中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。该涂层由双层结构的金属陶瓷层组成，并由以下方法制备而成：利用液体喂料等离子喷涂工艺，先将第一组料浆喷涂在基体的表面上形成第一层金属陶瓷层，再将第二组料浆喷涂在第一层金属陶瓷层的表面上形成第二层金属陶瓷层；所述料浆由金属成分掺入氧化物或氮化物陶瓷介质中，加去离子水制成。该涂层的制备方法包括配置前驱体料浆和液体喂料等离子喷涂等步骤。本发明专利技术提供的中高温太阳能选择性吸收涂层，不仅涂层结构均匀、高温性能稳定、使用寿命长、还具有制备工艺简单和成本低等优点。

Medium high temperature solar energy selective absorbing coating and preparation method thereof

The invention relates to a middle and high temperature solar energy selective absorbing coating and a preparation method thereof. The coating is made of metal ceramic double-layer structure layer, and is prepared by the following method: using the technology of liquid feed plasma spraying, the first group of slurry spraying on the surface of the substrate and forming a first layer of metal ceramic layer, and then second groups of slurry spray formed second layers of metal ceramic layer on the surface of the first layer of metal the ceramic layer; the slurry is made of metal component doped oxide or nitride ceramic dielectric, made with deionized water. The preparation method of the coating includes configuration of precursor slurry and liquid feeding, plasma spraying and other steps. The medium and high temperature solar energy selective absorbing coating provided by the invention has the advantages of uniform coating structure, stable high-temperature performance, long service life, simple preparation process and low cost.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涂层领域，特别是涉及一种液体喂料等离子喷涂中高温太阳能选择性 吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
由于地球上有限的矿物燃料日趋枯竭，而核能作为能源达到商业化程度还需相当 长的时间，因此在由使用矿物燃料转为使用核能的过渡阶段，太阳能将成为能源家族中的 主要成员。太阳能是一种清洁无污染的能源太阳能热利用装置中，用来吸收太阳辐射的部 件是关键，而该部件吸收表面的热辐射性能对集热器的性能起重要作用。由于太阳的辐射 和涂层的辐射都为电磁波，因而都有一定的波长范围。太阳辐射可看作近似于6000K的黑 体辐射，由普朗克黑体辐射定律可知，在这样的高温情况下，太阳辐射能主要集中在较短波 长范围内，即0. 3 2. 5 μ m ；与此同时，温度不太高的受热物体的辐射能主要集中在远红外 区，即2. 5 25 μ m。故而对于一个吸收表面来说，对太阳能的吸收可能不等于其本身的热 辐射，这样就构成了吸收表面对太阳能的选择性吸收，从而能够有效地利用太阳能。