一种大气中耐高温、耐盐雾的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大气中耐高温、耐盐雾的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，包括六层膜，从底层到表面依次为第一层扩散阻挡层、第二层红外发射层、第三层扩散阻挡层、第四层吸收层、第五层减反射层和第六层有机防护层；第一层扩散阻挡层为氮化物或氧化物膜层，第二层红外发射层为Cu、Ag、Al、Ti或者Au，第三层扩散阻挡层为氮化物或氧化物膜层，第四层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为双陶瓷膜，第五层减反射层为Al2O3膜或者SiO2膜，第六层有机防护层，本发明专利技术加入了有机防护层，使得其耐高温及耐大气腐蚀的性能大大加强，使得这种新型结构高温选择性吸收涂层具有良好的高温热稳定性及耐候性。

【技术实现步骤摘要】
一种大气中耐高温、耐盐雾的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
本专利技术属于太阳能利用及涂层制备
，具体涉及一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性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(≤100℃)向中温应用(100℃-350℃)和高温应用(350℃-500℃)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。对于太阳能选择性吸收涂层目前已研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色Ni-Al2O3以及具有成分渐变特征的SS-C/SS(不锈钢)和Al-N/Al等膜系，应用于温度在200℃以内的平板型集热装置的集热管表面。但在中高温条件下，由于其红外发射率随温度上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。为了提高中高温服役条件下选择性吸收涂层的热稳定性，Mo-Al2O3/Cu、SS-AlN/SS等材料体系得到了研究和发展，采用了双靶或多靶金属陶瓷共溅射技术，其中Mo-Al2O3/Cu体系的特点是Mo-Al2O3吸收层具有成分渐变的多亚层结构，Al2O3层采用射频溅射方法，SS-AlN/SS体系的特点是吸收层采用了干涉膜结构，使热稳定性提高。上述涂层在使用温度350℃-500℃范围内的聚焦型中高温集热管表面获得了应用。但是金属陶瓷结构涂层因为金属原子较多，在高温下的微观结构和物理性能都不稳定。而且射频溅射等工艺沉积速率低，生产周期长，工艺复杂，成本高。目前光热电站的形式开始多样化，以往的涂层用在真空集热管上还是可以的，可是现在裸管的应用也开始越来越广泛了，因此需要涂层不仅仅能够在真空中有良好的耐温性能和耐腐蚀性能，在大气(包括水汽，盐雾，酸碱)等中也必须有较优异的耐温性能和耐腐蚀性能，才能够满足电站的使用需求。对于菲涅尔式的光热电站，就需要一种吸收率高、发射率低、在大气中热稳定性好，耐大气腐蚀，而且工艺简便的选择性吸收涂层及制备技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，适用于大气中高温(300℃-600℃)工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、在大气中热稳定性好，制备工艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。本专利技术提出一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性吸收涂层，包括六层膜，从底层到表面依次为第一层扩散阻挡层、第二层红外发射层、第三层扩散阻挡层、第四层吸收层、第五层减反射层和第六层有机防护层；第一层扩散阻挡层为氮化物或氧化物膜层，具体为TiN、AlN、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4或者Cr2O3，第一层扩散阻挡层位于基体表面，厚度为50～100nm；第二层红外发射层为Cu、Ag、Al、Ti或者Au，位于第一层扩散阻挡层的表面，厚度为50～250nm；第三层扩散阻挡层为氮化物或氧化物膜层，具体为TiN、AlN、Al2O3、TiO2、SiO2Si3N4、或者Cr2O3，位于第二层红外发射层表面，厚度为50～100nm；第四层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为双陶瓷膜，具体为SiO2+TiO2膜、SiO2+NiO膜、Si3N4+Ni3N2膜、Si3N4+TiN膜、NiO+TiO2膜或者Ni3N2+TiN膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50～100nm；第一亚层中，SiO2+TiO2中的SiO2占体积百分比为30～50％，其余为TiO2；SiO2+NiO中的SiO2占体积百分比为30～50％，其余为NiO；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占体积百分比为30～50％，其余为Ni3N2；Si3N4+TiN中的TiN占体积百分比为30～50％，其余为Si3N4；NiO+TiO2中的TiO2占体积百分比为30～50％，其余为NiO；Ni3N2+TiN中的TiN占体积百分比为30～50％，其余为Ni3N2；第二亚层中，第一亚层中，SiO2+TiO2中的SiO2占体积百分比为50～75％，其余为TiO2；SiO2+NiO中的SiO2占体积百分比为50～75％，其余为NiO；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占体积百分比为50～75％，其余为Ni3N2；Si3N4+TiN中的TiN占体积百分比为50～75％，其余为Si3N4；NiO+TiO2中的TiO2占体积百分比为50～75％，其余为NiO；Ni3N2+TiN中的TiN占体积百分比为50～75％，其余为Ni3N2；第一亚层与第三层扩散阻挡层相邻，第二亚层与第五层减反射层相邻；第五层减反射层为Al2O3膜或者SiO2膜，厚度为50～250nm；第六层有机防护层，厚度为100～200nm，有机防护层包括正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯与无水乙醇的体积百分比为20.5％；将氨水加入无水乙醇，配成的溶液中，氨水与无水乙醇的体积百分比为5.1％；将这两种混合溶液进行混合及搅拌，经过24小时的静置之后，使用溶胶凝胶法，将静置后形成的胶体均匀涂覆在第五层减反射层表面。