一種高效環保選擇性吸收涂層及其制備方法

專利名稱：一種高效環保選擇性吸收涂層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能集熱器的高效環保選擇性吸收涂層及其制備方法。
背景技術：
目前正在研究或應用的用于平板型集熱器太陽選擇性吸收涂層雖有幾十種之多，但從生產方法上總體可以分三大類磁控濺射或電子束蒸發涂層、涂料型涂層、化學或電化學表面轉化涂層。其中具有代表性的產品如選擇性吸收涂料、鋁陽極化電解著色選擇性吸收涂層、選擇吸收性黑鉻涂層和磁控濺射氮氧化鈦涂層是用于平板型太陽能熱水器中代表低、中、高三種檔次的典型涂層。二十世紀七十年代，選擇性吸收涂層已經被用于平板太陽能集熱器中。起初，吸收材料主要采用電化學法制備。電鍍黑鎳(NiS-ZnS)是應用最早的一種，它的吸收率為92 94%，發射率為8 10%。然而這種吸收表面最大缺點是抗潮濕、抗高溫性能差，經過鈍化 處理后會有所改善。但黑鎳本身的性質決定了這種表面無法應用于中、高溫太陽能集熱器中。為克服黑鎳的不足，人們研究了電鍍黑鉻。黑鉻具有優異的性能，吸收率達95、6%，發射率控制在1(Γ12%，而且耐高溫、耐腐蝕性明顯優于黑鎳。二十世紀七十年代末至八十年代中期，電鍍黑鉻有較大的發展，并得到廣泛的應用。實驗證明，鍍層在200° C的空氣中或者300° C的真空中應用是穩定的。除了電化學制作的黑鎳和黑鉻吸收膜外，還有黑銅(CuOx或者CuO)、黑鉆(CoOx)、黑鐵、氧化錫等。1982年，清華大學用化學沉積的方法在玻璃表面成功制備了黑鎳選擇性吸收膜，并應用于全玻璃真空集熱管中。德國Almeco-TiNOX公司開發的“超級藍膜”，是通過一種特別開發的物理真空法(PVD)，將涂層聯續地鍍在卷狀金屬帶上。在真空環境中，鈦在電子射線槍的作用下被汽化，汽化物在加入氮和氧后發生化學反應成為氮氧化鈦并在金屬帶上沉積冷凝，此外石英在被汽化后形成第二層抗反射層并起到保護作用。

發明內容
本發明的目的是提供一種高效環保的選擇性吸收涂層及其制備方法。本發明的技術方案是，一種高效環保選擇性吸收涂層，涂層結構由內到外依次為基體層、反射層、中間介質層、半透明金屬層、表面介質層。所述的基體層為Al、鋁合金、Cu、銅合金或各類鋼材。所述的反射層為Al或Cu，厚度為3(T60nm。所述的中間介質層和表面介質層為Si與N的反應沉積物,厚度為50 90nm。所述的半透明金屬層為金屬Cr涂層，沉積厚度為5 30nm。一種高效環保選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于(I)采用鋁基材、銅基材或不銹鋼卷材做基體層，經過清洗、烘干處理，待用；(2)采用物理氣相沉積方法、化學氣相沉積方法，抽真空，依次經過Al靶、Si靶、Cr靶、Si靶材，并依次均勻通入高純度Ar或Ar+N2氣體，通過調整功率和氣體濃度，在基體層形成反射層/介質層/半透明金屬層/介質層的涂層。本發明具有如下的技術效果，攻克目前市場上應用于平板集熱器的吸收涂層的吸收率低、發射率高、耐候性不高而且對環境造成污染的一系列難題，本發明高效環保選擇性吸收涂層吸收率93、6. 5%，發射率4 6%，從而滿足平板集熱器提高熱利用效率的需要。


