专利名称：太阳能真空集热管溅射选择性吸收涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种利用太阳能的吸热材料，即用于真空集热管的太阳能选择性吸收涂层。
真空玻璃集热管是高效利用太阳能的结构，是工业与民用供热、抽取地面水、发电、致冷和空调的关键部件，其主要原因是在集热管的内管外表面，沉积有高选择性的吸收涂层。这种涂层是由底层和表层两个基本层组成，底层由具有高的红外反射率的金属膜构成，表层由在红外波段透明并强烈吸收太阳光谱的膜构成，该表层又分为吸收层和减反射层。通过金属和微小粒子的谐振光谱转换作用，产生对可见光的强烈吸收，进而转换为热能。
这种涂层可以利用电镀法或蒸发法获得，最典型的是利用溅射法，其中著名的是利用磁控溅射技术镀制的铜/不锈钢一碳涂层(美国专利NO4.339.484)，但是溅射铜/不锈钢-碳涂层的溅射装置需要两个靶阴极，即铜和不锈钢阴极，两个阴极需要在氩气中分别地进行溅射，其中不锈钢阴极在一个镀膜周期需要溅射两次。两个阴极各自溅射时，为了防止相互污染必须在其间设置档板，这样就使装置的结构，电器控制系统和操作过程复杂化。同时档板会拦截相当多的溅射流，因此浪费许多材料，延长了镀膜周期，降低了生产效率。
另一种涂层是溅射铝/铝-氮选择性吸收涂层，这种涂层可以用单一的铝靶阴极溅射系统，因此克服了双阴极溅射设备和溅射过程的缺点，但是这种涂层的表层，其最后的反应溅射阶段是在氮气中进行的，因此生成铝氮膜作减反射膜，可是铝氮减反射膜的反应溅射速度很缓慢，因此沉积的时间相当的长。
本发明针对上述两种情况的不足，提供一种溅射的铝/铝氮-碳选择性吸收涂层，这种涂层溅射工艺只需一个铝阴极，用氮气和乙炔(或甲烷)气两种气体，分别进行反应溅射。
本发明的目的是这样实现的，首先用铝阴极(圆柱靶或平面靶)，在氩气中在基体上沉积高反射率的铝膜作底层，厚度大于0.1×10-3mm，然后在氩气中加氮气反应溅射生成铝氮吸收层，厚度为0.05×10-3mm～0.2×10-3mm，该吸收层从铝底层上表面开始随着厚度的增加，氮对铝原子数的比例逐渐增加，但是最后的反应溅射阶段是在氩气加乙炔(或甲烷)的气体中进行，生成非晶态碳作减反射膜，厚度在0.03×10-3mm～0.09×10-3mm。
本发明的溅射铝/铝氮-碳涂层，其铝氮-碳表层是由两部分组成，一部分是铝氮膜作吸收层，另一部分是用不含金属的非晶态碳作减反射膜，由于这个减反射膜是由氩气加乙炔(或甲烷)气反应溅射生成的，因此反应速度非常快，使该发明涂层的沉积时间大大缩短，如该发明的涂层反应溅射阶段沉积时间比铝/铝-氮涂层反应溅射阶段沉积时间减少60%左右，比铜/不锈钢-碳涂层减少40%左右。
磁控溅射镀膜技术，在溅射阶段，阴极放电功率很大，耗电高，在镀膜期间还有各种辅助设备同时运行，同时用电，所以本发明涂层溅射时间的缩短，将大大减少电能和气体的消耗，减少设备的磨损，有利于提高生产率，降低生产成本。
本发明的涂层与美国专利NO.4.339.484给出的铜/不锈钢-碳涂层相比，其溅射工艺只需一个阴极，因而溅射装置和工艺简单，溅射效率高，节省材料，不含因不锈钢中铬和铁的催化作用而产生的气体;与用铝-氮做减反射膜的涂层相比，溅射镀膜时间大大缩短，气体消耗减少，电耗降低，生产效率提高，涂层的吸收率也有提高，工艺过程易于控制。
本发明铝/铝氮-碳涂层的太阳吸收率一般为0.94，高的时候达到0.95，发射率为0.06(AERD法发射率或半球向发射率为0.09)，可在真空中400℃～500℃下进行烘烤。
根据图示，本发明的内容如下
图1是真空集热管的整体结构，本实施例由外玻璃管1和内玻璃管3构成双层同心的封闭空间4，内外玻璃管的开口端熔接在一起，封闭空间抽成高真空，在内外玻璃管封接前，在内玻璃管的外表面溅射沉积选择性吸收涂层2，5为有支架的消气剂，用来吸收集热管真空空间产生的各种活性气体(如H2、CO等)。
图2是本实施例涂层的结构，其中6是内玻璃3的玻璃基体，7是铝金属底层，厚度为0.2×10-3mm，8是铝氮吸收膜，厚度为0.09×10-3mm，9是非晶态碳减反射膜，厚度为0.07×10-3mm，本实施例吸收率α＝0.94，发射率ε＝0.06。
图例说明图1，全玻璃真空集热管结构图1、外玻璃管;2、选择性吸收涂层3、内玻璃管;4、封闭空间5、有支架的消气剂图2，选择性吸收涂层结构图6、玻璃基体;7、铝金属膜8、铝氮吸收膜;9、非晶态碳减反射膜
权利要求
1.一种用于真空集热管的溅射太阳能选择性吸收涂层，其特征是采用单一的铝阴极，在基体上沉积铝膜为底层，沉积铝氮-碳膜为表层。
2.按权利要求1所述的溅射太阳能选择性吸收涂层，其特征是底层铝膜为非反应溅射沉积的，表层铝氮-碳膜为反应溅射沉积的。
3.按权利要求1所述的溅射太阳能选择性吸收涂层，其特征是铝膜厚度不小于0.1×10-3mm，红外发射率低于0.04。
4.按权利要求1所述的溅射太阳能选择性吸收涂层，其特征是铝氮-碳表层是由递变的铝氮吸收膜和不含金属的非晶态碳减反射膜组成。
5.按权利要求4所述的溅射太阳能选择性吸收涂层，其特征是递变的铝氮吸收膜是在氩气中非反应溅射金属铝膜后，再注入氮气，并随着沉积厚度的增加而逐渐增加，则生成铝氮吸收膜，厚度在0.05×1.0-3mm。然后仃止氮气，改用乙炔(或甲烷)气，在氩气中继续溅射，则最表面生成不含金属的非晶态碳减反射膜，厚度在0.03×10-3mm～0.2×1.0-3mm。
全文摘要
本发明涉及到利用太阳能的材料，即用于真空集热管的溅射选择性吸收涂层，其特征是采用单个圆柱(或平面)铝阴极，在氩气中溅射铝膜做底层，在氩加氮的混合气中反应溅射成分递变的铝氮吸收膜，然后在氩加乙炔(或甲烷)混合气中反应溅射生成不含金属的非晶态碳作减反射膜。该涂层的吸收率α≥0.94，发射率ε＝0.06，该涂层除具有单阴极溅射装置的一般优点外，最显著的特点是反应溅射的时间非常短，因此镀膜效率高，气体消耗和电耗少，工艺过程易于控制，是一种新型的优秀的选择性吸收涂层。
文档编号F24J2/24GK1108749SQ9411259
公开日1995年9月20日 申请日期1994年11月3日 优先权日1994年11月3日
发明者战余英, 王德荣 申请人:辽宁省环境保护科学研究所