一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二硼化铪‑二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法。所述的高温太阳能吸收涂层由两层膜构成，从基底表面向上依次包括吸收层和减反射层，吸收层由二硼化铪、二氧化铪、二硼化锆、二氧化锆的复合陶瓷薄膜组成，减反射层由氧化铝组成。本发明专利技术提供的涂层具有可见‑红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率和良好的热稳定性能，且该涂层的制备工艺简便、操作方便、易于控制、缩短生产周期。

【技术实现步骤摘要】
一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
本专利技术属于太阳能热发电和真空镀膜
，具体涉及一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱选择性吸收涂层在可见-近红外波段具有高吸收率，在红外波段具有低发射率的功能薄膜，是用于太阳能集热器，提高光热转换效率的关键。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用向中温应用和高温应用发展，以不断满足海水淡化、太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。对于集热管使用的选择性吸收涂层也要具备高温热稳定性，适应中高温环境的服役条件。过渡金属硼化物为硼(B)与过渡金属(M)形成的填充型离子键化合物，由于B-B键的强共价性，硼化物一般具有高熔点；而M-B金属键的存在，过渡金属硼化物具有高的电导率、热导率等金属材料的特性。过渡金属硼化物具有优异的抗氧化和抗腐蚀能力，可以在更高的温度和恶劣的环境气氛下工作，在高温结构应用方面具有极大的优势。中国专利CN201310306881.5公布了一种吸收层由含硼化合物构成的太阳能中高温选择性吸收涂层及其制备方法。该专利利用物理气相沉积法制备含硼化合物用于选择性吸收涂层，引入氮元素和氧元素提高抗氧化性，提高硼化物的高温稳定性，设计制备多层渐变膜系，增加膜层的吸收率。中国专利CN201610824620.6公布了一种基于难熔金属硼化物的高温光谱选择性吸收涂层及制备方法。该太阳能吸收涂层的特征在于所述的吸收层以具有本征光谱选择吸收特性和极为优异高温稳定性的难熔金属硼化物（如TaB2、HfB2和ZrB2等）膜为光谱能量吸收主体、通过难熔金属硼化物与Al2O3或SiO2陶瓷介质双向陶瓷协同增效，提高涂层热稳定性能；而双吸收层干涉型膜系结构设计，极大地提高了涂层的光谱选择吸收特性。然而，上述两个专利所涉及的太阳能吸收涂层制备方法较为繁琐，不利于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能选择性吸收涂层。本专利技术的另一目的是提供上述二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层的制备方法。一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层自基底表面向上依次为吸收层和减反射层，所述吸收层为二硼化铪HfB2、二氧化铪HfO2、二硼化锆ZrB2和二氧化锆ZrO2的复合陶瓷，所述复合陶瓷吸收层是由磁控溅射二硼化铪和二硼化锆所得，其中二硼化铪和二硼化锆部分氧化为二氧化铪和二氧化锆,所述的减反射层为氧化铝Al2O3。其特征在于所述复合陶瓷吸收层的厚度为40-120纳米。所述减反射层的氧化铝为非晶态，其厚度为40-150纳米。所述基底为不锈钢或镍基合金，所述基底的表面粗糙度为4-8纳米。上述二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层的制备方法，按照以下步骤进行：步骤1：吸收层的制备，采用纯度99.99%的二硼化铪和二硼化锆作为溅射靶材,将真空室预抽本底真空至1.5×10-6-6.0×10-6Torr，二硼化铪采用直流磁控溅射技术，二硼化锆采用射频磁控溅射技术，沉积吸收层时二硼化铪和二硼化锆同时溅射，其中二硼化铪靶材的溅射功率密度为2-5W/cm-2，二硼化锆的溅射功率密度为3-7W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20-80sccm，利用双靶共溅射技术在基底上沉积吸收层，其厚度为40-120nm；步骤2：减反射层的制备，吸收层制备完毕后，以纯度99.99%的Al2O3作为靶材，调节Al2O3靶材的溅射功率密度为4-7W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20-80sccm，采用射频磁控溅射在吸收层上溅射制备减反射层，厚度为40-150nm。所述步骤1中吸收层制备时基底温度为100-250oC。所述步骤2中减反层制备时基底温度为100-250oC。所述基底为不锈钢或镍基合金，所述基底的表面粗糙度为4-8纳米。本专利技术的太阳能选择性吸收涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.90，发射率≤0.12；在高真空度下，经500oC长时间保温后，涂层的吸收率和发射率没有明显的变化。本专利技术的涂层采用双靶共溅射技术制备复合陶瓷吸收层，所述的吸收层为二硼化铪HfB2、二氧化铪HfO2、二硼化锆ZrB2和二氧化锆ZrO2的复合陶瓷。氧化物的存在进一步提高了涂层的光学性能。