为了 提高太阳集热器的热效率，我们要求太阳能选择性吸收表面在太阳光谱区有很强的吸收能 力，且在红外光谱区有较低辐射能力即在波长0.3 2.5μπι太阳光谱范围内具有较高的 吸收率(α )，同时在波长为2. 5 25μπι红外光谱范围内保持尽可能低的发射率(ε )，获 得这种吸收效果的吸收表面称为太阳能选择性吸收涂层。我国在近二三十年的太阳能利用研究中，多数的研究成果仅限于低温利用 100°c)，主要成果限于太阳能热水器的生活洗浴、游泳池加热、海水淡化、采暖等方面；而且太阳能热利用装置存在的主要问题是材料的耐久性差、成本高、能量获取的不连续性 和低的光热转换效率等。随着太阳能热利用技术的不断发展，太阳能集热管的应用从低温 100°c)向中高温(100 350°C)发展。从长远观点来看，中高温选择性吸收涂层的研究 有更好的前景和应用价值以太阳能发电技术为例，高温工况下的热能可使热介质沸腾，产 生蒸气来推动涡轮机发电，提高热电转换效率，还可以节能减排、减少对环境的污染。现有的选择性吸收涂层一般靠多层吸收膜来提高吸收率，因此很容易引起发射率 的升高；特别是当温度升高时，受热集热器表面的红外发射率急剧增大，选择性吸收涂层的 发射率也相应升高。太阳能选择性吸收涂层的制备方法很多，目前已通过电镀、气相沉积和 溅射等工艺制备出常温太阳能选择性吸收涂层，这类涂层常温性能稳定，但中高温下发射 率偏高。为提高中高温选择性吸收涂层的热稳定性，研究人员开发出一系列金属陶瓷涂 层金属陶瓷涂层即把金属粒子掺入氧化物或氮化物等陶瓷介质基体中。制备金属陶瓷涂 层的主要方法是多弧离子镀、射频溅射或者磁控多靶反应共溅射等，常用金属陶瓷涂层有 SS-AlN/SS、Mo-Al203/Cu、Cr-Cr203/Cu等等。上述涂层在100 350°C温度下聚焦型集热器 的表面获得了应用，但是多弧离子镀、射频溅射或者磁控多靶反应共溅射等工艺沉积效率低、生产周期长、工艺复杂且成本高。因此研究开发一些工艺简单、成本低廉、寿命长、涂层 性能稳定的中高温太阳能选择性涂层是一项极具意义的工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种液体喂料等离子喷涂中高温太阳能选择 性吸收涂层及其制备方法，该涂层光学性能优异，成本低廉，并且制备工艺简单，生产周期短。本专利技术解决其技术问题采用以下技术方案本专利技术提供的中高温太阳能选择性吸收涂层是由双层结构的金属陶瓷层组成，并由以 下方法制备而成采用液体喂料等离子喷涂工艺，先将第一组料浆喷涂在基体的表面上形 成第一层金属陶瓷层，再将第二组料浆喷涂在第一层金属陶瓷层的表面上形成第二层金属 陶瓷层；所述料浆由金属成分掺入氧化物或氮化物陶瓷介质中，加去离子水制成。所述的金属成分为Mo、W、Ni、Cr或Co微粉，其粒径为40 100 μ m。所述的氧化物陶瓷介质为Al2O3微粉，其粒径为40 100 μ m。所述的氮化物陶瓷介质为AlN微粉，其粒径为40 100 μ m。第一层金属陶瓷层和第二层金属陶瓷层的厚度均< 5 μ m ； 整个涂层的总厚度 (10 μ m。本专利技术提供的中高温太阳能选择性吸收涂层，其制备方法是先制备掺杂金属粒 子的前驱体料浆，再采用液体喂料等离子喷涂工艺将料浆喷涂在基体的表面形成涂层，其 步骤包括(1)配置两组前驱体料浆第一组前驱体料浆的制备先按摩尔配比1:1称取金属粉末和陶瓷粉末，取定量的聚 乙烯醇，加入到粉末原料中混合均勻，再加入定量的去离子水，调配成第一组前驱体料浆；第二组前驱体料浆的制备先按摩尔配比1:4称取金属粉末和陶瓷粉末，取定量的聚 乙烯醇，加入到粉末原料中混合均勻，再加入定量的去离子水，调配成第二组前驱体料浆。(2)液体喂料等离子喷涂先将第一组前驱体料浆直接输送至等离子焰流中，在基体的表面上喷涂形成均勻的第 一层金属陶瓷层；然后将第二组前驱体料浆直接输送至等离子焰流中，在第一层金属陶瓷 层的表面上喷涂形成均勻的第二层金属陶瓷层；经过上述步骤，最终形成具有双层金属陶 瓷层结构的中高温太阳能选择性吸收涂层。在步骤(1)中，所述的金属粉末的成分为Mo、W、Ni、Cr或Co微粉，其粒径为40 100 μ m ；所述的陶瓷粉末为氧化物陶瓷介质或氮化物陶瓷介质氧化物陶瓷介质为Al2O3微 粉，其粒径为40 100 μ m,氮化物陶瓷介质为AlN微粉，其粒径为40 100 μ m。在步骤(2)中，第一层金属陶瓷层和第二层金属陶瓷层的厚度均< 5μπι;整个涂 层的总厚度< ο μ m。