太阳能选择性吸收涂层的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种中低温可应用于真空或大气环境的太阳能选择性吸收涂层，所述涂层由基体表面从内到外依次设置的粘结层(1)、红外反射层(2)、扩散阻挡层(3)、高金属陶瓷吸收层(4)、低金属陶瓷吸收层(5)和减反层(6)组成。本实用新型提供的太阳能选择性吸收涂层具有较好的光学性能，高的吸收率和低的发射率，并具有良好的耐中低温和耐候性能，可应用于中低温真空及大气环境。
【专利说明】太阳能选择性吸收涂层
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光热太阳能领域，具体地说，涉及一种中低温可应用于真空或大气环境的太阳能选择性吸收涂层。
【背景技术】
[0002]太阳能选择性吸收涂层在太阳辐射光谱中的可见-近红外波长范围内具有高的吸收能力，对红外波长辐射有高的反射比(根据基耳霍夫定律，即具有低的发射率)。最常见的是干涉型吸收涂层，该类涂层从上到下组成可以分为:减反射层、双层吸收层、高金属红外反射层。如传统的A1N/A1N-A1/A1多层结构，但此结构由于耐温性和耐腐蚀性能差，只能应用于低温真空环境，材料本身的特性限制了其使用范围。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种中低温可应用于真空或大气环境的太阳能选择性吸收涂层。
[0004]为了实现本实用新型目的，本实用新型的太阳能选择性吸收涂层，所述涂层由基体表面从内到外依次设置的粘结层1、红外反射层2、扩散阻挡层3、高金属陶瓷吸收层4、低金属陶瓷吸收层5和减反层6组成。
[0005]本实用新型中涉及的基体为抛光不锈钢片(管)、铝片(管)、或玻璃片(管)。
[0006]所述粘结层I位于基体与红外反射层2之间，所述粘结层由不锈钢SS、Mo或Si3N4组成，粘结层的厚度为10-30nm。
[0007]所述红外反射层2位于粘结层I与扩散阻挡层3之间，由具有高红外反射的金属材料制成，红外反射层的厚度为80-300nm。所述具有高红外反射的金属材料包括但不限于Cu、Ag 或 Al 等。
[0008]所述扩散阻挡层3位于红外反射层2与高金属吸收层4之间，扩散阻挡层的材料为Si3N4，扩散阻挡层的厚度为10-30nm。
[0009]所述高金属陶瓷吸收层4位于扩散阻挡层3与低金属陶瓷吸收层5之间，高金属陶瓷吸收层中金属体积分数为40% -60%，高金属陶瓷吸收层厚度为30-150nm。
[0010]所述低金属陶瓷吸收层5位于高金属陶瓷吸收层4与减反层6之间，低金属陶瓷吸收层中金属体积分数为20% -40%，低金属陶瓷吸收层厚度为30-150nm。
[0011]其中，高金属陶瓷吸收层、低金属陶瓷吸收层中可使用的金属材料包括但不限于SS、Mo、NiCr 等。
[0012]所述减反层6位于低金属陶瓷吸收层5的外层，减反层由Si3N4或S12，或者两者混合组成，减反层的厚度为50-100nm。
[0013]本实用新型具有以下优点:
[0014](一 )该涂层具有较好的光学性能，高的吸收率和较低的发射率。
[0015]( 二)该涂层具有良好的耐中低温性能。
[0016](三)该涂层具有良好的耐耐候性能。
[0017](四)该涂层可以应用于中低温真空及大气环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。
[0019]图2为本实用新型制备例3中制备的太阳能选择性吸收涂层的反射曲线。
[0020]图3为本实用新型实施例中制备的太阳能选择性吸收涂层中减反层的透过曲线。
【具体实施方式】
[0021]以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品O
[0022]实施例太阳能选择性吸收涂层
[0023]本实施例中制备的太阳能选择性吸收涂层结构从基体表面开始由内到外依次设置粘结层1、红外反射层2、扩散阻挡层3、高金属陶瓷吸收层4、低金属陶瓷吸收层5和减反层6 (图1)。
[0024]基体选择抛光不锈钢片(管)、铝片(管)、或玻璃片(管)。
[0025]I为粘结层，采用不锈钢SS作为粘结层。
[0026]2为红外反射层，采用金属Cu制成。
[0027]3为扩散阻挡层，采用Si3N4制成。
[0028]4为高金属陶瓷吸收层，采用高SS(不锈钢)含量的SS和Si3N4混合金属陶瓷材料制成，其中，通过调节SS靶的电流或功率控制SS的体积分数为40-60%。
[0029]5为低金属陶瓷吸收层，采用低SS (不锈钢)含量的SS和Si3N4混合金属陶瓷材料制成，其中，通过调节SS靶的电流或功率控制SS的体积分数为20% -40%。