圖I是本發明高效環保選擇性吸收涂層層狀結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種高效環保選擇性吸收涂層，涂層結構由內到外依次為基體層、反射層、中間介質層、半透明金屬層、表面介質層。反射層為Al或Cu，厚度為3(T60nm，中間 介質層和表面介質層為Si與N的反應沉積物,厚度為50 90nm,半透明金屬層為金屬Cr涂層，沉積厚度為5 30nm。實施例I :采用鋁基材，經過清洗、烘干處理，待用；利用物理氣相沉積工藝，抽真空達到要求后，依次經過Al靶、硅靶、Cr靶材、硅靶，并依次均勻通入90%以上高純度Ar氣體，通過調整功率和氣體濃度，可形成反射層(Al，厚度30nm)/中間介質層(材料Si3N4，厚度50nm)/半透明金屬層(材料Cr，厚度為5)/表面介質層(材料Si3N4，厚度為50nm)的涂層，這種涂層的吸收率93 96%，發射率4 6%。實施列2 采用銅基材，經過清洗、烘干處理，待用；利用化學氣相反應沉積濺射鍍膜工藝，抽真空達到要求后，依次經過Al靶、硅靶、Cr靶材、硅靶,并依次均勻通入高純度Ar+N2氣體，通過調整功率和氣體濃度，可形成反射層(Al，厚度45nm)/中間介質層(材料Si3N4，厚度60nm) /半透明金屬層(材料Cr,厚度為20nm)/表面介質層(材料Si3N4,厚度為60nm)的涂層，這種涂層的吸收率93 96. 5%，發射率4 6%。實施例3 采用304不銹鋼卷材做基材，經過清洗、烘干處理，待用；利用化學氣相沉積工藝，抽真空達到要求后，依次經過Al真空鍍膜室，等離子增強沉積Si3N4室，真空濺射Cr鍍層鍍膜室、等離子增強沉積Si3N4室，通過調整功率和氣體濃度，可形成反射層(Al，厚度60nm)/中間介質層(材料Si3N4,厚度90nm)/半透明金屬層(材料Cr,厚度為30nm) /表面介質層(材料Si3N4，厚度為90nm)的涂層，這種涂層的吸收率95%，發射率4. 5%。
權利要求
1.一種高效環保選擇性吸收涂層，其特征在于涂層結構由內到外依次為基體層、反射層、中間介質層、半透明金屬層、表面介質層。
2.根據權利要求I所述的一種高效環保選擇性吸收涂層，其特征在于所述的基體層為Al、招合金、Cu、銅合金或各類鋼材。
3.根據權利要求I所述的一種高效環保選擇性吸收涂層，其特征在于所述的反射層為Al或Cu，厚度為30 60nm。
4.根據權利要求I所述的一種高效環保選擇性吸收涂層，其特征在于所述的中間介質層和表面介質層為Si與N的反應沉積物，厚度為50 90nm。
5.根據權利要求I所述的一種高效環保選擇性吸收涂層，其特征在于所述的半透明金屬層為金屬Cr涂層，沉積厚度為5 30nm。
6.一種高效環保選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于(1)采用鋁基材、銅基材或不銹鋼卷材做基體層，經過清洗、烘干處理，待用；(2)采用物理氣相沉積方法、化學氣相沉積方法，抽真空，依次經過Al靶、Si靶、Cr靶、Si靶材，并依次均勻通入高純度Ar或Ar+N2氣體，通過調整功率和氣體濃度，在基體層形成反射層/介質層/半透明金屬層/介質層的涂層。
全文摘要
本發明公開了一種高效環保選擇性吸收涂層及其制備方法，涂層結構由內到外依次為基體層、反射層、中間介質層、半透明金屬層、表面介質層。本發明具有如下的技術效果，攻克目前市場上應用于平板集熱器的吸收涂層的吸收率低、發射率高、耐候性不高而且對環境造成污染的一系列難題，本發明高效環保選擇性吸收涂層吸收率93～96.5%，發射率4～6%，從而滿足平板集熱器提高熱利用效率的需要。
文檔編號B32B33/00GK102901256SQ2012104348
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月3日 優先權日2012年11月3日
發明者劉小軍, 湯立文, 曾正春 申請人:湖南興業太陽能科技有限公司