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点 第一，本专利技术所采用的设备简便、工艺简单、生产周期短；第二，涂层的成分实用性强，可在多种不同金属成分和陶瓷介质之间调整；第三，所述的金属陶瓷层均< 5μπ ，涂层的总厚度< 10 μ m ；它们相对于磁控溅射工艺4中的多层厚度< IOOnm的涂层，具有更好的操作性和可控性；第四，所制备的选择性吸收涂层，在波长0. 3 2. 5μπι太阳光谱范围内具有较高的 吸收率(α > 0. 9)，同时在波长为2. 5 25 μ m红外光谱范围内保持尽可能低的发射率 (ε ^ 0. 1)；第五，所述的选择性吸收涂层性能稳定、使用寿命长，且在100 350°C范围内其吸收 率和发射率无明显变化；第六，所述的优异选择性吸收性能只需两层金属陶瓷涂层即可实现，无需多层渐变吸 收膜来实现其选择性吸收性能，从而可以减少工艺、降低成本；总之，本专利技术提供的涂层可用在100 350°C的工作温度下，在太阳光谱区有很强的吸 收能力，且在红外光谱区有较低辐射能力；同时工艺简单、生产周期短、成本低廉、涂层性能 稳定、使用寿命长。附图说明图1是本专利技术中高温太阳能选择性吸收涂层材料的断面结构图； 图1中1.基体；2.第一层金属陶瓷层；3.第二层金属陶瓷层。图2是图1中的A处局部放大结构示意图； 图2中，黑色为金属粒子，白色为陶瓷介质。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合具体的实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本 专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 中高温太阳能选择性吸收涂层该涂层具有双层金属陶瓷层的结构，如图1和图2所示包括第一层金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是该涂层由双层结构的金属陶瓷层组成，并由以下方法制备而成：利用液体喂料等离子喷涂工艺，先将第一组料浆喷涂在基体的表面上形成第一层金属陶瓷层，再将第二组料浆喷涂在第一层金属陶瓷层的表面上形成第二层金属陶瓷层；所述料浆由金属成分掺入氧化物或氮化物陶瓷介质中，加去离子水制成。

【技术特征摘要】
1.一种中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是该涂层由双层结构的金属陶瓷层组 成，并由以下方法制备而成利用液体喂料等离子喷涂工艺，先将第一组料浆喷涂在基体的 表面上形成第一层金属陶瓷层，再将第二组料浆喷涂在第一层金属陶瓷层的表面上形成第 二层金属陶瓷层；所述料浆由金属成分掺入氧化物或氮化物陶瓷介质中，加去离子水制成。2.根据权利要求1所述的中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是所述的金属成分为 Mo、W、Ni、Cr或Co微粉，其粒径为40 100 μ m。3.根据权利要求1所述的中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是所述的氧化物陶瓷 介质为Al2O3微粉，其粒径为40 100 μ m。4.根据权利要求1所述的中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是所述的氮化物陶瓷 介质为AlN微粉，其粒径为40 100 μ m。5.根据权利要求1所述的中高温太阳能选择性吸收涂层，其特征是第一层金属陶瓷层 和第二层金属陶瓷层的厚度均≤ 5 μ m ；整个涂层的总厚度≤ 10 μ m。6.一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征是先制备掺杂金属粒子的 前驱体料浆，再用液体喂料等离子喷涂工艺将料浆喷涂在基体的表面形成涂层，其步骤包 括(1)配置两组前驱体料浆第一组前驱体料浆的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：程旭东，闵捷，宫殿清，李光磊，黄伟，万倩，王珂，马涛，龚正，陈文，张朴，陆伟，孟晓明，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83