本专利技术的涂层结构简单，没有掺杂，从而简化了工艺，操作方便，缩短生产周期，降低成本，本专利技术在太阳能热利用和热发电领域具有广阔的实用价值和应用前景。附图说明图1为本专利技术二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能选择性吸收涂层的结构图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能选择性吸收涂层的制备及性能作进一步说明。实施例1一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤1：吸收层的制备：采用纯度99.99%的二硼化铪和二硼化锆作为溅射靶材,将真空室预抽本底真空至1.5×10-6Torr。二硼化铪采用直流磁控溅射技术，二硼化锆采用射频磁控溅射技术。调整二硼化铪靶材的溅射功率密度为2W/cm-2，二硼化锆的溅射功率密度为3W/cm-2。溅射沉积时氩气的进气量为20sccm，利用双靶共溅射技术在不锈钢基底（粗糙度4纳米）上沉积吸收层，其厚度为40nm；溅射过程中，基底温度为100oC。步骤2：减反射层的制备：吸收层制备完毕后，以纯度99.99%的Al2O3作为靶材，调节Al2O3靶材的溅射功率密度为4W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20sccm，采用射频磁控溅射在吸收层上溅射制备减反射层，厚度为40nm。溅射过程中，基底温度为100oC。上述方法制备的二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，该涂层自基底表面向上依次为吸收层和减反射层，所述基底为不锈钢基底（粗糙度4纳米），所述吸收层为二硼化铪HfB2、二氧化铪HfO2、二硼化锆ZrB2和二氧化锆ZrO2的复合陶瓷，复合陶瓷吸收层是由磁控溅射二硼化铪和二硼化锆所得，其中二硼化铪和二硼化锆部分氧化为二氧化铪和二氧化锆，所述吸收层的复合陶瓷厚度为40纳米。所述减反射层为氧化铝Al2O3，减反射层的氧化铝为非晶态，其厚度为40纳米。该太阳能吸收涂层的光学性能如下：在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为0.90，发射率为0.11。实施例2一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤1：吸收层的制备：采用纯度99.99%的二硼化铪和二硼化锆作为溅射靶材,将真空室预抽本底真空至6.0×10-6Torr。二硼化铪采用直流磁控溅射技术，二硼化锆采用射频磁控溅射技术。调整二硼化铪靶材的溅射功率密度为5W/cm-2，二硼化锆的溅射功率密度为7W/cm-2。溅射沉积时氩气的进气量为80sccm，利用双靶共溅射技术在镍基合金基底(粗糙度8纳米)上沉积吸收层，其厚度为120nm；溅射过程中，基底温度为250oC。步骤2：减反射层的制备：吸收层制备完毕后，以纯度99.99%的Al2O3作为靶材，调节Al2O3靶材的溅射功率密度为7W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为80sccm，采用射频磁控溅射在吸收层上溅射制备减反射层，厚度为150nm。溅射过程中，基底温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硼化铪‑二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层自基底表面向上依次为吸收层和减反射层，所述吸收层为二硼化铪HfB2、二氧化铪HfO2、二硼化锆ZrB2和二氧化锆ZrO2的复合陶瓷，所述复合陶瓷吸收层是由磁控溅射二硼化铪和二硼化锆所得，其中二硼化铪和二硼化锆部分氧化为二氧化铪和二氧化锆, 所述的减反射层为氧化铝Al2O3。

【技术特征摘要】
1.一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层自基底表面向上依次为吸收层和减反射层，所述吸收层为二硼化铪HfB2、二氧化铪HfO2、二硼化锆ZrB2和二氧化锆ZrO2的复合陶瓷，所述复合陶瓷吸收层是由磁控溅射二硼化铪和二硼化锆所得，其中二硼化铪和二硼化锆部分氧化为二氧化铪和二氧化锆,所述的减反射层为氧化铝Al2O3。2.根据权利要求1所述的一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述复合陶瓷吸收层的厚度为40-120纳米。3.根据权利要求1所述的一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述减反射层的氧化铝为非晶态，其厚度为40-150纳米。4.根据权利要求1所述的一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述基底为不锈钢或镍基合金，所述基底的表面粗糙度为4-8纳米。5.上述任意权利要求所述的一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：吸收层的制备，采用纯度99.99%的二硼化铪和二硼化锆作为溅射靶材,将真空室预抽本底真空至1.5×10-6-6.0×10-6Torr，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高祥虎，刘刚，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62