[其他]濺射太陽能選擇性吸收涂層

在審

• 申請號: 101985000000142
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100142B
• 公開（公告）日: 1987-07-22
• 發明（設計）人: 殷志強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 胡蘭芝

濺射太陽能選擇性吸收涂層，應用于太陽能集熱器。采用單個圓柱（或平板）鋁陰極，于氬氣中濺射鋁膜為底層，先后于氬－氮（或氬－一氧化碳）混合氣體與純氮（純一氧化碳）中反應濺射成份漸變的鋁－氮（或鋁－碳－氧）復合吸收材料。涂層的太陽吸收率α≈０．９３，發射率ε≈０．０６（１００℃）。本發明使濺射系統結構簡化，濺射效率提高。新涂層放氣量少，制造中真空烘烤溫度可降至４００～４５０℃；縮短了生產周期，降低能耗，可允許用軟化點低的玻璃。

本發明涉及到一種太陽能選擇性吸收涂層，它用于太陽能集熱器。

太陽能選擇性吸收涂層是由外層與內層構成的。在太陽能光譜范圍，外層具有強烈的吸收作用，但在紅外范圍幾乎是透明的。為了減少輻射熱損，內層在紅外應是高反射，即低發射率的材料。如果吸熱元件表面是紅外高反射的，那么外層吸收材料可以直接沉積到這個表面上。

美國專利No4，339，484給出一個典型的選擇性吸收涂層，它包含金屬-碳化物吸收層和紅外高反射的銅底層。

雖然太陽能選擇性吸收涂層也應用于平板集熱器，但其典型的應用是在真空管集熱器。真空管集熱器包括玻璃或金屬的內管和玻璃外管，內管的一端可以是封閉的，或是內管兩端都不封閉，內、外管之間抽成真空。太陽能選擇性涂層是被沉積在內管的外表面。太陽輻射通過外玻璃管被內管上的涂層所吸收，加熱內管中的傳熱流體。由于真空使傳導與對流熱損降低很多，而內管上的選擇性吸收涂層使輻射熱損降得很低因此真空管集熱器具有較高的集熱效率。

當前，采用電鍍、蒸發與濺射等技術沉積太陽能選擇性吸收涂層。而濺射技術具有易在大面積上沉積較均勻的薄膜等優點。美國專利No4，339，484中給出了使用兩個陰極來滿足構成太陽能選擇性吸收涂層中的高反射底層與高吸收外層兩種物理性質截然不同的膜系。該文所述的涂層具有較好的選擇性，其太陽吸收率α≈0.82，發射率ε≈0.03（室溫）。然而這種涂層與所用的濺射系統存在以下不足之處：

1.涂層放氣量大，主要釋放出H₂與CO，來源于反應氣體C₂H₂與真空系統中殘余的氧與水氣。在制造過程中，集熱管及所含的涂層需要真空烘烤480-500℃。

2.制備涂層要用兩個柱狀陰極（或兩個平板陰極），銅與不銹鋼陰極。兩個陰極之間有一個很大的屏板，以免相互交叉污染，但使濺射系統結構復雜，還有屏板攔截了相當部分的濺射流，使沉積利用率大為降低。此外，在同樣的濺射腔體內，兩個陰極占有較大的空間，不然可以在更多的內管上沉積選擇性吸收涂層。

3.太陽吸收率較低（α≈0.82）。

作為濺射系統可以包含一個，兩個或更多的陰極。如美國專利No4，428，812就是在一個陰極的濺射系統內，發明了脈沖輸入反應氣體而獲得高沉積率的鈦、鋯與鉿等Ⅳ₆族金屬-氮化物薄膜的方法，但該專利沒有涉及制備膜系及其應用的目的。

本發明的目的是針對專利No.4，339，484所述涂層與所用濺射系統存在之不足，設計了用單個陰極代替雙陰極的濺射技術來制備太陽能選擇性吸收涂層，簡化濺射系統。大量的探索實驗表明，相當多數的單個金屬或合金陰極，如鈦等Ⅳ₆族金屬或不銹鋼制成的涂層，存在著太陽吸收率低或紅外發射率高等缺陷，而鋁或純度高于95%的鋁合金，既可以在氬氣中沉積低發射率底層，又能在氬與氮（或氬與一氧化碳）中反應濺射沉積高吸收率外層，成本也低得多。故用鋁來制備高質量的太陽能選擇性吸收涂層。