本专利技术还提出一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下几个步骤：步骤一：在基体上制备第一层扩散阻挡层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用不锈钢，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar和O2作为溅射气氛，或者Ar和N2作为溅射气氛，Ar气流量为100～140sccm，氧气流量为20～45sccm，如果使用氮气，流量为8～20sccm，调整溅射距离为130～150mm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380～600V，溅射电流为8～10A，利用中频磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50～250nm，得到第一层扩散阻挡层TiN、AlN、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4或者Cr2O3；步骤二：在第一层扩散阻挡层上制备第二层红外发射层；采用纯金属靶直流或中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Ag靶、Au靶或者Cu靶，以Ar气作为溅射气体制备，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar气作为溅射气氛，Ar气流量为100～140sccm，调整溅射距离为130～150mm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380～600V，溅射电流为8～10A，利用中频磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50～250nm，得到第二层红外发射层Al、Ti、Ag、Au或者Cu；步骤三：在第二层红外发射层上制备第三层扩散阻挡层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar气作为溅射气体制备，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar和O2作为溅射气氛，或者Ar和N2作为溅射气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性吸收涂层，包括六层膜，从底层到表面依次为第一层扩散阻挡层、第二层红外发射层、第三层扩散阻挡层、第四层吸收层、第五层减反射层和第六层有机防护层；第一层扩散阻挡层为TiN、AlN、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4或者Cr2O3，第一层扩散阻挡层位于基体表面，厚度为50～100nm；第二层红外发射层为Cu、Ag、Al、Ti或者Au，位于第一层扩散阻挡层的表面，厚度为50～250nm；第三层扩散阻挡层为TiN、AlN、Al2O3、TiO2、SiO2Si3N4、或者Cr2O3，位于第二层红外发射层表面，厚度为50～100nm；第四层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为双陶瓷膜，具体为SiO2+TiO2膜、SiO2+NiO膜、Si3N4+Ni3N2膜、Si3N4+TiN膜、NiO+TiO2膜或者Ni3N2+TiN膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50～100nm；第一亚层中，SiO2+TiO2中的SiO2占体积百分比为30～50％，其余为TiO2；SiO2+NiO中的SiO2占体积百分比为30～50％，其余为NiO；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占体积百分比为30～50％，其余为Ni3N2；Si3N4+TiN中的TiN占体积百分比为30～50％，其余为Si3N4；NiO+TiO2中的TiO2占体积百分比为30～50％，其余为NiO；Ni3N2+TiN中的TiN占体积百分比为30～50％，其余为Ni3N2；第二亚层中，第一亚层中，SiO2+TiO2中的SiO2占体积百分比为50～75％，其余为TiO2；SiO2+NiO中的SiO2占体积百分比为50～75％，其余为NiO；Si3N4+Ni3N2中的Si3N4占体积百分比为50～75％，其余为Ni3N2；Si3N4+TiN中的TiN占体积百分比为50～75％，其余为Si3N4；NiO+TiO2中的TiO2占体积百分比为50～75％，其余为NiO；Ni3N2+TiN中的TiN占体积百分比为50～75％，其余为Ni3N2；第一亚层与第三层扩散阻挡层相邻，第二亚层与第五层减反射层相邻；第五层减反射层为Al2O3膜或者SiO2膜，厚度为50～250nm；第六层有机防护层，厚度为100～200nm，有机防护层包括正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇，配成的溶液中，正硅酸乙酯与无水乙醇的体积百分比为20.5％；将氨水加入无水乙醇，配成的溶液中，氨水与无水乙醇的体积百分比为5.1％；将这两种混合溶液进行混合及搅拌，经过24小时的静置之后，使用溶胶凝胶法，将静置后形成的胶体均匀涂覆在第五层减反射层表面。...

