高性能热喷涂的吸收涂层制造技术

一种用于利用耐温且高吸收性陶瓷微结构涂层(1)通过热喷涂来涂覆用于太阳能应用的基材(3)的方法，其包括以下步骤：‑制备包含陶瓷微粒粉末和聚酯微球粉末的粉末混合物(2)，所述粉末混合物(2)中聚酯微球的百分比在10至30％w/w之间；‑通过热喷涂工艺将粉末混合物(2)喷涂至基材(3)上，以将涂层(1)施加在基材(3)上；‑将具有涂层(1)的基材(3)加热到至少400℃的温度，以使聚酯微球从涂层(1)蒸发，从而在聚酯微球的位置留下孔隙(4)，其中选择喷涂步骤参数和粒径，从而将涂层(1)以50至150微米之间的厚度施加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高性能热喷涂的吸收涂层
本专利技术涉及显示出高性能，具体地耐高温性的吸收涂层。本专利技术还涉及生产这种高性能吸收涂层的方法，并且具体地使用“等离子体喷涂”技术的方法。本专利技术在其中必须吸收高热能(换热器、锅炉等)的
中适用。
技术介绍
在CSP熔融盐太阳能塔技术中，传热流体是熔融盐，其通常以290℃进入太阳能接收管并且以565℃离开。平均辐射热通量(heatflux，热流)为约1000kW/m2，并且太阳能接收器面板的表面温度高于700℃。这种非常高的运行温度需要使用显示出高光热性能和在高温下具有优良稳定性的光谱选择性涂层以确保标称的太阳能接收器性能。太阳能涂层的特征在于其在可见光范围内的吸收率应尽可能高并且在红外线范围内的发射率必须尽可能低。事实上，在650℃，发射率从0.88降低至0.4将太阳能接收器效率提高了约4％，并且在800℃提高了7％。太阳能接收器的辐射损失随温度的升高而升高。在太阳能塔技术的具体领域中，吸收涂层是非常大的问题。事实上，目前所使用的商品化市场参考涂层是2500，它是硅基高温涂料，其具有优良的光学性能(太阳光谱400-2500nm的吸收率为95％并且在IR1-20μm的发射率为85％)，并且成本低且便于应用。然而，在低于600℃的运行温度下1年后，其性能降低，同时预期寿命在1至3年之间。在这种情况下，需要每年维护以维持优良的太阳能接收器效率。另一个问题是当前熔融盐太阳能接收器计划所需的运行温度的升高(>700℃)。在这些温度下，当前所使用的涂层显示出较差的性能(吸收率和机械性降低)。然而，为了改善太阳能接收器的效率，必须将运行温度从500℃升高至700℃。当前所使用的吸收涂层在这些温度下显示出低性能。为此，展开了在高温下具有所要求的高性能的新的吸收涂层的开发。专利分析显示在1995年之前开始了太阳能吸收涂层的研究/创新并且在2008至2013年之间加快。这些研究集中在美国、欧洲(具体地法国和德国)和中国。这些国家的化学和能源公司以及研究实验室已对此进行了多项开发，特别是对于受限于最高500℃的工作温度的光伏电池、菲涅尔式和抛物面槽式集热器技术。将特别关心具有高光学性能，即高吸收率和低发射率并且在高温下具有高热稳定性的涂层。已发展和研究了多种太阳能选择性涂层设计(简单层、多层、织构)、组成(电介质、金属陶瓷、金属等)和施加方法(化学法，如电化学沉积、喷雾热解、浸涂、溅射、PVD等)。存在几种实现太阳能选择性吸收表面的方法。最简单的设计类型将是使用具有固有太阳能选择性性质的材料。然而，没有具有这些理想的太阳能选择性性质的天然材料。以下讨论了一些广泛应用的设计。多层涂层文献US2014/0261390A1公开了旨在用于CSP塔式厂的多层选择性涂层。这种涂层具有高吸收率(在600℃，0.95)和低发射率(在700℃，0.07)并且由以下组成：-由SiOx、SiN、TiO2、TiOx、金属/AlOx金属陶瓷或金属/SiOx金属陶瓷制成的第一扩散屏障；-由SiOx、SiN、TiO2、TiOx制成的第二扩散屏障；-金属红外反射层；-由金属陶瓷SiO、AlO+Pt、Ni、Pd、W、Cr或Mo制成的太阳能吸收层；-由SiOx、SiN、TiO2、TiOx制成的第三扩散屏障；-抗反射层；和-位于涂层顶部的硬质保护层。文献WO2014/045241A2公开了在400℃，具有0.9的吸收率和0.1的发射率的涂层。通过“浸涂”应用该涂层，并且所述涂层由交替的100nm厚的Cu-Co-Mn-O/Cu-Co-Mn-Si-O和SiO层制成。涂覆SiO层以保护涂层并起到抗反射层的作用。文献WO2013/088451A1涉及通过交替的屏障/吸收层和抗反射层：Ti/Cr/AlTiN/AlTiON所制成的多层涂层。通过“溅射”在不锈钢基材上涂覆该涂层。它显示出0.92的吸收率、0.17的发射率以及在空气中直至350℃且在真空中直至450℃的热稳定性。在文献WO2014/122667A1中，所公开的多层由Cr/Ti-AlTiN-AlTiON-AlTiO层和有机改性的硅层(ormosil)组成。该涂层比WO2013/088451A1中公开的这种涂层热稳定性更好(在空气中500℃，在真空中600℃)。文献WO2009/051595A1涉及由通过“溅射”沉积的9层TiO2、SiO2和TiSi(或Pt)制成的两种多层涂层。