层的吸收限波长在1300nm以上，有较宽的光谱吸收范围，曲线有两个干涉低点，说明涂层具有明显的干涉效应，曲线尾部上升段非常陡峭，说明整个涂层具有良好的太阳选择性吸收性能。该涂层在经过400°C恒温40分钟的真空烘烤以后，其吸收率进一步上升到O. 95以上，而发射率却下降到O. 05以下。这是因为在高温烘烤下，红外高反射层(底金属层)收缩，晶体点阵排列更加致密，红外反射性能提高，使膜系的发射率下降；由于防扩散层的存在不会发生前面所述的各层相互渗透的情况，但是高、低吸收层中的金属离子在本层中会发生扩散，这样正好弥补了膜层在制备过程中，溅射不均匀性造成的金属粒子分布的不均匀性，使高低吸收层中的金属粒子分布更加均匀，整个涂层对光的干涉作用进一步增强，从而提高了膜层的吸收率。
权利要求1.一种太阳选择性吸收涂层，其特征在于包括基材，基材上逐层镀制红外高反射层、第一防扩散层、第一吸收层、第二吸收层以及减反射层；其中第一吸收层为高金属体积比吸收层、第二吸收层为低金属体积比吸收层。
2.如权利要求I所述太阳选择性吸收涂层，其特征在于第一吸收层与第二吸收层之间还设置第二防扩散层。
3.如权利要求2所述太阳选择性吸收涂层，其特征在于红外高反射层为铜底金属层，第一防扩散层为氮化铝介质膜层，第一吸收层 为充填因子T1=O. 3^0. 45所得到SS-AlN复合膜；第二吸收层为充填因子f2=0. 15^0. 3所得到的SS-AlN复合膜。
4.如权利要求3所述太阳选择性吸收涂层，其特征在于红外高反射层厚度为10(T200nm，第一防扩散层厚度为5 15nm，高金属体积比吸收层厚度为3(T90nm，低金属体积比吸收层厚度为2(T60nm，第二防扩散层厚度为3飞nm，减反射层厚度为3(T80nm。
5.如权利要求4所述太阳选择性吸收涂层，其特征在于红外高反射层厚度为200nm，第一防扩散层厚度为8nm，高金属体积比吸收层厚度为50nm，低金属体积比吸收层厚度为40nm,第二防扩散层厚度为5nm,减反射层厚度为73nm。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳选择性吸收涂层，该涂层包括基材，基材上逐层镀制红外高反射层、第一防扩散层、第一吸收层、第二吸收层以及减反射层；其中第一吸收层为高金属体积比吸收层、第二吸收层为低金属体积比吸收层。本实用新型涂层太阳吸收率高、发射率低，同时膜系结构稳定，热稳定性优异。
文档编号F24J2/48GK202782003SQ20122039621
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者邵志雄, 赵峰, 闫文忠 申请人:湖北桑夏太阳能产业有限公司