一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，属于太阳能利用技术领域。该涂层从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层为Cu或Ag膜，厚度为50～250nm；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为SiO2+Cr2O3膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50～100nm，第三层减反射层为SiO2膜，厚度为40～80nm。本发明专利技术提供的涂层具有可见-红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，由于金属原子的减少，使得这种新型双陶瓷结构高温选择性吸收涂层具有良好的中高温热稳定性，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】

本专利技术属于太阳能利用
，具体涉及一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温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(彡IO(TC)向中温应用 (IOO0C -3500C )和高温应用(350°C -500°C )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 Ν -Α1203以及具有成分渐变特征的SS-C/SS(不锈钢)和A1-N/A1等膜系，应用于温度在 200°C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-A1203/Cu、 SS-A1N/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-Al203/Cu体系的特点是MO-A1203吸收层具有成分渐变的多亚层结构，A1203层采用射频溅射方法，SS-A1N/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°C -500°C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。对于太阳能的中高温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，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
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，适用于高温(300°C -500°C )工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、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。本专利技术提供的一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层， 如图1所示，涂层包括三层膜，从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层为Cu或Ag膜，位于基体表面，厚度为50 250nm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为Si02+Cr203膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50 lOOnm，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等也可以不相等；第一亚层中SiO2的体积百分比为50 75%，第二亚层SiO2的体积百分比为30 50%，其中第一亚层与第一层红外反射层相邻，第二亚层与第三层减反射层相邻；第三层减反射层为SiA膜，厚度为40 80nm。本专利技术提供的一种具有SiA和Cr2O3的双陶瓷结构高温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红外发射层；采用纯金属靶直流或者中频磁控溅射方法，纯金属靶为Cu靶或Ag靶(纯度 99. 99% )，以Ar气作为溅射气体制备，基体采用高速钢。溅射前将真空室预抽本底真空至 4X IO"3 5X 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3X KT1 4X KT1Pat5开启纯金属靶的溅射靶电源，调整溅射电压为380 450V，溅射电流为8 10A，利用直流磁控溅射方式制备，溅射涂层厚度为50 250nm，得到第一层红外发射层，该层对红外波段光谱具有高反射特性，发射率低；步骤二 在第一层红外发射涂层上制备第二层吸收层；采用金属Cr靶(纯度99. 99% )和Si靶(纯度99. 99% )中频磁控溅射方法，首先，将真空室预抽本底真空至4X 10_3 5X 10_3Pa，同时然后通入Ar、O2的混合气，Ar的流量为90 140sccm，A的流量为20 30sccm，调节溅射气压为3 X KT1 5 X KT1Pa,分别开启Cr和Si靶电源，溅射时，调整Cr靶溅射电压为450 530V，溅射电流为6 8A，Si靶溅射电压为600 750V，溅射电流为5 7A，在第一层红外反射层上制备第一亚层SWfCr2O3 膜，厚度为50 IOOnm ；增加A的流量为30 50SCCm，调节Si靶溅射电压为600 750V，溅射电流为 4 5A，其他各个参数不变，在第一亚层Si02+Cr203膜上继续溅射得到第二亚层Si02+Cr203 膜，厚度为50 IOOnm ；第一亚层和第二亚层除自身对太阳光谱具备固有吸收特性外，还形成干涉吸收效应，加强了涂层的光吸收作用；步骤三在第二层上制备第三层减反射层；采用Si靶(纯度99.99 %)，溅射前将真空室预抽本底真空至4\10_3 5X 10 ,以Ar气作为溅射气体，通入&作为反应气体制备，O2的流量为20 40sCCm，调节Ar与O2流量比为1.5 1 2.5 1，调整溅射距离为130 150mm，调节溅射气压为 3X IO"1 5X KT1Pa,溅射时，调整Si靶溅射电压为700 800V，溅射电流为8 10A，利用中频磁控溅射方式制备得到厚度为40 SOnm的SW2膜即第三层减反射层。第三层减反射层具有增透、耐磨、抗氧化的作用。本专利技术的优点在于本专利技术所提供的选择性吸收涂层由金属红外反射层、双陶瓷结构Si02+Cr203的混合物组成的双干涉吸收层和陶瓷减反射层组成，具有可见-红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，由于金属原子的减少，使得这种新型双陶瓷结构高温选择性吸收涂层具有良好的中高温热稳定性。该涂层制备工艺简便、操作方便、易于控制、缩短生产周期，与选择性吸收涂层由 Nb红外反射层、Nb与Al2O3的混合物组成的双干涉吸收层和Al2O3减反射层相比较，本涂层的金属原子含量小，在高温下的微观结构和物理性非常维持稳定，靶材比较常见，应用范围比较广，成型性能好，可以加工成柱状靶材，显著提高靶材利用率，同时价格也比较低廉，可以进一步降低工作成本。适用于中高温工作温度的太阳能集热管。附图说明图1 本专利技术提供的一种具有SiOjnCr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层剖面示意图；图2 本专利技术提供的一种具有SiOjP Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法流程图。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供的一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层， 如图1所示，该涂层包括三层膜，从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层为Cu或Ag膜，位于基体表面，厚度为50 250nm ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为Si02+Cr203膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为50 lOOnm，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等也可以不相等；第一亚层中SiO2的体积百分比为50 75%，第二亚层SiO2的体积百分比为30 50%，其中第一亚层与第一层红外反射层相邻，第二亚层与第三层减反射层相邻；本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有ＳｉＯ２和Ｃｒ２Ｏ３的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述的涂层从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层；第一层红外反射层为Ｃｕ或Ａｇ膜，位于基体表面，厚度为５０～２５０ｎｍ；第二层吸收层包括两个亚层结构，两个亚层均为ＳｉＯ２＋Ｃｒ２Ｏ３膜，第一亚层和第二亚层的厚度均为５０～１００ｎｍ，第一亚层和第二亚层的厚度可以相等或不相等；第一亚层中ＳｉＯ２的体积百分比为５０～７５％，第二亚层ＳｉＯ２的体积百分比为３０～５０％，其中第一亚层与第一层红外反射层相邻，第二亚层与第三层减反射层相邻；第三层减反射层为ＳｉＯ２膜，厚度为４０～８０ｎｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，陈步亮，王静，施伟，
申请(专利权)人：北京天瑞星真空技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：11