[0030]6为减反层，采用Si3N4和S12的混合材料制成。
[0031]制备涂层采用磁控溅射镀膜机，共四个靶材，分别为SS、Cu、两个Si靶。其中，SS和Cu采用直流电源，两个Si靶采用中频电源。
[0032]制备过程:
[0033]I)基体，抛光不锈钢片(管)、铝片(管)、或玻璃片(管)。
[0034]2)首先将镀膜室真空抽至5X 10_3Pa以下，以确保镀膜过程和成膜质量。
[0035]3)通入惰性气体Ar，工作压强0.3?0.4Pa，打开不锈钢靶电源，调整电流至功率约4kw，镀制不锈钢SS粘结层，制备厚度为10_30nm。
[0036]4)关掉不锈钢靶电源，工作压强仍为0.3?0.4Pa，打开铜靶电源，调整其电流，功率约10?18kw，制备红外反射膜Cu膜，制备厚度为80-300nm。
[0037]5)关掉铜靶电源，打开控制双硅靶的中频电源，硅靶功率4?8kw，打开N2，调整通气量，工作压强0.3?0.5Pa，制备Si3N4扩散阻挡层，制备厚度为10_30nm。
[0038]6)打开不锈钢靶电源与硅靶共溅射，工作压强0.3?0.5Pa，硅靶功率4?8kw，不锈钢靶功率4?8kw，制备不锈钢氮化硅高金属陶瓷吸收层，S卩(H) SS-Si3N4，制备厚度为30_150nm。
[0039]7)调整不锈钢靶电源为2?5kw，制备不锈钢氮化硅低金属陶瓷吸收层，即(L)SS-Si3N4，制备厚度为 30-150nm。
[0040]8)关掉不锈钢靶电源，打开02，调整氮气和氧气比例1-7:1，工作压强0.3?0.5Pa，制备氮氧化硅，即Si3N4和S12的混合物，作为减反层，制备厚度为50_100nm。
[0041]9)观察沉积膜层，控制镀膜时间，结束镀膜。
[0042]结果:
[0043]制备例1:上述制备过程6)和7)中，不锈钢靶功率分别为7kw和4.8kw。测试结果:吸收率94%，发射率8%。
[0044]制备例2:上述制备过程6)和7)中，不锈钢靶功率分别为6kw和3.4kw。测试结果:吸收率95%，发射率7%。
[0045]制备例3:上述制备过程6)和7)中，不锈钢靶功率分别为5kw和2.6kw。测试结果:吸收率96%，发射率7%。涂层的反射曲线如图2所示。
[0046]涂层光学性能及耐候耐温性能测试结果表明:
[0047]1、本实施例中制备的太阳能选择性吸收涂层可以达到较高的吸收率96%，较低的发射率7%。
[0048]2、单独制备的减反层具有较高的透过率，大于90% (图3)。
[0049]3、在大气条件下，经300°C保温3小时热处理后，涂层性能无衰减现象。
[0050]4、经蒸汽和盐雾实验，结果涂层表面无明显腐蚀现象。
[0051]5、本涂层可用于中低温大气条件下。
[0052]虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
【权利要求】
1.太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述涂层由基体表面从内到外依次设置的粘结层(I)、红外反射层(2)、扩散阻挡层(3)、高金属陶瓷吸收层(4)、低金属陶瓷吸收层(5)和减反层(6)组成； 所述粘结层(I)位于基体与红外反射层(2)之间，所述粘结层由不锈钢SS、Mo或Si3N4组成，粘结层的厚度为10-30nm ； 所述红外反射层(2)位于粘结层(I)与扩散阻挡层(3)之间，由具有高红外反射的金属材料制成，红外反射层的厚度为80-300nm ； 所述具有高红外反射的金属材料包括但不限于Cu、Ag或Al ; 所述扩散阻挡层(3)位于红外反射层(2)与高金属吸收层(4)之间，扩散阻挡层的材料为Si3N4，扩散阻挡层的厚度为10-30nm ； 所述高金属陶瓷吸收层(4)位于扩散阻挡层(3)与低金属陶瓷吸收层(5)之间，高金属陶瓷吸收层中金属体积分数为40% -60%，高金属陶瓷吸收层厚度为30-150nm ； 所述低金属陶瓷吸收层(5)位于高金属陶瓷吸收层(4)与减反层(6)之间，低金属陶瓷吸收层中金属体积分数为20% -40%，低金属陶瓷吸收层厚度为30-150nm ;所述金属包括但不限于SS、Mo、NiCr ； 所述减反层(6)位于低金属陶瓷吸收层(5)的外层，减反层由Si3N4或S12，或者两者混合组成，减反层的厚度为50-100nm。
【文档编号】F24J2/48GK204165260SQ201420459275
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】张敏, 雷柏松, 胡金良, 尹万里, 孙守建 申请人:北京桑达太阳能技术有限公司