这些涂层具有0.96的吸收率和在室温下0.082以及500℃下0.104的发射率。文献WO2005/121389A1公开了通过《DC溅射》沉积的涂层，其由以下制成：-WN或ZrN反射层；-吸收金属陶瓷层(其中金属组分为TiNx、ZrNx或HfNx并且陶瓷组分为AlN)；-以及位于顶部由AlN或Al2O3制成的抗反射层。在文献EP2757176A1中公开的涂层是具有高吸收率和低发射率的选择性多层涂层，其由Mo层、金属陶瓷TiO2/Nb层和SiO2层制成。表面织构(Surfacetexturing，表面纹理)表面织构是通过产生多次内反射而适合于提高太阳能吸收率的第二种方法。理想的粗糙表面同时显示出短波长下的高吸收率和长波长下的低发射率。特征尺寸与入射太阳辐射波长相当的枝晶或多孔微观结构可以用于调节太阳能吸收剂的光学性质。短波长光子易于截留在表面内部。另一方面，波长大于枝晶间距的光子观察到“平”表面。文献US6783653B2公开了吸收涂层及其施加方法。吸收涂层为具有峰形的溶胶-凝胶织构涂层。文献US2011/0185728A1中公开的涂层由纳米织构包封的垂直取向的组分组成以捕获能量。然而，随着温度升高，这种涂层的粘合发生改变。化学涂层组成化学组成是限定太阳能涂层的光学性能的参数之一。已研究了几种制剂：Cr黑、Ni、Cu、Mo、Al、Ni-Sn、Ni-Cd、Co-Sn、Co-Cd、Mo-Cu、Fe-P、Cu-Ni、金属陶瓷(陶瓷-金属)、尖晶石、金属氧化物等。最有希望的制剂基于Ni、Ce、Co和W氧化物。在C.E.Kennedy,中至高温太阳能选择性吸收材料综述(ReviewofMid-toHigh-TemperatureSolarSelectiveAbsorberMaterials),NREL/TP-520-31267,2002年7月”中显示：-由于表面上氧化物的形成，W-WOx、Mo-MoO2、Cr-SiO、Ti-AlN、锂锌铁氧体(LiFeZnO)、ZrO2、TiO2和CeO2是高温下高光学性能的优良候选；-由于其高抗反射能力，SnO2也是所关注的涂层；-如Mo、Pt、W、HfC和Au的材料在高温(>600℃)下具有高热稳定性，但是金属氧化物NiO、CoO仍显示出更高的热稳定性(>800℃)。在过渡金属和半导体中存在固有的太阳能选择性性质，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用耐温且高吸收性陶瓷微结构涂层(1)通过热喷涂来涂覆用于太阳能应用的基材(3)的方法，包括以下步骤：/n-制备包含陶瓷微粒粉末和聚酯微球粉末的粉末混合物(2)，所述粉末混合物(2)中的聚酯微球的百分比在10至30％w/w之间；/n-通过热喷涂工艺将所述粉末混合物(2)喷涂至所述基材(3)上，以将涂层(1)施加在所述基材(3)上；/n-将具有所述涂层(1)的所述基材(3)加热到至少400℃的温度，以使所述聚酯微球从所述涂层(1)蒸发，从而在所述聚酯微球的位置留下孔隙(4)；/n其中，选择喷涂步骤参数和粒径，从而以50至150微米之间的厚度施加所述涂层(1)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 EP 18157067.21.一种用于利用耐温且高吸收性陶瓷微结构涂层(1)通过热喷涂来涂覆用于太阳能应用的基材(3)的方法，包括以下步骤：
-制备包含陶瓷微粒粉末和聚酯微球粉末的粉末混合物(2)，所述粉末混合物(2)中的聚酯微球的百分比在10至30％w/w之间；
-通过热喷涂工艺将所述粉末混合物(2)喷涂至所述基材(3)上，以将涂层(1)施加在所述基材(3)上；
-将具有所述涂层(1)的所述基材(3)加热到至少400℃的温度，以使所述聚酯微球从所述涂层(1)蒸发，从而在所述聚酯微球的位置留下孔隙(4)；
其中，选择喷涂步骤参数和粒径，从而以50至150微米之间的厚度施加所述涂层(1)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热喷涂工艺是等离子体喷涂工艺。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，陶瓷微粒选自尖晶石结构颗粒和钙钛矿颗粒的组。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述尖晶石结构颗粒是锰-钴氧化物(MCO)颗粒。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述钙钛矿颗粒是镧-锰或镧-钴/铬氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：里德哈·哈尔扎拉赫，斯特凡·维南德，弗洛伦特·坎帕纳，简·克拉哈，迈埃文·拉尼科尔，德尔菲娜·德布班德尔，
申请(专利权)人：考克利尔维修工程，
类型：发明
国别省市：比利时;BE