【技术特征摘要】
1.一种大气中耐高温、耐盐雾太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下几个步骤：步骤一：在基体上制备第一层扩散阻挡层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用不锈钢，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar和O2作为溅射气氛，或者Ar和N2作为溅射气氛，Ar气流量为100～140sccm，氧气流量为20～45sccm，如果使用氮气，流量为8～20sccm，调整溅射距离为130～150mm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380～600V，溅射电流为8～10A，利用中频磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50～100nm，得到第一层扩散阻挡层Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4或者Cr2O3；步骤二：在第一层扩散阻挡层上制备第二层红外发射层；采用纯金属靶直流或中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Ag靶、Au靶或者Cu靶，以Ar气作为溅射气体制备，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar气作为溅射气氛，Ar气流量为100～140sccm，调整溅射距离为130～150mm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380～600V，溅射电流为8～10A，利用中频磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50～250nm，得到第二层红外发射层Al、Ti、Ag、Au或者Cu；步骤三：在第二层红外发射层上制备第三层扩散阻挡层；采用纯金属靶中频磁控溅射方法，纯金属靶为Al靶、Ti靶、Si靶或者Cr靶，以Ar气作为溅射气体制备，溅射前将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，通入惰性气体Ar和O2作为溅射气氛，或者Ar和N2作为溅射气氛，Ar气流量为100～140sccm，氧气流量为20～45sccm，如果使用氮气，流量为8～20sccm，调整溅射距离为130～150mm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380～600V，溅射电流为8～10A，利用中频磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50～100nm，得到第三层扩散阻挡层Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4或者Cr2O3；步骤四：在第三层扩散阻挡层上制备第四层吸收层；采用金属Ti靶、Ni-Cr靶或者Si-Al靶，利用中频磁控溅射方法，将真空室预抽本底真空至4×10-3～5×10-3Pa，然后通入Ar、O2的混合气，或者Ar、N2的混合气；当选择Ti靶和Si-Al靶以及反应气体为O2时，参数为Ar的流量为90～140sccm，O2的流量为20～45sccm，调节溅射气压为3×10-1～5×10-1Pa，分别开启两种靶电源，溅射时，调整Ti靶溅射电压为480～530V，溅射电流为6～8A，Si-Al靶溅射电压为600～750V，溅射电流为5～7A，在第三层扩散阻挡层上制备第一亚层SiO2+TiO2，SiO2占体积百分比为30～50％，其余为TiO2，厚度为50～100nm；增加O2的流量为30～50sccm，调节Ti靶溅射电压为380～450V，溅射电流减为4～5A，其他各个参数不变，在第一亚层上继续溅射得到第二亚层SiO2+TiO2，SiO2的体积百分比为50～75％，其余为TiO2，厚度为50～100nm；当选择Ni-Cr靶和Si-Al靶以及反应气体为O2时，参数为Ar的流量为100～140sccm，O2的流量为20～50sccm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，分别开启Ni-Cr和Si-Al靶电源，溅射时，调整Ni-Cr靶溅射电压为450～530V，溅射电流为6～8A，Si-Al靶溅射电压为540～600V，溅射电流为4～6A，在第三层扩散阻挡层上制备第一亚层SiO2+NiO，其中SiO2的体积百分比为30～50％，其余为NiO，制备厚度为50～100nm第一亚层；增加Si-Al靶溅射电流为6～8A，减少Ni-Cr靶溅射电流为4～6A，其他各个参数不变，继续制备第二亚层SiO2+NiO，其中SiO2的体积百分比为50～75％，其余为NiO，厚度为50～100nm；当选择Ni-Cr靶和Si-Al靶以及反应气体为N2时，参数为Ar的流量为100～140sccm，N2的流量为5～20sccm，调节溅射气压为3×10-1～4×10-1Pa，分别开启Ni-Cr和Si-Al靶电源，溅射时，调整Si-Al靶溅射电压为640～750V，溅射电流为6～8A，Ni-Cr靶溅射电压为540～600V，溅射电流为6～8A，在第三层扩散阻挡层上制备第一亚层，第一亚层为Si3N4+N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，张秀廷，陈步亮，崔孟龙，曹明刚，席晓敏，
申请(专利权)人：北京天瑞星光热技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11